JPS6285460A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6285460A
JPS6285460A JP60223706A JP22370685A JPS6285460A JP S6285460 A JPS6285460 A JP S6285460A JP 60223706 A JP60223706 A JP 60223706A JP 22370685 A JP22370685 A JP 22370685A JP S6285460 A JPS6285460 A JP S6285460A
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JP
Japan
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substrate
type
semiconductor device
layer
input
Prior art date
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Pending
Application number
JP60223706A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinichi Ikenaga
伸一 池永
Masakazu Aoki
正和 青木
Yoshinobu Nakagome
儀延 中込
Shinji Horiguchi
真志 堀口
Katsuhiro Shimohigashi
下東 勝博
Toshiaki Masuhara
増原 利明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6285460A publication Critical patent/JPS6285460A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells

Landscapes

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

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に係り、特に周辺回路部がらメモリ
セルに流入する少数キャリアを遮断するのに好適な半導
体記憶装置に関する。
〔発明の背景〕
第2図は、特開昭58−106858号公報に記載され
ている半導体集積回路を説明する図である。
第2図において、1はP型半導体基板、2は電荷蓄積部
のN型領域、3は周辺回路部のNチャネルトランジスタ
のドレイン用N型領域、4は上記トランジスタのソース
用N型領域、5は上記トランジスタのゲート電極、6は
アモルファス層、ポリシリコン層等からなる少数キャリ
アのライフタイムが短い領域、7.7′は基板1内に拡
がった空乏層である。
周辺回路部では、上記トランジスタが飽和領域で動作す
る。したがって、Nチャネル間Osトランジスタの場合
、ドレイン3の近傍で少数キャリアである電子は高電界
によって加速され、ドレイン3近傍の空乏層7でインパ
クト・イオン化(日経エレクトロニクス 1980年3
月3日号120〜141頁参照。)を起こし、電子−正
孔対を作る。電子は電位分布に従ってドレイン3へ流れ
、正孔は基板1へ流れる。このうち正孔の一部は、空乏
層7を通過して基板1の中性領域に達する前に充分大き
なエネルギーを得てさらにインパクト・イオン化を起こ
す。このとき、さらに電子−正孔対が作られる。この二
次的インパクト・イオン化が基板1に近い空乏層7端部
付近で起こった場合、発生した電子(少数キャリア)は
、空乏層7内で発生しても基板1までの電位差が小さい
ために、電界に逆らっである確率で基板1中に注入され
る。この電子(少数キャリア)は、P型半導体基板1内
に拡散して電荷蓄積部に流入し、記憶している情報を破
壊する。第2図に示す装置では、この情報破壊を防ぐた
めに、電荷蓄積部と周辺回路部との間に、少数キャリア
のライフタイムの短い領域6を設け、少数キャリアの電
荷蓄積部への拡散を遮断しようとするものである。しか
し、ライフタイムの短い領域6を設けても、ある確率で
これを貫通する少数キャリアは必ず存在し、昨今のよう
に高集積化に伴って蓄積情報電荷量が小さくなると、こ
の貫通した少数キャリアによって情報が破壊される可能
性があり、必ずしも十分な効果があるとは言い難い。ま
た、もっと大きな問題として、第2図中に示すように拡
散する少数キャリアの角度θ1内の拡散路■は一応遮断
できるが、角度θ2内の経路■で拡散するのものは捕捉
できない。実際の素子の寸法を考慮すると、角度θ2は
0□に比べ圧倒的に大きいので、電荷蓄積部への少数キ
ャリアの拡散をさらに効果的に防ぐためには、角度θ2
内で拡散するもの(例えば拡散路■)も遮断する必要が
ある。
また、この種の装置として関連するものには、特開昭5
8−48960号公報が挙げられる。この発明では、接
地電位にバイアスしたウェルガード層によって少数キャ
