JPS60117654A - 相補型半導体装置 - Google Patents

相補型半導体装置

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JPS60117654A
JPS60117654A JP58224082A JP22408283A JPS60117654A JP S60117654 A JPS60117654 A JP S60117654A JP 58224082 A JP58224082 A JP 58224082A JP 22408283 A JP22408283 A JP 22408283A JP S60117654 A JPS60117654 A JP S60117654A
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JP
Japan
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region
well
conductivity type
insulating film
impurity region
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JP58224082A
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English (en)
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Katsuhiro Kawabuchi
川渕 勝弘
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
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    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、相補型半導体装置の改良に関する。
[発明の技術的背景とその問題点1 相補型半導体装置としては、従来第1図に示す如くpチ
ャネルMO8t−ランジスタ1とnチャネルMOSトラ
ンジスタ2とを接続したC −M OSインバータが知
られている。このC−MOSインバータは、出力がH(
high)レベル、l(low)レベルのいずれの場合
にあっても定常電流が流れない構造のため、消費電力の
問題に悩まされることなく高集積化をはかることができ
、今後の大規模なメモリやロジック等の集積回路を構成
する基本素子として将来的にも有望視されている。
第2図はpウェル構造のC−M OSインバータの概略
構造を示す断面口であり、図中3は+1型3i基板、4
はp型不純物領域(以後pウェルと略記する)である。
基板3の表面層である11型不純物領域にはソース・ド
レイン領域5.6及びゲート電極7からなるpチャネル
M OS l−ランジスタ1が形成され、pウェル4に
はソース・ドレイン領域8,9及びゲート電極からなる
nチャネルMOSトランジスタ2が形成されている。ま
た、上記各領域の間にはpウェル4の深さに比して厚み
が殆ど無視できる程度の素子分離用酸化膜11が、例え
ばLOCO8法で形成されている。このような構造であ
れば、入力がHのときはトランジスタ1がOFF、 ト
ランジスタ2がONで出力はLとなり、また入力がLの
ときは1〜ランジスタ1がON、トランジスタ2がOF
Fで出力はHとなる。つまり、出力がH,Lのいずれの
場合にあってもトランジスタ1,2の一方がOFFとな
り、定常電流は流れないことになる。
しかしながら、この種の装置にあってはラッチアップと
称される特有の現象が発生し、このラッチアップが高集
積化を妨げる大きな要因となっている。ラッチアップと
は、pチャネルMO8I−ランジスタ1のソース5(1
)十領域)、n型St基板3、pウェル及びnチャネル
トランジスタ2のソース8で形成されるpnpnli造
の寄生サイリスタが、基板電流等のトリガでON状態と
なる現象である。その結果、素子内に大電流が流れ、素
子の破壊にまで至ることもある。上記p n l)n構
造は、次の2つの寄生バイポーラi−ランジスタとして
考えることができる。すなわち、i・ランジスタ1のソ
ース5をエミッタ、基板3をベース及びpウェル4をコ
レクタとするPNP型バイポーラトランジスタAと、ト
ランジスタ2のソース8をエミッタ、pウェルをベース
及び基板3をコレクタとするNPN型バイポーラトラン
ジスタBとに分解できる。トランジスタA、Bの各電流
増幅率をそれぞれβPNρ、β8ρ、とすると、ラッチ
アップはβPNPXβN P N > 1の条件下で起
こることが知られている。C−MOSインバータで構成
される集積回路の集積度を高める目的で微細化を施すと
、寄生バイポーラトランジスタのベース幅が狭くなりβ
が大きくなり、その結果ラッチアップが起こり易くなる
。このため、高集積化をはかることが困難であった。。
ラッチアップを防止する1つの手法として、第3図(a
)に示す如くpウェル4の下部にp型の高濃度不純物領
域(p+領領域12を設けた構造が提案されティる( 
l nternational E 1ectronD
evice Meetino、 1978年、230頁
)。
この構造では、p十領b112の存在によって前記NP
NトランジスタBのベース領域のガンメル(Q umm
el )数が増大し、β、ρ8が減少する。
その結果、ラッチアップの発生をある程度抑えることは
できる。しかしながら、ラッチアップの発生を完全に防
止することはできない。すなわち、NPNトランジスタ
Bのコレクタ電流の経路には、第3図(a )中矢印に
示す如くp十領域12を経由する経路13と、p十領域
を経由しない経路14との2種類がある。経路13では
、コレクタであるn型Si基板3に流入しようとする電
