JP2000294624A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2000294624A JP11097417A JP9741799A JP2000294624A JP 2000294624 A JP2000294624 A JP 2000294624A JP 11097417 A JP11097417 A JP 11097417A JP 9741799 A JP9741799 A JP 9741799A JP 2000294624 A JP2000294624 A JP 2000294624A
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resist
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impurity
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Shuichi Ueno
修一 上野
Tomohiro Yamashita
朋宏 山下
Shuichi Oda
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェルがトレンチによって複数に分離されて
いる半導体装置であって、レイアウト面積を小さくする
ことができる半導体装置及びその製造方法を得る。 【解決手段】 素子分離膜Tは、半導体基板100の主
面から深さL1で形成され、半導体基板100のうち、
半導体基板100の主面から深さL1までを複数の第1
領域R1に区画する。第1ウェルW1は、複数の第1領
域R1の各々内に形成されている。第2ウェルW2は、
半導体基板100のうち、第1ウェルW1よりもさらに
深い第2領域R2に形成され、第1ウェルW1のうちの
複数個と接触する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ウェルがトレン
チによって複数に分離されている半導体装置及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は主にp型の半導体基板(例
えば、シリコン基板)を用いて形成される。図29に示
すように、pチャネルのトランジスタpT(ソースドレ
イン領域RNがn型)を形成するにはp型の半導体基板
900上に形成すればよいが、nチャネルのトランジス
タnT(ソースドレイン領域RPがp型)を形成するに
は局所的にn型の層NWを形成する必要がある。この層
NWをウェルいう。
【0003】ウェルには、現在では熱拡散ウェルとレト
ログレードウェルとが存在する。熱拡散ウェルとは、半
導体基板900の浅い位置に不純物Nを注入する(図3
0)。図30の構造を高い温度で長い時間、熱処理を施
すことによって半導体基板900内に不純物Nを拡散さ
せる(図31)。このウェルNWが熱拡散ウェルであ
る。一方、レトログレードウェルとは、図32に示すよ
うに、半導体基板900の深い位置に不純物Nを注入す
ることによって形成するウェルNWである。
【0004】図32の線AA−BBにおける不純物濃度
のプロファイルを図33に示す。レトログレードウェル
は不純物Nを注入することによって形成するので、任意
に不純物濃度のプロファイルを設定できる。図33で
は、半導体基板900の深い位置P1に不純物濃度の最
大値があり、半導体基板900の浅い位置P2での不純
物濃度は半導体基板900の濃度より高く、チャネルの
不純物濃度より十分低く設定している。これによって、
ウェルNW内のトランジスタnTがウェルNWの外の電
位から影響を受けないというメリットがある。
【0005】また、近年では、トランジスタnTのサイ
ズが小さくなり、パンチスルー抑制のためには、ウェル
NWの不純物濃度を高くする必要が生じてきている。し
たがって、素子によっては、ウェルNWの不純物濃度を
調整するために、意図的にウェルNWを半導体基板90
0の主面にまで分布させる場合もある。
【0006】不純物濃度の調整は、nチャネルのトラン
ジスタnTだけでなく、pチャネルのトランジスタpT
にも要求される場合がある。この場合は、p型のウェル
PWを形成する(図34)。
【0007】さらに、pチャネルのトランジスタpTの
基板電位(バックゲートの電位)を任意に設定したい場
合は、図35に示すように、n型のボトムウェルBN
W、ウェルNWによって、ウェルPWをこの外の領域か
ら電気的に分離する。
【0008】ウェルNWとウェルPWとが接触する場合
(図36)、その境界面にできる空乏層DRによってウ
ェルNWとウェルPWとを互いに電気的に分離すること
ができる。このメリットはウェルNWとウェルPWとを
互いに電気的に分離することを容易に実現できることで
ある。しかし、空乏層DRが広がるため、範囲EURの
全てに空乏層が広がる可能性があるため、範囲EUR内
にトランジスタを形成できないというデメリットがあ
る。トランジスタを形成しない範囲EURには、素子分
離膜Taを形成する(図37)。
【0009】上記のデメリットを解消するため、ウェル
NWとウェルPWとの境界にトレンチを形成し、そのト
レンチ内に素子分離膜Tbを埋め込む(図38)。これ
によって、ウェルNWとウェルPWとのウェル境界(素
子分離膜Tb付近)には間には空乏層が生じないので、
ウェル境界からトランジスタまでのマージンを縮めて、
範囲EUR内にトランジスタを形成できるというメリッ
トがある。しかし、トレンチを用いる工程は複雑かつ高
価である。この点がトレンチの欠点である。
【0010】現在、トレンチによるウェル分離は2つの
手法が提案されている。一つは素子分離膜を形成する第
1工程とn型及びp型のウェルを形成する第2工程とに
分ける方法である。この方法により形成された構造を図
39に示す。この方法では、ウェル境界から素子までの
マージンを縮めても不都合はない反面、トレンチによる
ウェル分離のプロセスは、上記の2つの工程を行わなけ
ればないので、長くなり、製造コストが高くなる。
【0011】もう一つは、上記の第1工程及び第2工程
とを同時に作る方法である。この方法により形成された
構造を図40に示す。この方法では、ウェルNW,PW
の深さに合わせて素子分離膜Tbを深く形成するか(図
41)、素子分離膜Tbの薄さに合わせてウェルNW,
PWを浅くする(図42)、もしくは、両方を行うこと
により実現できる。いずれにいても、素子分離膜Tbの
深さは均一にして、素子分離膜TbによってウェルN
W,PWの各々が複数に分離される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数に