リアを吸収しており、上記角度θ1内の少数キャリア拡
散路は効果的に遮断できるが、角度θ2内の拡散経路は
遮断することができない。
〔発明の目的〕
本発明は、半導体集積回路における周辺回路からメモリ
セルへの少数キャリアの流入をより効果的に遮断し、半
導体記憶装置の誤動作を充分に防止し、より高い信頼性
を実現することを目的とするものである。
〔発明の概要〕
この目的を達成するため、本発明では、第2図に示した
少数キャリアの角度θ1内の拡散路をN(P)型ウェル
ガード層によって遮断し、さらにP (N)型高濃度半
導体基体上にP (N)型エピタキシャル成長層を設け
たエピタキシャル基板を用いて、角度θ2内の拡散路を
遮断するものであり、これにより周辺回路からメモリセ
ルへの少数キャリアの流入をすべて遮断するものである
〔発明の実施例〕
実施例1 第1図は、本発明の第1の実施例の半導体記憶装置の断
面図である。図中、10.11.15.18.20、2
5はN型領域、12.19.23はゲート電極、13は
メモリセルのプレート電極、17.22.24はP型領
域、26はN型ウェル層、16はN型ウェルガード層、
14.21は基板内に拡がった空乏層、27はP型エピ
タキシャル層、28はP型窩濃度半導体基板である。
本実施例においては、P型エピタキシャル層27の不純
物濃度は1014〜1015■−3、P壁高濃度基板2
8の不純物濃度は1018〜1020■″″3、ウェル
ガード層16の不純物濃度は101S〜1011017
(とした。ウェルガード層16はイオン注入法によって
ウェル層26と同時に形成し、その深さは3〜41M、
ウェルガード層16とP壁高濃度基板28との間隔aは
2〜3声、また間隔す、cはそれぞれ敵陣とした。
第1図のような構造の半導体記憶装置では、N型つェル
ガード層16内のN型領域15を接地、もしくは正電位
にバイアスすることによって、少数キャリアの拡散路I
が遮断できる。一方、基板内の深いところを拡散する拡
散路■については、P壁高濃度基板28上にP型エピタ
キシャル層27が形成しであることによって、両者の境
界領域に少数キャリアをP型窩濃度基板28側に拡散さ
せないようなポテンシャルバリアが働くので同様に遮断
することができる。これをポテンシャル図を用いて説明
する。
第3図は、P型エピタキシャル層27とP壁高濃度半導
体基板28との境界領域のポテンシャル状態を示した図
である。図中、ECは伝導帯、EVは価電子帯のエネル
ギーレベル、EFはフェルミレベル、E、は真性半導体
のエネルギーレベルである。
ここで、例えばP型高濃度基板の比抵抗を0.002Ω
・cm(不純物濃度3 X 101gcm−3)、P型
エピタキシャル層の比抵抗を10Ω・cm (不純物濃
度1.5×1.015cm−3)と仮定すると、P型エ
ピタキシャル層、P型高濃度基板のフェルミレベルφF
1、φF2は、φF=−kT/qXflnN^/niか
ら、φFIL :0 、30eV、φF 2 =0.5
5 e Vとなる。ただし、kはボルツマン定数、Tは
素子の絶対温度、qは電荷量、N^はP型エピタキシャ
ル層もしくはP型高濃度基板の不純物濃度、niは真性
不純物濃度である。φF□とφF2との差は、図中に示
したように熱平衡状態でのポテンシャルバリア0.25
eVに相当する。したがって、基板内の深いところを拡
散する少数キャリアは、このポテンシャルバリアによっ
てはじかれ、第1図に示したごとく拡散路■をも遮断で
きる。
ここでガードウェル層16と基板間の空乏層が高濃度基
板28に達している方がバリアの効果が高いことは言う
までもない。
また、P壁高濃度基板28の少数キャリアのライフタイ
ムは、P型エピタキシャル層27におけるよりも約1/
8と小さいために、たとえこのポテンシャルバリアを乗
り越える少数キャリアが一部にあったとしても、P壁高
濃度基板28が少数キャリアキラーとして働く。
以上のことから、本実施例のごとくメモリセルアレーを
ウェルガード層16で覆い、さらにエピタキシャル基板
を用いることによって、周辺回路から二次的インパクト
・イオン化によって生じる少数キャリアの拡散を効果的
に防止できる。また、N型つェルガード層16はN型ウ
ェル層26と同時に形成され、かつ基板としてエピタキ
シャル基板を用いるだけなので、製造プロセスが増加し
たり、複雑になったりすることもない。
実施例2 第4図は本発明の第2の実施例の半導体記憶装置の断面
図である。図中、30.31.35.37.39.41
はN型領域、32.38.40はゲート電極、33はメ
モリセルのプレート電極、34.42は基板内に拡がっ
た空乏層、43は抵抗層、44は入力ピン、36はN型
ウェルガード層、45はP型エピタキシャル層、46は
P型高濃度基板である。
本実施例では、メモリセルアレー周辺に保護回路を設け
た場合、入力または出力回路から注入された少数キャリ
アの拡散の防止に効果的である。
特に、基板を接地したときその効果は顕著となる。
すなわち、高集積化に伴い、メモリセルに蓄積する電荷
量が小さくなると、電圧変動によるマージン低下などが
大きな問題となるため、基板を接地して対策する必要が