子は、その相当数がIf ” 1112で再結合を起こ
しベース電流となり、βNPNを低下させる。また、経
路14では、電子は再結合することな(II型3i基板
3に流入することになるので、βNPHの低下に同等寄
与しない。したがって、ラッチアップを十分に抑えるこ
とは困難であった。
一方、ラッチアップを防止する他の手法として、最近第
3図(b)に示す如く素子分離用絶縁膜15の厚みをp
ウェル4の深さく5〜7μm)より大きくし、NPNト
ランジスタBの実効的なベース幅を増大させ、β、ρ8
を減少させる構造が提案されている(第43回応用物理
学会学術講演会予稿集、1982年、30P−Q−5)
。しかしながら、この構造では前記第3図(a )に示
した経路13を通る電流を阻止することはできず、ベー
ス幅の実効的な増大最もあまり大きくすることはできな
い。つまり、ラッチアップを十分に抑えることは困難で
ある。また、5〜7[μm]を越える厚みの絶縁膜15
を埋め込み形成することは技術的に極めて困難であり、
実用性に乏しい手法であった。
そこで本発明者等は、ラッチアップを完全に抑制する構
造として、第3図(a > (b )のそれぞれの利点
を生かした第4図に示す構造を考案した。
すなわち、高濃度不純物領域12と埋め込み形成した絶
縁膜15とにより、前記電流経路13.14の両方を同
時に阻害すると言うものである。しかしながら、この構
造を実現するには第3図(b)と同様に5〜7[μm]
を越える厚みの絶縁膜を形成しなければならず、その製
造技術に雌点があり実用性に乏しかった。
[発明の目的] 本発明の目的は、ラッチアップの発生を確実に防止する
ことができ、且つその製造が容易な相補型半導体装置を
提供することにある。
[発明の概要] 本発明の骨子は、前記第ざ図(a)に示した電流経路1
3.14の両方を同時に阻害すると共に、この条件を満
たしながら前記埋め込み絶縁膜の膜厚を薄くすることに
ある。
すなわち本発明は、第1導電型半導体基板の表面層に形
成された第21電型素子形成領域(ウェル)及び該領域
に隣接する第1導電型素子形成領域にそれぞれMIS型
トランジスタを作製した相補型半導体装置において、前
記第1及び第21電型の各領域間に素子分離用絶縁膜を
埋め込むと共に、この絶縁膜直下に第2導電型の第1高
濃度不純物領域を形成し、さらに前記第2導電型素子形
成領域の下部に第2導電型の第2高濃度不純物領域を形
成し、かっこの不純物領域の一部を上記第1高!I痩不
純物領域に接触せしめるようにしたものである。
[発明の効果] 本発明によれば、素子分離用絶縁膜及び第2導電型の高
濃度不純物fiI域の作用により、寄生トランジスタの
コレクタ電流は必ず上記不純物領域を経由しなければな
らず、大半の電子はこの不i物領域で再結合し、その結
果寄生i−ランジスタの実効的ベース幅が大幅に拡大す
ることになる。このため、βNPN若しくはβρ8ρが
大幅に小さくなり、ラッチアップの発生を確実に防止す
ることができる。さらに、絶縁膜直下に第1高濃度不純
物領域を形成しているので、第1及び第2導電型の各領
域に埋め込む絶縁膜の厚さは、M2導電型領域の深さよ
り十分小さくて済む。このため、絶縁膜の厚みを1[μ
TrL]以下程度と極めて小さくすることができ、絶縁
膜の形成が容易であり、製造技術上の問題もない。
[発明の実施例] 第5図は本発明の一実施例に係わるC−MOSインバー
タの概略構成を示す断面図である。11型Si基板(第
1導電型半導体基板)210表面層の一部にはpウェル
(第28電型領域)22が形成されており、pウェル2
2と該ウェル22に隣接するn型領域(第1導電型領域
)23との間にはρウェル22よりも十分厚みの小さい
酸化膜(素子分離用絶縁膜)24が埋め込まれている。
酸化膜24の直下にはpウェル22に比して高濃度の不
純物を含むp+層(第1高濃度不純物領域)25が形成
され、このp”125の下部はpウェル22の下部に達
している。pウェル22の下部には、該ウェル22に比
して高1度の不純物を含むp+ll(第2高濃度不純物
領域)26が形成され、このp中層−26,の上面の一
部Cよp”1m125の下部に接触するものとなってい
る。
一方、n型頭ta23にはソース・ドレインvAIfi
をなtp千層27.28が形成され、11型領域23上
にはゲート酸化I!(図示せず)を介してゲート電極2
9が形成されている。そして、これらp”H27,28
及びゲート電極29から0チャネルM−O8t−ランジ
スタが構成される。また、1)ウェル22及びその上面
には、上記と同様にソース・ドレイン領域をなすn中層
30.31及びゲート電極32が形成され、これらから
nチャネルMOSトランジスタが構成される。そして、
トレインをなすp÷十層8及びn+十層1を共通接続す
ると共に、ゲート電極29.32を共通接続層ることに
よって、前記第1図に示すC−MOSイ・ンバータが構
成されるものとなっている。
次に、上記構成のC−MOSインバータの製造方法につ
いて説明する。まず、第6図(a>に示す如く比抵抗1
[Ωα]のn型(100)Sim板21に、イオン注入
技術を用いて注入示1×10”[ca°3]の条件でホ
ウ素を選択的に添加し、p中領域26を形成する。次い
で、気相エビタキシャル成長技術を用い、第6図(b)
に示す如く比抵抗4[Ωcm ]のn型領域(第1導電
型素子形成領域)23を2[μTrL]の膜厚に成長形
成し、続いてボロンを選択的にイオン注入しp型頭域(
第2導電型領ki)22を形成する。その後、第6’[
K(c)に示す如<CVD酸化膜31をマスクとして用
い、各領域22.23を選択エツチングし、深さ0.8
[μm]の溝32を形成する。
続いて、反転防止のために周知のイオン注入工程を施す
。次いで、気相成長技術を用い、第6図<diに示す如
く全面に酸化膜33を形成し、その後反応性イオンエツ
チング法を用い全面エツチングを施し、同図(e)に示
