JPH03218661A - Field effect transistor device - Google Patents

Field effect transistor device

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JPH03218661A
JPH03218661A JP2307683A JP30768390A JPH03218661A JP H03218661 A JPH03218661 A JP H03218661A JP 2307683 A JP2307683 A JP 2307683A JP 30768390 A JP30768390 A JP 30768390A JP H03218661 A JPH03218661 A JP H03218661A
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JP
Japan
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region
insulating layer
type
drain region
source
Prior art date
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Application number
JP2307683A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Osono
大園 勝博
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To protect a transistor device against latch-up by a method wherein a region whose conductivity is smaller than those of a source and a drain region is provided just under the source and the drain region, and the the part of the region concerned adjacent to the source region and the drain region is surrounded with an insulating layer or a semi-insulating layer. CONSTITUTION:A p<->-type region 22 of small conductivity and an insulating layer or a semi-insulating layer 24 are provided just under a source region 14 and a drain region 13 of a first MOS transistor (p-ch MOSFET), and a n<->- type region 23 small in conductivity and an insulating layer or a semi-insulating layer 24 are provided just under a source region 18 and a drain region 17 of a second MOS transistor (n-ch MOSFET) which constitutes a complementary transistor with the first MOS transistor. By this setup, a latch-up phenomenon can be moderated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は相補型絶縁ゲート電界効果半導体装置に関し、
特にソース,ドレイン構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a complementary insulated gate field effect semiconductor device,
Especially regarding source and drain structures.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般にCMOS (相補型金属酸化物)半導体装置は第
3図に示す断面構造を有している。この図はnウェル方
式のCMOS構造を示していて、P型基板1lにnウェ
ル15を形成し、この上に■DDのコンタクトのための
n+拡散層16,p”ソース領域14と、p+ドレイン
領域l3が設けられ、p+型ソース領域14とp+型ド
レイン領域13との上には絶縁膜を介してゲート電極1
9が設けられていてp−chMOsFETが構成されて
いる。また、P型基板1lの上にy ssのコンタクト
のためのp+拡散層12,n”型ソース領域18と、n
+型ドレイン領域17が設けられ、n+型ソース領域1
8とn+ドレイン領域17との上には絶縁膜を介してゲ
ート電極20が設けられてN−chMOsFETが構成
されている。なお、これらのp−chMOsFETおよ
びN − c h M OSFETとの間にフィールド
酸化膜21が設けられている。
Generally, a CMOS (complementary metal oxide) semiconductor device has a cross-sectional structure shown in FIG. This figure shows an n-well type CMOS structure, in which an n-well 15 is formed on a P-type substrate 1l, and on top of this an n+ diffusion layer 16 for contacting DD, a p'' source region 14, and a p+ drain. A region l3 is provided, and a gate electrode 1 is provided on the p+ type source region 14 and the p+ type drain region 13 via an insulating film.
9 is provided to constitute a p-ch MOsFET. Further, on the P type substrate 1l, a p+ diffusion layer 12, an n'' type source region 18 and an n
A + type drain region 17 is provided, and an n + type source region 1
8 and n+ drain region 17, a gate electrode 20 is provided via an insulating film to constitute an N-ch MOsFET. Note that a field oxide film 21 is provided between these p-ch MOsFET and N-ch MOSFET.

上記CMOS構成においては、第3図に点線で示すよう
に寄生の縦方向(パーティカル)pmpトランジスタT
r.と横方向(ラテラル)npnトランジスタTr2と
が形成され、pnpn構造が形成され、サージ電流,外
来雑音,重粒子照射等が生じると、半導体中に電流が生
じてラッチアップ現象を引き起こし、場合によっては過
大電流が流れて回路や素子を破損することが知られ、従
来からこのラッチアップ現象を防ぐ対策や、寄生トラン
ジスタを排除する工夫が施されている。
In the above CMOS configuration, as shown by the dotted line in FIG. 3, a parasitic vertical (particle) pmp transistor T
r. and a lateral npn transistor Tr2 are formed to form a pnpn structure, and when surge current, external noise, heavy particle irradiation, etc. occur, a current is generated in the semiconductor, causing a latch-up phenomenon, and in some cases, It is known that excessive current flows and damages circuits and elements, and conventional measures have been taken to prevent this latch-up phenomenon and to eliminate parasitic transistors.

