JPH06326260A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH06326260A
JPH06326260A JP5111906A JP11190693A JPH06326260A JP H06326260 A JPH06326260 A JP H06326260A JP 5111906 A JP5111906 A JP 5111906A JP 11190693 A JP11190693 A JP 11190693A JP H06326260 A JPH06326260 A JP H06326260A
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JP
Japan
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well
conductivity type
circuit block
region
semiconductor device
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JP5111906A
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Hiroyuki Obata
弘之 小畑
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NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ツインウエル方式の半導体装置で回路ブロッ
ク相互間のクロストークを防止する。 【構成】 P型半導体基板11上に形成され、複数の回
路ブロックCB11、CB12が配置されたNウエル1
2及びPウエル13を有するツインウエル方式の半導体
装置で、回路ブロックCB11の周囲の基板表面近傍に
Nウエル12及びPウエル13のいずれもが形成されな
い基板領域11を残す。また、この基板領域11に隣接
するPウエル13内には第一の電位に維持されるP型拡
散層領域14を設けると共に、残された基板領域11内
には第二の電位に維持されるN型拡散層領域が内部に形
成されたクロストーク防止用Nウエル12’を設ける。
双方の回路ブロック間CB11、CB12間の半導体基
板11の低い等価抵抗と、基板領域11及びクロストー
ク防止用Nウエル部分に形成される接合容量とにより、
回路ブロックCB12から回路ブロック11に伝播され
るノイズを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に、ノイズの伝播を低減した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、MOS−FET等のトランジスタ
の微細化を実現するため、一導電型の半導体基板の表面
近傍に、他の導電型ウエルと、半導体基板よりも高濃度
の不純物を含有する一導電型ウエルとを形成し、他の導
電型ウエル及び一導電型ウエルの双方に形成された各ト
ランジスタで回路を構成するツインウエル方式の半導体
装置が数多く開発されている。ツインウエル方式の半導
体装置は、例えばアナログ・ディジタル混載回路として
も使用され、アナログ・ディジタル混載回路では、ディ
ジタル回路からアナログ回路に伝播するノイズを低減す
ることが重要である。
【0003】図4(a)は従来のアナログ・ディジタル
混載回路を成すツインウエル方式の半導体装置の平面
図、同図(b)はそのB−B’断面図である。P型半導
体基板31の表面近傍に、1以上のNウエル32と、P
型半導体基板31よりも高濃度の不純物を含有するPウ
エル33とが相互に隣接して形成され、Nウエル32及
びPウエル33の双方に回路領域を夫々有する回路ブロ
ックCB31及びCB32が配置される。なお、図面
上、2つのNウエル32と1つのPウエル33とが示さ
れている。
【0004】例えばアナログ回路ブロックを成す回路ブ
ロックCB31の周囲のPウエル33中にP+拡散層領
域34を設け、絶縁膜37に開口したコンタクトホール
35を介してGND配線36に接続する。これにより、
回路ブロックCB31周囲のPウエル33の電位を安定