す如く満32の側壁を酸化膜33で被覆する。
次に、酸化膜31.33をマスクとして用い、加速電圧
70[keV]と150[keV]とで2度ボロンをイ
オン注入し、第6図(f)に示す如くp中層25を形成
する。次いで酸化1!!31.33を除去する。その後
、酸化膜埋め込み技術を用い、第6図(g)に示す如く
pウェル22とn型領域23との間の溝32内に酸化膜
24を埋め込み形成する。これ以降は、周知の技1?j
を用い、ソース・ドレイン領域及びグー1〜電極等を形
成することによって、前記第5図に示す構造が実現され
ることになる。
かくして製造されたC−MOSインバータにおいては、
nチャネルMOSトランジスタのソース30からpウェ
ル22に注入され、基板21に流入しようとするマイノ
リティキャリアは、必ずp中領域25.26を経由しな
ければならず、大半のマイノリティキャリアはこのp中
領域で再結合する。このため、上記ソース30.pウェ
ル22及び基板21等からなるNPNバイポーラ1〜ラ
ンジスタ(寄生トランジスタ)のβ8ρ8が大幅に減少
することになる。その結果、ラッチアップの発生を確実
に防止することができる。特に、p中領域25.26の
不純物濃度がlX1017[cIi−3]を越えると上
記再結合が顕著に起こり、ラッチアップの防止に効果的
であった。また、本実施例構造でp中領域25の存在に
より埋めこみ絶縁III 24の厚みが0.8[μm]
と小さくて済むことになり、したがって絶縁膜24の形
成を容易に行い1qる等の利点がある。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記半導体基板の導電型は型に限るもの
ではなく、p型であってもよいのは勿論のことである。
さらに、半導体基板として、5i02等の絶縁膜上に半
導体膜を形成したものを用いることも可能である。また
、高濃度不純物領域の不純物濃度は、仕様に応じて適宜
室めればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ従来のC−MOSインバー
タを説明するためのもので第1図は等価回路図、第2図
は構造断面図、第3図(a)(+))及び第4図はそれ
ぞれラッチアップの改善をはかった従来装置の概略構造
を示す断面図、第5図は本発明の一実施例に係わるC−
MOSインバータの概略構造を示す断面図、第6図(a
)〜(Ω)は上記実施例を説明するための工程断面図で
ある。 21・・・I)型3i基板(第1導電型半導体基板)、
22・・・pウェル(第2導電型素子形成領域)、23
・・・0型領域(第1導電型素子形成領域)、24・・
・酸化膜(素子分離用絶縁膜)、25・・・p+領領域
第1高濃度不純物領域)、26・・・p中領域(第2高
濃度不純物領域>、27.28・・・p+領領域ソース
・ドレイン領域)、29.32・・・ゲート電極、30
.31・・・n中領域(ソース・ドレイン領域)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 矛1図 第2図 矛3し1 片4図1 矛5図 矛6図 6 う1!6 啄1 矛6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型半導体基板の表面層に形成された第2
    導電型素子形成領域及び該領域に隣接する第1導電型素
    子形成領域にそれぞれMIS型トランジスタを作製した
    相補型半導体装置において、前記第1及び第2導電型の
    各領域間に埋め込み形成された素子分離用絶縁膜と、こ
    れらの絶縁膜直下に形成された第2導電型の第1高濃度
    不純物領域と、前記第2導電型素子形成領域の下部に形
    成され、かつその一部が上記第1高濃度不純物領域に接
    触するよう形成された第2y!I電型の第2高濃度不純
    物領域とを具備したことを特徴とする相補型半導体装置
    。 (2前記第1高11度不純物領域は、その幅が前記素子
    分離用絶縁膜の幅よりも狭いものであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の相補型半導体装置。
JP58224082A 1983-11-30 1983-11-30 相補型半導体装置 Pending JPS60117654A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126816A (en) * 1987-12-23 1992-06-30 Siemens Aktiengesellschaft Integrated circuit with anti latch-up circuit in complementary MOS circuit technology
US5160996A (en) * 1987-10-08 1992-11-03 Matsushita Electric Industrial Co., Inc. Structure and method of manufacture for semiconductor device
US5292671A (en) * 1987-10-08 1994-03-08 Matsushita Electric Industrial, Co., Ltd. Method of manufacture for semiconductor device by forming deep and shallow regions
JP2014209634A (ja) * 2007-03-28 2014-11-06 アドバンスト・アナロジック・テクノロジーズ・インコーポレイテッドAdvanced Analogic Technologies Incorporated 絶縁分離された集積回路装置

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