分離されたウェルNW,PWの各々に所望の電位を与え
るためには、活性領域毎(つまりは、ウェル毎)にコン
タクト201を開ける必要がある(図43)。このた
め、コンタクト201を設けるための領域CRの分、ウ
ェルの面積を大きくしなければならない。つまり、全体
としてみた場合、図38を用いて説明したトレンチによ
る面積的なメリットを十分に生かされず、ウェル毎に設
ける領域CRの分、レイアウト面積が増大するという問
題点がある。
【0013】本発明は、これらの問題点を解決するため
になされたものであり、ウェルがトレンチによって複数
に分離されている半導体装置であって、レイアウト面積
を小さくすることができる半導体装置及びその製造方法
を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
課題解決手段は、半導体基板と、前記半導体基板の主面
から所定の深さで形成され、前記半導体基板のうち、前
記主面から前記所定の深さまでを複数の第1領域に区画
する素子分離膜と、前記複数の第1領域の各々内に形成
された第1ウェルと、前記半導体基板のうち、前記第1
ウエルよりもさらに深い第2領域に形成され、前記第1
ウェルのうちの複数個と接触する第2ウェルとを備え
る。
【0015】本発明の請求項2に係る課題解決手段は、
前記第2領域及び前記複数の第1領域のうち、所定の境
界に対し、一方側の領域の前記第1及び第2ウェルは第
1導電型であり、他方側の領域の前記第1及び第2ウェ
ルは第2導電型である。
【0016】本発明の請求項3に係る課題解決手段にお
いて、前記第1導電型の前記第2ウェルと前記第2導電
型の前記第2ウェルとは互いに接触していない。
【0017】本発明の請求項4に係る課題解決手段にお
いて、前記第2領域のうち、所定の境界に対し、片方側
の領域のみに前記第2ウェルが形成されている。
【0018】本発明の請求項5に係る課題解決手段にお
いて、前記第2領域のうち、メモリセル部に前記第2ウ
ェルが形成されている。
【0019】本発明の請求項6に係る課題解決手段にお
いて、前記第2ウェルは、前記第2領域のうち、前記素
子分離膜の底部の近傍にのみ形成されている。
【0020】本発明の請求項7に係る課題解決手段にお
いて、前記1ウェル及び前記第2ウェルの各々の不純物
濃度は、前記第1領域と第2領域との境界部に近づくほ
ど濃い。
【0021】本発明の請求項8に係る課題解決手段は、
前記半導体基板のうち、前記第2領域よりもさらに深い
第3領域に形成された第3ウェルをさらに備える。
【0022】本発明の請求項9に係る課題解決手段は、
(a)半導体基板の主面から所定の深さで素子分離膜を
形成することによって、前記半導体基板のうち、前記主
面から前記所定の深さまでを複数の第1領域に区画する
ステップと、(b)前記複数の第1領域の各々内に第1
ウェルを形成するとともに、前記半導体基板のうち、前
記第1ウェルよりもさらに深い第2領域に、前記第1ウ
ェルのうちの複数個と接触する第2ウェルを形成するス
テップとを備える。
【0023】本発明の請求項10に係る課題解決手段に
おいて、前記ステップ(b)は、(b−1)前記半導体
基板の主面のうち、所定の境界に対し、一方側の領域を
レジストで覆うステップと、(b−2)前記一方側の領
域を覆うレジストをマスクとして、前記第1領域へ第1
導電型の不純物を注入するステップと、(b−3)前記
一方側の領域を覆うレジストをマスクとして、前記第2
領域へ第1導電型の不純物を注入するステップと、(b
−4)前記一方側の領域を覆うレジストを除去するステ
ップと、(b−5)前記半導体基板の主面のうち、前記
所定の境界に対し、他方側の領域をレジストで覆うステ
ップと、(b−6)前記他方側の領域を覆うレジストを
マスクとして、前記第1領域へ第2導電型の不純物を注
入するステップと、(b−7)前記他方側の領域を覆う
レジストをマスクとして、前記第2領域へ第2導電型の
不純物を注入するステップと、(b−8)前記他方側の
領域を覆うレジストを除去するステップとを含む。
【0024】本発明の請求項11に係る課題解決手段に
おいて、前記ステップ(b)は、(b−1)前記半導体
基板の主面のうち、所定の境界に対し、一方側の領域を
第1レジストで覆うステップと、(b−2)前記第1レ
ジストをマスクとして、前記第1領域へ第1導電型の不
純物を注入するステップと、(b−3)前記第1レジス
トを、第2レジストとしてさらに厚く再形成するステッ
プと、(b−4)前記第2レジストをマスクとして、前
記第2領域へ第1導電型の不純物を注入するステップ
と、(b−5)前記第2レジストを除去するステップ
と、(b−6)前記半導体基板の主面のうち、前記所定
の境界に対し、他方側の領域を第3レジストで覆うステ
ップと、(b−7)前記第3レジストをマスクとして、
前記第1領域へ第2導電型の不純物を注入するステップ
と、(b−8)前記第3レジストを、第4レジストとし
てさらに厚く再形成するステップと、(b−9)前記第
4レジストをマスクとして、前記第2領域へ第2導電型
の不純物を注入するステップと、(b−10)前記第4
レジストを除去するステップとを含む。
【0025】本発明の請求項12に係る課題解決手段
は、(a)半導体基板の主面から所定の深さでトレンチ
を形成することによって、前記半導体基板のうち、前記
主面から前記所定の深さまでを複数の領域に区画するス
テップと、(b)前記半導体基板の主面の上方から前記
トレンチ内へ第1不純物を注入するステップと、(c)
前記半導体基板の主面の上方から前記複数の領域へ第2
不純物を注入するステップとを備える。
【0026】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明の実
施の形態1の半導体装置の構造を模式的に示す平面図で
ある。図1の切断線II−IIでの断面図を図2に示す。
【0027】図1及び図2に示すように、例えばSiO
2などの絶縁膜である素子分離膜Tはp型のシリコンの
半導体基板100の主面から深さL1で形成され、半導
体基板100のうち、半導体基板100の主面から深さ
L1までを複数の第1領域R1に区画する。深さL1は
1000オングストロームから10000オングストロ
ームである。
【0028】複数の第1領域R1の各々内には第1ウェ
ルW1が形成されている。半導体基板100のうち、第
1ウェルW1よりもさらに深い第2領域R2には第2ウ
ェルW2が形成されている。第2ウェルW2は複数の第
1ウェルW1と接触する。
【0029】実施の形態1では、半導体基板100の主
面から第1ウェルW1の底面までの距離LW1は、半導
体基板100の主面から素子分離膜Tの底面までの深さ