第4図は第3図の従来例の寄生トランジスタ回路の透過
回路図で、この図からラッチアップ現象を防ぐためには
次の3点が上げられる。
FIG. 4 is a transmission circuit diagram of the conventional parasitic transistor circuit shown in FIG. 3. From this diagram, the following three points can be raised in order to prevent the latch-up phenomenon.

イ) トランジスタTr,,Tr2をオンさせにくくす
るために抵抗Rw, Rs+の抵抗値を小さくする。口
) トランジスタTrl,Tr2がオンしても、それを
流れる電流を制限するために抵抗RSIRw+の抵抗値
を大きくする。ハ) トランジスタTr It T r
 2自身の電流増幅率(hpg)を小さくする。
b) Reduce the resistance values of resistors Rw and Rs+ to make it difficult to turn on transistors Tr, Tr2. (Example) Even if the transistors Trl and Tr2 are turned on, the resistance value of the resistor RSIRw+ is increased to limit the current flowing through them. c) Transistor Tr It Tr
2. Reduce the current amplification factor (hpg) of 2 itself.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、ラッチアップ現象を防ぐためには、余分
の部品素子を付加する必要があり、レイアウト寸法が大
きくなり回路密度が低下するとか、寄生トランジスタを
排除するためSOI技術を用いたものがあるが、歩留り
スループットの制限,コスト高等の問題点を有している
However, in order to prevent the latch-up phenomenon, it is necessary to add extra component elements, which increases layout dimensions and reduces circuit density.Although some methods use SOI technology to eliminate parasitic transistors, yield This method has the problems of limited throughput and high cost.

本発明は、簡単な構成によりラップアップ現象を緩和で
きる相補型絶縁ゲート電界効果半導体装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a complementary insulated gate field effect semiconductor device that can alleviate the wrap-up phenomenon with a simple configuration.

〔発明の従来技術に対する相違点〕[Differences between the invention and the prior art]