させ、ノイズ源を成す例えばディジタル回路ブロックを
成す回路ブロックCB32から回路ブロックCB31に
伝播するノイズを低減する。
【0005】図5(a)に、特開平1−112785号
公報に記載された他の形式のアナログ・ディジタル混載
回路を成すツインウエル方式の半導体装置の平面図を示
す。図5(b)はそのB−B’断面図である。P型半導
体基板31の表面近傍に、1以上のNウエル32と、P
型半導体基板31よりも高濃度の不純物を含有するPウ
エル33とが相互に隣接して形成され、Nウエル32及
びPウエル33の双方に回路領域を夫々有する回路ブロ
ックCB31及びCB32が形成される。
【0006】回路ブロックCB31の周囲を、所定幅を
成すクロストーク防止用Nウエル32’で囲み、このク
ロストーク防止用Nウエル32’を、絶縁膜37に開口
したコンタクトホール35を介してVdd配線38に接続
する。これにより、ノイズ源を成す回路ブロックCB3
2からPウエル33を含むP型半導体基板31表面を経
由して回路ブロックCB31に伝播するノイズを低減す
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図4(a)及び(b)
に示した従来の半導体装置では、ノイズ源を成す回路ブ
ロックCB32と、回路ブロックCB31との間には、
P型半導体基板31(例えばNA=1E15[cm-3]の
不純物を含有)と、P型半導体基板よりも高濃度の不純
物を含有するPウエル33(例えばNA=1E17[cm
-3]の不純物を含有)とが存在するので、ノイズ源を成
す回路ブロックCB32と、回路ブロックCB31と
は、第4図(b)に示したように、P型半導体基板31
の表面近傍に形成されたPウエル33の等価抵抗R31
とPウエル33よりも深い領域のP型半導体基板31に
よる等価抵抗R32とにより結合されている。
【0008】ここで、P型半導体基板31の抵抗率ρ
PSUBが例えば12[Ω・cm]程度であるのに対し、高濃
度の不純物を含有するPウエル33の抵抗率ρは0.3
[Ω・cm]程度である。従って、Pウエル33の抵抗率
は、P型半導体基板31の抵抗率と比較すると約1/4
0ときわめて低い値を有することとなる。等価抵抗R3
1及びR32は夫々Pウエル33及びP型半導体基板3
1の抵抗率に比例するので、Pウエル33の深さがP型
半導体基板31の深さに比べて浅くとも、その広がり抵
抗等を考慮すると、双方の等価抵抗の関係は、R31
《R32となる。
【0009】従って、図4(a)及び(b)に示した従
来の半導体装置では、GND配線36及びP+拡散層領
域34が完全導体ではなくある程度のインピーダンスを
有することを考慮すると、P型半導体基板31、つまり
等価抵抗R32を介して伝播するノイズは充分に低減で
きても、非常に低い抵抗値を有するPウエル33、つま
り等価抵抗R31を介して伝播するノイズに対する低減
効果は充分ではない。
【0010】また、図5(a)及び(b)に示した半導
体装置では、ノイズ源を成す回路ブロックCB32と、
回路ブロックCB31との間にVdd配線38に接続され
たクロストーク防止用Nウエル32’を形成することに
より、Pウエル33を含むP型半導体基板31表面を経
由して伝播するノイズの直流成分は除去できる。しか
し、ノイズ源を成す回路ブロックCB32と回路ブロッ
クCB31とは、図5(b)に示したように、Pウエル
33の等価抵抗のR33及びR35、クロストーク防止
用Nウエル32’の等価抵抗R34、並びに、Pウエル
33とクロストーク防止用Nウエル32’迄の接合容量
C31及びC32から成る直列インピーダンスと、ウエ
ルよりも深い領域のP型半導体基板31の等価抵抗R3
2とで結合されている。
【0011】ここで、クロストーク防止用Nウエル3
2’(例えばND=1E17[cm-3]の不純物を含有)
の抵抗率ρNWELが約0.1[Ω・cm]と非常に低いこと
を考慮すると、Pウエル33の等価抵抗R33及びR3
5と同様にクロストーク防止用Nウエル32’の等価抵
抗R34も低い抵抗値を有する。また、下記式(1−
a)及び式(1−b)で与えられるように、Pウエル3
3とクロストーク防止用Nウエル32’との間の単位面
積当りの接合容量は、バイアス電圧がVR=−5[v]
