JP2006140448A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2006140448A
JP2006140448A JP2005287494A JP2005287494A JP2006140448A JP 2006140448 A JP2006140448 A JP 2006140448A JP 2005287494 A JP2005287494 A JP 2005287494A JP 2005287494 A JP2005287494 A JP 2005287494A JP 2006140448 A JP2006140448 A JP 2006140448A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
region
semiconductor device
regions
deep
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005287494A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroaki Okubo
宏明 大窪
Yasutaka Nakashiba
康隆 中柴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Electronics Corp
Original Assignee
NEC Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Electronics Corp filed Critical NEC Electronics Corp
Priority to JP2005287494A priority Critical patent/JP2006140448A/ja
Publication of JP2006140448A publication Critical patent/JP2006140448A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

【課題】ノイズの伝搬を抑制しつつ、一導電型の領域中に存在するトランジスタおよび逆導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値を、それぞれのトランジスタ形成領域においてまとめて制御することができる、半導体装置を提供する。
【解決手段】P型Si基板101には、デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121が設けられている。アナログ回路領域121には、P型ウェル103、193、N型ウェル105、195が設けられている。デジタル回路領域123には、P型ウェル107、197、N型ウェル109、199が設けられている。P型ウェル103、N型ウェル105の下面に接して、メッシュ状のディープN型ウェル111が設けられている。P型ウェル107、N型ウェル109の下面に接して、メッシュ状のディープN型ウェル113が設けられている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体装置に関する。
プロセッサなどの半導体装置の省電力化のためには、プロセッサなどにかかる処理負荷に応じて多段階に電圧を変更することが有効である。すなわち、半導体装置内のトランジスタが設けられている領域に電圧(バックバイアス)を印加して、トランジスタが設けられている領域に印加する電圧を制御することにより、トランジスタのゲート電極の閾値を変えることが有効である。
また、プロセッサなどの半導体装置内には、それぞれ機能が異なる複数の領域が設けられている場合があり、これらの領域ごとにトランジスタのゲート電極の閾値を制御する要請がある。この場合にも、半導体装置内の特定の領域毎に電圧(バックバイアス)を印加して、トランジスタが設けられている領域に印加する電圧を制御することにより、トランジスタのゲート電極の閾値を変えることが有効である。
従来の半導体装置として、特許文献1に記載されたものもある。図12は、この半導体装置のトランジスタ形成領域を示す断面図である。半導体基板3には、N型不純物が深く拡散された2つのディープNウェル5aおよび5bが形成される。ディープNウェル5aには、さらにPウェル6aおよびNウェル7aが形成され、CMOSによるデジタル回路(図示せず)が形成される。Nウェル7aは、高濃度不純物層N+を介してデジタル電源VDDが接続されている。ディープNウェル5bには、さらにPウェル6bおよびNウェル7bが形成され、CMOSによるアナログ回路(図示せず)が形成される。Nウェル7bは、高濃度不純物層N+を介してアナログ電源VDDが接続されている。
デジタル回路領域またはアナログ回路領域に挟まれるP型基板3の表面に形成されたPウェル4内に2つのN型高濃度不純物領域N+、1つのP型高濃度不純物領域P+が形成される。2つの不純物領域N+の内の一方は、デジタル電源VDDに接続され、他方はアナログ電源VDDに接続される。不純物領域P+は基板専用接地端子GNDを介して接地電源(不図示)に接続され、Pウェル4は接地領域となる。
特許文献1によれば、この構成によれば、デジタル回路およびアナログ回路が形成される領域はそれぞれディープNウェルを有するトリプルウェルトランジスタ形成領域となっており、このトランジスタ形成領域によって両回路は電気的に分離されており、デジタル回路およびアナログ回路相互間の電気的な干渉が抑制される旨記載されている。
また、従来の半導体装置として、特許文献2に記載されたものがある。図13は、特許文献2に記載の半導体装置の構成を説明するための平面図である。図13は、複数のN型ウェル(例えばN−well_1およびN−well_2)およびメッシュトランジスタ形成領域を形成する複数の斜めのディープN型ウェル(DDNW)領域の上面図を示す。ここで、斜めのディープN型ウェル領域410Aおよび410Bは、斜めのディープN型ウェル領域412A、412Bおよび412Cと直交する。このように、斜めのディープN型ウェル領域412A、412B、412C、410Aおよび410Bは、メッシュトランジスタ形成領域490を形成し、ボディーバイアスの電位VnwをN−well_1およびN−well_2に分配し、PFET470にボディーバイアスが印加されるようにする。
メッシュトランジスタ形成領域490の方向は、N−well_1およびN−well_2の方向に対して斜めである。メッシュトランジスタ形成領域490は、複数のN型ウェル(例えばN−well_1およびN−well_2)に対して45度の角度を有する。斜めのディープN型ウェル領域412A、412B、412C、410Aおよび410Bは、それぞれ直線形状を有し、N型ドーピングされており、半導体装置中でN−well_1およびN−well_2の下部に設けられている。
特開平7−58289号公報 国際公開第2004/061967号パンフレット
しかしながら、上記特許文献1に記載の従来技術では、海状のP型基板中に複数の島状のN型ウェルが設けられているため、複数のN型ウェルのウェル電位をまとめて調整することが困難である。このため、N型ウェル中のPMOSのゲート電極の閾値をまとめて調整することが困難となる。仮に、複数のN型ウェルの電位をまとめて調整できるようにするには、別途複数のN型ウェル間にメタル配線を引き回すことになるため、配線レイアウトが複雑になり、チップ面積が増大することになる。
