JPS6048912B2 - 半導体装置製造方法 - Google Patents

半導体装置製造方法

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JPS6048912B2
JPS6048912B2 JP50088065A JP8806575A JPS6048912B2 JP S6048912 B2 JPS6048912 B2 JP S6048912B2 JP 50088065 A JP50088065 A JP 50088065A JP 8806575 A JP8806575 A JP 8806575A JP S6048912 B2 JPS6048912 B2 JP S6048912B2
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mos
circuit
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和雄 佐藤
三彦 上野
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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
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    • 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
    • H01L27/092Devices 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 complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0921Means for preventing a bipolar, e.g. thyristor, action between the different transistor regions, e.g. Latchup prevention

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置特に相補型絶縁電界効果トラン
ジスタ(以下C/MOSと略称する)に於いて寄生素子
効果を除くよう改良を施された半導体装置に関する。
C/MOSを用いて構成される回路として例えばC/
MOSインバータ回路の一般例を第1図に示す。
この回路はPチャンネルのMOSトランジスタQ、とN
チャンネルのMOSリセットQ2とで構成されている。
そしてQ、のソース電極SQ、は正電源VDDに接続さ
れ、又Q、のドレイン電極DQ、はQ2のドレイン電極
Dc、Oと共通に接続されて出力端Outに結ばれて、
Q。のソース電極500は負電源Vssに結ばれている
。又両トランジスタQ1、Q。のゲート電極GQ、、G
Q。は共に入力端Inに接続 されてインバータを形成
している。 このような回路を構成した半導体装置例の
縦断面図を第2図に示す。
この例ではリンを凡そ1×l016atoms/dの濃
度に添加されたN型ケイ素基板1の一部にホウ素を凡そ
2×l016atoms/dの濃度に拡散してP−ウェ
ル層2を形成し、このP−ウェル層2に隣接するN型基
板内にホウ素を凡そ10″゜atoms/dの濃度に拡
散してPチャンネルMOSトランジスタQ1となるP*
塁ソース領域3、P*塁ドレイン領域4並びにP−ウェ
ル層接合端縁に配置されるP ”型ガードリング5とP
−ウェル層に備えられるP*厘導電接続領域6とを同時
に形成し、次にリンを凡そ1σOatoms/dの濃度
に拡散してP−ウェル層内にNチャンネルMOS・ト
ランジスタQ2となるN*塁ソース領域7、N*塁ドレ
イン領域8並びにN型基板に備えられるN*厘導電接続
領域9を同時に形成している。次に全表面の酸化ケイ素
をフッ酸で剥離してから高温酸化して改めて酸化ケイ素
を1200Λ程度形成し更フに1μの酸化ケイ素を気相
成長させて重畳する。 900℃に凡そ2吟熱処理して
この気相成長層を高密度化してフィールド酸化膜10を
設けた後両ト ランジスタのゲート領域を形成する為に
光蝕刻を行つて開孔部に高温酸化により1500Aの厚
さのゲート酸化膜11,12を設ける。
このあと第1図に示す結線を得させるために所定にコン
タクトホールを開孔しアルミニウムを全面に蒸着してか
らパターニングを行い、第2図右から順にVDD,SQ