として、2.6E−08[F/cm2]と非常に大きく、
Pウエルとクロストーク防止用Nウエル32’との間の
接合容量C31及びC32も非常に大きな容量を有す
る。従って、直列インピーダンスR33、R34、R3
5、C31及びC32は、高周波領域では特に小さなイ
ンピーダンスとなる。
【0012】
【数1】 C=√{(q・χSi・ε0 ・NA・ND)/(2・(NA+ND)・(φ+|VR|))} (1-a) φ=(kT/q)・ln {(NA・ND)/ni 2} (1-b)
【0013】但し、qは電子の電荷、χSiはシリコンの
比誘電率、ε0は真空の誘電率、kはボルツマン定数、
iはシリコン真性半導体の電子濃度である。
【0014】ところで、ノイズ゛源を成す回路ブロックC
B32等が発生させるノイズには、直流分のみならず高
周波成分も多く含まれている。図5(a)及び(b)の
回路ブロックCB32と回路ブロックCB31とは、上
記の通り高周波領域で低インピーダンスとなる直列イン
ピーダンスR33、R34、R35、C31及びC32
を介して結合されているので、ノイズ中に含まれる高周
波成分に対する、直列インピダンスによるノイズ低減効
果は充分ではない。
【0015】上記のように、従来のツインウエル方式の
半導体装置では、回路ブロック相互間を伝播するノイズ
の低減効果が充分ではなく、例えばディジタル回路ブロ
ックからアナログ回路ブロックに伝播するノイズを有効
に防止できないため、アナログ信号にノイズが含まれそ
の精度が充分ではないという問題がある。
【0016】本発明は、上記従来のツインウエル方式の
半導体装置の問題に鑑み、相互に機能が異なる2つの回
路ブロック相互間で伝播するノイズを充分に低減するこ
とにより、信号精度が高く且つ信頼性も高い半導体装置
を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、主として一導電型領域を構
成する半導体基板と、該半導体基板の表面近傍に形成さ
れた第一の他の導電型ウエル及び前記半導体基板よりも
高濃度の不純物を含有する一導電型ウエルと、前記一導
電型ウエル及び第一の他の導電型ウエルの双方に夫々形
成され相互に機能が異なる少なくとも2つの回路ブロッ
クとを備える半導体装置において、前記2つの回路ブロ
ック相互間の前記半導体基板の表面近傍に前記一導電型
ウエル及び第一の他の導電型ウエルのいずれもが形成さ
れない所定幅の前記一導電型領域が残されており、前記
残された一導電型領域と1の回路ブロックとの間の少な
くとも前記一導電型ウエル内に形成され、前記一導電型
ウエルよりも高濃度の不純物が拡散された一導電型拡散
層領域を更に備え、該一導電型拡散層領域が第一の電位
に維持されることを特徴とする。
【0018】
【作用】回路ブロック相互間の半導体基板の表面近傍に
一導電型ウエル及び第一の他の導電型ウエルのいずれも
が形成されない所定幅の一導電型の領域を残し、この一
導電型領域に隣接して回路ブロックが形成されるウエル
の少なくとも一導電型ウエル部分に、所定の電位に維持
される一導電型拡散層領域を形成する構成により、一導
電型領域は一導電型ウエル及び一導電型拡散層領域に比
してその抵抗値が極めて高いので、各回路ブロック相互
間を伝播するノイズが発生しても、このノイズが一導電
型領域の大きな抵抗値を経由して一導電型拡散層領域を
第一の電位に維持する電源に吸収されるときに、拡散層
領域を含む一導電型ウエルの電位がほぼ第一の電位に安
定に維持されるため、この部分に生ずるノイズの影響を
低減できる。
【0019】
【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図1(a)は本発明の一実施例の半導体装置を示す
平面図、図1(b)はそのB−B’断面図である。主と
してP型領域を構成するP型半導体基板11の表面近傍
に、例えばイオン注入等により、Nウエル12と、P型
半導体基板11よりも高濃度の不純物を含有するPウエ
ル13とが形成される。Nウエル12及びPウエル13
には、双方のウエル12及び13にまたがって回路領域
を有する、例えばアナログ回路から成る回路ブロックC
B11と、例えばデジタル回路から成りノイズ源を成す
回路ブロックCB12とが夫々形成される。