上述した従来の相補型絶縁ゲート電界効果半導体装置に
対し、本発明はソース,ドレイン構造において、そのソ
ース,トレイン構造の直下に同じ導電型で導電率の小さ
い領域を設け、前記ソース領域およびドレイン領域に隣
接する部分が絶縁物あるいは、半絶縁物で囲まれている
という相違点を有する。
In contrast to the above-described conventional complementary insulated gate field effect semiconductor device, the present invention provides a source/drain structure with a region of the same conductivity type and low conductivity immediately below the source/drain structure. The difference is that the adjacent portion is surrounded by an insulating material or a semi-insulating material.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の相補型絶縁ゲート電界効果半導体装置は、第1
導電型のウェルが形成された第2導電型半導体基板の前
記第1導電型のウェルに選択的に形成された第2導電型
のソース領域および第2導電型のドレイン領域を有する
第1のMISトランジスタと、前記第2導電型半導体基
板に選択的に形成された第1導電型のソース領域および
第1導電型のドレイン領域を有する第2のMISトラン
ジスタとで構成される相補型絶縁ゲート電界半導体装置
において、前記第1のM工Sトランシスタのソース領域
2 トレイン領域の直下に、このソース領域,ドレイン
領域と同じ導電型でこれより小さな導電率を設け、前記
ソース領域およびドレイン領域に隣接する部分を、絶縁
物あるいは半絶縁物で囲んでおり、前記第2のMISト
ランジスタのソース,ドレイン領域の直下に、このソー
ス領域,ドレイン領域と同じ導電型でこれより小さな導
電率の領域を設け、前記ソース領域およびドレイン領域
に隣接する部分を、絶縁物あるいは半絶縁物で囲んであ
るものである。
The complementary insulated gate field effect semiconductor device of the present invention comprises a first
a first MIS having a second conductivity type source region and a second conductivity type drain region selectively formed in the first conductivity type well of a second conductivity type semiconductor substrate in which a conductivity type well is formed; A complementary insulated gate field semiconductor comprising a transistor and a second MIS transistor having a first conductivity type source region and a first conductivity type drain region selectively formed on the second conductivity type semiconductor substrate. In the device, the source region 2 of the first M/S transistor is provided directly under the train region with the same conductivity type as the source region and the drain region but with a lower conductivity, and a portion adjacent to the source region and the drain region. is surrounded by an insulating material or a semi-insulating material, and immediately below the source and drain regions of the second MIS transistor, a region having the same conductivity type as the source region and the drain region and a smaller conductivity is provided. The portions adjacent to the source region and drain region are surrounded by an insulating material or a semi-insulating material.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(A), (B)は本発明の第1の実施例を示す
図面である。この実施例は、nウェル15(不純物濃度
〜1 0 16cm−’)が形成されたP型基板11(
不純物濃度〜1 5 15cm−3)において、nウェ
ル15の内に選択的に形成されたp+型ソース領域l4
およびp”型ドレイン領域13(いずれも不純物濃度〜
1 0 21cm−’)を有する第1のMOSトランジ
スタ(p−chMOsFET)を含むCMOS半導体装
置で図において第3図と同じ番号のものは、同じものを
示している。この実施例では、第1のMOSトランジス
タ(p−chMOSFET)のソース領域l4とドレイ
ン領域13の直下に導電率(1〜10Ωcm)の小さな
p一型領域22と、絶縁層または半絶縁層(1000Ω
cm程度以上)24を設け、第1のMOSトランジスタ
(p−chMOsFET)と相補を構成する第2のMO
Sトランジスタ(n−chMOsFET)のンース領域
18とドレイン領域17の直下に導電率の小さなn一型
領域23と、絶縁層または半絶縁層24を設けている。
FIGS. 1(A) and 1(B) are drawings showing a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a P-type substrate 11 (
The p+ type source region l4 selectively formed in the n well 15 at an impurity concentration of ~1515cm-3)
and p” type drain region 13 (both with impurity concentration ~
In the figure, the same numbers as in FIG. 3 indicate the same components. In this embodiment, a p-type region 22 with a small conductivity (1 to 10 Ωcm) is provided directly under the source region l4 and drain region 13 of the first MOS transistor (p-ch MOSFET), and an insulating layer or semi-insulating layer (1000 Ωcm) is provided.
cm or more) 24, and a second MOS transistor (p-ch MOsFET) complementary to the first MOS transistor (p-ch MOsFET) is provided.
Immediately below the source region 18 and drain region 17 of the S transistor (n-ch MOsFET), an n-type region 23 with low conductivity and an insulating layer or semi-insulating layer 24 are provided.

p一型領域22はp+型ソース領域14とp+型ドレイ
ン領域13の形成時に、これより高エネルギー(200
keV〜400keV)で低ドーズ量(1011〜10
12CIIl−2)のイオン注入で形成できる。なおこ
のイオン注入は一般的にボロンを用いるが、それ以外に
酸素や窒素を用いてもよい。絶縁層または半絶縁層24
は、酸素や窒素のイオン注入(200〜400k e 
V,  1 8cm−2)にて形成できる。この深さは
、p+型ソース領域14とp+型ドレイン領域13より
少し大きいだけで良く1μm程度である。同様に、n一
型領域23はn+型領域l8とn+型領域l7の形成時
に、これより高エネルギー(200〜400keV)で
低ドーズ量(101′〜10I2cm−2)のイオン注
入で形成できる。このイオン注入は、ヒ素,リンなどが
用いられる。
The p-type region 22 is heated to a higher energy level (200
keV~400keV) and low dose (1011~10
It can be formed by ion implantation of 12CIIIl-2). Note that this ion implantation generally uses boron, but oxygen or nitrogen may also be used. Insulating or semi-insulating layer 24
is oxygen or nitrogen ion implantation (200 to 400k e
V, 18cm-2). This depth is only slightly larger than the p+ type source region 14 and the p+ type drain region 13, and is about 1 μm. Similarly, the n-type region 23 can be formed by ion implantation at a higher energy (200 to 400 keV) and a lower dose (101' to 10I2 cm-2) when forming the n+ type region l8 and the n+ type region l7. For this ion implantation, arsenic, phosphorus, etc. are used.

