JPH0536909A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH0536909A
JPH0536909A JP3188510A JP18851091A JPH0536909A JP H0536909 A JPH0536909 A JP H0536909A JP 3188510 A JP3188510 A JP 3188510A JP 18851091 A JP18851091 A JP 18851091A JP H0536909 A JPH0536909 A JP H0536909A
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JP
Japan
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buried layer
type buried
layer
mos transistor
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JP3188510A
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English (en)
Inventor
Takahisa Uda
貴久 右田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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

Abstract

(57)【要約】 【構成】Pウェル6の底面にP+ 型埋込層3、N+ 型埋
込層2を設けたN型MOSトランジスタを含む内部回路
と、P+ 型埋込層3に凸部31aを設けたN型MOSト
ランジスタを含む入力保護回路とを有する半導体集積回
路。 【効果】P+ 型埋込層とP型シリコン基板間のパンチス
ルー電圧を下げ、耐ソフトエラー性と入力保護機能の双
方を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路に関
し、特にBiCMOS集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】現在SRAM(スタチック・ランダム・
アクセス・メモリ(Static Random Ac
cess Memory))の領域においては、大容量
・高スピード化が増々進んでおり、その両方の性質を兼
ね備えたBiCMOS SRAMが注目されている。ま
た、素子の高集積化が進むにつれメモリセルの微細加工
技術が重要となる。しかし、メモリセルを微細化するこ
とによりメモリセル内のノードの静電容量は低くなり耐
α線強度は低下し、従ってα線の記憶ノードへの入射に
よるソフトエラーの問題が生じてくる。
【0003】このソフトエラー対策の従来技術について
図4,図5を参照して説明する。
【0004】図4に通常のN型MOSトランジスタ、図
5にソフトエラー対策を施したN型MOSトランジスタ
を示す。後者は、通常のN型トランジスタのP+ 型埋込
層とP型シリコン基板1との境界部に選択的N- 型埋込
層2を設けたものであり、他の部分は通常のN型MOS
トランジスタと同じ構成である。
【0005】N- 型埋込層2はリン原子をイオン注入法
で1×1013〜5×1013/cm2 程度注入し1200
℃の窒素雰囲気中でアニールすることにより形成され
る。更にN- 型埋込層2上には選択的にP+ 型埋込層3
を例えばボロンを1×1013〜1×1014/cm2 程度
注入しアニールすることで形成する。この時P+ 型埋込
層3とP型シリコン基板1の間のN- 型埋込層2の間隔
Bは約4〜5μmとなる。
【0006】また、P型半導体基板1上のN- 型埋込層
2の回りに例えばヒ素原子を導入したN+ 型埋込層4が
絶縁分離層として設けてある。
【0007】更にP型シリコン基板1上全面にN型半導
体エピタキシャル層5が形成されており、N型エピタキ
シャル層5中にはP型ウェル層6がP+ 型埋込層3上に
選択的に設けられる。
【0008】次いで、素子分離のためにフィールド酸化
膜7がエピタキシャル層5上に選択的に設けられ、フィ
ールド領域に薄いゲート酸化膜が形成される。ゲート酸
化膜11上にはゲート電極8として例えば多結晶シリコ
ン層を選択的に設ける。
【0009】更にN+ ソース層9及びN+ ドレイン層1
0はフィールド酸化膜7,ゲート電極8をマスクとして
ヒ素原子等をイオン注入することで形成される。
【0010】以上が従来技術によるN型MOSトランジ
スタの構造である。
【0011】前述したN- 型埋込層2を有するN型MO
Sトランジスタをフリップフロップの駆動トランジスタ
として用いるとCMOS SRAMセルのα線によるソ
フトエラー防止に大きな効果が得られる。通常のN-
埋込層がない構造ではα線が記憶ノード部近傍に入射す
ると、30μm程度の深さまで達する。するとその軌道