【0020】回路ブロックCB11の周囲の半導体基板
11表面に、Nウエル12及びPウエル13のいずれも
が形成されない半導体基板11のP型領域が所定幅d
1、例えば15μmにわたって残される。幅d1は、P
ウエル13相互が有効に分離される寸法を有すれば足
り、例えば不純物拡散時の広がりを考慮すると最小設計
値として4μm程度が必要である。なお、幅d1は必ず
しも一定である必要はない。
【0021】また、回路ブロックCB11が形成された
Pウエル13内には、残されたP型領域11に隣接しこ
のP型領域11と回路ブロックCB11との間にP+
散層領域14が設けられ、P+拡散層領域14は、絶縁
膜17中に開口したコンタクトホール15を介してGN
D配線16に接続される。高濃度拡散層領域は、Pウエ
ル13内のみならずNウエル12にも設けることができ
るが、Nウエル12とP型半導体基板領域11との間で
伝播するノイズは小さく、その効果はPウエル13内に
設けた場合の効果に比較すると小さい。
【0022】上記第一の実施例の半導体装置では、ノイ
ズ源を成す回路ブロックCB12と、回路ブロック11
との間には、半導体基板11(例えばNA=1E15[c
m-3]の不純物を含有)の領域のみが存在する部分があ
るので、回路ブロックCB12と回路ブロックCB11
とは、図1(b)に示したように、P型半導体基板11
表面近傍における半導体基板11の等価抵抗R11と、
Pウエル13よりも深い領域のP型半導体基板11の等
価抵抗R12で結合されている。
【0023】ここで、P型半導体基板11の抵抗率ρ
PSUBは、ρPSUB≒12[Ω・cm]であり、Pウエル13
(例えばNA=1E17[cm-3]の不純物を含有)の抵
抗率ρPWEL≒0.3[Ω・cm]と比べると約40倍も高
い。従って、等価抵抗R11及びR12は、このP型半
導体基板11の抵抗率ρPSUBに比例して充分に高い抵抗
値を有する。このため、ある程度のインピーダンスを有
するが、これらよりも充分に低いインピーダンスを有す
るGND配線16及びP+拡散層領域14によって、P
ウエル13の電位を容易に安定化させることができ、ノ
イズ源を成す回路ブロックCB12から回路ブロックC
B11に伝播するノイズを大幅に低減することが可能と
なる。
【0024】図2(a)は本発明の第二の実施例の半導
体装置を示す平面図、図2(b)はそのB−B’断面図
である。この実施例の場合には、回路ブロックCB11
の部分が形成されたPウエル13内の回路ブロックCB
11の周囲にP+拡散層領域14が設けられ、このP+
散層領域14が、絶縁膜17に開口したコンタクトホー
ル15を介して、GND配線18に接続されている。G
ND配線18は、回路ブロックCB11にGND電位を
供給するGND配線19とは異なる独立した電源系統に
接続されている。その他の構成は、図1(a)及び
(b)に示した実施例の構成と同様であり、同じ符号を
付してここでの説明を省略する。
【0025】前記第一の実施例で説明したように、ノイ
ズ源を成す回路ブロックCB12からのノイズは、P型
半導体基板11の等価抵抗R11及びR12を経由して
回路ブロックCB11が形成されるPウエル13側に伝
播し、その内部のP+拡散層領域14からGND配線1
8を経由して吸収される。P+拡散層領域14及びGN
D配線18はある程度のインピーダンスを有するので、
このとき僅かではあるがGND配線18の電位が変動す
る場合がある。しかし、上記第二の実施例では、GND
配線18が、回路ブロックCB11にGND電位を供給
するGND配線19と電源系統を異にしているため、ノ
イズがGND配線を経由して回路ブロックCB11に伝
播するおそれがない。
【0026】図3(a)は本発明の第三の実施例の半導
体装置を示す平面図、図3(b)はそのB−B’断面図
である。この実施例では、回路ブロックCB11の周囲
に、Nウエル12及びPウエル13のいずれもが形成さ
れないP型基板領域11が幅d1にわたって設けられ、
このP型基板領域11内に、内部に回路ブロックが形成
されないクロストーク防止用Nウエル12’が形成され
ている。
【0027】クロストーク防止用Nウエル12’の境界
と、両側のPウエル13又はNウエルの境界との間隔d
