JP3506025B2 - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体記憶装置及びその製造方法Info
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- H10B10/00—Static random access memory [SRAM] devices
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Description
びその製造方法に関する。
憶装置は、メモリセル領域と周辺回路領域とを備えてい
る。メモリセル領域は、周辺回路領域に比べて、形成さ
れる素子が微細で、素子数も多い。半導体記憶装置の製
造時、上記密度の違いにより、周辺回路領域との境界に
あるメモリセルは、光の近接効果やローディング効果の
影響を受ける。これにより、不良メモリセルになること
がある。
めになされたものである。本発明の目的は、近接効果や
ローディング効果の影響を受けにくい構造をした半導体
記憶装置及びその製造方法を提供することである。
体記憶装置は、半導体基板の主表面に、周辺回路が形成
される周辺回路領域及びメモリセルが形成されるメモリ
セル領域を有する半導体記憶装置であって、前記周辺回
路領域に形成された第1のウェルと、前記メモリセル領
域に形成され、前記第1のウェルより深さが小さい第1
の導電型の第2のウェルと、前記メモリセル領域に形成
され、前記第2のウェルと接触し、かつ前記第2のウェ
ルと同じ深さの第2の導電型の第3のウェルと、前記メ
モリセル領域に形成された素子分離構造と、を備え、前
記第2及び第3のウェルは、前記素子分離構造より下の
位置まで形成されており、さらに、前記周辺回路領域と
前記メモリセル領域との境界部に位置する境界領域と、
前記メモリセルと同様の密度で前記境界領域に形成さ
れ、前記メモリセルの電界効果トランジスタと同じ層に
あり、かつ素子として機能しない、ダミー素子と、を備
え、前記第1のウェルは、前記境界領域と接触し、かつ
前記メモリセル領域と接触せず、前記第1のウェルはn
型ウェルとp型ウェルとを備えるツインウェルであり、
前記第2及び第3のウェルは、前記境界領域にも形成さ
れており、前記第2及び第3のウェルのうちp型の方
と、前記第1のウェルのp型ウェルとの間に、前記第1
のウェルのn型ウェルが位置している。
ェルを境界領域と接触し、かつメモリセル領域と接触し
ないように形成すること、及び境界領域にダミー素子を
形成することを特徴とする。これにより、周辺回路領域
の素子の密度とメモリセル領域の素子の密度との相違が
原因による近接効果やローディング効果で、メモリセル
が不良メモリセルとなるのを防止できる。つまり、素子
として機能しないダミー素子が、第1のウェル形成時に
発生する近接効果やローディング効果によるレジストパ
ターンのずれやくずれの影響を受けるようにし、これに
より、メモリセル領域のトランジスタ等の素子が近接効
果やローディング効果の影響を受けるのを防ぐのであ
る。
ローディング効果によるメモリセルの不良化の防止を達
成できる密度という意味である。よって、メモリセルの
密度と完全に同一でもよいし、上記効果が達成できる密
度の相違も含まれる。メモリセルと同様の密度の態様と
しては、ダミー素子とメモリセルとが同様なパターン
(ウェルの幅、ウェルのスペース、ゲート長、ゲート
幅、活性領域面積、ゲート電極間距離が同じ)をしてい
る態様がある。
の深さとが同じとは、深さに違いがあってもトランジス
タどうしの性能のアンバランスが生じることがないのな
ら、その深さの違いも含まれる。以下に説明する「第2
のウェルの深さと第3のウェルの深さとが同じ」も、こ
の意味である。また、素子分離構造とは、例えばLOC
OS酸化膜、セミリセスLOCOS酸化膜又はシャロー
トレンチ(深さ0.4〜0.8μm)を意味する。以下に
説明する素子分離構造も、この意味である。本発明に係
る半導体記憶装置において、境界領域の長さは、メモリ
セルで1.5セル分〜3セル分であるのが好ましい。境
界領域の長さが1.5セル分より小さいと、境界領域に
第2及び第3のウェルを形成した場合、境界領域のウェ
ルのパターンの寸法が、メモリセル領域のウェルのパタ
ーンの寸法(ライン幅、スペース)未満となる。これに
より、メモリセル領域のウェルのピッチと境界領域のウ
ェルのピッチとに差が生じる。この結果、メモリセル領
域のウェルのパターンの加工精度が低下するのである。
域内のウェルの切り替わりが狭ピッチで連続する方向と
平行に配置される境界領域の長さは、1.5セル分以上
である必要はない。第1のウェル形成時の近接効果を吸
収できる寸法以上であればよい。
は、境界領域の長さが3セル分より大きいと、半導体記
憶装置の面積増大の原因となるからである。
界領域にウェルコンタクト領域を有するのが好ましい。
ウェルコンタクト領域を通してメモリセルのウェルに電
位が供給される。境界領域がウェルコンタクト領域を兼
ねることにより、半導体記憶装置の小型化を図ることが
できる。
1のウェルはn型ウェルとp型ウェルとを備えるツイン
ウェルであり、第2及び第3のウェルは、境界領域にも