L1よりも長くする。距離LW1は深さL1の例えば
1.1倍にする。一方、第2ウェルW2の厚さLW2は
深さL1よりも短くする。厚さLW2は深さL1の例え
ば0.9倍にする。
【0030】また、第2領域R2及び複数の第1領域R
1のうち、素子分離膜Tの上部及び底部を通る所定の境
界BLに対し、一方側の領域Raの第1ウェルW1及び
第2ウェルW2はn型であり、他方側の領域Rbの第1
ウェルW1及び第2ウェルW2はp型である。
【0031】図2の切断線A−Bの不純物濃度を図3に
示す。図3に示すように、第1ウェルW1及び第2ウェ
ルW2の各々の不純物濃度は、第1領域R1と第2領域
R2との境界部(第1領域R1及び第2領域R2からな
る領域内であって、第1領域R1と第2領域R2との境
界を含む部分)BWに近づくほど濃い。第1ウェルW1
の不純物濃度は、素子分離膜Tの底面(トレンチ底面)
近くで最大であり、その値は、例えば1×1018/cm3
である。第2ウェルW2の不純物濃度も、トレンチ底面
近くで最大であり、その値は、例えば5×1018/cm3
である。
【0032】1つの第1領域R1には1つの素子(例え
ばMOSトランジスタ)が形成される。第1領域R1に
MOSトランジスタが形成される場合、第1ウェルW1
は、ソースドレイン間の不純物濃度を決める役割を果た
す。
【0033】従来と実施の形態1とを比較すると、図3
6の構造では、n型のウェルNWとp型のウェルPWと
の不純物濃度を適切に設定して、空乏層DRが適度に広
がるように設定することによって、n型の第1ウェルW
1とp型の第1ウェルW1との間を互いに絶縁させてい
た。一方、図2の構造では、空乏層ではなく、n型の第
1ウェルW1とp型の第1ウェルW1との間の素子分離
膜Tによって、n型の第1ウェルW1とp型の第1ウェ
ルW1との間を絶縁することができるので、図36の構
造よりは自由にn型の第1ウェルW1とp型の第1ウェ
ルW1との不純物濃度を設定できる。
【0034】また、図36の構造のようなウェル境界が
図2の構造にはなく、図2の領域3付近に空乏層がない
ので、領域R3からMOSトランジスタまでのマージン
を縮めても不都合はない。
【0035】なお、図2の構造ではn型の第2ウェルW
2とp型の第2ウェルW2とは第2領域R2内の境界B
Lにおいて接触しているので、その界面からは空乏層が
広がる。この空乏層によって、n型の第2ウェルW2と
p型の第2ウェルW2とは互いに絶縁される。また、第
1ウェルW1及び第2ウェルW2の不純物濃度が素子分
離膜Tのトレンチ底面(図3参照)近くで十分高くなる
ように設定すれば、n型の第2ウェルW2とp型の第2
ウェルW2との界面から第1ウェルW1内へ空乏層が広
がることを抑えることができる。
【0036】また、図43の構造では、全ての第1ウェ
ルW1に電位を与えるためには、第1ウェルW1毎に第
1ウェルW1とのコンタクトのための領域CRを設ける
必要があった。これに対し、図2の構造では、第2ウェ
ルW2は複数の第1ウェルW1と接触し、これらを電気
的につなぐ役割を果たす。これによって、複数の第1ウ
ェルW1のうちの少なくとも1つにコンタクトを設けれ
ば、複数の第1ウェルW1の全てに電位を与えることが
でき、しかも、コンタクト201が少ない分、レイアウ
ト面積を小さくできる。
【0037】さらに、第1ウェルW1と第2ウェルW2
との電気的に接続をn型、p型に分けて行うことができ
る。
【0038】実施の形態2.次に、実施の形態1で説明
したような構造を有する半導体装置の製造方法につい
て、図4〜図9を用いて説明する。
【0039】まず、p型の半導体基板100の主面から
深さL1(1000オングストローム〜10000オン
グストローム)でトレンチを例えばエッチングによって
形成し、そのトレンチ内に素子分離膜Tを形成する。こ
れによって、半導体基板100のうち、半導体基板10
0の主面から深さL1までを複数の第1領域R1に区画
する(図4)。
【0040】次に、半導体基板100の主面のうち、領
域RbをレジストMP1で覆う。そして、レジストMP
1をマスクとして、半導体基板100の主面の領域Ra
側の上方から第1領域R1へn型の不純物N1を注入す
る。これによって、第1領域R1内にn型の第1ウェル
W1を形成する(図5)。
【0041】なお、不純物N1は例えばボロンであり、
このドーズ量は例えば1×1013/cm2である。また、
半導体基板100の主面から第1ウェルW1の底面まで
の距離LW1は、半導体基板100の主面から素子分離
膜Tの底面までの深さL1よりも短くしてもよく、深さ
L1の例えば0.9倍にする。
【0042】次に、レジストMP1をマスクとして、半
導体基板100の主面の領域Ra側の上方から第2領域
R2へn型の不純物N2を注入する。これによって、第
2領域R2内にn型の第2ウェルW2を形成する(図
6)。
【0043】なお、不純物N2は例えばボロンであり、
このドーズ量は例えば1×1013/cm2である。また、
第2ウェルW2の厚さLW2は深さL1よりも長くして
もよく、深さL1の例えば1.1倍にする。
【0044】次に、レジストMP1を除去する。次に、
半導体基板100の主面のうち、領域Ra側をレジスト
MN1で覆う。そして、レジストMN1をマスクとし
て、半導体基板100の主面の領域Rb側の上方から第
1領域R1へp型の不純物P1を注入する。これによっ
て、第1領域R1内にp型の第1ウェルW1を形成する
(図7)。
【0045】なお、不純物P1は例えばリンであり、こ
のドーズ量は例えば1×1013/cm 2である。また、半
導体基板100の主面から第1ウェルW1の底面までの
距離LW1は、半導体基板100の主面から素子分離膜
Tの底面までの深さL1よりも短くしてもよく、深さL
1の例えば0.9倍にする。
【0046】次に、レジストMN1をマスクとして、半
導体基板100の主面の領域Rb側の上方から第2領域
R2へp型の不純物P2を注入する。これによって、第
2領域R2内にp型の第2ウェルW2を形成する(図
8)。
【0047】なお、不純物P2は例えばリンであり、こ
のドーズ量は例えば1×1013/cm 2である。また、第
2ウェルW2の厚さLW2は深さL1よりも長くしもよ
く、深さL1の例えば1.1倍にする。
【0048】次に、レジストMN1を除去すれば、実施
の形態1で説明したような構造が得られる(図9)。以
上のように、複数の第1領域R1の各々内に第1ウェル
W1を形成し、半導体基板100のうち、第1ウェルW
1よりもさらに深い第2領域R2に、複数の第1ウェル
W1と接触する第2ウェルW2を形成する(図5〜図
9)。