また、上記特許文献2に記載の従来技術では、特性の異なる複数の領域間でノイズが伝搬しやすい。すなわち、この半導体装置では、N−well_1、N−well_2およびP−Wellなどにボディーバイアス(バックバイアス)を供給するメッシュトランジスタ形成領域490を形成している。このため、メッシュトランジスタ形成領域490上のN−well_1、N−well_2およびP−Well上に、デジタル回路およびアナログ回路などをそれぞれ含む特性の異なる複数の領域を形成すると、N−well_1およびN−well_2などに電位を供給するディープN−well412A、412B、412C、410A、410Bを介して、特性の異なる複数の領域間でノイズが伝搬しやすい。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ノイズの伝搬を抑制しつつ、一導電型の領域中に存在するトランジスタおよび逆導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値を、それぞれまとめて制御することができる、半導体装置を提供する。
本発明によれば、
一導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた複数のトランジスタ形成領域と、
を備え、
前記複数のトランジスタ形成領域は、それぞれ
前記半導体基板の素子形成面側に設けられている、一導電型の第一の領域と、
前記第一の領域上に設けられている、第一のトランジスタと、
前記半導体基板の素子形成面側に設けられている、逆導電型の第二の領域と、
前記第二の領域上に設けられている、第二のトランジスタと、
前記第一の領域および前記第二の領域よりも底面側に設けられており、前記第二の領域の下面と接する、逆導電型の下部領域とを含み、
前記下部領域は、上下貫通する開口部の設けられた平面形状を有し、
前記開口部を介して、前記第一の領域と前記半導体基板の底面側領域とが電気的に接続された構成を有し、
複数の前記トランジスタ形成領域に含まれる各下部領域は、それぞれ離間して設けられるとともに、
複数の前記トランジスタ形成領域に含まれる各第二の領域は、それぞれ離間して設けられることを特徴とする半導体装置が提供される。
この構成によれば、それぞれのトランジスタ形成領域で、半導体基板のうち、第一の領域および第二の領域よりも底面側に設けられており、第二の領域の下面と接する、逆導電型の下部領域を備えるため、逆導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値を、まとめて制御することができる。
また、この構成によれば、それぞれのトランジスタ形成領域で、下部領域の有する上下貫通する開口部を介して、第一の領域の下面と、半導体基板の底面側領域とが、電気的に接続されているため、一導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値を、まとめて制御することができる。
また、この構成によれば、下部領域同士は、互いに離間しており、第二の領域同士は、互いに離間しているため、複数のトランジスタ形成領域間において、下部領域を介したノイズの伝搬を抑制することができる。
よって、この構成によれば、ノイズの伝搬を抑制しつつ、一導電型の領域中に存在するトランジスタおよび逆導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値を、それぞれまとめて制御することができる、半導体装置が得られる。
なお、本発明において、半導体基板の底面側領域とは、下部領域に対して、相対的に半導体基板の底面側にあたる一導電型の領域を意味し、絶対的な位置の限定を意味するものではない。また、本発明において、上とは、半導体基板の素子形成面側を意味する。また、本発明において、下とは、半導体基板の底面側を意味する。
さらに、本発明において、トランジスタ形成領域の一導電型の第一の領域は、下部領域の上方部分の領域である。この第一の領域は、一導電型の半導体基板に不純物を注入することで形成されたものであってもよく、不純物が注入されていないものであってもよい。
本発明によれば、特定の構成の複数のトランジスタ形成領域を備えるため、ノイズの伝搬を抑制しつつ、一導電型の領域中に存在するトランジスタおよび逆導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値を、それぞれのトランジスタ形成領域においてまとめて制御することができる、半導体装置が得られる。
本発明において、複数のトランジスタ形成領域は、それぞれ下部領域と電気的に接続する電位制御部をさらに含む構成とすることができる。
この構成によれば、複数のトランジスタ形成領域間で、下部領域の電位を独立して制御することができる。その結果、複数のトランジスタ形成領域間で、逆導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値を独立して制御できる。
また、本発明において、複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域において、第二の領域は、複数設けられており、複数の第二の領域は、下部領域を介して、互いに電気的に接続するように構成することができる。
この構成によれば、少なくとも一以上のトランジスタ形成領域中で、下部領域を介して、複数の第二の領域の電位をまとめて制御することができる。その結果、少なくとも一以上のトランジスタ形成領域中で、逆導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値をまとめて制御できる。
また、本発明において、複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域において、第一の領域は、複数設けられており、複数の第一の領域は、開口部を介して、半導体基板の底面側領域と電気的に接続するように構成することができる。
この構成によれば、少なくとも一以上のトランジスタ形成領域中で、下部領域の開口部および半導体基板の底面側領域を介して、複数の第一の領域の電位をまとめて制御することができる。その結果、少なくとも一以上のトランジスタ形成領域中で、一導電型の領域中に存在するトランジスタのゲート電極の閾値をまとめて制御できる。
また、本発明において、複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域において、下部領域の平面形状が、格子状または櫛状であってもよい。
この構成によれば、少なくとも一以上のトランジスタ形成領域中で、格子状または櫛状の平面形状からなる下部領域を介して、第二の領域の電位をまとめて制御することができる。また、格子状または櫛状の下部領域の開口部を介して、第一の領域の電位をまとめて制御することができる。
また、本発明において、複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域は、デジタル回路およびアナログ回路のうち一方の少なくとも一部を構成し、複数のトランジスタ形成領域のうち別の少なくとも一以上のトランジスタ形成領域は、デジタル回路およびアナログ回路のうち他方の少なくとも一部を構成することができる。