生じることがある。ところが一般にメモリの外部仕様と
して入力パルスの低レベルは、負方向に約1v程度シフ
トすることを許すごとが多いので、入力部のPN接合は
順方向にバイアスされ、多量の少数キャリアが注入され
る。
この入力部の少数キャリア注入量は、前記二次的なイン
パクト・イオン化によって生じる少数キャリア(電子)
とは比べものにならない程多く、問題が深刻である。ま
た、出力バッファ回路では、外部負荷駆動のために比較
的多量の電流を流すので、少数キャリアの発生、拡散が
起こり易い。
本実施例においては、N型ウェル層36で入力、出力回
路を覆い、さらに高濃度基体を有するエピタキシャル基
板を用いることによって、この注入された少数キャリア
のメモリセルへの拡散も効果的に防止できる。
実施例3 第5図は本発明の第3の実施例の半導体記憶装置の断面
図である。図中、50.51.55.58.60.65
.67.69.71.73はN型領域、57.62.6
4はP壁領域、52.59.63.70.72はゲート
電極、53はメモリセルのプレート電極、75は抵抗層
、54.61.74は基板内に拡がった空乏層、66は
N型ウェル層、56.68はN型ウェルガード層、77
はP型エピタキシャル層、78はP型高濃度基板、76
は入力ビンである。
本実施例においては、周辺回路をN型つェルガード層5
6で覆い、エピタキシャル基板を用いることによって、
周辺回路からの二次的インパクト・イオン化によるメモ
リセルへの少数キャリアの拡散を効果的に防止できる。
さらに、保護回路をもN型つェルガード層68で覆うこ
とによって、特に入カフ6に負の入力電圧が加わったと
き、メモリセルアレーだけではなく周辺回路への入力、
出力回路から多量に注入される少数キャリアの拡散をよ
り効果的に防止でき、周辺回路の誤動作も防止すること
ができる。
実施例4 第6図は、本発明の第4の実施例の半導体記憶装置の上
面図である。図中、80は入力、出力用パッド、81は
アナログ回路部、82はウェルガード層、83はダイナ
ミック型MOSメモリアレ一部、84はダイナミック型
MOSメモリチップである。
多値化によりダイナミック型MOSメモリの高密度化を
可能にする多値メモリの場合、信号電荷量が小さく、メ
モリ性能が基板の電位変動に敏感であるので、基板を接
地する必要がある。したがって、入力、出力回路からの
多量の少数キャリアの注入、また出力バッファ回路から
の少数キャリアの発生、拡散が大きな問題となる。
本実施例においては、ダイナミックな回路動作をするア
ナログ回路部81、およびMOSメモリアレ一部83を
ウェルガード層82で囲み、さらにエピタキシャル基板
を用いることによって、ダイナミック動作する部分への
少数キャリアの拡散をより効果的に防止できる。
上記実施例においては、P型基板N型ウェルCMOS構
造の例を示した。この場合、拡散する少数キャリアは電
子であり、電子の拡散距離は長いために、蓄積情報を破
壊し易く、本発明の適用効果が大きい。しかし、N型基
板P型つェルCMOS構造においても上述したような問
題は存在するので、導電型や極性などを逆にすることに
より本発明を適用することができ、同様な効果が得られ
るのは勿論のことである。
また、上記実施例においては、記憶装置として1トラン
ジスタ型DRAMを例にとって示したが、半導体中の電
荷キャリアを情報源として記憶するダイナミック型MC
)Sメモリ素子、または高抵抗負荷を持つスタティック
型MOSメモリ素子、あるいは高いインピーダンスノー
ドを持つMOSメモリ素子を集積化した半導体装置であ
れば何にでも本発明を適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、入力または出力
端子に連なる回路から発生する少数キャリアが内部回路
に流入するのを効果的に防止することができる。したが
って、同一チップ上にメモリセルアレーと周辺回路とを
形成した半導体記憶装置において、周辺回路で発生した
少数キャリアがメモリセルに流入することを防止できる
ので、半導体記憶装置の誤動作をなくし、信頼性のより
高い半導体記憶装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1−図は本発明の第1の実施例の半導体装置の断面図
、第2図は従来の半導体装置の断面図、第3図はエピタ
キシャル基板のポテンシャル状態を示す図、第4図、第
5図、第6図はそれぞれ本発明の第2)第3、第4の実
施例の半導体装置の断面図および上面図である。 6・・・少数キャリアのライフタイムが短い領域27.
45.77・・・P型エピタキシャル層16.36.5
6.68・・・N型つェルガード層28.46.78・
・・P型窩濃度基板15.35.55.67・・・N型
領域81・・・アナログ回路部 82・・・ウェルガード層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)P(N)型半導体基板にNMOS(PMOS)ト
    ランジスタが形成され、上記基板内に形成したN(P)
    型ウェル層内にPMOS(NMOS)トランジスタが形
