JPH0770686B2 - 相補形mis半導体集積回路装置 - Google Patents

相補形mis半導体集積回路装置

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JPH0770686B2
JPH0770686B2 JP60131920A JP13192085A JPH0770686B2 JP H0770686 B2 JPH0770686 B2 JP H0770686B2 JP 60131920 A JP60131920 A JP 60131920A JP 13192085 A JP13192085 A JP 13192085A JP H0770686 B2 JPH0770686 B2 JP H0770686B2
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semiconductor element
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shield plate
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敏章 土屋
蕃 中島
進 村本
英輔 荒井
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
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    • H10D84/85Complementary IGFETs, e.g. CMOS

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、放射線耐性の高い相補形MIS(Metal-Insulat
or-Semiconductor)半導体集積回路に関するものであ
る。
〔従来技術及びその問題点〕
従来、この種の半導体集積回路においては、厚いフィー
ルド酸化膜を用いて素子間分離を行なっていた。
ところが、このような装置に電子線などの放射線が照射
された場合には、放射線照射によって発生する酸化膜中
の電荷や酸化膜−半導体基板の界面準位によってフラッ
トバンド電圧が顕著に変動し、素子間分離の機能が著し
く損なわれ、そのためいわゆるトータル・ドーズ耐量が
低くなるという欠点があった。
さらに、宇宙環境下においては、高エネルギーの重粒子
が存在し、その重粒子が半導体集積回路に入射した際に
半導体領域内に多量の電子−正孔対を発生させるが、相
補形MIS半導体集積回路においては、この発生電荷がト
リガとなってラッチアップが生じ、そのため回路機能が
失われたり、素子が破損したりするという問題がある。
上記のラッチアップを防止するには、拡散層とウェル間
隔を充分離す必要があり、そのため、ラッチアップ耐性
を高くすると集積密度を大きくすることが困難になり、
従ってラッチアップ耐性が高く、しかも高集積密度の半
導体集積回路を実現することは困難であった。
また、この解決策として低抵抗基板とその上に成長させ
たエピタキシャル層とを利用し、寄生抵抗を低くするこ
とによってラッチアップ耐性を向上させる方法も考えら
れるが、その効果は充分ではなく、またこの方法を用い
たとしても厚いフィールド酸化膜を用いている従来の素
子間分離技術では、トータル・ドーズ耐量は依然として
低いという問題があった。
本発明は、上記のごとき従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであり、トータル・ドーズ耐量とラッ
チアップ耐性との両者を向上させた相補形MIS半導体集
積回路を提供することを目的とするものである。
〔問題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため本発明においては、相補形MI
S半導体集積回路装置において、 第1の導電形の第1の半導体素子形成領域上に絶縁膜を
介して設けた第2の導電形の第1のゲート電極と、 前記第1の半導体素子形成領域内の第1の素子分離領域
上に絶縁膜を介して設け、かつ、第1の電圧を印加する
第2の導電形の第1のシールド・プレート電極と、 第2の導電形の第2の半導体素子形成領域上に絶縁膜を
介して設けた第2の導電形の第2のゲート電極と、 前記第2の半導体素子形成領域内の第2の素子分離領域
上に絶縁膜を介して設け、かつ、第2の電圧を印加する
第2の導電形の第2のシールド・プレート電極とを備
え、かつ、 前記第1、第2の少なくとも一方のシールド・プレート