【0049】その後、例えば膜厚が50オングストロー
ムのゲート酸化膜(図示せず)を形成し、チャネルドー
プを行うなどして、第1領域R1内にトランジスタなど
の素子(図示せず)を形成する。そして、所定の様々な
工程(例えばアセンブラ工程など)を経ることによっ
て、半導体装置が完成する。
【0050】実施の形態1で述べたように、複数の第1
ウェルW1のうちの少なくとも1つにコンタクトを設け
ればよいので、コンタクトを設ける工程やコンタクトに
接続される配線を設ける工程などを簡略することができ
る。
【0051】また、レジストMP1を不純物N1,N2
の注入で兼用し、レジストMN1を不純物P1,P2の
注入で兼用しているので、製造工程が簡単になる。
【0052】実施の形態3.図10は本発明の実施の形
態3の半導体装置の構造を説明するための断面図であ
る。実施の形態3は実施の形態1の変形である。実施の
形態1では図2に示すようにn型の第2ウェルW2とp
型の第2ウェルW2とは境界BLにおいて接触していた
が、実施の形態3では図10に示すようにn型の第2ウ
ェルW2とp型の第2ウェルW2とは境界BLにおいて
互いに接触していない。
【0053】なお、境界BLにおける素子分離膜Tの脇
の第1ウェルW1と第2ウェルW2とは接触している。
また、第1ウェルW1と第2ウェルW2との接触長L2
は例えば1μmあればよい。
【0054】図10の構造ではn型の第2ウェルW2と
p型の第2ウェルW2とは互いに接触していないので、
第2領域R2内の境界BLから第1ウェルW1内へ空乏
層が広がることはない。
【0055】実施の形態4.次に、実施の形態3で説明
したような構造を有する半導体装置の製造方法につい
て、図4、図11〜図14を用いて説明する。
【0056】まず、p型の半導体基板100の主面から
深さL1(1000オングストローム〜10000オン
グストローム)でトレンチを例えばエッチングによって
形成し、そのトレンチ内に素子分離膜Tを形成する。こ
れによって、半導体基板100のうち、半導体基板10
0の主面から深さL1までを複数の第1領域R1に区画
する(図4)。
【0057】次に、半導体基板100の主面のうち、領
域Rb側をレジストMP1で覆う。そして、レジストM
P1をマスクとして、半導体基板100の主面の領域R
a側の上方から第1領域R1へn型の不純物N1を注入
する。これによって、第1領域R1内にn型の第1ウェ
ルW1を形成する(図11)。
【0058】なお、不純物N1は例えばボロンであり、
このドーズ量は例えば1×1013/cm2である。また、
距離LW1は深さL1の例えば0.9倍にする。
【0059】次に、レジストMP1を、レジストMP2
としてさらに厚く再形成する(図12)。この工程を詳
しく説明すると、例えば、レジストMP1を除去して、
先程と同様な条件で、半導体基板100の主面のうち、
領域Rb側をレジストMP2で覆う。ただし、レジスト
MP2の膜厚をレジストMP1と比較して厚くなるよう
に条件を設定する。あるいは、レジストMP1を除去せ
ずに、レジストMP1上にレジストを積むことによっ
て、さらに膜厚の厚いレジストMP2として形成しても
よい。
【0060】これは、後に注入する不純物N2を不純物
N1より高いエネルギーで注入するので、不純物N2が
レジストMP2を通過して所要でない領域に注入されな
いようにするため、レジストMP2の膜厚を厚くした方
がよいからである。レジストMP2は厚いほど、テーパ
ーが顕著になる。よって、図12に示すように、レジス
トMP2のテーパーの部分が境界BLを越えて領域Ra
側へはみ出す。
【0061】次に、レジストMP2をマスクとして、半
導体基板100の主面の領域Ra側の上方から第2領域
R2へn型の不純物N2を注入する。これによって、第
2領域R2内にn型の第2ウェルW2を形成する。
【0062】なお、不純物N2は例えばボロンであり、
このドーズ量は例えば1×1013/cm2である。また、
厚さLW2は深さL1の例えば1.1倍にする。
【0063】次に、レジストMP2を除去する。次に、
半導体基板100の主面のうち、領域Ra側をレジスト
MN1で覆う。そして、レジストMN1をマスクとし
て、半導体基板100の主面の領域Rb側の上方から第
1領域R1へp型の不純物P1を注入する。これによっ
て、第1領域R1内にp型の第1ウェルW1を形成する
(図13)。
【0064】なお、不純物P1は例えばリンであり、こ
のドーズ量は例えば1×1013/cm 2である。また、距
離LW1は深さL1の例えば0.9倍にする。
【0065】次に、レジストMN1を、レジストMN2
としてさらに厚く再形成する(図14)。この工程を詳
しく説明すると、例えば、レジストMN1を除去して、
先程と同様な条件で、半導体基板100の主面のうち、
領域Ra側をレジストMN2で覆う。ただし、レジスト
MN2の膜厚をレジストMN1と比較して厚くなるよう
に条件を設定する。あるいは、レジストMN1を除去せ
ずに、レジストMN1上にレジストを積むことによっ
て、さらに膜厚の厚いレジストMN2として形成しても
よい。
【0066】これも、後に注入する不純物P2を不純物
P1より高いエネルギーで注入するので、不純物P2が
レジストMN2を通過して所要でない領域に注入されな
いようにするため、レジストMN2の膜厚を厚くした方
がよいからである。レジストMN2は厚いほど、テーパ
ーが顕著になる。よって、図14のように、レジストM
N2のテーパーの部分が境界BLを越えて領域Rb側へ
はみ出す。
【0067】次に、レジストMN2をマスクとして、半
導体基板100の主面の領域Rb側の上方から第2領域
R2へp型の不純物P2を注入する。これによって、第
2領域R2内にp型の第2ウェルW2を形成する。
【0068】なお、不純物P2は例えばリンであり、こ
のドーズ量は例えば1×1013/cm 2である。また、厚
さLW2は深さL1の例えば1.1倍にする。
【0069】次に、レジストMN2を除去すれば、実施
の形態3で説明したような構造が得られる。以上のよう
に、複数の第1領域R1の各々内に第1ウェルW1を形
成し、半導体基板100のうち、第1ウェルW1よりも
さらに深い第2領域R2に、複数の第1ウェルW1と接
触する第2ウェルW2を形成する(図11〜図14)。
【0070】その後、例えば膜厚が50オングストロー
ムのゲート酸化膜(図示せず)を形成し、チャネルドー
プを行うなどして、第1領域R1内にトランジスタなど
の素子(図示せず)を形成する。そして、所定の様々な
工程(例えばアセンブラ工程など)を経ることによっ
て、半導体装置が完成する。
【0071】次に、実施の形態4の効果を説明すると、
