JPS6255309B2 - - Google Patents
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- JPS6255309B2 JPS6255309B2 JP57142847A JP14284782A JPS6255309B2 JP S6255309 B2 JPS6255309 B2 JP S6255309B2 JP 57142847 A JP57142847 A JP 57142847A JP 14284782 A JP14284782 A JP 14284782A JP S6255309 B2 JPS6255309 B2 JP S6255309B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—Devices 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
- H01L27/092—Devices 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
- H01L27/0921—Means for preventing a bipolar, e.g. thyristor, action between the different transistor regions, e.g. Latchup prevention
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はCMOS集積回路に関する。
CMOSは、NMOSと同等の高速動作が可能で、
かつ低消費電力性、耐雑音特性、設計の容易さに
おいてNMOSより優れているため、VLSI用のデ
バイスとして有望である。しかし、従来技術で
は、深いウエルを形成する必要があるため、pチ
ヤンネル型素子とnチヤンネル素子の間隔をつめ
ることが不可能であり、集積密度ではNMOSに劣
つている。さらにCMOSには、npnp動作による
ラツチアツプの問題がある。素子間隔を狭くする
と、寄生バイポーラトランジスターの電流増巾率
が増大し、npnp動作が起り易くなるため、一定
の素子間隔が必要である。
かつ低消費電力性、耐雑音特性、設計の容易さに
おいてNMOSより優れているため、VLSI用のデ
バイスとして有望である。しかし、従来技術で
は、深いウエルを形成する必要があるため、pチ
ヤンネル型素子とnチヤンネル素子の間隔をつめ
ることが不可能であり、集積密度ではNMOSに劣
つている。さらにCMOSには、npnp動作による
ラツチアツプの問題がある。素子間隔を狭くする
と、寄生バイポーラトランジスターの電流増巾率
が増大し、npnp動作が起り易くなるため、一定
の素子間隔が必要である。
VLSIデバイスとしての他の条件は、1μm以
下の短チヤンネル長を実現することである。短チ
ヤンネル化を阻害する最大の要因は、ソース・ド
レイン間のパンチスルーである。パンチスルーを
防ぐためには、ドレイン空乏層の広がりを抑えな
ければならない。このためには、ウエル濃度を十
分高くする必要がある。しかし、ウエル濃度を高
くすると、スレシヨルド電圧は増大し、移動度は
低下する。これは、トランジスタ特性にとつて好
ましいことではない。これを防ぐためには、ウエ
ル構造を工夫する必要がある。
下の短チヤンネル長を実現することである。短チ
ヤンネル化を阻害する最大の要因は、ソース・ド
レイン間のパンチスルーである。パンチスルーを
防ぐためには、ドレイン空乏層の広がりを抑えな
ければならない。このためには、ウエル濃度を十
分高くする必要がある。しかし、ウエル濃度を高
くすると、スレシヨルド電圧は増大し、移動度は
低下する。これは、トランジスタ特性にとつて好
ましいことではない。これを防ぐためには、ウエ
ル構造を工夫する必要がある。
本発明は、高集積化に適した浅いウエル構造
と、短チヤンネル化に適した不純物分布と、ラツ
チアップが防止された、VLSI用CMOS素子構造
に関するものである。まず、従来技術について述
べた後、本発明の詳細を説明する。
と、短チヤンネル化に適した不純物分布と、ラツ
チアップが防止された、VLSI用CMOS素子構造
に関するものである。まず、従来技術について述
べた後、本発明の詳細を説明する。
従来技術では、1V前後のスレシヨルド電圧を
得るために必要な表面濃度を確保するために、深
いウエルを形成している。イオン注入で不純物を
浅くドープしたあと、1200℃程度の高温熱拡散に
よつて、深いウエルを形成する。チヤンネル長が
2μm位のCMOSでは、パンチスルーを防止する
ために、nチヤンネル側のpウエルだけでなく、
pチヤンネル側にもnウエルを形成する。
