JP2003197759A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
定されていなかった。 【解決手段】 半導体基板11内に第1導電型のウェル
領域13が形成されている。素子分離領域12により分
離されたウェル領域13の第1の領域内に第2導電型の
半導体層15形成されている。ウェル領域13の底部に
第1導電型の低抵抗領域16が設けられている。
Description
路に用いられる可変容量コンデンサ及び増幅器に適用さ
れる半導体装置に関する。
デンサを含み、この可変容量コンデンサの容量を変化す
ることにより、所要の周波数の信号を発振可能とされて
いる。電圧制御発振器は、フェーズノイズ(phase nois
e)を低減するため、高いQ値が要求される。これを実現
するため、可変容量コンデンサの特性は、低い寄生容量
及び低い寄生抵抗が要求される。
コンデンサは、N型のウェル領域内に形成されたP+型
の半導体層の接合部分、あるいはP型ウェル領域内に形
成されたN+の接合部分を用いて構成される。
容量コンデンサの一例を示している。例えばP型の半導
体基板100の表面領域にN型のウェル領域101が形
成されている。このN型のウェル領域101内には、P
+型の半導体層102、N+型の半導体層103が形成
されており、P+型の半導体層102とN型のウェル領
域101の接合部分を用いて可変容量コンデンサ104
が構成されている。各半導体層102、103には配線
105が接続されている。この可変容量コンデンサ10
4において、寄生容量としては配線105間の容量10
6、寄生抵抗としては配線抵抗(図示せず)、ウェル領
域の抵抗(以下、ウェル抵抗とも言う)107が支配的
である。
P+型の半導体層102とN+の半導体層103間のス
ペースを小さくできるようになっている。これにより、
ウェル領域101の寄生抵抗を低減することが可能であ
る。しかし、P+型の半導体層102とN+の半導体層
103間のスペースを小さくした場合、配線105間の
距離も狭まる。この結果、寄生容量としての配線間容量
107が増大する。
の半導体層103間に印加されるバイアス電圧と容量の
変化の様子を示している。図18に示すように、寄生容
量が増大すると、バイアス電圧に応じた容量の可変範囲
が低減してしまう。したがって、配線間容量を低減する
ため、P+型の半導体層102とN+の半導体層103
間のスペースを広げて可変容量コンデンサを形成する必
要がある。これは、ウェル抵抗を低減できないことを意
味している。
音の発生源となる。これは例えば電圧制御発振器におい
てQ値を低下させ、位相フェーズノイズ(phase noise)
の劣化を引き起こす。
するMOSトランジスタ(以下、MOSFETと称す)
は、P型のウェル領域110の抵抗が大きい場合パワー
ロスが生じ、高利得な増幅器を構成することが困難とな
る。一般に、この種の増幅器は、デジタル回路と混載さ
れる。しかし、現状のデジタル回路に使用されているウ
ェルの抵抗は、増幅器の利得を下げることとなる。
している。現状のアナログ/デジタル混載半導体装置に
おいて、デジタル部で使用されているウェルの抵抗値は
例えば50Ωである。このウェル抵抗の場合、高い利得
を得ることが困難である。同図から明らかなように、利
得を上げるためには、ウェル抵抗を上げるか、下げるか
しなければいけない。ウェル抵抗を上げるためには、高
抵抗基板を用いることが考えられる。しかし、高抵抗基
板は、ウェハ内にスリップが生じるなどの問題がある。
また、ウェル抵抗を下げるためには低抵抗基板を用いる
ことが考えられる。
デジタル混載半導体装置の一例を示している。低抵抗基
板としてのP+基板120内にウェル領域121、12
2を形成し、このウェル領域121、122内にアナロ
グ回路とデジタル回路を形成している。このように、低
抵抗基板を用いた場合、ウェル抵抗を低下できる。しか
し、ウェル抵抗を低くした場合、デジタル回路からアナ
ログ回路にノイズが侵入し、アナログ回路の特性に悪影
響を与えることとなる。
係を示している。このように、侵入ノイズ量はウェル抵
抗が低いほど多くなる。このため、アナログ/デジタル