に沿って電子・正孔対が生じ、ドリフトや拡散により電
荷が記憶ノード部に吸収され電子・正孔の再結合により
データが破壊されるが、N- 型埋込層2を設けることに
より、α線入射により発生した電荷はN- 型埋込層2に
吸収されることでソフトエラーは防止できる。この様に
- 型埋込層2を設けることは耐α線強度の増加、ソフ
トエラー防止に大きな効果がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来のソフト
エラー対策を施したBiCMOS SRAMにおいては
設計上の問題からすべてのN型MOSトランジスタの構
造をN- 型・P+ 型の二重埋込層構造にした方が通合が
良い。半導体集積回路内の全てのN型MOSトランジス
タを二重埋込層構造にすることにより生じる問題点を以
下に示す。
【0013】半導体集積回路の入力保護回路に通常のN
- 型埋込層がないN型MOSトランジスタを静電保護素
子(以下ESD素子と記す)に用いると、ESD素子耐
圧はソース・ドレイン間の耐圧で決まり通常は10〜1
4V程度を有する。つまり、入力端子に静電気ショック
等によりESD耐圧以上の電圧が加えられるとパンチス
ルーにより入力端子側のドレイン電極と接地端子側のソ
ース電極が導通する(なお、ゲート電極はソース電極に
接続されている。)ことで内部回路は保護される。
【0014】しかし、N型MOSトランジスタに従来技
術によってN- 型埋込層を適用すると、N- 型埋込層と
+ 型埋込層との耐圧が向上してしまうので保護機能が
低下するという不具合が生ずる。通常N- 型埋込層2と
+ 型埋込層3との耐圧はN型不純物としてリンを1×
1013〜5×1013/cm2 、P+ 型不純物としてボロ
ンを0.1×1014〜1×1014/cm2 程度をイオン
注入し、熱処理を行うことで、耐圧として18〜22V
が生じ、N- 型埋込層がないN型MOSトランジスタを
用いたESD素子の耐圧(10〜14V)より大きくな
る。従ってこの耐圧程度の電圧が入出力端子に加わる
と、内部回路に達してしまい、破壊してしまうことにな
る。
【0015】本発明は、この様な問題点を解決するため
になされたものであって、現行のプロセスの基本を変更
することなく、入力保護機能の低下を伴なうことなくソ
フトエラーに強い半導体集積回路を提供することを目的
とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、半導体基板の表面部にウェルを設け、前記ウェルの
底部に高濃度P型埋込層を設け、前記高濃度P型埋込層
の底部に接してN型埋込層を設けた第1の素子形成領域
を有し、前記第1の素子領域に形成された第1のN型M
OSトランジスタを含むフリップフロップ型のメモリセ
ルと、前記第1の素子領域の前記高濃度P型埋込層の一
部がN型埋込層側へ向けて凸部を有する第2の素子領域
に形成された第2のN型MOSトランジスタを含む入力
保護回路とを有するというものである。
【0017】
【実施例】図1(a)は本発明の第1の実施例における
ESD素子の平面図、図1(b)は図1(a)のX−X
線断面図である。
【0018】この実施例は、図5に示すようにP型シリ
コン基板1の表面部にPウェル6を設け、Pウェル6の
底部にP+ 型埋込層3を設け、P+ 型埋込層3の底部に
接してN- 型埋込層2を設けた第1の素子形成領域(内
部回路を形成する)を有し、前記の第1の素子領域に形
成された第1のN型MOSトランジスタを含むフリップ
フロップ型のメモリセルと、図1に示すように前述の第
1の素子領域のP+ 型埋込層3の一部がN- 型埋込層2
側へ向けて凸部31aを有する第2の素子領域(入力保
護回路を形成する)に形成された第2のN型MOSトラ
ンジスタESD素子として入力端子と接地端子側に挿入
した入力保護回路とを有するというものである。
【0019】次に、この実施例の製造方法について説明
する。
【0020】まず、図2(a)に示すように、P型シリ
コン基板1上に選択的に10μm2 程度の範囲にN-
埋込層2を形成する。このN- 型埋込層は選択的に設け
た熱酸化膜をマスク材としてリン原子をイオン注入法に
より1×1013〜5×1013/cm2 程度打ち込み、次
にアニーリングとして1200℃の窒素雰囲気中で4〜
6時間押込むことで形成される。このようにして形成さ
れた複数のN- 型埋込層のうち、ESD素子を形成する
部分に開口13を有する酸化シリコン膜12を形成す
る。開口13はN- 型埋込層2の中央部に2μm×2μ
m程度の大きさに形成する。酸化シリコン膜12をマス
クにイオン注入によりボロン原子を100〜130ke
Vのエネルギーで、1×1013〜1×1014/cm2
ち込み、イオン注入領域14を形成する。
【0021】次いで、図2(b)に示すように、酸化シ
リコン膜12を再び選択的にエッチングして開口14を
設けてN- 型埋込層形成領域を露出させる。酸化シリコ
ン膜12をマスクにボロンを50〜100keVのエネ