得るために必要な表面濃度を確保するために、深
いウエルを形成している。イオン注入で不純物を
浅くドープしたあと、1200℃程度の高温熱拡散に
よつて、深いウエルを形成する。チヤンネル長が
2μm位のCMOSでは、パンチスルーを防止する
ために、nチヤンネル側のpウエルだけでなく、
pチヤンネル側にもnウエルを形成する。
第1図に、従来技術によるCMOSの、ウエル構
造に関する素子断面図を示す。1はn型シリコン
基板である。2は深さが5μm程度のpウエル、
3はそれよりも浅いnウエルで、4はpウエルと
nウエルの接合を示す。5はpウエル中に形成さ
れるn+拡散層、6はnウエル中に形成されるp+
拡散層である。これらは、ソース・ドレイン領域
として用いられる。n+拡散層5とp+拡散層6の
間隔は、寄生MOSトランジスターのスレシヨル
ド電圧が、電源電圧よりも十分高いという条件か
ら決定される。5V電源の場合、n+−p+最少間隔
は5μm程度である。
造に関する素子断面図を示す。1はn型シリコン
基板である。2は深さが5μm程度のpウエル、
3はそれよりも浅いnウエルで、4はpウエルと
nウエルの接合を示す。5はpウエル中に形成さ
れるn+拡散層、6はnウエル中に形成されるp+
拡散層である。これらは、ソース・ドレイン領域
として用いられる。n+拡散層5とp+拡散層6の
間隔は、寄生MOSトランジスターのスレシヨル
ド電圧が、電源電圧よりも十分高いという条件か
ら決定される。5V電源の場合、n+−p+最少間隔
は5μm程度である。
第2図は、従来技術によるウエル不純物分布を
示す。7はpウエルの不純物分布、8はnウエル
の不純物分布である。これらは熱拡散によりガウ
ス型の分布をしている。
示す。7はpウエルの不純物分布、8はnウエル
の不純物分布である。これらは熱拡散によりガウ
ス型の分布をしている。
しかしこのような構造のCMOS集積回路は、高
集積化に適したウエル構造と、短チヤンネル化に
適した不純物分布と、ラツチアツプが防止される
十分な装置ではなかつた。
集積化に適したウエル構造と、短チヤンネル化に
適した不純物分布と、ラツチアツプが防止される
十分な装置ではなかつた。
本発明はかかる従来の欠点を除去した有効な
CMOS集積回路を提供することである。
CMOS集積回路を提供することである。
本発明の特徴は、n型シリコン基板の一主面
に、加速エネルギーが各々異なる少くとも3回の
イオン注入によつて、不純物濃度分布のピーク
が、前記基板表面より0.6μm以上深い所に位置
する様に、p型領域が選択的に形成されているこ
とと、リンのイオン注入によつて、不純物濃度の
ピークが、前記基板表面より0.2μm以上深い所
に位置する様に、前記基板不純物濃度よりも不純
物濃度が高いn型領域が選択的に形成されている
ことと、前記p型領域とn型領域の境界に、各々
に接して、前記基板に埋設された絶縁領域が、前
記p型領域の不純物濃度のピーク位置よりも深く
まで形成されていることと、前記p型領域内にp
チヤンネルMOSトランジスターが、前記n型領
域内にpチヤンネルMOSトランジスターが、形
成されていることと、前記トランジスターが前記
絶縁領域に近接している場合には、前記トランジ
スターのソース又はドレイン領域が、前記絶縁領
域に接していることを特徴とするCMOS集積回路
である。又、このn型シリコン基板は、n+型シ
リコン基体上に形成されたn型エピタキシヤル層
であり、このエピタキシアル層の厚さが、前記p
型領域の深さよりも大きいことができる。
に、加速エネルギーが各々異なる少くとも3回の
イオン注入によつて、不純物濃度分布のピーク
が、前記基板表面より0.6μm以上深い所に位置
する様に、p型領域が選択的に形成されているこ
とと、リンのイオン注入によつて、不純物濃度の
ピークが、前記基板表面より0.2μm以上深い所
に位置する様に、前記基板不純物濃度よりも不純
物濃度が高いn型領域が選択的に形成されている
ことと、前記p型領域とn型領域の境界に、各々
に接して、前記基板に埋設された絶縁領域が、前
記p型領域の不純物濃度のピーク位置よりも深く
まで形成されていることと、前記p型領域内にp
チヤンネルMOSトランジスターが、前記n型領
域内にpチヤンネルMOSトランジスターが、形
成されていることと、前記トランジスターが前記
絶縁領域に近接している場合には、前記トランジ
スターのソース又はドレイン領域が、前記絶縁領
域に接していることを特徴とするCMOS集積回路
である。又、このn型シリコン基板は、n+型シ
リコン基体上に形成されたn型エピタキシヤル層
であり、このエピタキシアル層の厚さが、前記p
型領域の深さよりも大きいことができる。
第3図は、本発明の実施によるpウエルの不純