レジストMP2,MN2を厚くするとレジストMP2,
MN2のテーパーが顕著になることを利用することによ
って、n型の第2ウェルW2とp型の第2ウェルW2と
が互いに接触しない構造を容易に得ることができる。
【0072】しかし、テーパーが顕著になると、次のよ
うな不具合が生じることが知られている。テーパーが顕
著でないレジストM1をマスクとして不純物D1を半導
体基板900の第2領域R2内へ注入してウェルWを形
成する場合(図44)と、テーパーが顕著なレジストM
2をマスクとして不純物D1を半導体基板900の第2
領域R2内へ注入してウェルWを形成する場合(図4
5)とを比較すると、図45の構造では、レジストM2
のテーパーを不純物D1が通過することによって、その
テーパーの直下の領域WRで、半導体基板900の深い
位置から浅い位置に亙って、不純物D1が注入される
(これを浮き上がり現象と称す)。一方、図44の構造
ではそのような不純物の浮き上がり現象が生じない。不
純物の浮き上がり現象が生じると、不純物濃度のプロフ
ァイルが変わることになる。特に、半導体基板900と
不純物D1との極性が異なる場合は、電気的特性が著し
く違ってくる。
【0073】一方、図12及び図14に示すように、不
純物N2及び不純物P2を半導体基板100の第2領域
R2内へ注入する前に、第1領域内に既に第1ウェルW
1が形成されている。よって、不純物の浮き上がり現象
が生じたとしても、この浮き上がり現象に係る不純物は
第1ウェルW1に含まれることになるので、不純物濃度
のプロファイルが著しく変化することを抑えることがで
きる。
【0074】実施の形態5.図15は本発明の実施の形
態5の半導体装置の構造を説明するための断面図であ
る。実施の形態5は実施の形態3の変形である。実施の
形態3では図10に示すように第2領域R2のうち、第
1領域R1(境界BLの両脇の第1領域R1を除く)下
向の全ての領域に第2ウェルW2を形成した。これに対
して、実施の形態5では図15に示すように、第2ウェ
ルW2は、素子分離膜Tの第2領域R2内の底部に沿う
ようにして、素子分離膜Tの第2領域R2内の底部の近
傍にのみ形成されている。この場合でも、第2ウェルW
2は複数の第1ウェルW1と接触し、これらを電気的に
つなぐ役割を果たすことができる。
【0075】実施の形態6.次に、実施の形態5で説明
したような構造を有する半導体装置の製造方法につい
て、図16〜図21を用いて説明する。
【0076】まず、トレンチ(溝)を形成する前のp型
の半導体基板100の平らな主面のうち、トレンチを形
成する領域以外をレジストMTで覆う。レジストMTを
マスクとして半導体基板100をエッチングすることに
よって、半導体基板100の主面から深さL1(100
0オングストローム〜10000オングストローム)の
トレンチT1(溝)を形成する。これによって、半導体
基板100のうち、半導体基板100の主面から深さL
1までを複数の第1領域R1に区画する(図16)。
【0077】次に、境界BLのトレンチT1及び半導体
基板100の主面のうちの領域RbをレジストMP2で
覆う。そして、レジストMP2及びレジストMTをマス
クとして、半導体基板100の主面の領域Ra側の上方
からトレンチT1内へn型の不純物N2を注入する。こ
れによって、トレンチT1の内壁や、第2領域R2のう
ちの素子分離膜Tの下方にn型の第2ウェルW2を形成
することができる(図17)。
【0078】なお、不純物N2は例えばボロンであり、
このドーズ量は例えば1×1013/cm2である。また、
厚さLW2は深さL1の例えば0.1倍にする。
【0079】次に、レジストMP2を除去した後(レジ
ストMTは残す)、境界BLのトレンチT1及び半導体
基板100の主面のうちの領域RaをレジストMN2で
覆う。そして、レジストMN2及びレジストMTをマス
クとして、半導体基板100の主面の領域Rb側の上方
からトレンチT1内へp型の不純物P2を注入する。こ
れによって、トレンチT1の内壁や、素子分離膜Tの下
方にp型の第2ウェルW2を形成することができる(図
18)。
【0080】なお、不純物P2は例えばリンであり、こ
のドーズ量は例えば1×1013/cm 2である。厚さLW
2は深さL1の例えば0.1倍にする。
【0081】次に、レジストMN2及びレジストMTを
除去し、トレンチT1内に素子分離膜Tを形成する(図
19)。必要ならば、素子分離膜Tを平坦にする。
【0082】次に、半導体基板100の主面のうち、領
域Rb側をレジストMP1で覆う。そして、レジストM
P1をマスクとして、半導体基板100の主面の領域R
a側の上方から第1領域R1へn型の不純物N1を注入
する。これによって、第1領域R1内にn型の第1ウェ
ルW1を形成する(図20)。
【0083】なお、不純物N1は例えばボロンであり、
このドーズ量は1×1013/cm2である。距離LW1は
深さL1の例えば0.9倍にする。
【0084】次に、レジストMP1を除去した後、半導
体基板100の主面のうち、領域Ra側をレジストMN
1で覆う。そして、レジストMN1をマスクとして、半
導体基板100の主面の領域Rb側の上方から第1領域
R1へp型の不純物P1を注入する。これによって、第
1領域R1内にp型の第1ウェルW1を形成する(図2
1)。
【0085】なお、不純物P1は例えばリンであり、こ
のドーズ量は1×1013/cm2である。また、距離LW
1は深さL1の例えば0.9倍にする。
【0086】次に、レジストMN1を除去れば、実施の
形態5で説明したような構造が得られる。
【0087】その後、例えば膜厚が50オングストロー
ムのゲート酸化膜(図示せず)を形成し、チャネルドー
プを行うなどして、第1領域R1内にトランジスタなど
の素子(図示せず)を形成する。そして、所定の様々な
工程(例えばアセンブラ工程など)を経ることによっ
て、半導体装置が完成する。
【0088】以上のように、トレンチT1及びこれを形
成するために用いたレジストMTを利用して、第2ウェ
ルW2を形成することができる。
【0089】実施の形態7.図22は本発明の実施の形
態7の半導体装置の構造を説明するための断面図であ
る。実施の形態7は実施の形態1〜6の変形である。実
施の形態1〜6では、n型の第2ウェルW2とp型の第
2ウェルW2との両方を形成した。これに対して、実施
の形態7では、半導体基板100がp型の場合はp型の
第2ウェルW2を省略し、n型の第2ウェルW2だけを
形成する。逆に、半導体基板100がn型の場合はn型
の第2ウェルW2を省略し、p型の第2ウェルW2だけ
を形成する。
【0090】例えば、図22は図9のような構造からp
型の第2ウェルW2を省略した場合を示している。