この構成によれば、デジタル回路およびアナログ回路間で、逆導電型の領域に設けられているトランジスタのゲート電極の閾値をそれぞれ独立して制御できる。また、デジタル回路およびアナログ回路間で、下部領域を介したノイズの伝搬を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
<実施形態1>
図1は、本実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図および断面図である。なお、図1に図示する半導体装置には、実際にはMOSトランジスタをはじめとする素子からなる回路が設けられているが、図示の都合上これらの素子からなる回路は示さない。
図1(a)は、本実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。本実施形態に係る半導体装置は、P型Si基板101(一導電型の半導体基板)を備える。また、P型Si基板101には、デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121(複数のトランジスタ形成領域)が設けられている。
アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123は、それぞれP型Si基板101の素子形成面側に設けられている、P型ウェル103、193、107、197(一導電型の第一の領域)を備える。P型ウェル103、193、107、197上には、それぞれ図10において後述するNMOSトランジスタ171a、171b(第一のトランジスタ、一部不図示)が設けられている。
アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123は、それぞれP型Si基板101の素子形成面側に設けられている、N型ウェル105、195、109、199(逆導電型の第二の領域)を備える。N型ウェル105、195、109、199上には、それぞれ図10において後述するPMOSトランジスタ173a、173b(第二のトランジスタ、一部不図示)が設けられている。
図1(b)は、図1(a)に示した半導体装置をI−I'線で切断した断面図である。図1(c)は、図1(a)に示した半導体装置をII−II'線で切断した断面図である。デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121は、それぞれP型Si基板101のうち、P型ウェル103、193、107、197およびN型ウェル105、195、109、199よりも底面側に設けられている、メッシュ状のディープN型ウェル111、113(逆導電型の下部領域)を備える。
ディープN型ウェル111、113は、P型Si基板101の素子形成面側からみると、図1(a)に示すように、正方格子状の形状を有する。ディープN型ウェル111、113は、それぞれN型ウェル105、195、109、199の下面と接する。P型ウェル103、193、107、197の下面と、P型Si基板101のうちN型ウェル111、113より底面側とは、それぞれP型Si基板101のうちディープN型ウェル111、113の上下を貫通する開口部(下部領域の上下を貫通する開口部)により電気的に接続されている。
ディープN型ウェル111、113同士は、デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121の間で、互いに隔離されている。N型ウェル105、109同士も、デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121の間で、互いに隔離されている。P型Si基板101の素子形成面のうち、N型ウェル105、109およびP型ウェル103、107の周囲には、それぞれ素子分離領域102(STI)が設けられている。
デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121の双方において、N型ウェルは、複数設けられている(N型ウェル105、195、109、199)。N型ウェル105、195は、メッシュ状のディープN型ウェル111を介して、互いに電気的に接続する。また、N型ウェル109、199は、メッシュ状のディープN型ウェル113を介して、互いに電気的に接続する。
デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121の双方において、P型ウェルは、複数設けられている(P型ウェル103、193、107、197)。P型ウェル103、193は、メッシュ状のディープN型ウェル111の上下を貫通する開口部(P型Si基板101のうちディープN型ウェル111により形成される隙間)と、P型Si基板101の底面側領域(P型Si基板101のうちメッシュ状のディープN型ウェル111より底面側の領域)とを介して、互いに電気的に接続する。また、P型ウェル107、197は、メッシュ状のディープN型ウェル113の上下を貫通する開口部と、P型Si基板101の底面側領域とを介して、互いに電気的に接続する。
アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123には、それぞれ、N型ウェル105、109を介して、ディープN型ウェル111、113と電気的に接続する電圧印加部Vd2、Vd1(電位制御部)が設けられている。電圧印加部Vd1、Vd2は、互いに独立して制御することが可能である。
アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123には、それぞれP型ウェル103、107と電気的に接続する電圧印加部Vs2、Vs1(電位制御部)が設けられている。もっとも、図1(c)では、電圧印加部Vs2、Vs1、同士は、P型ウェル103、107、ディープN型ウェル111、113のP型の開口部(不図示)およびP型Si基板101を介して電気的に接続している。このため、電圧印加部Vs1、Vs2同士は、どちらか一方のみが設けられていてもよい。
以下、本実施形態に係る半導体装置の動作について説明する。
本実施形態では、半導体装置の外部に電源(不図示)を設け、電源電圧を1.0Vとする。なお、この電源には、4つの独自に制御可能な電圧可変器(不図示)が接続されている。この電源を4つの独自に制御可能な電圧可変器を介して、それぞれ電圧印加部Vd1、Vd2、Vs1、Vs2に接続する。
そして、電圧印加部Vs1、Vs2に、それぞれ同一の0〜−2.0Vの間の所望の値の電圧(Vp)を印加する。一方、電圧印加部Vd1、Vd2に、それぞれ独自に1.0V〜3.0Vの間の所望の値の電圧(Vn1、Vn2)を印加する。
このとき、電圧印加部Vs1、Vs2に印加された電圧(Vp)は、P型ウェル103、107、ディープN型ウェル111、113のP型の開口部、P型Si基板101の底面側を介して、P型ウェル193、197に印加され、P型ウェル103、107、193、197上のNMOSトランジスタのゲート電極の閾値がいずれも同様に調整される。
また、電圧印加部Vd1に印加された電圧(Vn1)は、N型ウェル109およびディープN型ウェル113を介してN型ウェル199に印加され、N型ウェル109、199上のPMOSトランジスタのゲート電極の閾値が同様に調整される。