形成されており、第2又は第3のウェルのうちp型の方
と、第1のウェルのp型ウェルとの間に、第1のウェル
のn型ウェルが位置しているのが好ましい。
p型のウェル(nチャネルトランジスタ形成領域)を流
れる基板電流は、n型のウェル(pチャネルトランジス
タ形成領域)を流れる基板電流に比べて、大きい。そし
て、ウェルピッチが小さいメモリセル領域及び境界領域
は、ラッチアップマージンが小さい。境界領域のp型の
ウェルと第1のウェルのp型ウェルとの間に、第1のウ
ェルのn型ウェルが位置していると、境界領域のp型の
ウェルと第1のウェルのp型ウェルとを分離することが
できる。これにより、第1のウェルのp型ウェルから境
界領域のp型のウェルへの基板電流の流れ込みを防ぎ、
ラッチアップ耐量を向上できる。
るのが好ましい。この構造だとメモリセル領域のp型ウ
ェルどうしが半導体基板を介してつながり、ウェルの抵
抗が下げられる。これにより、メモリセル領域のnチャ
ネルトランジスタとpチャネルトランジスタとのうち、
相対的に基板電流の大きいnチャネルトランジスタの形
成領域の基板電位の上昇を低減できる。
1、第2及び第3のウェルはリトログレーデッド(re
trograded)ウェルであるのが好ましい。リト
ログレーデッドウェルとは、熱拡散を用いずに、高エネ
ルギーイオン注入で形成されたウェルのことである。
モリセル領域には、CMOS形セルのSRAMが形成さ
れている。CMOS形セルのSRAMとは、セルがCM
OSで構成されているSRAMのことである。
さは、0.5μm〜1.2μmであるのが好ましい。第2
及び3のウェルの深さが0.5μmより小さいと、素子
分離構造の深さがウェルの深さより大きくなる。このた
めウェル電位を固定するためのウェルコンタクト領域を
如何にして形成するのかというという問題が生じる。第
2及び3のウェルの深さが1.2μmより大きいと、素
子分離構造の下で第2のウェルと第3のウェルとの重な
りが大きくなるという問題が生じるからである。
と、メモリセル領域と、前記周辺回路領域と前記メモリ
セル領域との境界部に位置する境界領域と、を有する半
導体記憶装置の製造方法であって、 (a)前記主表面に、素子分離構造を形成する工程と、 (b)前記周辺回路領域のみに不純物をイオン注入し
て、前記境界領域と接触し、かつ前記メモリセル領域と
接触しない第1のウェルを形成する工程と、 (c)前記メモリセル領域に不純物をイオン注入して、
前記第1のウェルより深さが小さく、かつ前記素子分離
構造より下の位置まで形成された第1の導電型の第2の
ウェルを形成する工程と、 (d)前記メモリセル領域に不純物をイオン注入して、
前記第2のウェルと深さが同じで、かつ前記素子分離構
造より下の位置で前記第2のウェルと隣り合わせとなる
ように第2の導電型の第3のウェルを形成する工程と、 (e)前記メモリセル領域に電界効果トランジスタを形
成する工程と、を備え、前記工程(e)は、前記境界領
域に、前記メモリセルと同様の密度で、かつ素子として
機能しないダミー素子を形成する工程を含み、前記工程
(b)は、n型ウェルとp型ウェルとを備えるツインウ
ェルを、前記n型ウェルが前記境界領域側に位置するよ
うに形成する工程を含み、前記工程(c)は、前記境界
領域にも前記第2のウェルを形成する工程を含み、前記
工程(d)は、前記境界領域にも前記第3のウェルを形
成する工程を含み、前記境界領域の前記第2のウェル及
び前記第3のウェルのうち、p型の方が前記周辺回路領
域側に位置するように形成する。
は、ダミー素子を備えた半導体記憶装置の製造方法であ
る。
おいて、工程(b)は、n型ウェルとp型ウェルとを備
えるツインウェルを、n型ウェルが境界領域側に位置す
るように形成する工程を含み、工程(c)は、境界領域
にも第2のウェルを形成する工程を含み、工程(d)
は、境界領域にも第3のウェルを形成する工程を含み、
境界領域の第2又は第3のウェルのうち、p型の方が周
辺回路領域側に位置するように形成する、のが好まし
い。
が、第1のウェルのp型ウェルと境界領域のp型ウェル
との間に位置する構造の製造方法である。
ポジレジスト、ネガレジストのいずれも用いることがで
きる。また、工程(c)、(d)のレジストパターン
は、ポジレジスト、ネガレジストのいずれも用いること
ができるが、ポジレジストが好ましい。レジストパター
ンの端部の垂直制御性及び寸法制御性が優れているから
である。
係る半導体記憶装置の一実施の形態の断面図である。こ
の半導体記憶装置は、SRAMである。図1に示すよう
に、半導体基板の一例であるp型のシリコン基板10の
主表面は、メモリセル領域12、境界領域13及び周辺
回路領域14とに分けられている。
びその隣にnウェル18が形成されている。pウェル1
6とnウェル18とは、同じ深さである。pウェル16
及びnウェル18は、リトログレーデッドウェルであ
る。pウェル16とnウェル18との境界において、こ
れらのウェルは重なり合っている。この境界上には、セ
ミリセスLOCOS酸化膜20が形成されている。
タ22が形成されている。nチャネルトランジスタ22
は、ゲート電極24、ソース26及びドレイン28を備
えている。nウェル18には、pチャネルトランジスタ