物分布を示す。深さが1.4μm程度の浅いpウエ
ルが、加速エネルギーが異なる3回のボロンイオ
ン注入によつて形成される。例えば、10は
400keV,3×1013cm-2の、11は150keV,1×
1012cm-2の、12は40keV,5×1011cm-2の条件
で、各々イオン注入される。これらの値は一応の
目安であり、最適化された条件を示すものではな
い。これによつて、0.6V程度のスレシヨルド電
圧で、パンチスルー効果が防止されたnチヤンネ
ルMOSトランジスターが実現できる。領域10
の不純物濃度は十分高いため、寄生npnトランジ
スターの電流増巾率は低下し、ラツチアツプ耐量
が増加する。又、pウエルの層抵抗も1kΩ/口
以下であり、安定したpウエル電位が確保でき
る。
物分布を示す。深さが1.4μm程度の浅いpウエ
ルが、加速エネルギーが異なる3回のボロンイオ
ン注入によつて形成される。例えば、10は
400keV,3×1013cm-2の、11は150keV,1×
1012cm-2の、12は40keV,5×1011cm-2の条件
で、各々イオン注入される。これらの値は一応の
目安であり、最適化された条件を示すものではな
い。これによつて、0.6V程度のスレシヨルド電
圧で、パンチスルー効果が防止されたnチヤンネ
ルMOSトランジスターが実現できる。領域10
の不純物濃度は十分高いため、寄生npnトランジ
スターの電流増巾率は低下し、ラツチアツプ耐量
が増加する。又、pウエルの層抵抗も1kΩ/口
以下であり、安定したpウエル電位が確保でき
る。
第4図は、本発明によるnウエルの不純物分布
を示す。13は例えば、300keVで1×1012cm-2リ
ンをイオン注入して形成する。領域13の目的
は、パンチスルーを防止し、チヤンネル長が1μ
m以下のpチヤンネルMOSトランジスターを実
現することにある。14は、スレシヨルド電圧を
調整するためのイオン注入である。ゲート電極が
n型かp型かに応じて、ボロン又はリンをイオン
注入する。
を示す。13は例えば、300keVで1×1012cm-2リ
ンをイオン注入して形成する。領域13の目的
は、パンチスルーを防止し、チヤンネル長が1μ
m以下のpチヤンネルMOSトランジスターを実
現することにある。14は、スレシヨルド電圧を
調整するためのイオン注入である。ゲート電極が
n型かp型かに応じて、ボロン又はリンをイオン
注入する。
第5図に、本発明によるCMOS構造の第一の実
施例を示す。21は1015cm-3程度の不純物濃度の
n型シリコン基板である。22はpウエルで、第
3図に示される様な不純物分布を持つ。23はn
ウエルで、第4図に示される様な不純物分布を持
つ。24はpチヤンネルトランジスタ領域と、n
チヤンネルトランジスタ領域を電気的に分離する
ための領域で、シリコン基板の深さ1.5μm程度
の所まで形成されている。本発明では、pウエル
深さが1.3μm程度であるから、この様に比較的
浅い分離領域が可能になる。浅い分離領域は、内
部にシリコン基板とは異なる熱膨張係数の絶縁物
を埋め込むことによつて生ずる、機械的ストレス
を減少させる。従つて、機械的ストレスによる結
晶欠陥等の発生が少なく、CMOSに有害な接合リ
ーク電流の発生を抑えることができる。
施例を示す。21は1015cm-3程度の不純物濃度の
n型シリコン基板である。22はpウエルで、第
3図に示される様な不純物分布を持つ。23はn
ウエルで、第4図に示される様な不純物分布を持
つ。24はpチヤンネルトランジスタ領域と、n
チヤンネルトランジスタ領域を電気的に分離する
ための領域で、シリコン基板の深さ1.5μm程度
の所まで形成されている。本発明では、pウエル
深さが1.3μm程度であるから、この様に比較的
浅い分離領域が可能になる。浅い分離領域は、内
部にシリコン基板とは異なる熱膨張係数の絶縁物
を埋め込むことによつて生ずる、機械的ストレス
を減少させる。従つて、機械的ストレスによる結
晶欠陥等の発生が少なく、CMOSに有害な接合リ
ーク電流の発生を抑えることができる。
さらに本発明では、第3図および第4図に示さ
れる様に、ウエル内のピーク不純物濃度が高くな
つている。この高い不純物濃度が、分離領域24
の側面に形成される、寄生MOSトランジスタの
スレシヨルド電圧を引き上げる。従つて、寄生
MOSトランジスター動作によるリーク電流の発
生が防止される。
れる様に、ウエル内のピーク不純物濃度が高くな
つている。この高い不純物濃度が、分離領域24
の側面に形成される、寄生MOSトランジスタの
スレシヨルド電圧を引き上げる。従つて、寄生
MOSトランジスター動作によるリーク電流の発
生が防止される。
又、分離領域24は、ラツチアツプを防止する
のに有効である。この分離領域が基板内部に埋め