また、電圧印加部Vd2に印加された電圧(Vn2)は、N型ウェル105およびディープN型ウェル111を介してN型ウェル195に印加され、N型ウェル105、195上のPMOSトランジスタのゲートの閾値が同様に調整される。
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明する。
図7は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明するための工程断面図である。
まず、図7(a)に示すように、P型Si基板101の素子形成面に周知の方法により所定の素子分離領域102を形成する。素子分離領域102は、P型Si基板101の素子形成面の所定領域にマスク(不図示)を用いて浅い溝を形成し、この溝内に絶縁材料を埋設し、あるいは溝の内面に絶縁膜を形成した後各種材料を充填して素子分離領域102(STI)として形成する。
次いで、図7(b)に示すように、P型Si基板101の素子形成面にフォトレジストを塗布してパターニングして得られるフォトレジストマスク135を用いて、リンを1MeV、2×1013cm-2の条件でイオン注入し、素子形成面から所定の深さの領域に互いに隔離されたディープN型ウェル111、113を形成する。この際、ディープN型ウェル111、113は、それぞれP型Si基板101の素子形成面側からみるとメッシュ状(正方格子状または斜め格子状)に形成する。このディープN型ウェル111、113は、それぞれ後述するアナログ回路領域121およびデジタル回路領域123を形成する予定の領域に形成する。
図8は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明するための工程断面図である。
続いて、図8(c)に示すように、フォトレジストマスク135を除去し、P型Si基板101の素子形成面にフォトレジストをあらためて塗布してパターニングして得られるフォトレジストマスク135を用いて、リンを450keV、2×1013cm-2の条件でイオン注入し、ディープN型ウェル111、113の上部に、それぞれN型ウェル105、109を形成する。この際、N型ウェル105、109の下面は、それぞれディープN型ウェル111、113の上面に接合させる。このN型ウェル105、109は、それぞれ後述するPMOSトランジスタ173a、173bを形成する予定の領域の下部などに形成する。
そして、図8(d)に示すように、フォトレジストマスク135を除去し、P型Si基板101の素子形成面にフォトレジストをあらためて塗布してパターニングして得られるフォトレジストマスク135を用いて、ボロンを180keV、3×1013cm-2でイオン注入し、P型ウェル103、107を形成する。この際、P型ウェル103、107の下面は、それぞれディープN型ウェル111、113の上下を貫通するP型の開口部の上端に接合させる。P型ウェル103、107は、後述するNMOSトランジスタ171a、171bなどを形成する予定の領域の下部に形成する。
図9は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明するための工程断面図である。
次いで、図9(e)に示すように、フォトレジストマスク135を除去し、周知の方法により、後述するNMOSトランジスタ171a、171b、PMOSトランジスタ173a、173bを形成する領域の素子形成面上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜145a、145b、165a、165bを形成する。そして、ゲート絶縁膜145a、145b、165a、165b上にポリシリコン膜からなるゲート電極143a、143b、163a、163bを形成(サイドウォールは不図示)する。
具体的には、P型Si基板101の素子形成面の一部を熱酸化してシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜145a、145b、165a、165bを形成する。また、P型Si基板101の素子形成面上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストマスク(不図示)を用いて、選択エッチングしてパターニングすることにより、ゲート電極143a、143b、163a、163bを形成する。
続いて、図9(f)に示すように、PMOSトランジスタ173a、173bの形成領域(N型ウェル105、109の形成領域)をフォトレジストマスク(不図示)で覆った状態で、P型ウェル103、107中に砒素(As)を30keV、5×1015cm-2の条件でイオン注入し、NMOSトランジスタ171a、171bのソース電極およびドレイン電極として機能するn+拡散領域147a、149a、147b、149bを形成する。
図10は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明するための工程断面図である。
そして、図10に示すように、NMOSトランジスタ171a、171bの形成領域(P型ウェル103、107の形成領域)をフォトレジストマスク(不図示)で覆った状態で、N型ウェル105、109中にボロン(B)を2keV、5×1015cm-2の条件でイオン注入し、PMOSトランジスタ173a、173bのソース電極およびドレイン電極として機能するp+拡散領域167a、169a、167b、169bを形成する。
なお、図10では図示しないが、アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123には、それぞれP型ウェル103、107上に電圧印加部Vs2、Vs1のための端子を周知の方法により形成する。また、アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123には、それぞれN型ウェル105、109上に電圧印加部Vd2、Vd1のための端子を周知の方法により形成する。
なお、図7〜図10では説明しなかったが、P型ウェル193、197、N型ウェル195、199も、上記と同様の製造工程で製造される。また、P型ウェル193、197上のNMOSトランジスタ、N型ウェル195、199上のPMOSトランジスタも、上記と同様の製造工程で製造される。
以下、本実施形態に係る半導体装置の作用効果について説明する。
本実施形態の半導体装置によれば、ノイズの伝搬を抑制しつつ、P型ウェル中に存在するNMOSトランジスタおよびN型ウェル中に存在するPMOSトランジスタのゲート電極の閾値を、デジタル回路領域123およびアナログ回路領域121のそれぞれで、独自にまとめて制御することができる。
すなわち、上記の構成によれば、アナログ回路領域121では、P型Si基板101のうち、P型ウェル103、193およびN型ウェル105、195よりも底面側に、N型ウェル105、195の下面と接するディープN型ウェル111が設けられている。
このため、N型ウェル105、195の電位をディープN型ウェル111を介して同電位に調整できる。その結果、N型ウェル105、195中に存在するPMOSトランジスタのゲート電極の閾値を、まとめて制御することができる。また、P型ウェル103、193の電位をディープN型ウェル111の上下を貫通するP型の開口部およびP型Si基板101の底面側を介して同電位に調整できる。その結果、P型ウェル103、193上に存在するNMOSトランジスタのゲート電極の閾値を、まとめて制御することができる。