30が形成されている。pチャネルトランジスタ30
は、ゲート電極32、ドレイン34及びソース36を備
えている。
3が位置している。メモリセル領域12のnウェル18
は、境界領域13まで延びている。nウェル18の隣に
は、pウェル19が形成されている。pウェル19は、
pウェル16と深さが同じで同一工程で形成されてい
る。pウェル19は、リトログレーデッドウェルであ
る。nウェル18とpウェル19との境界において、こ
れらのウェルは重なり合っている。この境界上には、セ
ミリセスLOCOS酸化膜21が形成されている。
ダミートランジスタ23が形成されている。ダミートラ
ンジスタ23は、トランジスタ30、48と同時に形成
されたものである。ダミートランジスタ23は、ソー
ス、ドレイン形成時に形成された不純物領域25、27
及びゲート電極形成時に形成されたポリシリコン層29
を備えている。ダミートランジスタ23は、MOSトラ
ンジスタの構造をしているが、MOSトランジスタとし
ては機能しない。ダミートランジスタ23は、セミリセ
スLOCOS酸化膜31によって、メモリセルとして機
能するpチャネルトランジスタ30と分離されている。
3が形成されている。ダミートランジスタ33は、トラ
ンジスタ22、56と同時に形成されたものである。ダ
ミートランジスタ33は、ソース、ドレイン形成時に形
成された不純物領域37、39及びゲート電極形成時に
形成されたポリシリコン層35を備えている。ダミート
ランジスタ33は、MOSトランジスタの構造をしてい
るが、MOSトランジスタとしては機能しない。
ト領域38が形成されている。ウェルコンタクト領域3
8を通して、pウェル19に電位を供給し、トランジス
タバルク電位を固定する。図示されていないが、pウェ
ル16、44、nウェル18、42にもウェルコンタク
ト領域が形成されている。
LOCOS酸化膜40によって、ダミートランジスタ3
3と分離されている。なお、境界領域13のダミートラ
ンジスタ23、33の不純物領域25、27、37、3
9の電位は、フローティングにされている。理由を説明
する。境界領域では、例えばゲート寸法が設計値より細
く加工され、パンチスルーマージンの低いトランジスタ
になっている。よって、不純物領域25、27、37、
39をフローティングとすることで電流経路を遮断して
いるのである。
その隣にpウェル44が形成されている。nウェル4
2、pウェル44の深さは、nウェル18、pウェル1
6、19の深さより大きい。nウェル42及びpウェル
44は、リトログレーデッドウェルである。nウェル4
2とpウェル44との境界において、これらのウェルは
重なり合っている。この境界上には、セミリセスLOC
OS酸化膜46が形成されている。
タ48が形成されている。pチャネルトランジスタ48
は、ゲート電極50及びソース/ドレイン52、54を
備えている。pウェル44には、nチャネルトランジス
タ56が形成されている。nチャネルトランジスタ56
は、ゲート電極58及びソース/ドレイン60、62を
備えている。なお、64は、境界領域13と周辺回路領
域14とを分離するセミリセスLOCOS酸化膜であ
る。
辺回路領域14を覆うように、シリコン基板10の主表
面には、層間絶縁膜66が形成されている。層間絶縁膜
66には、ドレイン28、34をそれぞれ露出させるコ
ンタクトホールが設けられている。コンタクトホールに
は、それぞれ、導電材料68、70が充填されている。
層間絶縁膜66上には、配線膜72が形成されている。
配線膜72及び導電材料68、70によって、ドレイン
28とドレイン34とは接続されている。
が形成されている。層間絶縁膜74の上には、複数の配
線膜が形成されている。これらの配線膜を覆うように、
層間絶縁膜74の上には、層間絶縁膜76が形成されて
いる。層間絶縁膜76の上には、ビット線80が形成さ
れている。層間絶縁膜66、74、76には、それぞれ
コンタクトホールが形成されている。これらのコンタク
トホールには、それぞれ、導電材料82、84、86が
充填されている。ビット線80は、導電材料86、パッ
ド層88、導電材料84、パッド層90及び導電材料8
2を介して、ソース26と接続されている。
憶装置の一実施の形態の製造方法の一例を説明する。ま
ず、図2に示すように、シリコンナイトライド等の耐酸
化防止膜の形成されたシリコン基板10の主表面に、複
数のトレンチを形成する。そして、これらのトレンチに
LOCOS法によって酸化膜を形成する。これにより、
厚さ0.2μm〜0.7μmのセミリセスLOCOS酸化
膜20、21、31、40、46、64を完成する。
4のnウェル形成領域が開口するように、厚さ3.0μ
m〜8.0μmのレジストパターン92を形成する。こ
こで、セミリセスLOCOS酸化膜64の上のレジスト
パターン92には、加工パターンの粗密による近接効果
やローディング効果により、レジストパターンの寸法誤
差(設計値からのずれ)やレジストくずれが発生する。
リコン基板10にリンを注入し、ウェル抵抗を下げるた
めの低抵抗層94を形成する。打ち込みエネルギーは5
00KeV〜3MeVであり、ドーズ量は5E12〜5
E13である。
ウェル形成領域が開口するように、厚さ3.0μm〜8.