電極は、前記第1、第2の少なくとも一方の素子分離領
域に設けた溝内に、絶縁膜を介して設けた第2の導電形
の溝電極と、前記溝の開口部周辺に設けた第2の導電形
の不純物ドープ領域とを電気的に接続して有することを
特徴とする。
〔作用〕
上記のように構成することにより、上記半導体素子形成
領域上の素子分離領域に形成されたMIS構造のシールド
・プレート電極によってトータル・ドーズ耐量が向上す
ると共に、各素子と素子間に形成される寄生トランジス
タとの間が上記の溝で遮られ、寄生トランジスタ間の正
帰還作用が妨げられるため、ラッチアップ耐性を向上さ
せることができる。
また、上記の溝電極と拡散層とが同電位になるため、絶
縁膜の絶縁耐性に起因する問題が防止され、さらに、電
子線等の放射線照射によって絶縁膜内に正電荷が発生
し、この電荷によって溝周囲に反転層が形成された場合
に、この反転層と上記の拡散層とが同電位になるため、
反転層と溝電極とに挟まれた絶縁膜に電位差が生じるこ
とがなく、この部分の絶縁膜の絶縁耐性に起因する問題
も防止されるという効果が得られる。
以下に、図面を用いて詳細に説明する。
〔実施例〕
第1図は、本発明の第1の実施例の断面図である。
第1図において、1はp形シリコンの半導体素子形成領
域、2はn形シリコンの半導体素子形成領域、3はゲー
ト酸化膜、4と5はn形ポリシリコンのシールド・プレ
ート電極、6と7はn形ポリシリコンのゲート電極、8
はシリコン酸化膜、9はn形ポリシリコンの溝電極、1
0、11及び12はn+拡散層、13はp+拡散層であり、V1、V2
及びV2′は各々所定の電圧である。
第1図に示すように、素子分離領域がn形ポリシリコン
で形成されたシールド・プレート電極4及び5を含むMI
S構造によって構成されており、該電極4には所定電圧V
2が印加され、該電極5には所定電圧V1が印加されてい
る。該MIS構造によりp形の半導体領域及びn形の半導
体領域が反転層を形成するのを防止できるので、酸化膜
3は数100Å以下にまで薄くすることが可能であるた
め、放射線に対するトータル・ドーズ耐量を向上させる
ことができる。
また、第1図の構成においては、n形シリコンの半導体
素子形成領域2とp形シリコンの半導体素子形成領域1
の境界を含むように溝が形成され、該溝の内壁面に絶縁
膜としてシリコン酸化膜8が形成され、さらに、該シリ
コン酸化膜8の内部がn形ポリシリコン9で埋め込ま
れ、n形ポリシリコンのシールド・プレート電極5と電
気的に接続され、所定電圧V1が印加されている。この場
合、高エネルギー重粒子照射によるラッチ・アップ問題
については、n+拡散層12、p形シリコンの半導体素子形
成領域1、n形シリコンの半導体素子形成領域2で形成
される寄生の横型npnトランジスタと、p+拡散層13、n
形シリコンの半導体素子形成領域2、p形シリコンの半
導体素子形成領域1で形成される寄生の縦型pnpトラン
ジスタとの間が、上記溝で遮られるため、両トランジス
タの正帰還作用が妨げられ、ラッチ・アップ耐性を向上
させることができる。
さらに、第1図の構成では、n形シリコンの半導体素子
形成領域2内で溝の開口部周辺に形成されたn形の拡散
層11と、p形シリコンの半導体素子形成領域1内で溝の
開口部周辺に形成されたn形の拡散層10が、溝内面のMI
S構造の溝電極9及びn形シリコンの半導体素子形成領
域2上の素子分離領域を構成しているMIS構造のn形ポ
リシリコンのシールド・プレート電極5と電気的に接続
され、所定電圧V1が印加されている。本実施例では、n+
拡散層10及び11はイオン注入など特別なプロセスを追加
することなく、n形ポリシリコンで構成される。すなわ
ち、シールド・プレート電極5を形成する前に所定の領
域のゲート酸化膜3の一部を除去しておけば、シールド
・プレート電極5の形成後、例えばソース・ドレイン層
の形成工程に含まれる熱処理工程によってシールド・プ
レート電極5のn形ポリシリコンからn形不純物が半導
体素子形成領域1及び2に拡散されて形成される。n+
散層10及び11を有することにより、n+拡散層10及び11
と、n形の半導体素子形成領域2及び溝電極9が同電位
になるため、溝電極9とn+拡散層10に挟まれた酸化膜8
及び溝電極9とn形シリコン領域2及びn+拡散層11に挟
まれた酸化膜8には電圧差が生じないため、この部分の
酸化膜の絶縁耐性に起因する問題が防止される。また、
電子線などの放射線照射によって酸化膜8内に正電荷が
発生するが、この電荷によって、p形の半導体素子形成
