JP2002083888A - 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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JP2002083888A
JP2002083888A JP2000271797A JP2000271797A JP2002083888A JP 2002083888 A JP2002083888 A JP 2002083888A JP 2000271797 A JP2000271797 A JP 2000271797A JP 2000271797 A JP2000271797 A JP 2000271797A JP 2002083888 A JP2002083888 A JP 2002083888A
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JP2000271797A
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Nobuyuki Sekikawa
信之 関川
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板ノイズ電流に起因する回路の誤動作を防
止するためのトリプルウエル構造を形成するにあたっ
て、従来のように専用工程を追加しない半導体装置の構
造及びその製造方法を提供する。 【解決手段】N+型埋め込み層(6A、6B)は、同一
工程にてN型ウエル領域2B及びN型コレクタ層4の底
部に重畳して形成される。N+型の埋め込み層6Bはバ
イポーラトランジスタのコレクタ層4の抵抗を下げる効
果がある。また、N+型の埋め込み層6Aは、N型ウエ
ル領域2Bと一体化され深いN型ウエル領域(2B、6
A)が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSトランジス
タ及びバイポーラトランジスタとを同一半導体基板上に
集積化した半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、DRAMやフラッシュメモリをロ
ジックLSIに組み込み1チップ化したしたシステムL
SIが開発されている。DRAM(Dynamic Random Acce
ss Memory)等のようなダイナミックな動作をする回路で
は、大きな基板電流が発生する。この基板電流がロジッ
クLSI領域に流れ込み、ロジック回路の誤動作を招い
ていた。そこで、この問題を解決するために、トリプル
ウエル構造が提案された。
【0003】図5は、トリプルウエル構造を採用したC
MOS半導体装置を示す断面図である。半導体基板10
1上のDRAM領域には、第1のNウエル領域102、
Pウエル領域103が隣接して形成されている。Nウエ
ル領域102は電源電圧Vddによってバイアスされて
おり、一方、Pウエル領域103は接地されている。第
1のNウエル領域102にはPチャネル型MOSトラン
ジスタ、Pウエル領域103にはNチャネル型MOSト
ランジスタが形成される(不図示)。
【0004】ロジック回路領域には、第1のNウエル領
域103よりも深い第2のウエル領域104が形成され
ている。第2のウエル領域104内には、さらにPウエ
ル領域105が形成されている。また、第2のウエル領
域104は電源電圧Vddによってバイアスされてお
り、一方、Pウエル領域105は接地されている。Pウ
エル領域105にはNチャネル型MOSトランジスタが
形成される(不図示)。また、第2のウエル領域104
に隣接してNウエル領域106が形成されている。この
Nウエル領域106内にPチャネル型MOSトランジス
タが形成される(不図示)。
【0005】上述したCMOS半導体装置の構成によれ
ば、ロジック回路領域において、第2のウエル領域10
4内に、Pウエル領域105が形成されている。ここで
第2のウエル領域104とPウエル領域105は逆方向
バイアスされているので、DRAM領域で発生した基板
ノイズ電流Inは、半導体基板101と第2のウエル領
域104とで構成されるPN接合の電位障壁と、第2の
ウエル領域104とPウエル領域105とで構成される
PN接合の電位障壁とによってPウエル領域105内に
流入することが防止される。
【0006】また、第2のウエル領域104は深く形成
されているので、基板ノイズ電流Inは、このPN接合
バリアの存在によりロジック回路領域に流入することが
阻止される。
【0007】これらにより、Pウエル領域105等に基
板電流Inの流入が防止されるので、ロジック回路の誤
動作を防止することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したトリプルウエ
ル構造によれば、DRAM等のダイナミック動作する回
路領域で発生した基板ノイズ電流Inの影響を除き、ロ
ジック回路の動作を安定化することができる。
【0009】しかしながら、従来、深い第2のウエル領
域104を形成するための専用工程を実施していたの
で、通常のツインウエル構造に比して製造工程が増加し