込まれているために、26―(23,21)―2
2で形成される寄生p―n―pトランジスターの
実効ベース巾23,21が広くなり、電流増巾率
が低下する。又、25―22―21で形成される
寄生n―p―nトランジスターの電流増巾率は、
pウエル22の不純物濃度が高いために、低い。
従つて、p―n―p―n動作によるラツチアツプ
の発生は防止される。
のに有効である。この分離領域が基板内部に埋め
込まれているために、26―(23,21)―2
2で形成される寄生p―n―pトランジスターの
実効ベース巾23,21が広くなり、電流増巾率
が低下する。又、25―22―21で形成される
寄生n―p―nトランジスターの電流増巾率は、
pウエル22の不純物濃度が高いために、低い。
従つて、p―n―p―n動作によるラツチアツプ
の発生は防止される。
以上の理由から、本発明の素子構造を用いる
と、nチヤンネルトランジスターのソース・ドレ
イン領域25とpチヤンネルトランジスターのソ
ース・ドレイン領域26の間隔と、1μm以下に
することが可能である。
と、nチヤンネルトランジスターのソース・ドレ
イン領域25とpチヤンネルトランジスターのソ
ース・ドレイン領域26の間隔と、1μm以下に
することが可能である。
第5図に示される様に、ソース・ドレイン領域
25,26は、分離領域24及びゲート電極27
に対して、自己整合で形成される。ソース・ドレ
イン形成後は、従来技術と同様の方法で、パシベ
ーシヨン膜を被着し、コンタクト窓を開孔し、配
線接続することにより、素子は完成する。
25,26は、分離領域24及びゲート電極27
に対して、自己整合で形成される。ソース・ドレ
イン形成後は、従来技術と同様の方法で、パシベ
ーシヨン膜を被着し、コンタクト窓を開孔し、配
線接続することにより、素子は完成する。
第6図は、本発明の第二の実施例である。ここ
では、n型基板の代りに、エピタキシヤル基板を
用いる。28はn+シリコン基板で、29がエピ
タキシヤル成長されたn型領域である。エピタキ
シヤル基板を用いると、寄生p―n―pトランジ
スタのベース領域が低抵抗のn+基板となるた
め、電流増巾率が低下する。又、電流による電圧
降下が防げる。従つて、ラツチアツプ防止に効果
的である。さらに、低抵抗基板のために、基板電
位が安定し、回路の誤動作が防止される。
では、n型基板の代りに、エピタキシヤル基板を
用いる。28はn+シリコン基板で、29がエピ
タキシヤル成長されたn型領域である。エピタキ
シヤル基板を用いると、寄生p―n―pトランジ
スタのベース領域が低抵抗のn+基板となるた
め、電流増巾率が低下する。又、電流による電圧
降下が防げる。従つて、ラツチアツプ防止に効果
的である。さらに、低抵抗基板のために、基板電
位が安定し、回路の誤動作が防止される。
本発明の要点をまとめると、
(1) n型シリコン基板を用いる。
(2) イオン注入によつてできる不純物分布を、そ
のままpウエル及びnウエルとして用いる。
のままpウエル及びnウエルとして用いる。
(3) 埋設された絶縁領域を形成する。
この結果、チヤンネル長が1μm以下で、素子
間隔が1μm以下のCMOS集積回路が実現でき
る。
間隔が1μm以下のCMOS集積回路が実現でき
る。
第1図は、従来技術を説明するための素子断面
図、第2図は、従来技術を説明するためのウエル
不純物分布を示す図、第3図は、本発明によるp
ウエル不純物分布を示す図、第4図は、本発明に
よるnウエル不純物分布を示す図、第5図は、本
発明の第一実施例を示す素子断面図、第6図は、
第二実施例を説明するための素子断面図である。 尚、図において、1……n型シリコン基板、2
……pウエル、3……nウエル、4……p―n接
合、5……n+層、6……P+層、7……pウエ
ル、8……nウエル、10……pウエル用イオン
注入、11……パンチスルー防止用イオン注入、
12……スレシヨルド調整用イオン注入、13…
…パンチスルー防止用イオン注入、14……スレ
シヨルド調整用イオン注入、21……n型シリコ
ン基板、22……pウエル、23……nウエル、
24……分離領域、25……n+層、26……p+
層、27……ゲート電極、28……n+基板、2
9……nエピ層である。
図、第2図は、従来技術を説明するためのウエル
不純物分布を示す図、第3図は、本発明によるp
ウエル不純物分布を示す図、第4図は、本発明に
よるnウエル不純物分布を示す図、第5図は、本
発明の第一実施例を示す素子断面図、第6図は、
第二実施例を説明するための素子断面図である。 尚、図において、1……n型シリコン基板、2
……pウエル、3……nウエル、4……p―n接
合、5……n+層、6……P+層、7……pウエ
ル、8……nウエル、10……pウエル用イオン