第5図は、本発明における寄生トランジスタ回路の透過
回路である。p一型領域22と絶縁層または半絶縁層2
4は、第5図において抵抗R1を追加したことになり、
同様にn一型領域23と絶縁層または半絶縁層24は抵
抗R2を追加されたことになる。ここで絶縁層または半
絶縁層24は、n一型領域23のみでは低減できないp
+型ソース領域およびp+型ドレイン領域13の側面に
係る部分の抵抗を下げるために必要である。これにより
、従来の技術で説明した口)の電流を制限する効果およ
びエミッタ注入効率の低下、ハ)のトランジスタT r
 l+ T r 2のバイアスを逆バイアスにして実質
的にhFEを小さくする効果が得られる。
FIG. 5 is a transmission circuit of the parasitic transistor circuit according to the present invention. p-type region 22 and insulating layer or semi-insulating layer 2
4 is the addition of resistor R1 in Fig. 5,
Similarly, a resistance R2 is added to the n-type region 23 and the insulating layer or semi-insulating layer 24. Here, the insulating layer or semi-insulating layer 24 has p that cannot be reduced by the n-type region 23 alone.
This is necessary to lower the resistance of the side surfaces of the + type source region and the p + type drain region 13. As a result, the effect of limiting the current in (1) and the reduction in emitter injection efficiency as explained in the conventional technology, and the effect of reducing the transistor T r in (3)
The effect of substantially reducing hFE can be obtained by setting the bias of l+T r 2 to a reverse bias.

したがってラッチアップ現象を防止または緩和すること
ができる。
Therefore, the latch-up phenomenon can be prevented or alleviated.

第2図(A), (B)は、本発明の第2の実施例を示
す図面である。この実旅例は第1の実施例での絶縁層ま
たは半絶縁層24の形成方法がイオン注入に依っていた
のに対し、トレンチ溝を形成し、熱酸化膜26を付け、
C V D S i 0 2膜25によって溝を生める
ことにより形成する。この時トレンチ溝の慄さは、1μ
m程度でよいため、トレンチ溝形成による問題はなく、
先の実施例1では、高エネルギーの酸素のイオン注入を
用いたため、それに誘起される欠陥により、リーク電流
が発生する恐れがあったが、この実施例では欠陥が発生
することはないので、この点において優れている。
FIGS. 2(A) and 2(B) are drawings showing a second embodiment of the present invention. In contrast to the method for forming the insulating layer or semi-insulating layer 24 in the first embodiment, which relied on ion implantation, in this practical example, a trench groove was formed and a thermal oxide film 26 was attached.
It is formed by creating a groove using the C VD Si 0 2 film 25. At this time, the depth of the trench groove is 1μ
There is no problem with trench groove formation because it is only about m.
In the previous Example 1, since high-energy oxygen ion implantation was used, there was a risk that leakage current would occur due to the defects induced therein, but in this example, no defects would occur. Excellent in this respect.

また、実施例lおよび実施例2は、nウェル方式を用い
たが、pウェル方式においても同様である。
Further, in Example 1 and Example 2, an n-well system was used, but the same applies to a p-well system.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、MOSFETのソースト
レイン領域の直下に、それより導電率の小さい領域を設
け、前記ソース領域およびドレイン領域に隣接する部分
を絶縁層または半絶縁層で囲んだ構造にすることにより
、回路密度の大きな低下や歩留りの低下を伴うことなく
ラッチアップ現象を防止、または緩和できる相補型絶縁
ゲート電界効果半導体装置を提供できる効果がある。
As explained above, the present invention provides a structure in which a region having a lower conductivity is provided directly below the source train region of a MOSFET, and the portions adjacent to the source region and drain region are surrounded by an insulating layer or a semi-insulating layer. This has the effect of providing a complementary insulated gate field effect semiconductor device that can prevent or alleviate latch-up phenomena without significantly reducing circuit density or yield.

さらに、ソース,ドレイン領域の底面および側面の拡散
容量を低減でき、トランジスタの動作速度を高速にでき
る効果もある。
Furthermore, the diffusion capacitance at the bottom and side surfaces of the source and drain regions can be reduced, which has the effect of increasing the operating speed of the transistor.