0μmのレジストパターン96を形成する。ここで、セ
ミリセスLOCOS酸化膜46の上のレジストパターン
96には、加工パターンの粗密による近接効果やローデ
ィング効果により、レジストパターンの寸法誤差(設計
値からのずれ)やレジストくずれが発生する。
リコン基板10にボロンを注入し、ウェル抵抗を下げる
ための低抵抗層98を形成する。打ち込みエネルギーは
300KeV〜2MeVであり、ドーズ量は5E12〜
5E13である。
境界領域13及び周辺回路領域14のnウェル形成領域
が開口するように、厚さ1.2μm〜2.5μmのレジス
トパターン100を形成する。
セミリセスLOCOS酸化膜46、64の上の部分に
は、加工パターンの粗密による近接効果やローディング
効果により、レジストパターンの寸法誤差(設計値から
のずれ)やレジストくずれが発生する。なぜなら、メモ
リセル領域12及び境界領域13のレジストパターン
は、ピッチが狭いのに対し、周辺回路領域14のレジス
トパターンは、ピッチが広い。セミリセスLOCOS酸
化膜46、64はその境界に位置する。よって、レジス
トパターン100のうちセミリセスLOCOS酸化膜4
6、64上に位置する部分が、近接効果やローディング
効果の影響を受けるのである。
シリコン基板10にリンを注入し、まずチャネルカット
層102、103、104を形成する。セミリセスLO
COS酸化膜下で寄生MOSトランジスタ動作を防ぐた
めである。打ち込みエネルギーは200KeV〜500
KeVであり、ドーズ量は3E12〜2E13である。
して、シリコン基板10にリンを注入し、パンチスルー
ストッパ層106、107、108を形成する。トラン
ジスタの短チャネル効果を抑えるためである。打ち込み
エネルギーは100KeV〜200KeVであり、ドー
ズ量は2E12〜1E13である。なお、パンチスルー
ストッパ層106、107、108は、ヒ素を用いても
形成することができる。その際の打ち込みエネルギーは
150KeV〜300KeVであり、ドーズ量は2E1
2〜1E13である。
して、シリコン基板10にイオンを注入し、チャネルド
ープ層110、111、112を形成する。トランジス
タのVthを調整するためである。チャネルドープ層11
0、111、112は、以下の(a)、(b)、(c)
を単独又は組み合わせることにより、形成される。
1E12〜1E13。
0KeV、1E12〜1E13。
1E12〜1E13。
に、チャネルカット層102、パンチスルーストッパ層
106及びチャネルドープ層110を含み、かつ境界領
域13に、チャネルカット層103、パンチスルースト
ッパ層107及びチャネルドープ層111を含むnウェ
ル18が完成する。周辺回路領域14では、低抵抗層9
4、チャネルカット層104、パンチスルーストッパ層
108及びチャネルドープ層112を含むnウェル42
が完成する。
境界領域13及び周辺回路領域14のpウェル形成領域
が開口するように、厚さ1.2μm〜2.5μmのレジス
トパターン114を形成する。ここで、レジストパター
ン114のうち、セミリセスLOCOS酸化膜21、6
4の上の部分には、加工パターンの粗密による近接効果
やローディング効果により、レジストパターンの寸法誤
差(設計値からのずれ)やレジストくずれが発生する。
シリコン基板10にボロンを注入し、チャネルカット層
116、117、118を形成する。打ち込みエネルギ
ーは100KeV〜300KeVであり、ドーズ量は3
E12〜2E13である。
して、シリコン基板10にボロンを注入し、パンチスル
ーストッパ層120、121、122を形成する。打ち
込みエネルギーは50KeV〜200KeVであり、ド
ーズ量は2E12〜1E13である。なお、パンチスル
ーストッパ層120、121、122は、打ち込みエネ
ルギーによっては、チャネルカット層116、117、
118と重なることになる。この場合は、一回のイオン
注入により、両方の層を兼ねる層を形成することができ
る。
して、シリコン基板10にイオンを注入し、チャネルド
ープ層124、125、126を形成する。チャネルド
ープ層124、125、126は、以下の(a)、
(b)、(c)を単独又は組み合わせることにより、形
成される。
1E12〜1E13。
0KeV、1E12〜1E13。
1E12〜1E13。
は、チャネルカット層116、パンチスルーストッパ層
120及びチャネルドープ層124を含むpウェル16
が完成する。境界領域13では、チャネルカット層11
7、パンチスルーストッパ層121及びチャネルドープ
層125を含むpウェル19が完成する。周辺回路領域
14では、低抵抗層98、チャネルカット層118、パ
ンチスルーストッパ層122及びチャネルドープ層12