ルギーで1×1013〜1×1014/cm2 程度イオン注
入してイオン注入領域15を形成する。更に活性化のた
めに1100〜1150℃の窒素雰囲気中でアニールを
行い、図2(c)に示すように、凸部31のあるP+
埋込層3aを形成する。
【0022】次いで、図1に示すように、N型エピタキ
シャル層5を堆積し、Pウェル6,フィールド酸化膜7
等を形成する。
【0023】以上の様な方法によりP+ 型埋込層3とN
- 型埋込層2との界面に凸部31aを形成することがで
きる。このとき、凸部31aとN- 型埋込層2の底面と
の距離Aは1.5〜2μm程度になる。
【0024】このためESD素子の耐圧(P+ 型埋込層
3とP型シリコン基板1間でパンチスルーが起こるまで
の電圧)は10〜15V程度となり、N- 型埋込層がな
いN型MOSトランジスタとESD耐圧としては同程度
となる。またESD素子以外のN型MOSトランジスタ
としてはN- 型埋込層を有すN型MOSトランジスタを
使用することができるので、耐α線強度はN- 型埋込層
を有しないものより強くでき、N- 型埋込層がない時と
同程度の入力保護機能を有する入力保護回路付の半導体
集積回路を実現できる。
【0025】図3(a)は本発明の第2の実施例におけ
るESD素子の平面図、図3(b)は図3(a)による
半導体装置の断面図、第3図(B)のX−X線断面図で
ある。本実施例は、ESD素子のP+ 型埋込層3に畝状
に凸部31aが設けられている。ESD素子の素子面積
は通常50μm2 以上の非常に大きなN型MOSトラン
ジスタを使用するために、第1の実施例の様にP+ 型埋
込層のN- 型埋込層との接合部に設けられた凸部が小さ
いと入力端子に非常に大きな電圧ショックが加えられる
と、充分保護することはできずに、内部回路が破壊され
ることが考えられる。しかし、第2の実施例では凸部3
1aが畝状に長くなっているので、パンチスルー電圧が
低くなる領域の面積が大きく、ESD素子としての保護
機能が増大する。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、P+ 型埋
込層の底部にN- 型埋込層を設けたN型MOSトランジ
スタを含む内部回路と、P+ 型埋込層のN- 型埋込層と
の接合部に凸部を設けたN型MOSトランジスタをES
D素子に用いた入力保護回路とを有しているので、ソフ
トエラーに強い半導体集積回路の入力保護機能を高める
ことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるESD素子の平
面図(図1(a))および断面図(図1(b))であ
る。
【図2】第1の実施例の製造方法を説明するため(a)
〜(c)に分図して示す工程順断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例におけるESD素子の平
面図(図3(a))および断面図(図3(b))であ
る。
【図4】従来例の説明に使用するN型MOSトランジス
タの一例を示す断面図である。
【図5】従来例の説明に使用するN型MOSトランジス
タの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】 1 P型シリコン基板 2 N- 型埋込層 3,3a P+ 型埋込層 31,31a,31b 凸部 4 N+ 型埋込層 5 N型エピタキシャル層 6 Pウェル 7 フィールド酸化膜 8 ゲート電極 9 N+ ソース層 10 N+ ドレイン層 11 ゲート酸化膜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体基板の表面部にウェルを設け、前
    記ウェルの底部に高濃度P型埋込層を設け、前記高濃度
    P型埋込層の底部に接してN型埋込層を設けた第1の素
    子形成領域を有し、前記第1の素子領域に形成された第
    1のN型MOSトランジスタを含むフリップフロップ型
    のメモリセルと、前記第1の素子領域の前記高濃度P型
    埋込層の一部がN型埋込層側へ向けて凸部を有する第2
    の素子領域に形成された第2のN型MOSトランジスタ
    を含む入力保護回路とを有することを特徴とする半導体
    集積回路。
JP3188510A 1991-07-29 1991-07-29 半導体集積回路 Pending JPH0536909A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5545572A (en) * 1993-10-21 1996-08-13 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method for fabricating electrostatic discharge protecting transistor
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