l,GQI,DQI,Out,DQ2,GQ2,In,
sQ2,v,,の各電極を形成すると共にP−ウェル層
内のP゛型導電接続領域6をVss(GND)に、又N
型基板に備えられたN゛型導電接続領域9をVDDに結
線する。この他アルミニウム配線の保護及び信頼性向上
をはかり安定化保護膜として酸化ケイ素を化学気相成長
してもよろしい。この例では設けられていないが、スト
ッパを各MOSトランジスタQ,,Q。の間に設けても
良い。このような半導体装置例のC /MOS回路は、
PチャンネルMOSトランジスタとNチャンネルMOS
トランジスタのしきい値電圧V,hが逆特性を持つ為入
力電圧に対して夫々全く逆の動作を行い、その作動消費
電力は非常に小さい。
例えばVDDに+5Vを印加し、Vs,を接地(GND
)して入力Inに+5を供給するとQ2は導通し、Q,
は非導通してVDD−VSS間には直流電流が全く流れ
ない。反対に入力0Vを供給するとQ2は非導通しQ,
は導通し同様にVDD−V。,間に直流電流が流れない
ことになる。従つてC /MOS回路では一般に作動消
費電力を殆んど要しないで入力情報のパル.ス過渡領域
に於いてQ,,Q。が共に導通している状態の瞬時過渡
電流を通し、PN接合に生じるリーク電流及び出力にあ
る負荷容量を充電するために電流を通すにすぎない。そ
れ故C /MOS回路の作動消費電力は極小てあるとい
える。しかしこのようなC/MOS回路装置に対して、
例えば出力或いは入力にインパルス的にノイズが加わる
とVDD−VSS間に直流の異常電流例えば数100m
A乃至数100mAの大電流が流れ、このノイズを取り
除いてもこの直流を流し続ける現象3を認めることがあ
る。
このインパルスの極性には正負があり、この現象を解除
するにはVDDを一定電圧以下に下げるか、回路系の電
源を遮断するかしなければならない。この発明はこのよ
うな欠点を除いて使用される4.よう改良された相補型
絶縁電界効果トランジスタを得る半導体装置製造方法を
提供するものである。
即ち一方導電型の半導体基板内に形成された他方導電型
ウェル層並びに前記ウェル層に隣接する基板の双方にソ
ース領域及びドレイン領域をを含む拡散領域を形成ゲー
ト酸化膜を設け、次いで乾燥の不活性雰囲気中で900
゜C〜1250゜Cに昇温して急冷後電極配線を行うこ
とにより寄生素子効果を除去して相補型絶縁電界効果ト
ランジスタを得させることを特徴とする半導体装置製造
方法にある。このようなこの発明の半導体装置は、C/
MOS回路を形成された半導体装置が例えば第3フ図に
示す様にサイリスタ回路を寄生素子効果として併せ備え
ていることを認識してなされたものである。
但し第3図で第2図に付したと同じ符号を用いた個所は
同じ意味で用いられ、更に第3図に示されている4箇の
寄生バイポーラトランジスタiは第2図に点線を用いて
特に記入してある。両図でN型半導体基板1に形成され
ているP−ウェル層2には基板厚さ方向に沿つてバーチ
カル寄生トランジスタTV2,TV4が、又P−ウェル
層外基板内には基板表面に沿う方向にラテラル寄生トラ
ン”ジスタTL3,TL,が形成され、P−ウェル層の
抵抗Rp−ウェル及びN型半導体基板の抵抗RNsub
を併せてサイリスタ回路を形成している。いま第3図実
線矢印で示すように出力に正のインパルスが加わつたと
し、各寄生トランジスタにつき電流増巾率をβ、電流増
巾率をα、β=?として接1−α尾番号を付して分別表
現し、Iinをそのノイズ電流とするときTLaが導通
してα3×Iinの電流がRp−ウェルをバイパスして
流れその電圧降下がTv。
のベースエミッタ間動作電圧VBE2になつた時Tv2
のベースに電流が流れる。Tv2のベース電流をIb2
としTv2の入力抵抗をγBe2とするとIb2−ニニ
α31,n(Rp−ウェル>γBe2) ・・・(1)
Tv2のコレクタ電流をIc2とするとIc2:β2I
b2:β2 α2Iin 同様にI,−2がドライブ電流となつてRNSUbでの
電圧降下がVBE,になつたときTL,のベース電流が
流れて導通状態になる。
γW,をTL,の入力抵抗とし、TL,のベース電流を
Ibl、コレクタ電流をIc,とするとIbl:Ic2
(RNsub≧γBel) ゜゜゜(3)Icl:βI
lbl:β1β2 α3Iin゜゜゜(4)ここで次の
外部から到来するノイズが除かれたとしてVDD−GN
D間即ちTし,,Tv2の間で電流が保持されるために
はIL≦Icl・・・・・・(5) の条件が満足されていれば良い。