4

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(A), (B)および第2図(A), (B)
はそれぞれ本発明の第1および第2の実施例を示す図面
、第3図は相補型絶縁ゲート電界効果半導体装置の従来
例を示す断面図、第4図は第3図の従来例のラッチアッ
プ現象を説明するための等価回路図、第5図は本発明の
ラッチアップ現象防止策を説明するための等価回路図で
ある。 11・・・・・・P型基板、12・・・・・・p+拡散
層、13・・・・・・p+型ドレイン領域、14・・・
・・・p+型ソース領域、l5・・・・・・nウェル、
16・・・・・・n+拡散層、17・・・・・・n+型
ドレイン領域、18・・・・・・n+型ソース領域、1
9.20・・・・・・ゲート電極、21・・・・・・フ
ィールド酸化膜、22・・・・・・p一型領域、23・
・・・・・n一型領域、24・・・・・・絶縁層または
半絶縁層、25・・・・・・CV D S i0 2膜
、26・・・・・・熱酸化膜。
Figure 1 (A), (B) and Figure 2 (A), (B)
are drawings showing the first and second embodiments of the present invention, respectively, FIG. 3 is a sectional view showing a conventional example of a complementary insulated gate field effect semiconductor device, and FIG. 4 is a latch-up diagram of the conventional example of FIG. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram for explaining the latch-up phenomenon prevention measures of the present invention. 11...P type substrate, 12...p+ diffusion layer, 13...p+ type drain region, 14...
...p+ type source region, l5...n well,
16...n+ diffusion layer, 17...n+ type drain region, 18...n+ type source region, 1
9.20...Gate electrode, 21...Field oxide film, 22...P-type region, 23.
... n-type region, 24 ... insulating layer or semi-insulating layer, 25 ... CV D Si0 2 film, 26 ... thermal oxidation film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1導電型のウェルが形成された第2導電型半導体基板
の前記第1導電型のウェルに選択的に形成された第2導
電型のソース領域および第2導電型のドレイン領域を有
する第1のMISトランジスタと、前記第2導電型半導
体基板に選択的に形成された第1導電型のソース領域お
よび第1導電型のドレイン領域を有する第2のMISト
ランジスタとで構成される相補型絶縁ゲート電界半導体
装置において、前記第1のMISトランジスタのソース
領域、ドレイン領域の直下に、このソース領域、ドレイ
ン領域の導電率より小さな導電率で同じ導電型の領域を
設け、前記ソース領域およびドレイン領域に隣接する部
分を、絶縁物あるいは半絶縁物で囲んでおり、前記第2
のMISトランジスタのソース、ドレイン領域の導電率
より小さな導電率で同じ導電型の領域を設け、前記ソー
ス領域およびドレイン領域に隣接する部分を、絶縁物あ
るいは半絶縁物で囲んでいることを特徴とする電界効果
半導体装置。
A first conductive type semiconductor substrate having a second conductive type source region and a second conductive type drain region selectively formed in the first conductive type well of the second conductive type semiconductor substrate in which the first conductive type well is formed. and a second MIS transistor having a first conductivity type source region and a first conductivity type drain region selectively formed on the second conductivity type semiconductor substrate. In the electric field semiconductor device, a region of the same conductivity type and a conductivity lower than that of the source region and the drain region is provided directly below the source region and the drain region of the first MIS transistor, and the region has the same conductivity type as the source region and the drain region. The adjacent part is surrounded by an insulating material or a semi-insulating material, and the second part is surrounded by an insulating material or a semi-insulating material.
A region of the same conductivity type and a conductivity lower than that of the source and drain regions of the MIS transistor is provided, and a portion adjacent to the source region and the drain region is surrounded by an insulating material or a semi-insulating material. field effect semiconductor device.
JP2307683A 1989-11-15 1990-11-14 Field effect transistor device Pending JPH03218661A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5384477A (en) * 1993-03-09 1995-01-24 National Semiconductor Corporation CMOS latchup suppression by localized minority carrier lifetime reduction

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