6を含むpウェル44が完成する。
用いることにより、nチャネルトランジスタ22、pチ
ャネルトランジスタ30、ダミートランジスタ23、ダ
ミートランジスタ33、pチャネルトランジスタ48、
nチャネルトランジスタ56を形成する。なお、pウェ
ル19には、pチャネルトランジスタの形成の際に使わ
れたイオン注入により、ウェルコンタクト領域38が形
成される。
れメモリセル領域12のnチャネルトランジスタ22、
pチャネルトランジスタ30と同様なパターン(ウェル
の幅、ウェルのスペース、ゲート長、ゲート幅、活性領
域面積、ゲート電極間距離が同じ)をしている。これに
より、メモリセル領域12の素子の密度と境界領域13
の素子の密度とを同じにしている。
ィング効果が原因で、セミリセスLOCOS酸化膜2
1、64、46下において、pウェル19、nウェル4
2、pウェル44の端部の形成位置にずれが生じてい
る。しかしながら、セミリセスLOCOS酸化膜21に
よって分離されるダミートランジスタ23、33は、境
界領域13にある。ダミートランジスタ23、33の不
純物領域25、27、37、39は、フローティングで
ある。よって、pウェル19がnウェル18に入り込ん
でも、ラッチアップは発生しない。また、セミリセスL
OCOS酸化膜64、46は周辺回路領域14にある。
周辺回路領域14は、一般に面積に余裕がある。したが
って、セミリセスLOCOS酸化膜の分離幅を大きくす
ることで、ラッチアップを回避できる。
02、103、104、116、117、118、パン
チスルーストッパー層106、107、108、12
0、121、122、チャネルドープ層110、11
1、112、124、125、126を表す線の図示は
省略されている。
により、図1に示す構造を完成する。
係る半導体記憶装置のウェルの構造を、濃度の観点から
説明する。ウェルの形成条件は、後で説明する[効果を
証明する実験の説明]の表1の深いウェルB、浅いウェ
ルの欄で示す値である。
域への四度目のイオン注入後のウェル濃度を示してい
る。距離とは、シリコン基板の主表面からのウェルの深
さ方向の長さのことである。また、濃度は、対数で表し
ている。よって、例えば、17とは、1×1017個/c
m2である。
びドーズ量が異なる四度のイオン注入でpウェルを形成
している。よって、ウェルの深さ方向に沿って四つの濃
度のピーク(P1、P2、P3 、P4)がある。P1はチャ
ネルドープ層、P2はパンチスルーストッパ層、P3はチ
ャネルカット層、P4はウェル抵抗を下げるための低抵
抗層の位置を示している。以下で説明するグラフの距
離、濃度、ピーク(P1、P2、P3 、P4)は、図11
中のこれらと同じ意味である。
電極となるポリシリコン膜のアニール後に測定したウェ
ル濃度を示している。pウェルは、四つの濃度のピーク
(P1、P2、P3 、P4)があることが分かる。
域への四度目のイオン注入後のウェル濃度を示してい
る。周辺回路領域では、打ち込みエネルギー及びドーズ
量が異なる四度のイオン注入でnウェルを形成してい
る。よって、ウェルの深さ方向に沿って四つの濃度のピ
ーク(P1、P2、P3 、P4)がある。なお、図14
は、ゲート酸化膜を形成し、ゲート電極となるポリシリ
コン膜のアニール後に測定したウェル濃度を示してい
る。nウェルは、四つの濃度のピーク(P1、P2、
P3、P4)があることが分かる。
領域への三度目のイオン注入後のウェル濃度を示してい
る。メモリセル領域では、打ち込みエネルギー及びドー
ズ量が異なる三度のイオン注入でpウェルを形成してい
る。よって、ウェルの深さ方向に沿って三つの濃度のピ
ーク(P1、P2、P3 )がある。なお、図16は、ゲー
ト酸化膜を形成し、ゲート電極となるポリシリコン膜の
アニール後に測定したウェル濃度を示している。pウェ
ルは、三つの濃度のピーク(P1、P2、P3 )があるこ
とが分かる。
領域への三度目のイオン注入後のウェル濃度を示してい
る。メモリセル領域では、打ち込みエネルギー及びドー
ズ量が異なる三度のイオン注入でnウェルを形成してい
る。よって、ウェルの深さ方向に沿って三つの濃度のピ
ーク(P1、P2、P3 )がある。なお、図18は、ゲー
ト酸化膜を形成し、ゲート電極となるポリシリコン膜の
アニール後に測定したウェル濃度を示している。nウェ
ルは、三つの濃度のピーク(P1、P2、P3 )があるこ
とが分かる。
体記憶装置は、メモリセル領域12のウェルの深さを、
周辺回路領域14のウェルの深さに比べて、小さくして
いることを特徴としている。これにより、ラッチアップ
の発生の可能性を低くしながら、メモリセル領域のnウ
ェルとpウェルとの間の素子分離構造の長さを縮小して