てしまうという問題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために為されたものであり、第1導電型の半導体
基板上に形成された第2導電型ウエル領域と、該第2導
電型ウエル領域内の表面に形成された第1導電型ウエル
領域と、該第1導電型ウエル領域内に形成された第2導
電チャネル型のMOSトランジスタと、 前記半導体基
板上に形成された第2導電型コレクタ層と、該第2導電
型コレクタ層の表面に形成された第1導電型ベース層
と、該第1導電型ベース層内に形成された第2導電型エ
ミッタ層と、を備えた半導体装置において、前記第2導
電型ウエル領域と前記第2導電型コレクタ層の底部に重
畳して、第2導電型の埋め込み層(6A、6B)が同一
工程にて形成されていることを特徴とするものである。
【0011】一般に、MOSトランジスタと縦型のバイ
ポーラトランジスタとを集積化した半導体装置におい
て、縦型のバイポーラトランジスタのコレクタ抵抗を下
げるための第2導電型の埋め込み層(6B)が形成され
る。
【0012】そこで本願発明者は、第2導電型の埋め込
み層(6B)の形成位置に着目し、第2導電型ウエル領
域と第2導電型コレクタ層の底部に重畳して、第2導電
型の埋め込み層(6A、6B)を同一工程にて形成する
ようにした。これにより、この種の半導体装置の製造工
程を全く増加することなく、第2導電型の埋め込み層
(6A)と一体化された深い第2導電型ウエル領域が形
成される。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態に係る
半導体装置及びその製造方法ついて、図1乃至図4を参
照しながら説明する。なお、図1乃至図4において、図
面の右側にロジック回路形成領域、左側にDRAM形成
領域を示している。
【0014】図1に示すように、P型シリコン基板1上
に、N型ウエル領域2A、2B、2C、及びN型コレク
タ層4を同時に形成する。このとき、例えばリンをドー
ズ量1×1013/cm2の条件でイオン注入する。その
後、1100°C程度の温度で数時間、リンを熱拡散す
る。その拡散深さは1〜2umが好ましい。
【0015】また、DRAM領域のシリコン基板1表面
にPウエル3A、N型ウエル領域2Bの表面にPウエル
領域3B、N型コレクタ層4の表面にP型ベース層5を
同時に形成する。このとき、例えばボロンをドーズ量1
×1013/cm2の条件でイオン注入する。その後、ボ
ロンを熱拡散する。その拡散深さは、N型ウエル領域
2、N型コレクタ層4の拡散深さより浅いことが条件で
ある。
【0016】次に、図2に示すように、選択酸化法(Se
lective Oxi dation)によりフィールド酸化工程を行
う。これにより、各ウエル間を電気的に絶縁分離するた
めのフィールド酸化膜6が形成される。
【0017】次に、図3に示すように、N+型埋め込み
層(6A、6B)を形成する。本工程は本発明の最も特
徴とする工程である。全面にホトレジスト層7を塗布
し、所定のフォトマスクを用いて露光・現像処理を施
す。これにより、N型ウエル領域2B及びN型コレクタ
層4に対応した領域に開口部を設ける。そして、リンを
所定の条件でイオン注入することにより、N+型埋め込
み層(6A、6B)を形成する。
【0018】このとき、N型ウエル領域2B及びN型コ
レクタ層4の拡散深さに応じて、加速エネルギーを適宜
選択することにより、N+型の埋め込み層(6A、6
B)はN型ウエル領域2B及びN型コレクタ層4の底部
に重畳して形成される。例えば、N型ウエル領域2B及
びN型コレクタ層4の拡散深さは2um程度の場合、2
MeV程度の加速エネルギーが必要となる。イオン注入
装置の性能上、高加速エネルギーが実現できないとき
は、熱拡散を併用すれば良い。また、イオン注入のドー
ズ量は適宜選択できるが、低抵抗化と深いウエル形成の
ためには1×1014/cm2程度の高ドーズ量とするこ
とが好ましい。
【0019】ここで、N+型埋め込み層6Bはバイポー
ラトランジスタのコレクタ層4の抵抗を下げる効果があ
る。また、N+型の埋め込み層6Aは、N型ウエル領域
2Bと一体化され深いN型ウエル領域が形成される。
【0020】次に、図4に示すように、各種のトランジ
スタを形成する。まず、ゲート絶縁膜を介してゲート電
極GをN型ウエル領域(2A、2C)及びP型ウエル領
域(3A、3B)に形成する。次に、所定のマスクを用
いて砒素のイオン注入を行い、N+型のソース層及びド
レイン層を形成する。これと同時に、N+型コレクタ
層、N+型エミッタ層を形成する。
【0021】これにより、Nチャネル型MOSトランジ
スタ(9、10)及びNPN型バイポーラトランジスタ
12が形成される。次に、所定のマスクを用いてボロン
やBF2などのイオン注入を行い、P+型のソース層及
びドレイン層を形成する。これにより、Pチャネル型M
OSトランジスタ(8、11)が形成される。
【0022】ここで、シリコン基板1を接地(0V)
し、Nウエル領域(2A、2B、2C)を電源電圧Vd
d(例えば5V)にバイアスする。また、Pウエル領域
(3A、3B)を接地する。すると、Nウエル領域2B
及びN+型埋め込み層6Aとシリコン基板1とは逆バイ
アスされる。また、Pウエル領域3BとNウエル領域2
