JP2005072566A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 寄生サイリスタの導通を防ぐことによってラッチアップの発生を防止し、レイアウト面積を縮小できるトリプルウェル構造の半導体装置を提供する。
【解決手段】 P型シリコン基板20と、P型シリコン基板20の表面に互いに離間して形成された深いN型のウェル13及び深いN型ウェル14と、深いN型ウェル13に形成されたP型ウェル11と、深いN型ウェル14内に形成された浅いN型ウェル12と、P型ウェル11の表面に形成されたNチャンネル型MOSトランジスタMnと、浅いN型ウェル12の表面に形成されたPチャンネル型MOSトランジスタMpと、を有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体装置に関し、特にトリプルウェル構造のCMOS半導体装置におけるラッチアップ対策に関する。
従来より、トリプルウェル構造のCMOS半導体装置が知られている。図4は、そのようなトリプルウェル構造のCMOS半導体装置を示す断面図である。
20はP型シリコン基板である。21は深いN型ウェルであり、P型シリコン基板20の表面に形成されている。22はP型ウェルであり、深いN型ウェル21内に形成されている。23は浅いN型ウェルであり、P型ウェル22に隣接し、深いN型ウェル21の表面に形成されている。24はN+層であり、深いN型ウェル21の端部の表面に形成されている。N+層24は電源電位VDDが印加されている。
そして、P型ウェル22の表面にNチャンネル型MOSトランジスタMnが形成されるとともに、浅いN型ウェル23の表面にPチャンネル型MOSトランジスタMpが形成されている。
Nチャンネル型MOSトランジスタMnは、P型ウェル22の表面に形成されたドレイン27、ゲート酸化膜、ゲート電極28、ソース29から構成されている。25はP+層であり、P型ウェル22の表面に形成されている。P+層25は接地電圧VSSに接続され、P型ウェル22の電位を接地電圧VSSに設定している。
Pチャンネル型MOSトランジスタMpは、深いN型ウェル21の表面に形成されたソース30、ゲート酸化膜、ゲート電極31、ドレイン32から構成されている。N+層26は電源電位VDDに接続され、浅いN型ウェル23の電位を電源電位VDDに設定している。
このように、従来のトリプルウェル構造のCMOS半導体装置では、1つの深いN型ウェル21の中に、P型ウェル22及び浅いN型ウェル23が形成されていた。
なお、先行技術文献として以下の特許文献1がある。
特開2002−222869号公報
しかしながら、従来のトリプルウェル構造のCMOS半導体装置では、寄生的なバイポーラトランジスタによりサイリスタが形成され、ラッチアップに弱いという問題があった。この問題について詳しく説明する。
図4に示すように、寄生的なバイポーラトランジスタBip41は、浅いN型ウェル23、ソース30、P型ウェル22から構成されている。浅いN型ウェル23はベース、ソース30はエミッタ、P型ウェル22はコレクタとなりPNP型のバイポーラトランジスタBip41を形成している。
また、寄生的なバイポーラトランジスタBip42は、P型ウェル22、ソース29、浅いN型ウェル23から構成されている。P型ウェル22はベース、ソース29はエミッタ、浅いN型ウェル23はコレクタとなりNPN型のバイポーラトランジスタBip42を形成している。
この為、図5に示すように、寄生的なバイポーラトランジスタBip41と寄生的なバイポーラトランジスタBip42とによりラッチアップの原因となる寄生サイリスタ構造が形成されてしまう。そこで、ラッチアップを防ぐために、従来、バイポーラトランジスタBip41、Bip42のベース幅WB1、WB2(図4参照)を広げる対策が行われていた。しかし、ベース幅WB1、WB2を広げると、レイアウト面積が増大してしまう。
そこで、本発明は、このような寄生サイリスタが導通するのを防ぐことによってラッチアップを防止し、レイアウト面積を縮小できるトリプルウェル構造のCMOS半導体装置を提供することを目的とする。
本発明のトリプルウェル構造の半導体装置は、深いN型ウェル21を分離することにより、寄生サイリスタが導通しないようにし、ラッチアップ強度を向上させたものである。
本発明によれば、トリプルウェル構造の半導体装置において、ラッチアップを防止するとともに、パターン面積を縮小することが可能になる。
次に本発明の実施形態について、図面を参照しながら、詳しく説明する。
図1は実施形態に係る半導体装置の断面図である。
図1において、図4と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。13は深いN型ウェルであり、P型シリコン基板20の表面に形成されている。11はP型ウェルであり、深いN型ウェル13内に形成されている。14は深いN型ウェルであり、P型シリコン基板20の表面に形成されている。12は浅いN型ウェルであり、深いN型ウェル14内に形成されている。そして、P型ウェル11の表面にNチャンネル型MOSトランジスタMnが形成され、浅いNウェル12の表面にPチャンネル型MOSトランジスタMpが形成されている。尚、本発明では、前記深いNウェル14の形成を省略しても構わない。