混載半導体装置において、低抵抗基板を採用することが
できない。
れたものであり、その目的とするところは、回路素子の
種類に応じてウェルの抵抗値を設定することにより、回
路素子の特性を向上することが可能な半導体装置を提供
しようとするものである。
上記課題を解決するため、半導体基板と、前記半導体基
板の表面領域内に形成された第1導電型のウェル領域
と、前記ウェル領域内に形成された複数の素子分離領域
と、前記素子分離領域により分離された前記ウェル領域
の第1の領域内に形成され、コンデンサの第1の電極と
しての第2導電型の半導体層と、前記ウェル領域の底部
に設けられ、前記ウェル領域の抵抗値より低い第1導電
型の低抵抗領域とを具備している。
と、前記半導体基板の表面領域内に形成された第1導電
型のウェル領域と、前記ウェル領域内に形成された複数
の素子分離領域と、前記素子分離領域により分離された
前記ウェル領域の第1の領域内に形成されたMOSトラ
ンジスタと、前記ウェル領域の底部に設けられ、前記ウ
ェル領域の抵抗値より低い第1導電型の低抵抗領域とを
具備している。
て図面を参照して説明する。
の実施形態に係る可変容量コンデンサを示している。こ
の可変容量コンデンサ10は、例えばN型のウェル領域
13とP+型の半導体層15の接合部分を用いている。
Ωの抵抗を有している。この基板11の表面領域内に
は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)からな
る複数の素子分離領域12が形成されている。これら素
子分離領域12の形成された半導体基板11の表面領域
内には、ウェル領域13が形成されている。素子分離領
域12により分離されたウェル領域13の第1の領域内
には、P+型の半導体層15が形成されている。この半
導体層15の周囲に位置する第2の領域には、N +型の
半導体層14が形成されている。P+型の半導体層15
は可変容量コンデンサの第1の電極を構成し、N+型の
半導体層14は第2の電極を構成する。
えばN型の低抵抗領域16が形成されている。この低抵
抗領域16は、ウェル領域13より不純物濃度が高く設
定され、前記ウェル領域13の抵抗値より低く設定され
ている。具体的には、低抵抗領域16の不純物濃度は、
ウェル領域13の不純物濃度の例えば2倍以上、あるい
は1×1018cm-3以上に設定される。この低抵抗領域
16は、例えばP+型の半導体層15とウェル領域との
接合部分の空乏層に接触せず、各素子分離領域12の底
部に接触している。
について説明する。
板11の表面領域にSTIからなる複数の素子分離領域
12が形成される。この素子分離領域12は周知の工程
により製造される。すなわち、先ず基板11の表面にト
レンチが形成される。次に、基板11の全面に例えばC
VD(Chemical Vapor Deposition)によりシリコン酸化
膜が堆積され、トレンチがシリコン酸化膜によって埋め
込まれる。次いで、基板11上のシリコン酸化膜が例え
ばCMP(Chemical Mechanical Polishing)により除去
される。
物、例えばリンがイオン注入され、N型のウェル領域1
3が形成される。このウェル領域13の深さは、素子分
離領域12の深さより深く設定されている。
の全面にN型の不純物、例えばリンがイオン注入され、
低抵抗領域16が形成される。イオン注入の条件は、例
えば加速電圧が1000〜2000KeV、ドーズ量が
1×1013〜1×1014cm -2である。このイオン注入
の条件は一例であり、低抵抗領域16が図1に示すよう
にP+半導体層15の空乏層に接触せず、素子分離領域
12の底部に接触する深さとなる条件であれば良い。こ
のようにして、ウェル領域13の底部の不純物濃度が上
げられる。
3の第1の領域にP型の不純物、例えばボロンがイオン
注入され、P+型の半導体層15が形成される。次い
で、ウェル領域13の第2の領域にN型の不純物、例え
ばリンがイオン注入され、N+型の半導体層14が形成
される。
濃度と深さを概略的に示しており、図1乃至図3と同一
部分には同一符号を付す。
ンデンサ10が形成されるウェル領域13の底部に低抵
抗領域16を形成することにより、ウェル抵抗を低減し