【0091】このように、第2領域R2のうち、境界B
Lに対し、片方側の領域のみに第2ウェルW2を形成す
る。
【0092】p型の第2ウェルW2あるいはn型の第2
ウェルW2のどちらか一方を省略することによって、工
程を簡略にし、製造コストを削減できる。例えば、実施
の形態2では図8の不純物P2を注入する工程を削減で
き、実施の形態4及び6では、図14及び図18のレジ
ストMN2を形成する工程及び不純物P2を注入する工
程を削減できる。
【0093】実施の形態8.図23は本発明の実施の形
態8の半導体装置の構造を説明するための断面図であ
る。実施の形態8は実施の形態1〜6の変形である。実
施の形態1〜6では、n型の第2ウェルW2とp型の第
2ウェルW2との両方を形成した。これに対して、実施
の形態8では、必要に応じて不要なn型の第2ウェルW
2あるいはp型の第2ウェルW2を省略する。
【0094】例えば、図23では図9のような構造から
n型の第2ウェルW2を省略した場合を示している。図
23では、素子分離膜T及び第1領域R1を絶縁膜30
0で覆い、複数のn型の第1ウェルW1をコンタクト2
01及び配線202によって互いに電気的に接続してい
る。よって、n型の第2ウェルW2を省略しても、複数
のn型の第1ウェルW1の各々に電位を与えることがで
きる。
【0095】このように、第2領域R2のうち、境界B
Lに対し、片方側の領域のみに第2ウェルW2を形成す
る。
【0096】p型の第2ウェルW2あるいはn型の第2
ウェルW2のどちらか一方を省略することによって、工
程を簡略にし、製造コストを削減できる。例えば、実施
の形態2では図6の不純物N2を注入する工程を削減で
き、実施の形態4及び6では、図12及び図17のレジ
ストMP2を形成する工程及び不純物N2を注入する工
程を削減できる。
【0097】実施の形態9.実施の形態9は実施の形態
1〜8に関わる。半導体基板100に形成される全ての
素子に対して、第2ウェルW2を設けなくてもよく、特
に必要な素子に対して第2ウェルW2を形成すればよ
い。このように、特定の素子を選択して第2ウェルW2
を設ければ、工程を簡略することができ、製造コストを
削減することができる。
【0098】例えば、半導体装置がSRAMの場合、図
24に示すように、メモリセル部SRに第2ウェルW2
を設ければよい。なお、図24の各符号は図23の各符
号に対応している。
【0099】メモリセルとは周知のように、メモリの記
憶の最小単位であって、例えば1ビットを記憶する領域
である。そして、メモリセル領域とはメモリセルが設け
られた領域を指す。
【0100】SRAMの1つのメモリセルの平面図の例
を図25に示す。図25の各符号は図24の各符号に対
応している。図25の構造から配線202及び素子分離
膜Tを削除したものを図26に示す。SRAMでは、図
26の構造の単位が例えば数100万個形成されている
ため、メモリセル部SRを選択して第2ウェルW2を設
けることが非常に効果的である。つまり、SRAM内の
多数の素子のうち、メモリセル部SRのみに第2ウェル
W2を設け、その他の素子については第2ウェルW2の
どちらか一方を省略することによって、工程を簡略に
し、製造コストを削減でき、しかも、例えば数100万
個のメモリセルの各々にコンタクト201を設けなくて
済むので、レイアウト面積を非常に小さくできる。
【0101】実施の形態10.図27は本発明の実施の
形態10の半導体装置の構造を説明するための断面図で
ある。図24ではSRAMのメモリセル部SRに第2ウ
ェルW2を設けた場合を示したが、この他に、実施の形
態10ではDRAMのメモリセル部DRに第2ウェルW
2を設けてもよい。
【0102】実施の形態11.図28は本発明の実施の
形態11の半導体装置の構造を説明するための断面図で
ある。実施の形態11は実施の形態1〜10の変形であ
る。実施の形態11では、半導体基板100のうち、第
2領域R2よりもさらに深い第3領域R3内に第3ウェ
ルW3(ボトムウェル)をさらに備える。
【0103】例えば、図28は図9のような構造にn型
の第3ウェルW3を追加した場合を示している。これに
よって、第1ウェルW1及び第2ウェルW2を第3ウェ
ルW3よりもさらに下方の領域から電気的に分離するこ
とができるので、第1ウェルW1及び第2ウェルW2の
電位を第3ウェルW3よりもさらに下方の電位から独立
して設定することができる。また、第3ウェルW3をソ
フトエラー(メモリの記憶内容が消失する現象)の対策
として利用できる。
【0104】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、第1ウ
ェルのうちの複数個は、第2ウェルを介して互いに電気
的につながる。よって、当該複数個の第1ウェルのうち
の少なくとも1つにコンタクトを設ければ、当該複数個
の全ての第1ウェルに電位を与えることができる。これ
によって、レイアウト面積を小さくできる。
【0105】請求項2に記載の発明によれば、第1ウェ
ルと第2ウェルとの電気的に接続を導電型毎に分けて行
うことができる。
【0106】請求項3に記載の発明によれば、第1導電
型の第2ウェルと第2導電型の第2ウェルとは互いに接
触していないので、第2領域内の第3領域から第1ウェ
ル内へ空乏層が広がることはない。
【0107】請求項4に記載の発明によれば、請求項2
記載の半導体装置と比較して、工程を簡略にし、製造コ
ストを削減できる。
【0108】請求項5に記載の発明によれば、メモリセ
ル部のみに適用すれば、工程の簡略化、製造コストの削
減、レイアウト面積の縮小の点で、非常に効果的であ
る。
【0109】請求項6に記載の発明によれば、例えば、
トレンチを利用して第2ウェルを形成することができ
る。
【0110】請求項7に記載の発明によれば、第1領域
と第2領域との境界部の第1ウェル及び第2ウェルの不
純物濃度を十分高く設定すれば、たとえ、空乏層が第2
ウェル側で生じたとしても、その空乏層が第1ウェル内
へ広がることを抑えることができる。
【0111】請求項8に記載の発明によれば、第1ウェ
ル及び第2ウェルの電位を第3ウェルよりもさらに下方
の電位から独立して設定することができる。
【0112】請求項9に記載の発明によれば、請求項1
に記載の半導体装置を製造できる。また、複数の第1ウ
ェルのうちの少なくとも1つにコンタクトを設ければよ
いので、コンタクトを設ける工程やコンタクトに接続さ
れる配線を設ける工程などを簡略することができる。
【0113】請求項10に記載の発明によれば、請求項
2に記載の半導体装置を製造できる。また、レジストを
第1及び第2領域への不純物の注入で兼用しているの