本実施形態の特徴とする点は、深いN型ウェル13と深いN型ウェル14が離間されている点である。これにより、寄生サイリスタが導通するのを防ぎ、ラッチアップを防止できる。また、従来技術におけるベース幅WB1、WB2に相当する距離D1、D2を広げずに(WB1>D1、WB2>D2)ラッチアップを防止できる為、レイアウト面積の縮小ができる。以下に、本実施形態で、寄生サイリスタが導通しない理由について詳しく説明する。
図2は、寄生的なバイポーラトランジスタが形成されている様子を示す断面図である。図3は、図2の寄生的なバイポーラトランジスタの接続を示す回路図である。
図2、図3において、寄生的なバイポーラトランジスタBip1、寄生的なバイポーラトランジスタBip2、寄生的なバイポーラトランジスタBip3、寄生的なバイポーラトランジスタBip4が示されている。
寄生的なバイポーラトランジスタBip1は、浅いN型ウェル12及び深いN型ウェル14、ソース30、P型シリコン基板20から構成されている。浅いN型ウェル12及び深いN型ウェル14はベース、ソース30はエミッタ、P型シリコン基板20はコレクタとなりPNP型のバイポーラトランジスタBip1が形成されている。
また、寄生的なバイポーラトランジスタBip2は、P型シリコン基板20、深いN型ウェル13、浅いN型ウェル12及び深いN型ウェル14から構成されている。P型シリコン基板20はベース、深いN型ウェル13はエミッタ、浅いN型ウェル12及び深いN型ウェル14はコレクタとなりNPN型のバイポーラトランジスタが形成されている。
また、寄生的なバイポーラトランジスタBip3は、P型ウェル11、ソース29、深いN型ウェル13から構成されている。P型ウェル11はベース、ソース29はエミッタ、深いN型ウェル13はコレクタとなりNPN型のバイポーラトランジスタBip3が形成されている。
また、寄生的なバイポーラトランジスタBip4は、深いN型ウェル13、P型ウェル11、P型シリコン基板20から構成されている。深いN型ウェル13はベース、P型ウェル11はエミッタ、P型シリコン基板20はコレクタとなりPNP型のバイポーラトランジスタBip4が形成されている。
図3に示されるように、寄生トランジスタBip1及びBip2によって寄生サイリスタが形成されるが、その両端電位がいずれもVDDである為、寄生サイリスタは導通しない。従って、ラッチアップの発生を防止し、レイアウト面積を縮小できる。また、本実施形態において、2つの深いN型ウェル13、14は、同じ電位(電源電位VDD)にバイアスされている。
すなわち、本実施形態では、同じ電位にバイアスされた2つの深いN型ウェル13、14を一体化することなく、あえて互いに離間されることでラッチアップの発生を防止したものである。
本発明の実施形態に係るトリプルウェル構造の半導体装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るトリプルウェル構造の半導体装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るトリプルウェル構造における寄生的なバイポーラトランジスタの接続関係を示す回路図である。 従来例に係るトリプルウェル構造の半導体装置の断面図である。 従来例に係るトリプルウェル構造における寄生的なバイポーラトランジスタの接続関係を示す回路図である。

Claims (3)

  1. 第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面に互いに離間して形成された第2導電型の第1及び第2のウェルと、前記第1のウェル内に形成された第1導電型の第3のウェルと、前記第2のウェル内に形成された第2導電型の第4のウェルと、前記第3のウェルの表面に形成された第2導電チャンネル型MOSトランジスタと、前記第4のウェルの表面に形成された第1導電チャンネル型MOSトランジスタと、を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第1のウェルと前記第2のウェルが同電位にバイアスされたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面に互いに離間して形成された第2導電型の第1及び第2のウェルと、前記第1のウェル内に形成された第1導電型の第3のウェルと、前記第3のウェルの表面に形成された第2導電チャンネル型MOSトランジスタと、前記第2のウェルの表面に形成された第1導電チャンネル型MOSトランジスタと、を有することを特徴とする半導体装置。
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