いる。この理由を説明する。
ク電流もしくは基板電流と、基板抵抗との積が一定値以
上になると発生する。基板抵抗を下げるためには、深い
ウェルを形成する必要がある。レジストパターンの厚さ
とウェルの深さとは、比例している。よって、深いウェ
ルを形成するためには、レジストパターンの厚さを大き
くしなければならない。
ルを形成すると、図1に示すように、周辺回路領域14
において、例えば、セミリセスLOCOS酸化膜46下
で、nウェル42とpウェル44とが大きく重なり合う
ことになる。この理由を図8を用いて説明する。
に、レジストパターン132が形成された状態を示して
いる。136は、レジスト端部、すなわち、レジストパ
ターン132の端部を示している。134は、設計上の
レジストパターンを示している。138は、レジスト端
部、すなわち、設計上のレジストパターン134の端部
を示している。
よるレジスト端部の位置の後退距離を示している。符号
bは、レジストパターンをベークした際におけるレジス
トの上端部の収縮距離を示している。レジスト端部13
6の上部は、レジスト端部138の上部に比べ、a+b
だけ形成位置が後退していることが分かる。
4をマスクとしてウェルを形成した場合におけるウェル
端部を示している。142は、レジストパターン132
をマスクとしてウェルを形成した場合におけるウェル端
部を示している。ウェル端部142の上部は、ウェル端
部140の上部に比べ、レジスト端部136の上部の形
成位置が後退した影響を受け、符号cで示す距離だけ前
進している。よって、隣のウェルへの入り込みが大きく
なり、重なりが大きくなる。これにより生じる影響を、
図9を用いて説明する。
ェル152との重なりが大きいと、p型ソース/ドレイ
ン154とpウェル150との距離d及びn型ソース/
ドレイン156とnウェル152との距離eは、ウェル
形成の際のイオンの打ち込みドーズ量により、一方又は
共に短くなる。これらの距離が短くなることにより、例
えば、距離eが短くなった場合、n型ソース/ドレイン
156からpウェル150を通り、nウェル152に到
達する寄生MOSのリーク電流が流れやすくなる。これ
は寄生MOSの実効チャネル長が短くなることに起因す
る。この寄生MOSのリーク電流がラッチアップのトリ
ガー電流となることがある。
のレジストパターンで、ウェルを形成すると、この重な
りを比較的小さくできる。なぜなら、レジストパターン
の端部に、レジスト端部の位置の後退距離aの発生やレ
ジストの上端部の収縮距離bの発生が生じないからであ
る。
くすれば、距離d、eを短くしないですむ。寸法に余裕
がある周辺回路領域では、素子分離構造158の長さf
を大きくすることができる。しかし、寸法に余裕がない
メモリセル領域では、素子分離構造158の長さfを大
きくすれば、メモリセルの微細化という要請に反するこ
とになる。
ネル幅が大きく駆動能力の高いトランジスタを配置する
ため基板電流の値が大きい。したがって、ラッチアップ
防止のためには、基板抵抗を下げる必要がある。よっ
て、周辺回路領域では、ウェルの深さを大ききしなけれ
ばならない。一方、メモリセル領域では、メモリセルを
構成するトランジスタのサイズが小さいため、基板電流
の値が小さい。したがって、基板抵抗をそれほど下げな
くても、ラッチアップを防止できる。よって、メモリセ
ル領域では、ウェルの深さを小さくすることができる。
深さを小さくしている。これにより、pウェルとnウェ
ルとの重なりを小さくし、ラッチアップの発生の可能性
を低くしている。
証明するための実験を行った。まず、深いウェル(深さ
2.0μm)が形成され、かつセミリセスLOCOS酸
化膜の長さが異なる複数のサンプル及び浅いウェル(深
さ0.8μm)が形成され、かつセミリセスLOCOS
酸化膜の長さが異なる複数のサンプルを準備した。ウェ
ル形成条件を、表1に示す。なお、セミリセスLOCO
S酸化膜の膜厚は、0.4μmである。
は、次の通りである。nウェルの電位5V、pウェルの
電位0V、nチャネルトランジスタのソース0V、ドレ
イン5V、nチャネルトランジスタのゲート5Vの条件
下、nウェルからnチャネルトランジスタのソースへ流
れ込む電流を測定した。また、nウェルの電位5V、p
ウェルの電位0V、pチャネルトランジスタのソース5
V、ドレイン0V、pチャネルトランジスタのゲート0
Vの条件下、pウェルからpチャネルトランジスタのソ
ースへ流れ込む電流を測定した。
深いウェルAのデータを示し、白丸は深いウェルBのデ
ータを示し、×は、浅いウェルのデータを示している。
測定結果を考察する前に、まず、距離L1及びL2の定義
を説明する。図9に示すように、素子分離構造158の