    成されてなる相補型MOS回路を含む半導体装置におい
    て、上記基板上に形成された入力または出力端子に連な
    る回路と内部回路との間にN(P)型ウェル層を設け、
    かつ上記基板としてP(N)型高濃度基体上にP(N)
    型エピタキシャル層を設けたエピタキシャル基板を用い
    たことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において
    、上記入力または出力端子に連なる回路と内部回路との
    間に設けたN(P)型ウェル層を正(負)バイアスする
    手段を有することを特徴とする半導体装置。
  3. (3)特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において
    、上記N(P)型ウェル層と上記基板との間の空乏層が
    、少なくとも上記P(N)型高濃度基体に達するように
    なっていることを特徴とする半導体装置。
  4. (4)特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において
    、上記入力または出力端子に連なる回路が、上記入力ま
    たは出力端子に連なるPN接合を少なくとも一部に有す
    る入力または出力回路、もしくは上記入力または出力端
    子に連なる周辺回路であることを特徴とする半導体装置
  5. (5)特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において
    、上記内部回路が、ダイナミック型MOSメモリ素子、
    またはスタティック型MOSメモリ素子、もしくは高い
    インピーダンスノードを持つMOSメモリ素子であるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  6. (6)特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において
    、上記入力または出力端子に連なる回路もしくは上記内
    部回路が上記N(P)型ウェル層で囲まれていることを
    特徴とする半導体装置。
JP60223706A 1985-08-16 1985-10-09 半導体装置 Pending JPS6285460A (ja)

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JP60223706A JPS6285460A (ja) 1985-10-09 1985-10-09 半導体装置
KR1019860006725A KR900002664B1 (ko) 1985-08-16 1986-08-14 시리얼 데이터 기억 반도체 메모리
US06/896,257 US4701884A (en) 1985-08-16 1986-08-14 Semiconductor memory for serial data access

Applications Claiming Priority (1)

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JP60223706A JPS6285460A (ja) 1985-10-09 1985-10-09 半導体装置

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JPS6285460A true JPS6285460A (ja) 1987-04-18

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ID=16802383

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JP60223706A Pending JPS6285460A (ja) 1985-08-16 1985-10-09 半導体装置

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JP (1) JPS6285460A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01112765A (ja) * 1987-10-27 1989-05-01 Seiko Epson Corp 半導体装置
US6909135B2 (en) 2001-05-28 2005-06-21 Renesas Technology Corp. Semiconductor memory device

Cited By (2)

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JPH01112765A (ja) * 1987-10-27 1989-05-01 Seiko Epson Corp 半導体装置
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