即ちα3Iin≦β1β2 α3Iin・゜・I≦β1
β2・・・・・・(6).又1<β1β2の条件が成立
した時の1サイクルのベース電流Ib2’がその前のサ
イクルのベース電流Ib2’より大きくなるのでサイク
ルを繰り返すことによつて系を流れる電流は増加するこ
とになる。
しカルその電流は無限に発散する訳でない。それはβの
電流依存性により電流が増加するβMaxを境にして減
少し始めるからである。従つて定常状態に於ける異常電
流は次の2条件を同時に満たす所で落ち着くものと考え
られる。Ir(n −1)=I,。
(n)β, (n) ・β。
(n)≧1C/MOSの寸法の大小はこのような異常
電流発生の難易を左右しないが上式から考察するとトラ
ンジスタ特にドレイン面積の大小をパラメータとする電
流増巾率から異常電流が収斂した時の電流値とC/MO
Sの寸法の大小には相関性があり、ドレイン面積の大き
いトランジスタ程異常電流が大となる。
上記考察では出力に正のインパルスが加わつたとして説
明されたが、負のノイズが加わつても同様に以下のよう
に考えられ、Ibl:α4Iin(RNSUb>γBe
l) ゜゜゜゜゜゜(7)Icl:βIlbl:β1
α4IinIb2:Icl(Rp−ウェル>γ反2)I
c2:β2Ib2。
β1β2 α4Iinここで電流が保持されるために条
件として同様にIbl≦Ic2.゜.l≦β,β2 ・
・・・・・(8)が示される。
このような認識に立つてこの発明の製造方法C/MOS
製造工程に急冷工程を挿入することによるサイリスタ回
路の寄生バイポーラトランジスタ電流増巾率変化を観測
してみた結果なされたものである。
例えばこの発明の実施例として第1図例C/MOSの製
法工程でゲート酸化膜11,12を形成した後窒素雰囲
気中で1200℃に昇温しm分保持してのち室温又は液
体窒素中に急冷する工程を挿入した方法においては、形
成されたC/MOSでバーチカルトランジスタTV2,
TV4の何れの電流増巾率β,,β。
も56と実測され、又ラテラルトランジスタTL,,T
L2の何れの電流増巾率β,,β。も1.4×10−”
と実測され、β,,β。積を1以下にしている。これに
反しこの急冷工程を挿入ノしない場合にはβ2,β4
は200、β1,β35×10−”と実測されてβ1β
2積を1より大にし異常電流を観測させるC /MOS
が得られるものである。このようにこの発明の方法はき
わめて有用な半導体装置の製造方法である。5図面の簡
単な説明 第1図はC /MOSインバータ回路の一般例を示し、
第2図は第1図回路の形成された半導体装置例を示し、
第3図は第2図半導体装置例で存在する寄生素子から形
成されるサイリスタ回路を示oす。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一方導電型の半導体基板内に形成された他方導電型
    ウェル層並びに前記ウェル層に隣接する基板の双方にソ
    ース領域及びドレイン領域を含む拡散領域を形成ゲート
    酸化膜を設け、次いで不活性雰囲気中で昇温し急冷後電
    極配線を行うことにより寄生素子効果を除去して相補型
    絶縁電界効果トランジスタを得させることを特徴とする
    半導体装置製造方法。
JP50088065A 1975-07-18 1975-07-18 半導体装置製造方法 Expired JPS6048912B2 (ja)

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GB29283/76A GB1559583A (en) 1975-07-18 1976-07-14 Complementary mosfet device and method of manufacturing the same
CH923576A CH613071A5 (ja) 1975-07-18 1976-07-19
DE2632448A DE2632448B2 (de) 1975-07-18 1976-07-19 CMOS-Vorrichtung
FR7621991A FR2318500A1 (fr) 1975-07-18 1976-07-19 Circuit a transistors a effet de champ a metal-oxyde-semi-conducteur complementaire et son procede de fabrication
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