中央を通る垂直線160を基準とし、この垂直線160
からn型ソース/ドレイン156までの距離をL1、垂
直線160からp型ソース/ドレイン154までの距離
をL2としている。よって、例えば、0.5μmとは、セ
ミリセスLOCOS酸化膜の長さが1.0μmのサンプ
ルを示している。
ウェル、nウェルともに、距離が0.5μmに近くなっ
ても、リーク電流は、深いウェルと比較して低い値とな
る。このことは、メモリセル領域のウェルの深さを周辺
回路領域のウェルの深さより小さくすると、メモリセル
領域のウェルの深さが周辺回路領域のウェルの深さと同
じ場合に比べ、メモリセル領域ではセミリセスLOCO
S酸化膜の長さを小さくしても、寄生MOSのリーク電
流が増加せず、ラッチアップの発生の可能性が小さいこ
とを示している。
ウェル42を境界領域13と接触し、かつメモリセル領
域12と接触しないように形成すること、及び境界領域
13にダミートランジスタ23、33を形成することを
特徴とする。これにより、近接効果やローディング効果
で、たとえセミリセスLOCOS酸化膜21、64、4
6下において、pウェル19、nウェル42、pウェル
44の端部の形成位置にずれが生じても、ラッチアップ
の耐量が低下するのを防止できる。
によれば、境界領域13にウェルコンタクト領域38を
有する。よって、境界領域13がウェルコンタクト領域
38を兼ねることにより、SRAMの小型化を図ること
ができる。
によれば、pウェル19とpウェル44との間に、nウ
ェル42が位置している。これにより、pウェル19と
pウェル44とを分離することができる。よって、pウ
ェル44からpウェル19へ基板電流の流れ込みを防ぐ
ことができ、ラッチアップの耐量を向上できる。
の構造だとメモリセル領域12のp型ウェルどうしがシ
リコン基板10を介してつながり、ウェルの抵抗が下げ
られる。これにより、相対的に基板電流の大きいnチャ
ネルトランジスタの形成領域の基板電位の上昇を低減で
きる。
によれば、境界領域13の不純物領域25、27、3
7、39の電位は、フローティングにされている。よっ
て、ウェルから不純物領域25、27、37、39への
リーク経路を断つことができる。なお、境界領域13の
不純物領域37、39をnウェル42と同電位にしても
同じ効果を達成できる。
によれば、nウェル18の深さと、pウェル16の深さ
とが同じである。よって、メモリセル領域12におい
て、ウェルの深さが異なることが原因となるトランジス
タどうしの性能のアンバランスが生じることはない。
によれば、pウェル16、nウェル18は、セミリセス
LOCOS酸化膜より下の位置まで形成されている。し
たがって、pウェル16、nウェル18をウェルコンタ
クト領域(図示せず)にまで延ばすことがでる。よっ
て、pウェル16、nウェル18を、それぞれウェルコ
ンタクト領域に容易に接続することができる。
によれば、pウェル16及びnウェル18がセミリセス
LOCOS酸化膜より下の位置まで形成されている。よ
って、ソース26、36及びドレイン28、34が浅く
なりすぎることを回避できる。
によれば、pウェル16に形成されたソース26及びド
レイン28の深さと、nウェル18に形成されたドレイ
ン34及びソース36の深さとは、同じである。これに
より、メモリセル領域12において、ソース、ドレイン
の深さが異なることが原因となるトランジスタどうしの
性能のアンバランスが生じることはない。
によれば、メモリセル領域12、境界領域13、周辺回
路領域14は、いずれもツインウェル構造である。よっ
て、nウェル42及びpウェル44となる領域に、それ
ぞれ、低抵抗層を形成後、nウェル18となる領域とn
ウェル42となる領域とに同時に、チャネルカット層、
パンチスルーストッパ層、チャネルドープ層を形成し、
pウェル16、19となる領域とpウェル44となる領
域とに同時に、チャネルカット層、パンチスルーストッ
パ層、チャネルドープ層を形成することができる。これ
により、工程の簡略化を図れる。
断面図である。
第1の製造工程を説明するための断面図である。
第2の製造工程を説明するための断面図である。
第3の製造工程を説明するための断面図である。
第4の製造工程を説明するための断面図である。
第5の製造工程を説明するための断面図である。
第6の製造工程を説明するための断面図である。
である。
ラフである。
のイオン注入後のウェル濃度を示すグラフである。
オン注入をし、そしてゲート酸化膜を形成し、ゲート電
極となるポリシリコン膜のアニール後に測定したウェル
濃度を示すグラフである。
のイオン注入後のウェル濃度を示すグラフである。
オン注入をし、そしてゲート酸化膜を形成し、ゲート電