ている。このため、配線間容量を低減するためにP+型
の半導体層15とN+の半導体層14間のスペースを広
げた場合においても、ウェル抵抗を低く保持することが
できる。したがって、熱雑音を抑えることができる。
少ないため、この可変容量コンデンサを電圧制御発振器
に適用した場合、電圧制御発振器のQ値を向上でき、フ
ェーズノイズを低減できる。
の実施形態を示している。第2の実施形態は、第1の実
施形態を変形したものであり、第1の実施形態と同一部
分には同一符号を付す。
えばP型のウェル領域17とN+型の半導体層14の接
合部分を用いている。すなわち、例えばP型の半導体基
板11内に例えばP型のウェル領域17が形成されてい
る。ウェル領域17の中央部内には、N+型の半導体層
14が形成され、この半導体層14の周囲にP+型の半
導体層15が形成されている。
抗領域18が形成されている。この低抵抗領域18は例
えばN+型の半導体層14とウェル領域17との接合部
分の空乏層に接触せず、各素子分離領域12の底部に接
触している。この低抵抗領域18は、例えばP型でウェ
ル領域17より不純物濃度が高く設定されている。具体
的には、低抵抗領域18の不純物濃度は、ウェル領域1
3の不純物濃度の例えば2倍以上、あるいは1×1018
cm-3以上に設定される。
は第1の実施形態と同様である。低抵抗領域18の形成
するためのイオン注入の条件は、例えばイオン種がボロ
ンであり、加速電圧が1000〜2000KeV、ドー
ズ量が1×1013〜1×10 14cm-2である。
施形態と同様の効果を得ることができる。
の実施形態に係り、可変容量コンデンサとMOSFET
からなる増幅器を示している。可変容量コンデンサ10
の構成は、図5と同様であるため、同一部分には同一符
号を付し、説明は省略する。第3の実施形態は、P型の
ウェル領域17とN+半導体層14とからなる可変容量
コンデンサ10と、NチャネルMOSFET20を示し
ている。しかし、コンデンサ及びトランジスタの導電型
はこれに限定されるものではない。
は、P型のウェル領域21に形成されている。すなわ
ち、素子分離領域12により分離されたウェル領域21
の第1の領域上にゲート酸化膜22が形成されている。
このゲート酸化膜22の上に例えばポリシリコンからな
るゲート電極23が形成されている。このゲート電極2
3の両側に位置するウェル領域21内にはソース/ドレ
イン領域25が形成されている。
ウェル領域21の第2の領域には、P+型の半導体層2
4が形成されている。この半導体層24は、ウェル領域
21に電圧を供給するための電圧供給ノードとして機能
する。
抗領域26が形成されている。この低抵抗領域26が形
成される深さは、低抵抗領域18とほぼ同様である。す
なわち、MOSFET20のソース/ドレイン領域の空
乏層に接触せず、各素子分離領域12の底部に接触して
いる。この低抵抗領域26は、例えばP型でウェル領域
21より不純物濃度が高く設定されている。具体的に
は、低抵抗領域26の不純物濃度は、ウェル領域21の
不純物濃度の例えば2倍以上、あるいは1×10 18cm
-3以上に設定される。
説明する。
ンサ10及びMOSFET20は同時に形成される。
導体基板11内に複数の素子分離領域12が形成され
る。この後、可変容量コンデンサ10の形成領域、及び
MOSFET20の形成領域にそれぞれP型のウェル領
域17、21が形成される。
て、例えばボロンがイオン注入され、ウェル領域17、
21の底部の不純物濃度が高められる。イオン注入の条
件は、例えば加速電圧が1000〜2000KeV、ド
ーズ量が1×1013〜1×1014cm-2である。このよ
うにして、ウェル領域17、21の底部に低抵抗領域1
8、26が形成される。
20の形成領域において、ウェル領域21上にゲート酸
化膜22が形成され、このゲート酸化膜22の上にゲー
ト電極23が形成される。
N+半導体層14の形成と同時に、ソース/ドレイン領
域25が形成される。さらに、可変容量コンデンサ10
におけるP+半導体層15の形成と同時に、電源供給ノ
ードとしてのP+半導体層24が形成される。
し、この後、N+半導体層14、及びソース/ドレイン