注入、11……パンチスルー防止用イオン注入、
12……スレシヨルド調整用イオン注入、13…
…パンチスルー防止用イオン注入、14……スレ
シヨルド調整用イオン注入、21……n型シリコ
ン基板、22……pウエル、23……nウエル、
24……分離領域、25……n+層、26……p+
層、27……ゲート電極、28……n+基板、2
9……nエピ層である。
Claims (1)
- 1 一導電型の半導体基板と、該半導体基板に形
成され表面から第1の深さに不純物濃度分布のピ
ークが存在する他の導電型のウエル領域と、前記
半導体基板に形成され表面から第2の深さに不純
物濃度分布のピークが存在する前記一導電型のウ
エル領域と、前記他の導電型のウエル領域と前記
一導電型のウエル領域との間に前記第1および第
2の深さよりも深く形成された絶縁物分離領域
と、前記他の導電型のウエル領域および前記一導
電型のウエル領域にそれぞれ形成された半導体素
子とを含むCMOS集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57142847A JPS5932163A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | Cmos集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP57142847A JPS5932163A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | Cmos集積回路 |
Publications (2)
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JPS5932163A JPS5932163A (ja) | 1984-02-21 |
JPS6255309B2 true JPS6255309B2 (ja) | 1987-11-19 |
Family
ID=15324991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57142847A Granted JPS5932163A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | Cmos集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS5932163A (ja) |
Families Citing this family (7)
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Citations (3)
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JPS5237755A (en) * | 1974-11-18 | 1977-03-23 | Ampex | Frequency modulator |
JPS5480091A (en) * | 1977-12-08 | 1979-06-26 | Nec Corp | Manufacture of complementary field effect semiconductor device |
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-
1982
- 1982-08-18 JP JP57142847A patent/JPS5932163A/ja active Granted
Patent Citations (3)
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JPS5237755A (en) * | 1974-11-18 | 1977-03-23 | Ampex | Frequency modulator |
JPS5480091A (en) * | 1977-12-08 | 1979-06-26 | Nec Corp | Manufacture of complementary field effect semiconductor device |
JPS55154748A (en) * | 1979-05-23 | 1980-12-02 | Toshiba Corp | Complementary mos semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS5932163A (ja) | 1984-02-21 |
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