また、上記の構成によれば、デジタル回路領域123では、P型Si基板101のうち、P型ウェル107、197およびN型ウェル109、199よりも底面側に、N型ウェル109、199の下面と接するディープN型ウェル113が設けられている。
このため、N型ウェル109、199の電位をディープN型ウェル113を介して同電位に調整できる。その結果、N型ウェル109、199中に存在するPMOSトランジスタのゲート電極の閾値を、まとめて制御することができる。また、P型ウェル107、197の電位をディープN型ウェル113の上下を貫通するP型の開口部およびP型Si基板101の底面側を介して同電位に調整できる。その結果、P型ウェル107、197上に存在するNMOSトランジスタのゲート電極の閾値を、まとめて制御することができる。
また、この構成によれば、バックバイアスを供給するディープN型ウェル111、113同士は、アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123の間では、互いに隔離されている。さらに、N型ウェル105、195、109、199同士も、アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123の間では、互いに隔離されている。また、N型ウェル105、195、109、199に電位を供給する電圧印加部Vd2、Vd1も、アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123の間では、分けられている。このため、アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123の間では、ディープN型ウェル111、113を介したノイズの伝搬を抑制することができる。
よって、この半導体装置によれば、デジタル部からアナログ部にバックバイアスを供給するディープN−wellを分離して形成している。このため、デジタル部からアナログ部にバックバイアスを供給するディープN−wellを介してノイズが伝搬するのを抑制できる。その結果、基板ノイズを低減しながら、バックバイアスにより低消費電力化を可能にした半導体装置が得られる。
また、本実施形態によれば、半導体装置の小型化を実現できる。すなわち、上記の構成によれば、P型ウェル103、193、107、197を同電位に調整するためにP型Si基板101外に引き回される配線も省略できる。また、N型ウェル105、195を同電位に調整するためにP型Si基板101外に引き回される配線も省略できる。また、N型ウェル109、199を同電位に調整するためにP型Si基板101外に引き回される配線も省略できる。よって、この半導体装置によれば、P型Si基板101外部の配線の引き回しを減らすことができ、半導体装置の小型化を実現できる。
また、本実施形態によれば、半導体装置の設計の自由度を向上でき、製造マージンを拡大できる。すなわち、上記の平面配置によれば、N型ウェル105、195、109、199、P型ウェル103、193、107、197は、いずれもディープN型ウェル111、113の格子の各辺の幅よりも幅が広く、ディープN型ウェル111、113の上下を貫通する開口部よりも面積が大きい。このため、アナログ回路領域121およびデジタル回路領域123上において、N型ウェルおよびP型ウェルをどのように配置しても、N型ウェル105、195、109、199およびP型ウェル103、193、107、197は、いずれもディープN型ウェル111、113およびディープN型ウェル111、113の上下を貫通するP型の開口部に接することになる。その結果、この半導体装置によれば、半導体装置の設計の自由度を向上でき、製造マージンを拡大できる。
<実施形態2>
図2は、本実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。
本実施形態に係る半導体装置200の構成は、実施形態1に係る半導体装置の構成と、基本的には同様である。なお、本実施形態では、実施形態1とは、P型ウェル、N型ウェル、ディープN型ウェルの配置が異なっている。なお、実施形態1と同様の構成については、説明を繰り返さない。
本実施形態に係る半導体装置200は、P型Si基板201の素子形成面に、N型ウェル203a、203b、203c、203d、205、207a、207b、207c、209(逆導電型の第二の領域)が設けられている。N型ウェル203a、203b、203c、203dの下面に接して、正方格子状のディープN型ウェル211が設けられている。N型ウェル205の下面に接して、正方格子状のディープN型ウェル213が設けられている。N型ウェル207a、207b、207c、209の下面に接して、正方格子状のディープN型ウェル215が設けられている。
また、ディープN型ウェル211、213、215上のN型ウェル203a、203b、203c、203d、205、207a、207b、207c、209が形成されていない領域が、一導電型の第一の領域となる。
また、N型ウェル203a、203b、203c、203d、205、207a、207b、207c、209上には、いずれもPMOSトランジスタが設けられているが、図2では、作図上の都合よりPMOSトランジスタB、Dのみ図示する。さらに、P型Si基板上には、複数のNMOSトランジスタが設けられているが、図2では、作図上の都合よりNMOSトランジスタA、Cのみ図示する。
なお、本実施形態では、点線で区画された部分が、トランジスタ形成領域に該当する。
以下、本実施形態に係る半導体装置の作用効果について説明する。本実施形態においても、実施形態1に係る半導体装置にくわえて、以下の作用効果が奏される。
本実施形態によれば、3以上の領域間で、ディープN型ウェル211、213、215を介したノイズの伝搬を抑制できる。すなわち、正方格子状のディープN型ウェル211、213、215は、互いに隔離されている。例えば、N型ウェル203a、203b、203c、203d、205、207a、207b、207c、209も互いに隔離されている。このため、N型ウェル203b上のPMOSトランジスタBでノイズが発生しても、N型ウェル205上のPMOSトランジスタDにノイズが伝搬することが抑制される。よって、3以上の領域間で、ディープN型ウェル211、213、215を介したノイズの伝搬を抑制できる。
<実施形態3>
図3は、本実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。
本実施形態に係る半導体装置300の構成は、実施形態1に係る半導体装置の構成と、基本的には同様である。なお、本実施形態では、実施形態1とは、P型ウェル、N型ウェル、ディープN型ウェルの配置が異なっている。なお、前記実施形態と同様の構成については、説明を繰り返さない。
本実施形態に係る半導体装置300は、P型Si基板301の素子形成面に、N型ウェル303a、303b、303c、303d、305、307a、307b、307c、309が設けられている。N型ウェル303a、303b、303c、303dの下面に接して、斜め格子状のディープN型ウェル311が設けられている。N型ウェル305の下面に接して、斜め格子状のディープN型ウェル313が設けられている。N型ウェル307a、307b、307c、309の下面に接して、斜め格子状のディープN型ウェル315が設けられている。