Bとは逆バイアスされる。これらの逆バイアスされたP
N接合が設けられることにより、DRAM領域で発生し
た基板ノイズ電流Inは、Pウエル領域3B内に流入す
ることが防止される。また、Nウエル領域2BはN+型
埋め込み層6Aと一体化され深く形成されているので、
基板ノイズ電流Inがロジック回路領域に流入すること
が防止される。
【0023】本実施形態によれば、NPN型バイポーラ
トランジスタ12のN+型埋め込み層6Bの形成工程と
同一工程で、N+型埋め込み層6AをN型ウエル領域2
Bの底部に重畳して形成しているので、専用工程を追加
することなく、深いN型ウエル領域(2B、6A)を形
成することができる。
【0024】また、N型ウエル領域(2A、2B、2
C)とコレクタ領域4を同一工程で形成しているので、
製造工程が削減される。また、P型ウエル領域(3A、
3B)とP型ベース層5も同一工程で形成しているの
で、製造工程が削減される。
【0025】さらに、N+型埋め込み層(6A、6B)
の不純物濃度をN型ウエル領域(2B)に比して高濃度
とすることにより、N型ウエル領域(2B)の底部から
より深く拡散しやすくなるので、基板ノイズ電流がロジ
ック回路領域へ流入するのを容易に阻止できるようにな
る。また、基板ノイズ電流がホール電流の場合には、こ
のN+型埋め込み層(6B)内に流入した場合でも、電
子との再結合が発生し易くなるので、基板ノイズ電流そ
のものが消滅することが期待される。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板ノイズ電流に起因する回路の誤動作を防止するため
のトリプルウエル構造を形成するにあたって、従来のよ
うに専用工程を追加する必要がなくなるので、製造コス
トの削減とTATの短縮に大きな効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図5】従来例に係る半導体装置を示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F003 BA97 BC05 BC08 BJ15 BP21 BP24 5F048 AA00 AA09 AB01 AB03 AC05 BA01 BA12 BE02 BE03 BE05 BE06 BG12 CA07 CA12 DA08 DA10 DA13 DA14 5F082 AA36 BA04 BA11 BA13 BA22 BC01 BC09 EA09 EA10 EA13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に形成された
    第2導電型ウエル領域と、該第2導電型ウエル領域内の
    表面に形成された第1導電型ウエル領域と、該第1導電
    型ウエル領域内に形成された第2導電チャネル型のMO
    Sトランジスタと、 前記半導体基板上に形成された第
    2導電型コレクタ層と、該第2導電型コレクタ層の表面
    に形成された第1導電型ベース層と、該第1導電型ベー
    ス層内に形成された第2導電型エミッタ層と、を備えた
    半導体装置において、 前記第2導電型ウエル領域と前記第2導電型コレクタ層
    の底部に重畳して、第2導電型の埋め込み層(6A、6
    B)が同一工程にて形成されていることを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第2導電型ウエル領域及び前記第2
    導電型コレクタ層は同一工程にて形成されていることを
    特徴とする請求項1に記載した半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1導電型ウエル領域及び第1導電
    型ベース層は同一工程にて形成されていることを特徴と
    する請求項1に記載した半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第2導電型の埋め込み層は、前記第
    2導電型ウエル領域及び前記第2導電型コレクタ層に比
    して高濃度の不純物を含むことを特徴とする請求項1に
    記載した半導体装置。
  5. 【請求項5】 第1導電型の半導体基板上に第2導電型
    ウエル領域及び第2導電型コレクタ層を形成する工程、 前記第2導電型ウエル領域内の表面に第1導電型ウエル
    領域を形成すると共に前記第2導電型コレクタ層の表面
    に第1導電型ベース層を形成する工程、 前記第2導電型ウエル領域と前記第2導電型コレクタ層
    の底部に重畳して、第2導電型の埋め込み層(6A、6
    B)を形成する工程、 前記第1導電型ウエル領域内にゲート電極を形成する工
    程、 前記第1導電型ウエル領域内に第2導電型ソース領域及
    びドレイン領域を形成する共に、前記第1導電型ベース
    層内に第2導電型エミッタ層を形成する工程、とを有す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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