2及びd3は、回路ブロックCB11、CB12が共通
に形成されたNウエル12とPウエル13の間隔、例え
ば設計寸法約5μmよりも大きい。なお、間隔d2及び
d3の寸法は、Pウエル13とクロストーク防止用Nウ
エル12’とが基板領域11によって有効に分離されれ
ば足りる。クロストーク防止用Nウエル12’には、そ
の内部にN+拡散層領域20が設けられ、N+拡散層領域
20は、絶縁酸化膜17に開口するコンタクトホール1
5を介してVdd配線21に接続される。これにより、ク
ロストーク防止用Nウエル12’がVdd電源の電位に維
持される。
【0028】上記第三の実施例では、ノイズ源を成す回
路ブロックCB12と、回路ブロックCB11との間に
Vdd配線21に接続されたクロストーク防止用ウエル1
2’を形成することにより、P型半導体基板11表面を
経由して伝播されるノイズの直流成分を除去することを
可能とする。また、回路ブロックCB11が形成された
Pウエル13内にP+拡散層領域14を設けると共に、
このP+拡散層領域14を、絶縁酸化膜17に開口した
コンタクトホール15を介してGND配線16に接続し
ている。この構成により、クロストーク防止用Nウエル
12’よりも深い領域のP型半導体基板11の等価抵抗
R12を経由して伝播するノイズを低減している。
【0029】上記第三の実施例において、ノイズ源を成
す回路ブロックCB12と回路ブロックCB11とは、
図3(b)に示したように、P型半導体基板11表面近
傍において、P型半導体基板11の等価抵抗R13及び
R15、クロストーク防止用Nウエル12’の等価抵抗
R14、及び、P型半導体基板11とクロストーク防止
用Nウエル12’との間の接合容量C11及びC12か
ら成る直列インピーダンスで結合されている。しかし前
述の如く、P型半導体基板11の表面近傍におけるP型
半導体基板11の等価抵抗R13及びR15の抵抗値
は、図5(b)に示されたPウエル33の等価抵抗R3
3及びR35と比較すると約40倍も高い。
【0030】しかも、P型半導体基板11とクロストー
ク防止用Nウエル12’(例えばND=1E17[Ω・c
m]の不純物を含有)との間の接合容量は、バイアス電
圧がVR=−5[v]の場合、式(1−a)及び式(1
−b)により与えられるように、3.7E−19[F/
cm2]となる。これは、図5に示した半導体装置におけ
るPウエル33とクロストーク防止用Nウエル32との
間の接合容量、2.6E−08[F/cm2]に比較する
と充分に小さい。即ち、接合容量C11及びC12の容
量値は図5(b)に示された接合容量C31及びC32
の容量値の約1/7以下である。
【0031】従って、直列インピーダンスR13、R1
4、R15、C11及びC12は、高周波領域において
も充分に高いインピーダンスを維持し、ノイズ源を成す
回路ブロックCB12から回路ブロックCB11に伝播
する高周波ノイズをも低減することが可能となる。ま
た、この第三の実施例では、クロストーク防止用Nウエ
ル12’内にN+拡散層領域20が設けられているた
め、クロストーク防止用Nウエル12’とVdd配線21
との間の抵抗値が小さくなり、ノイズ低減効果をより一
層高めることが可能になる。
【0032】なお、クロストーク防止用Nウエル12’
内に設けられたN+拡散層領域20に接続されたVdd配
線21は、回路ブロックCB11にVdd電源を供給する
Vdd配線と共用することが出来る。しかしこれに代え
て、N+拡散層領域20に接続されるVdd配線21を、
回路ブロックCB11にVdd電源を供給するVdd配線と
は異なる独立したVdd配線とすることにより、Vdd配線
を経由して伝播するノイズを除去してもよい。
【0033】上記各実施例では、一導電型としてP導電
型を、他の導電型としてN導電型を採用する例を挙げて
説明したが、一導電型としてN導電型を、他の導電型と
してP導電型を採用することが可能なことはいうまでも
ない。
【0034】また、各実施例の記述においては、ツイン
ウエルに形成される回路ブロック相互間のノイズの伝播
の防止についてアナログ・ディジタル混載回路の場合を
例に挙げたが、本発明は、ツインウエルに形成され、相
互に機能が異なる回路ブロック相互間におけるノイズ伝
播の防止をその骨子とするものであり、本発明の半導体