また、N型ウェル303a、303b、303c、303d、305、307a、307b、307c、309上には、いずれもPMOSトランジスタが設けられているが、図3では、作図上の都合よりPMOSトランジスタB、Dのみ図示する。さらに、P型Si基板上には、複数のNMOSトランジスタが設けられているが、図3では、作図上の都合よりNMOSトランジスタA、Cのみ図示する。
なお、本実施形態では、点線で区画された部分が、トランジスタ形成領域に該当する。
以下、本実施形態に係る半導体装置の作用効果について説明する。本実施形態においても、実施形態1に係る半導体装置にくわえて、以下の作用効果が奏される。
本実施形態によれば、3以上の領域間で、ディープN型ウェル311、313、315を介したノイズの伝搬を抑制できる。すなわち、斜め格子状のディープN型ウェル311、313、315は、互いに隔離されている。例えば、N型ウェル303a、303b、303c、303d、305、307a、307b、307c、309も互いに隔離されている。このため、N型ウェル303b上のPMOSトランジスタBでノイズが発生しても、N型ウェル305上のPMOSトランジスタDにノイズが伝搬することが抑制される。よって、3以上の領域間で、ディープN型ウェル311、313、315を介したノイズの伝搬を抑制できる。
<実施形態4>
図4は、本実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。
本実施形態に係る半導体装置400の構成は、実施形態1に係る半導体装置の構成と、基本的には同様である。なお、本実施形態では、実施形態1とは、P型ウェル、N型ウェル、ディープN型ウェルの配置が異なっている。なお、前記実施形態と同様の構成については、説明を繰り返さない。
本実施形態に係る半導体装置400は、P型Si基板401の素子形成面に、N型ウェル403a、403b、403c、403d、405、407a、407b、407c、409が設けられている。N型ウェル403a、403b、403c、403dの下面に接して、櫛状のディープN型ウェル411が設けられている。N型ウェル405の下面に接して、櫛状のディープN型ウェル413が設けられている。N型ウェル407a、407b、407c、409の下面に接して、櫛状のディープN型ウェル415が設けられている。すなわち、櫛状のディープN型ウェル411、413、415は、P型Si基板401の素子形成面側からみて、複数の並行するN型の線状領域と、複数の線状領域を互いに電気的に接続するN型の領域と、を含む形状を有する。
また、N型ウェル403a、403b、403c、403d、405、407a、407b、407c、409上には、いずれもPMOSトランジスタが設けられているが、図4では、作図上の都合よりPMOSトランジスタB、Dのみ図示する。さらに、P型Si基板上には、複数のNMOSトランジスタが設けられているが、図4では、作図上の都合よりNMOSトランジスタA、Cのみ図示する。
なお、本実施形態では、点線で区画された部分が、トランジスタ形成領域に該当する。
以下、本実施形態に係る半導体装置の作用効果について説明する。本実施形態においても、実施形態1に係る半導体装置にくわえて、以下の作用効果が奏される。
本実施形態によれば、3以上の領域間で、ディープN型ウェル411、413、415を介したノイズの伝搬を抑制できる。すなわち、櫛状のディープN型ウェル411、413、415は、互いに隔離されている。N型ウェル403a、403b、403c、403d、405、407a、407b、407c、409も互いに隔離されている。このため、N型ウェル403b上のPMOSトランジスタBでノイズが発生しても、N型ウェル405上のPMOSトランジスタDにノイズが伝搬することが抑制される。よって、3以上の領域間で、ディープN型ウェル411、413、415を介したノイズの伝搬を抑制できる。
<実施形態5>
図11は、実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。
本実施形態に係る半導体装置1200の構成は、実施形態1に係る半導体装置の構成と、基本的には同様である。なお、本実施形態では、実施形態1とは、P型ウェル、N型ウェル、ディープN型ウェルの配置が異なっている。なお、前記実施形態と同様の構成については、説明を繰り返さない。
本実施形態に係る半導体装置1200は、P型Si基板1201の素子形成面に、N型ウェル1203a、1203b、1205、1207a、1207b、1207c、1209が設けられている。N型ウェル1203a、1203bの下面に接して、正方格子状のディープN型ウェル1211が設けられている。N型ウェル1205の下面に接して、正方格子状のディープN型ウェル1213が設けられている。N型ウェル1207a、1207b、1207c、1209の下面に接して、正方格子状のディープN型ウェル1215が設けられている。
また、N型ウェル1203a、1203b、1205、1207a、1207b、1207c、1209上には、いずれもPMOSトランジスタが設けられているが、図11では、作図上の都合よりPMOSトランジスタB、Dのみ図示する。さらに、P型Si基板上には、複数のNMOSトランジスタが設けられているが、図11では、作図上の都合よりNMOSトランジスタA、C、E、Fのみ図示する。
なお、本実施形態では、点線で区画された部分が、トランジスタ形成領域に該当する。
以下、本実施形態に係る半導体装置の作用効果について説明する。本実施形態においても、実施形態1に係る半導体装置よりも、P型領域中に存在するNMOSトランジスタのゲート電極の閾値を、まとめて制御することができる作用効果がより顕著に奏される。
すなわち、本実施形態においては、ディープN型ウェル1211を含むトランジスタ形成領域において、P型領域は、N型ウェル1203aの内側のP型領域と、N型ウェル1203bの内側のP型領域と、N型ウェル1203aおよびN型ウェル1203bの外側のP型領域と、の3箇所設けられている。この場合、3箇所のP型領域は、P型Si基板1201のうちディープN型ウェル1211の上下を貫通する開口部および、ディープN型ウェル1211のうちディープN型ウェル1211より底面側を介して、互いに電気的に接続する。
このため、N型ウェル1203aの内側のNMOSトランジスタFが設けられているP型領域、N型ウェル1203bの内側のNMOSトランジスタEが設けられているP型領域は、NMOSトランジスタA、Cが設けられているN型ウェル1203b,1203aの外側のP型領域と同様の電位に調整される。したがって、この半導体装置によれば、平面配置にて周囲をN型ウェルに囲まれているP型領域中に存在するNMOSトランジスタのゲート電極の閾値も、まとめて制御することができる。
<参考例>
図5は、参考例に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。
本参考例に係る半導体装置500の構成は、実施形態1に係る半導体装置の構成と、基本的には同様である。なお、本実施形態では、実施形態1とは、P型ウェル、N型ウェル、ディープN型ウェルの配置が異なっている。なお、実施形態1と同様の構成については、説明を繰り返さない。