領域25を形成してもよい。
コンデンサ10、MOSFET20を形成した後に形成
することも可能である。
成されるウェル領域21の底部に低抵抗領域26を形成
している。このため、ウェル領域21の寄生抵抗を低減
できる。したがって、パワーロスを低減でき、高利得の
増幅器20を構成することができる。
の実施形態を示している。第4の実施形態は第3の実施
形態を変形したものである。
の実施形態と同様であり、可変容量コンデンサ10は、
第1の実施形態と同様に、例えばN型のウェル領域13
とP +型の半導体層15の接合部分を用いて可変容量コ
ンデンサを形成している。可変容量コンデンサ10のウ
ェル領域13にはN型の低抵抗領域16が形成され、M
OSFET20のウェル領域22にはP型の低抵抗領域
26が形成されている。このように、異なる導電型の低
抵抗領域の形成方法について以下に説明する。
導体基板11内に複数の素子分離領域12が形成され
る。この後、可変容量コンデンサの形成領域にN型のウ
ェル領域13が形成され、MOSFETの形成領域にP
型のウェル領域21が形成される。すなわち、例えばM
OSFET20の形成領域上がレジスト膜41により覆
われる。このレジスト膜41をマスクとしてN型の不純
物、例えばリンが基板内にイオン注入され、ウェル領域
13の底部にN型の低抵抗領域16が形成される。
41を除去した後、可変容量コンデンサの形成領域上が
レジスト膜42により覆われる。このレジスト膜42を
マスクとしてP型の不純物、例えばボロンが基板内にイ
オン注入され、ウェル領域21の底部にP型の低抵抗領
域26が形成される。イオン注入の条件は、第2、第3
の実施形態と同様である。
を形成した後、上述した工程により可変容量コンデンサ
及びMOSFETが形成される。
と同様の効果を得ることができる。 (第5の実施形態)図11、図12は、本発明の第5の
実施形態を示している。図11は、本発明を電力増幅器
に適用した例を示し、図12は図11の等価回路を示し
ている。図11に示す増幅器の構成は基本的に図6に示
す増幅器と同様である。すなわち、MOSFET20が
形成されるウェル領域21には、低抵抗領域26が形成
されている。この低抵抗領域26は、図12に示す等価
回路において、抵抗51で示されている。また、MOS
FET20の電流通路の一端部には例えばアルミニウム
配線53を介して負荷抵抗52が接続されている。この
負荷抵抗52は例えばゲート電極23と同時に形成さ
れ、さらに不純物が注入されて抵抗値が設定されてい
る。
0が形成されるウェル領域21の低部に低抵抗領域26
が形成されている。このため、パワーロスを低減でき、
高利得の電力増幅器を構成できる。
発明の第6の実施形態を示している。図13は、可変容
量コンデンサとしての可変容量ダイオードを用いた電圧
制御発振器の一例を示し、図14は、図13のA部に対
応する可変容量コンデンサ61とMOSFET62の断
面図を示している。
す構成と同様である。図14において、可変容量コンデ
ンサのP+半導体層15とMOSFET62のソースと
がアルミニウム配線63を介して接続されている。
ンサ61は、寄生抵抗が少なく容量の可変範囲が広く、
MOSFET62は高利得を得ることができる。このた
め、この可変容量コンデンサ61とMOSFET62と
を用いることにより、フェーズノイズが少なく、高性能
の電圧制御発振器を構成することができる。
7の実施形態を示している。第7の実施形態は、本発明
をバイポーラトランジスタを用いた電圧制御発振器に適
用した場合を示している。図15において、可変容量コ
ンデンサ10の構成は、例えば第1の実施形態と同様で
あるため、説明は省略する。
板11内には例えばN型のウェル領域71が形成されて
いる。このN型のウェル領域71はコレクタ層として機
能している。素子分離領域12により分離されたウェル
領域71の第1の領域上にはP型のベース層72が形成
されている。このベース層72の上にはN型のエミッタ
層73が形成されている。また、素子分離領域12によ
り分離されたウェル領域71の第2の領域上にはN+型
の半導体層74が形成されている。この半導体層74
は、コレクタ接続ノードとして機能している。