で、製造工程が簡単になる。
【0114】請求項11に記載の発明によれば、請求項
3に記載の半導体装置を製造できる。また、レジストを
厚くするとレジストのテーパーが顕著になることを利用
することによって、第1導電型の第2ウェルと第2導電
型の第2ウェルとが互いに接触しない構造を容易に得る
ことができる。しかも、第2及び第4レジストの顕著な
テーパーによって、不純物の浮き上がり現象が生じたと
しても、この浮き上がり現象に係る不純物は第1ウェル
に含まれることになるので、不純物濃度のプロファイル
が著しく変化することを抑えることができる。
【0115】請求項12に記載の発明によれば、請求項
6に記載の半導体装置を製造できる。また、トレンチを
利用して第2ウェルを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の半導体装置の構造を
模式的に示す平面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1の半導体装置の構造を
説明するための断面図である。
【図3】 本発明の実施の形態1の半導体装置のウェル
の不純物濃度を示すグラフである。
【図4】 本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方
法を示す断面図である。
【図5】 本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方
法を示す断面図である。
【図6】 本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方
法を示す断面図である。
【図7】 本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方
法を示す断面図である。
【図8】 本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方
法を示す断面図である。
【図9】 本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方
法を示す断面図である。
【図10】 本発明の実施の形態3の半導体装置の構造
を説明するための断面図である。
【図11】 本発明の実施の形態4の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図12】 本発明の実施の形態4の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図13】 本発明の実施の形態4の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図14】 本発明の実施の形態4の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図15】 本発明の実施の形態5の半導体装置の構造
を説明するための断面図である。
【図16】 本発明の実施の形態6の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図17】 本発明の実施の形態6の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図18】 本発明の実施の形態6の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図19】 本発明の実施の形態6の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図20】 本発明の実施の形態6の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図21】 本発明の実施の形態6の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図22】 本発明の実施の形態7の半導体装置の構造
を説明するための断面図である。
【図23】 本発明の実施の形態8の半導体装置の構造
を説明するための断面図である。
【図24】 本発明の実施の形態9の半導体装置の構造
を説明するための断面図である。
【図25】 本発明の実施の形態9の半導体装置の構造
を説明するための平面図である。
【図26】 本発明の実施の形態9の半導体装置の構造
を説明するための平面図である。
【図27】 本発明の実施の形態10の半導体装置の構
造を説明するための断面図である。
【図28】 本発明の実施の形態11の半導体装置の構
造を説明するための断面図である。
【図29】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図30】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図31】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図32】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図33】 従来の半導体装置のウェルの不純物濃度を
示すグラフである。
【図34】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図35】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図36】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図37】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図38】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図39】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図40】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図41】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図42】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図43】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図44】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【図45】 従来の半導体装置の構造を説明するための