本実施形態に係る半導体装置500は、P型Si基板501の素子形成面に、N型ウェル503a、503b、503c、503d、505、507a、507b、507c、509が設けられている。N型ウェル503a、503b、503c、503dの下面に接して、一枚板状のディープN型ウェル511が設けられている。N型ウェル505の下面に接して、一枚板状のディープN型ウェル513が設けられている。N型ウェル507a、507b、507c、509の下面に接して、一枚板状のディープN型ウェル515が設けられている。
また、N型ウェル503a、503b、503c、503d、505、507a、507b、507c、509上には、いずれもPMOSトランジスタが設けられているが、図5では、作図上の都合よりPMOSトランジスタB、Dのみ図示する。さらに、P型Si基板上には、複数のNMOSトランジスタが設けられているが、図5では、作図上の都合よりNMOSトランジスタA、Cのみ図示する。
以下、本参考例に係る半導体装置の課題について説明する。
本参考例においては、実施形態1に係る半導体装置と異なり、半導体装置の設計の自由度を向上し、製造マージンを拡大することが困難である。すなわち、上記の平面配置によれば、ディープN型ウェル511の配置がもう少し左側にずれると、N型ウェル503a、503b、503c、503dの下面は、ディープN型ウェル511と接しなくなる。この場合、ディープN型ウェル511を介して、N型ウェル503a、503b、503c、503dの電位を同様に調整することが困難となる。したがって、この配置では、半導体装置の設計の自由度を向上し、製造マージンを拡大することが困難である。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
たとえば、ディープN型ウェルの形状は、上記の形状に限定されず、他の様々な形状を採りうる。図6は、実施形態に係る半導体装置のディープN型ウェルの平面形状を説明するための平面図である。なお、図6に示すディープN型ウェルの平面形状は、いずれも、複数の並行する線状領域と、複数の並行する線状領域を互いに接続する領域とを含む形状である。たとえば、図6(a)に示すように、蛇行する形状からなるディープN型ウェル611aであってもよい。また、図6(b)、図6(c)、図6(d)に示すように、渦巻きをまく形状からなるディープN型ウェル611b、611c、611dであってもよい。なお、本発明では、これらの形状からなるディープN型ウェル611b、611c、611dも、上下を貫通する開口部(隙間)を有するものとする。
実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図および断面図である。 実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。 実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。 実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。 参考例に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。 実施形態に係る半導体装置のディープN型ウェルの平面形状を説明するための平面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための工程断面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための工程断面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための工程断面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための工程断面図である。 実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための平面図である。 従来公知の半導体装置の構成を説明するための縦断面図である。 従来公知の半導体装置の構成を説明するための平面図である。
符号の説明
3 半導体基板
4 Pウェル
5 ディープNウェル
6 Pウェル
7 Nウェル
101 P型Si基板
102 素子分離領域
103 P型ウェル
105 N型ウェル
109 N型ウェル
107 P型ウェル
111 ディープN型ウェル
113 ディープN型ウェル
121 アナログ回路領域
123 デジタル回路領域
135 フォトレジストマスク
143 ゲート電極
163 ゲート電極
145 ゲート絶縁膜
147 n+拡散領域
149 n+拡散領域
165 ゲート絶縁膜
167 p+拡散領域
169 p+拡散領域
171 NMOSトランジスタ
173 PMOSトランジスタ
193 P型ウェル
195 N型ウェル
197 P型ウェル
199 N型ウェル
200 半導体装置
201 P型Si基板
203 N型ウェル
205 N型ウェル
207 N型ウェル
209 N型ウェル
211 ディープN型ウェル
213 ディープN型ウェル
215 ディープN型ウェル
300 半導体装置
301 P型Si基板
303 N型ウェル
305 N型ウェル
307 N型ウェル
309 N型ウェル
311 ディープN型ウェル
313 ディープN型ウェル
315 ディープN型ウェル
400 半導体装置
401 P型Si基板
403 N型ウェル
405 N型ウェル
407 N型ウェル
409 N型ウェル
410 ディープN型ウェル領域
411 ディープN型ウェル
412 ディープN型ウェル領域
413 ディープN型ウェル
415 ディープN型ウェル
470 PFET
490 メッシュトランジスタ形成領域
500 半導体装置
501 P型Si基板
503 N型ウェル
505 N型ウェル
507 N型ウェル
509 N型ウェル
511 ディープN型ウェル
513 ディープN型ウェル
515 ディープN型ウェル
611 ディープN型ウェル
1200 半導体装置
1201 P型Si基板
1203 N型ウェル
1205 N型ウェル
1207 N型ウェル
1209 N型ウェル
1211 ディープN型ウェル
1213 ディープN型ウェル
1215 ディープN型ウェル
A NMOSトランジスタ
B PMOSトランジスタ
C NMOSトランジスタ
D PMOSトランジスタ
Vd1 電圧印加部
Vd2 電圧印加部
Vs1 電圧印加部
Vs2 電圧印加部

Claims (6)

  1. 一導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板に設けられた複数のトランジスタ形成領域と、
    を備え、
    前記複数のトランジスタ形成領域は、それぞれ
    前記半導体基板の素子形成面側に設けられている、一導電型の第一の領域と、
    前記第一の領域上に設けられている、第一のトランジスタと、
    前記半導体基板の素子形成面側に設けられている、逆導電型の第二の領域と、
    前記第二の領域上に設けられている、第二のトランジスタと、
    前記第一の領域および前記第二の領域よりも底面側に設けられており、前記第二の領域の下面と接する、逆導電型の下部領域とを含み、
    前記下部領域は、上下貫通する開口部の設けられた平面形状を有し、
    前記開口部を介して、前記第一の領域と前記半導体基板の底面側領域とが電気的に接続された構成を有し、
    複数の前記トランジスタ形成領域に含まれる各下部領域は、それぞれ離間して設けられるとともに、