極となるポリシリコン膜のアニール後に測定したウェル
濃度を示すグラフである。
目のイオン注入後のウェル濃度を示すグラフである。
イオン注入をし、そしてゲート酸化膜を形成し、ゲート
電極となるポリシリコン膜のアニール後に測定したウェ
ル濃度を示すグラフである。
目のイオン注入後のウェル濃度を示すグラフである。
イオン注入をし、そしてゲート酸化膜を形成し、ゲート
電極となるポリシリコン膜のアニール後に測定したウェ
ル濃度を示すグラフである。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体基板の主表面に、周辺回路が形成
される周辺回路領域及びメモリセルが形成されるメモリ
セル領域を有する半導体記憶装置であって、 前記周辺回路領域に形成された第1のウェルと、 前記メモリセル領域に形成され、前記第1のウェルより
深さが小さい第1の導電型の第2のウェルと、 前記メモリセル領域に形成され、前記第2のウェルと接
触し、かつ前記第2のウェルと同じ深さの第2の導電型
の第3のウェルと、 前記メモリセル領域に形成された素子分離構造と、を備
え、 前記第2及び第3のウェルは、前記素子分離構造より下
の位置まで形成されており、 さらに、 前記周辺回路領域と前記メモリセル領域との境界部に位
置する境界領域と、 前記メモリセルと同様の密度で前記境界領域に形成さ
れ、前記メモリセルの電界効果トランジスタと同じ層に
あり、かつ素子として機能しない、ダミー素子と、 を備え、 前記第1のウェルは、前記境界領域と接触し、かつ前記
メモリセル領域と接触せず、 前記第1のウェルはn型ウェルとp型ウェルとを備える
ツインウェルであり、 前記第2及び第3のウェルは、前記境界領域にも形成さ
れており、 前記第2及び第3のウェルのうちp型の方と、前記第1
のウェルのp型ウェルとの間に、前記第1のウェルのn
型ウェルが位置している、 半導体記憶装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記境界領域の長さは、前記メモリセルで1.5セル分
〜3セル分である、半導体記憶装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2において、 前記境界領域は、ウェル電位を固定するためのウェルコ
ンタクト領域を有する、半導体記憶装置。 - 【請求項4】 請求項1、2又は3において、 前記半導体基板はp型である、半導体記憶装置。
- 【請求項5】 請求項1、2、3又は4において、 前記第1、第2及び第3のウェルは、リトログレーディ
ドウェルである、半導体記憶装置。 - 【請求項6】 請求項1、2、3、4又は5において、 前記メモリセル領域には、CMOS形セルのSRAMが
形成されている、半導体記憶装置。 - 【請求項7】 請求項1、2、3、4、5又は6におい
て、 前記第2及び第3のウェルの深さは、0.5μm〜1.2
μmである、半導体記憶装置。 - 【請求項8】 半導体基板の主表面に周辺回路領域と、
メモリセル領域と、 前記周辺回路領域と前記メモリセル領域との境界部に位
置する境界領域と、を有する半導体記憶装置の製造方法
であって、 (a)前記主表面に、素子分離構造を形成する工程と、 (b)前記周辺回路領域のみに不純物をイオン注入し
て、前記境界領域と接触し、かつ前記メモリセル領域と
接触しない第1のウェルを形成する工程と、 (c)前記メモリセル領域に不純物をイオン注入して、
前記第1のウェルより深さが小さく、かつ前記素子分離
構造より下の位置まで形成された第1の導電型の第2の
ウェルを形成する工程と、 (d)前記メモリセル領域に不純物をイオン注入して、
前記第2のウェルと深さが同じで、かつ前記素子分離構
造より下の位置で前記第2のウェルと隣り合わせとなる
ように第2の導電型の第3のウェルを形成する工程と、 (e)前記メモリセル領域に電界効果トランジスタを形
成する工程と、 を備え、 前記工程(e)は、前記境界領域に、前記メモリセルと
同様の密度で、かつ素子として機能しないダミー素子を
形成する工程を含み、 前記工程(b)は、n型ウェルとp型ウェルとを備える
ツインウェルを、前記n型ウェルが前記境界領域側に位
置するように形成する工程を含み、 前記工程(c)は、前記境界領域にも前記第2のウェル
を形成する工程を含み、 前記工程(d)は、前記境界領域にも前記第3のウェル
を形成する工程を含み、 前記境界領域の前記第2のウェル及び前記第3のウェル
のうち、p型の方が前記周辺回路領域側に位置するよう
に形成する、半導体記憶装置の製造方法。
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