断面図である。
【符号の説明】
100 半導体基板、T 素子分離膜、R1 第1領
域、R2 第2領域、R3 第3領域、BL 境界、B
W 境界部、W1 第1ウェル、W2 第2ウェル、W
3 第3ウェル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾田 秀一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5F032 AA35 CA01 CA03 CA17 CA20 CA23 DA43 DA78

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の主面から所定の深さで形成され、前記
    半導体基板のうち、前記主面から前記所定の深さまでを
    複数の第1領域に区画する素子分離膜と、 前記複数の第1領域の各々内に形成された第1ウェル
    と、 前記半導体基板のうち、前記第1ウエルよりもさらに深
    い第2領域に形成され、前記第1ウェルのうちの複数個
    と接触する第2ウェルと、を備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第2領域及び前記複数の第1領域の
    うち、所定の境界に対し、一方側の領域の前記第1及び
    第2ウェルは第1導電型であり、他方側の領域の前記第
    1及び第2ウェルは第2導電型である請求項1記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1導電型の前記第2ウェルと前記
    第2導電型の前記第2ウェルとは互いに接触していない
    請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第2領域のうち、所定の境界に対
    し、片方側の領域のみに前記第2ウェルが形成されてい
    る請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第2領域のうち、メモリセル部に前
    記第2ウェルが形成されている請求項4記載の半導体装
    置。
  6. 【請求項6】 前記第2ウェルは、前記第2領域のう
    ち、前記素子分離膜の底部の近傍にのみ形成されている
    請求項1から5までのいずれかに記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記1ウェル及び前記第2ウェルの各々
    の不純物濃度は、前記第1領域と第2領域との境界部に
    近づくほど濃い請求項1から6までのいずれかに記載の
    半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記半導体基板のうち、前記第2領域よ
    りもさらに深い第3領域に形成された第3ウェルをさら
    に備えた請求項1から7までのいずれかに記載の半導体
    装置。
  9. 【請求項9】 (a)半導体基板の主面から所定の深さ
    で素子分離膜を形成することによって、前記半導体基板
    のうち、前記主面から前記所定の深さまでを複数の第1
    領域に区画するステップと、 (b)前記複数の第1領域の各々内に第1ウェルを形成
    するとともに、前記半導体基板のうち、前記第1ウェル
    よりもさらに深い第2領域に、前記第1ウェルのうちの
    複数個と接触する第2ウェルを形成するステップと、を
    備えた半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記ステップ(b)は、 (b−1)前記半導体基板の主面のうち、所定の境界に
    対し、一方側の領域をレジストで覆うステップと、 (b−2)前記一方側の領域を覆うレジストをマスクと
    して、前記第1領域へ第1導電型の不純物を注入するス
    テップと、 (b−3)前記一方側の領域を覆うレジストをマスクと
    して、前記第2領域へ第1導電型の不純物を注入するス
    テップと、 (b−4)前記一方側の領域を覆うレジストを除去する
    ステップと、 (b−5)前記半導体基板の主面のうち、前記所定の境
    界に対し、他方側の領域をレジストで覆うステップと、 (b−6)前記他方側の領域を覆うレジストをマスクと
    して、前記第1領域へ第2導電型の不純物を注入するス
    テップと、 (b−7)前記他方側の領域を覆うレジストをマスクと
    して、前記第2領域へ第2導電型の不純物を注入するス
    テップと、 (b−8)前記他方側の領域を覆うレジストを除去する
    ステップと、を含む請求項9記載の半導体装置の製造方
    法。
  11. 【請求項11】 前記ステップ(b)は、 (b−1)前記半導体基板の主面のうち、所定の境界に
    対し、一方側の領域を第1レジストで覆うステップと、 (b−2)前記第1レジストをマスクとして、前記第1
    領域へ第1導電型の不純物を注入するステップと、 (b−3)前記第1レジストを、第2レジストとしてさ
    らに厚く再形成するステップと、 (b−4)前記第2レジストをマスクとして、前記第2
    領域へ第1導電型の不純物を注入するステップと、 (b−5)前記第2レジストを除去するステップと、 (b−6)前記半導体基板の主面のうち、前記所定の境
    界に対し、他方側の領域を第3レジストで覆うステップ
    と、 (b−7)前記第3レジストをマスクとして、前記第1
    領域へ第2導電型の不純物を注入するステップと、 (b−8)前記第3レジストを、第4レジストとしてさ
    らに厚く再形成するステップと、 (b−9)前記第4レジストをマスクとして、前記第2
    領域へ第2導電型の不純物を注入するステップと、 (b−10)前記第4レジストを除去するステップと、
    を含む請求項9記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 (a)半導体基板の主面から所定の深
    さでトレンチを形成することによって、前記半導体基板
    のうち、前記主面から前記所定の深さまでを複数の領域
    に区画するステップと、 (b)前記半導体基板の主面の上方から前記トレンチ内
    へ第1不純物を注入するステップと、 (c)前記半導体基板の主面の上方から前記複数の領域
    へ第2不純物を注入するステップと、を備えた半導体装
    置の製造方法。
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