    複数の前記トランジスタ形成領域に含まれる各第二の領域は、それぞれ離間して設けられることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記複数のトランジスタ形成領域は、それぞれ、前記下部領域と電気的に接続する電位制御部をさらに含むことを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1または2に記載の半導体装置において、
    前記複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域において、
    前記第二の領域は、複数設けられており、
    前記複数の第二の領域は、前記下部領域を介して、互いに電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1乃至3いずれかに記載の半導体装置において、
    前記複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域において、
    前記第一の領域は、複数設けられており、
    前記複数の第一の領域は、それぞれ、前記開口部を介して前記半導体基板の底面側領域と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1乃至4いずれかに記載の半導体装置において、
    前記複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域において、
    前記下部領域の平面形状が、格子状または櫛状であることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1乃至5いずれかに記載の半導体装置において、
    前記複数のトランジスタ形成領域のうち少なくとも一以上のトランジスタ形成領域は、
    デジタル回路およびアナログ回路のうち一方の少なくとも一部を構成し、
    前記複数のトランジスタ形成領域のうち別の少なくとも一以上のトランジスタ形成領域は、
    デジタル回路およびアナログ回路のうち他方の少なくとも一部を構成する
    ことを特徴とする半導体装置。
JP2005287494A 2004-10-14 2005-09-30 半導体装置 Pending JP2006140448A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005287494A JP2006140448A (ja) 2004-10-14 2005-09-30 半導体装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004300293 2004-10-14
JP2005287494A JP2006140448A (ja) 2004-10-14 2005-09-30 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006140448A true JP2006140448A (ja) 2006-06-01

Family

ID=36621023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005287494A Pending JP2006140448A (ja) 2004-10-14 2005-09-30 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006140448A (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1012717A (ja) * 1996-06-27 1998-01-16 Nec Corp デジタル回路とアナログ回路が混在する半導体集積回路 装置およびその製造方法
WO2004061967A2 (en) * 2002-12-31 2004-07-22 Transmeta Corporation Well regions of semiconductor devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1012717A (ja) * 1996-06-27 1998-01-16 Nec Corp デジタル回路とアナログ回路が混在する半導体集積回路 装置およびその製造方法
WO2004061967A2 (en) * 2002-12-31 2004-07-22 Transmeta Corporation Well regions of semiconductor devices
JP2006512774A (ja) * 2002-12-31 2006-04-13 トランスメタ コーポレイション 半導体デバイスのウェル領域

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5322441B2 (ja) 半導体装置のレイアウト構造
JP4888390B2 (ja) 半導体装置、半導体システム、および半導体装置の製造方法
JP4781040B2 (ja) 半導体集積回路装置
US7190009B2 (en) Semiconductor device
JP5762687B2 (ja) 所望のドーパント濃度を実現するためのイオン注入法
KR100706737B1 (ko) 반도체 기억 장치 및 그 제조 방법
KR20090083349A (ko) 본질적으로 균일한 패턴 밀도로 형성된 회로들을 갖는 반도체 장치 및 반도체 장치 제조 방법
JP5511166B2 (ja) 半導体装置
JP2004103851A (ja) スタティック型半導体記憶装置
JP4533099B2 (ja) 半導体装置
CN100403539C (zh) 半导体器件
JP2009004800A (ja) 半導体集積回路装置
JP2005197462A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4615229B2 (ja) 半導体装置
US7211870B2 (en) Semiconductor device
JP2006140448A (ja) 半導体装置
US6979870B2 (en) Semiconductor integrated circuit including CMOS logic gate
US7902611B1 (en) Integrated circuit well isolation structures
JP2006140539A (ja) 半導体集積回路装置の製造方法
JPH04118964A (ja) 薄膜トランジスタ
JP2000216347A (ja) Cmos半導体装置
JP2006179949A (ja) 半導体集積回路装置
JP2003086685A (ja) 半導体集積回路とその製造方法
JPS60223157A (ja) 半導体装置
JP2004079720A (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080715

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101019

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110906