装置は特にアナログ・ディジタル混載回路に限るもので
はない。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によると、回路ブロック相互間を伝播するノイズが低
減されるので、クロストーク防止により信号の精度が高
くなり、半導体装置の信頼性が向上する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は、本発明の第一の実施例の
半導体装置の平面図及びB−B’断面図。
【図2】(a)及び(b)は、本発明の第二の実施例の
半導体装置の平面図及びB−B’断面図。
【図3】(a)及び(b)は、本発明の第三の実施例の
半導体装置の平面図及びB−B’断面図。
【図4】(a)及び(b)は、従来の半導体装置の平面
図及びB−B’断面図。
【図5】(a)及び(b)は、従来の他の半導体装置の
平面図及びB−B’断面図。
【符号の説明】
11、31 P型半導体基板 12、32 Nウエル 12’、32’ クロストーク防止用Nウエル 13、33 Pウエル 14、34 P+拡散層領域 15、35 N+拡散層領域 16、18、19、36 GND配線 17、37 絶縁酸化膜 20 N+拡散層領域 21、38 Vdd配線 CB11、CB12、CB31、CB32 回路ブロッ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主として一導電型領域を構成する半導体
    基板と、該半導体基板の表面近傍に形成された第一の他
    の導電型ウエル及び前記半導体基板よりも高濃度の不純
    物を含有する一導電型ウエルと、前記一導電型ウエル及
    び第一の他の導電型ウエルの双方に夫々形成され相互に
    機能が異なる少なくとも2つの回路ブロックとを備える
    半導体装置において、 前記回路ブロック相互間の前記半導体基板の表面近傍に
    前記一導電型ウエル及び第一の他の導電型ウエルのいず
    れもが形成されない所定幅の前記一導電型領域が残され
    ており、 前記残された一導電型領域と1の回路ブロックとの間の
    少くとも前記一導電型ウエル内に形成され、前記一導電
    型ウエルよりも高濃度の不純物が拡散された一導電型拡
    散層領域を更に備え、該一導電型拡散層領域が第一の電
    位に維持されることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記一導電型拡散層領域を前記第一の電
    位に維持する電源が、該一導電型拡散層領域が内部に形
    成される前記一導電型ウエルに形成された回路ブロック
    に供給される第一の電源と、相互に同じ電位で且つ電源
    系統が異なることを特徴とする請求項1に記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 前記残された一導電型領域内に、回路ブ
    ロックが内部に形成されない第二の他の導電型ウエル
    と、該第二の他の導電型ウエル内に形成されて第二の電
    位に維持されると共に該第二の他の導電型ウエルよりも
    高濃度の不純物が拡散された他の導電型拡散層領域とを
    更に備え、 前記第二の他の導電型ウエルと、前記一導電型ウエル又
    は前記第一の他の導電型ウエルとの間隔が、前記1の回
    路ブロックが共通に形成された前記一導電型ウエルと前
    記第一の他の導電型ウエルとの間隔よりも大きいことを
    特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記他の導電型拡散層領域を前記第二の
    電位に維持する電源が、前記1の回路ブロックに供給さ
    れる第二の電源と、相互に同じ電位を有し電源系統が相
    互に異なることを特徴とする請求項3に記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 前記所定幅が4μm以上であることを特
    徴とする請求項1及至4の一に記載の半導体装置。
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