低抵抗領域75が形成されている。この低抵抗領域75
は、可変容量コンデンサ10の低抵抗領域13とともに
形成される。低抵抗領域75の不純物濃度はMOSFE
Tの場合と同様である。低抵抗領域75は、コレクタ・
ベース間の空乏層に接することなく、素子分離領域12
の底部に接する形成位置に形成される。
ンジスタが形成されるウェル領域71の底部に低抵抗領
域75を形成している。このため、ウェル抵抗を低下す
ることができるため、パワーロスを抑えることができ、
高利得の増幅器を構成することができる。
ジスタを示しているが、これに限らず、この実施形態を
PNP型のバイポーラトランジスタに適用することも可
能である。
8の実施形態を示している。第8の実施形態は、本発明
をアナログ/デジタル混載半導体装置に適用した場合を
示している。
81は、抵抗値が例えば30〜500Ωの比較的高抵抗
の基板である。この基板81の表面領域内には複数の素
子分離領域12が形成されている。これら素子分離領域
12により分離された第1の領域には例えばP型のウェ
ル領域82が形成され、第2の領域には例えばP型のウ
ェル領域83が形成されている。これらウェル領域8
2、83の不純物濃度は例えば等しく設定されている。
ウェル領域82内にはアナログ回路85を構成する例え
ばMOSFETが形成され、ウェル領域83内にはデジ
タル回路86を構成する例えばMOSFETが形成され
ている。前記アナログ回路85が形成されたウェル領域
82の底部には例えばP型の低抵抗領域84が形成され
ている。この低抵抗領域84の形成位置及び不純物濃度
は、例えば第4、第5の実施形態と同様である。すなわ
ち、アナログ回路85が形成されたウェル領域82の不
純物濃度は、デジタル回路が形成されたウェル領域の不
純物濃度の例えば2倍以上、あるいは1×1018cm-3
以上に設定される。したがって、アナログ回路85が形
成されたウェル領域82のウェル抵抗は、デジタル回路
86が形成されたウェル領域83のウェル抵抗より高く
設定される。
1内にアナログ回路85とデジタル回路86を形成して
いる。このため、デジタル回路86からアナログ回路8
5へのノイズの侵入を防止できる。しかも、アナログ回
路85が形成されたウェル領域82の底部には低抵抗領
域84を形成している。このため、アナログ回路85を
構成する。増幅器の利得の低下を防止できる。また、ア
ナログ回路が、例えば可変容量コンデンサである場合、
容量の可変範囲を広くすることができる。
いて種々変形実施可能なことは勿論である。
回路素子の種類に応じてウェルの抵抗値を設定すること
により、回路素子の特性を向上することが可能な半導体
装置を提供できる。
ンサを示す断面図。
ンサを示す断面図。
ンサを示す断面図。
ンサを示す断面図。
断面図。
器の一例を示す回路図。
ランジスタの一例を示す断面図。
ジタル混載半導体装置の一例を示す断面図。
面図。
す図。
の一例を示す断面図。
装置の特性を示す図。
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面領域内に形成された第1導電型の
ウェル領域と、 前記ウェル領域内に形成された複数の素子分離領域と、 前記素子分離領域により分離された前記ウェル領域の第
1の領域内に形成され、コンデンサの第1の電極として
の第2導電型の半導体層と、 前記ウェル領域の底部に設けられ、前記ウェル領域の抵
抗値より低い第1導電型の低抵抗領域とを具備すること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記低抵抗領域は、前記半導体層と前記
ウェル領域の接合部分の空乏層に接触せず、前記素子分
離領域に接触することを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。 - 【請求項3】 前記素子分離領域により分離された前記
ウェル領域の第2の領域内に形成され、コンデンサの第
2の電極としての第1導電型の半導体層をさらに具備
し、前記低抵抗領域は前記ウェル領域の底部において、
前記第1導電型の半導体層から第2導電型の半導体層に
亘って配置されていることを特徴とする請求項2記載の
半導体装置。 - 【請求項4】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面領域内に形成された第1導電型の
ウェル領域と、 前記ウェル領域内に形成された複数の素子分離領域と、 前記素子分離領域により分離された前記ウェル領域の第
1の領域内に形成されたMOSトランジスタと、 前記ウェル領域の底部に設けられ、前記ウェル領域の抵
抗値より低い第1導電型の低抵抗領域とを具備すること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】 前記低抵抗領域は、前記MOSトランジ
スタのソース/ドレイン領域と前記ウェル領域の接合部
分の空乏層に接触せず、前記素子分離領域に接触するこ
とを特徴とする請求項4記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記素子分離領域により分離された前記
ウェル領域の第2の領域内に形成された第1導電型の半
導体層をさらに具備し、前記低抵抗領域は前記ウェル領
域の底部において、前記第1導電型の半導体層から第2
導電型の半導体層に亘って配置されていることを特徴と
する請求項5記載の半導体装置。 - 【請求項7】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面領域内に形成された第1導電型の
ウェル領域と、 前記ウェル領域内に形成された複数の素子分離領域と、 前記素子分離領域により分離されたバイポーラトランジ
スタの第1の電極としての前記ウェル領域上に形成され
た第2導電型のベース層と、 前記ベース層の上に形成された第1導電型の第2の電極
と、 前記ウェル領域の底部に設けられ、前記ウェル領域の抵
抗値より低い第1導電型の低抵抗領域とを具備すること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項8】 前記低抵抗領域は、前記バイポーラトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域と前記ウェル領域の接
合部分の空乏層に接触せず、前記素子分離領域に接触す
ることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。 - 【請求項9】 前記素子分離領域により分離された前記
ウェル領域の第2の領域内に形成された第1導電型の半
導体層をさらに具備し、前記低抵抗領域は前記ウェル領
域の底部において、前記第1導電型の半導体層から第2
導電型の半導体層に亘って配置されていることを特徴と
する請求項8記載の半導体装置。 - 【請求項10】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面領域内に形成された第1導電型の
ウェル領域と、 前記半導体基板の表面領域内に形成された第2導電型の
ウェル領域と、 前記第1のウェル領域内に形成されたアナログ回路と、 前記第2のウェル領域内に形成されたデジタル回路と、 前記第1のウェル領域の底部に設けられ、前記第1のウ
ェル領域の抵抗値より低い第1導電型の低抵抗領域とを
具備することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項11】 前記低抵抗領域の不純物濃度は、前記
ウェル領域の不純物濃度の2倍以上に設定されているこ
とを特徴とする請求項3、6、10のいずれかに記載の
半導体装置。 - 【請求項12】 前記低抵抗領域の不純物濃度は、1×
1018cm-3以上に設定されていることを特徴とする請
求項3、6、10のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項13】 前記アナログ回路が設けられた第1の
ウェル領域の不純物濃度は、前記デジタル回路が設けら
れた第2のウェル領域の不純物濃度より高く設定されて
いることを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
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