領域1の溝周囲に反転層が形成された場合には、この反
転層とp形の半導体素子形成領域1内のn+拡散層10は同
電位になるため、反転層と溝電極9に挟まれた酸化膜8
には電位差が生じないため、この部分の酸化膜の絶縁耐
性に起因する問題も防止される。
第2図は本発明の第2の実施例を示す断面図である。
第2図において、14はp形の低抵抗シリコン基板、15は
p形のエピタキシャル・シリコン層である。
本実施例は、本発明をp++形基板上に成長させたp形エ
ピタキシャル層を半導体素子形成領域として、適用した
場合である。この場合には、低抵抗基板14の効果によっ
て、寄生抵抗が減少するため、前記第1の実施例におい
て説明した溝分離の効果とあいまって、ラッチ・アップ
耐性がさらに向上する。この向上効果は、溝の深さに依
存し、プロセス中の熱処理による抵抗坑基板14からエピ
タキシャル成長層15への不純物拡散を考慮すると、溝の
深さは、エピタキシャル成長層の厚さの4割以上深くす
ることが必要である。
第3図は本発明の第3の実施例を示す断面図であり、本
実施例の構成においては、第2図におけるn+拡散層10が
省略されている。すなわち、溝内壁の酸化膜8の耐圧上
の問題がなければ、第2図におけるn+拡散層10は第3図
のように省略することが可能であり、これにより高密度
の集積回路を形成することができる。
第4図は本発明の第4の実施例を示す断面図である。こ
れまで内壁に酸化膜8を有し、n形のポリシリコン9で
埋め込まれた溝が、p形シリコンの半導体素子形成領域
1とn形シリコンの半導体素子形成領域2の境界を含む
ように配置されていたが、第4図では、さらに、他のシ
ールド・プレート電極下に配置されており、溝内部のn
形ポリシリコン電極9は、n形ポリシリコンのシールド
・プレート電極4と電気的に接続され、所定電圧V2が印
加されている。このように、溝分離を多用することによ
り、ラッチ・アップ耐性はより向上する。また、第4図
に示すように、本実施例においても、このような溝分離
がn形シリコンの半導体素子形成領域2内でシールド・
プレート電極5の下に設けてあり、溝電極9をシールド
・プレート電極5と電気的に接続し、所定電圧V1を印加
してあるので、これによってもラッチ・アップ耐性が向
上することはいうまでもない。
なお、これまでnウェルを用いた構造で、本発明の実施
例を示したが、pウェルを用いた構造、あるいは両ウェ
ルを用いた構造にも、本発明が実施できることはいうま
でもない。また、低抵抗の半導体領域14はn形でもp形
でも本発明は実施されうる。さらに、MOSFETのゲート電
極及びシールド・プレート電極の材料は低抵抗化のた
め、ポリシリコン上に金属材料をはり合わせた、いわゆ
るポリサイド構造にすることもできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、シールド・プレー
ト電極を設けたことにより酸化膜を薄くすることがで
き、放射線照射によるトータル・ドーズ耐量を向上させ
ることができ、かつ、素子分離領域に溝を設けることに
よりラッチ・アップ耐性を向上させることができる。
また、溝周囲の半導体素子形成領域表面上のゲート酸化
膜を一部除去しておき、シールド・プレート電極部材か
ら不純物を拡散させることにより半導体素子形成領域表
面と高不純物濃度層を設けることによって、溝内部の酸
化膜の耐性を向上させることができる。
さらに、シールド・プレート電極とゲート電極の導電形
が同一なので電極材料への不純物導入工程が簡略である
効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図はそれぞれ本発明の実施例を示す断面
図である。 1……p形シリコンの半導体素子形成領域 2……n形シリコンの半導体素子形成領域 3……ゲート酸化膜 4、5……n形ポリシリコンのシールド・プレート電極 6、7……n形ポリシリコンのゲート電極 8……シリコン酸化膜 9……n形ポリシリコンの溝電極 10、11、12……n+拡散層 13……p+拡散層 14……p形の低抵抗シリコン基板 15……p形のエピタキシャル・シリコン層 V1、V2、V2′……所定電圧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】相補形MIS半導体集積回路装置において、 第1の導電形の第1の半導体素子形成領域上に絶縁膜を
    介して設けた第2の導電形の第1のゲート電極と、 前記第1の半導体素子形成領域内の第1の素子分離領域
    上に絶縁膜を介して設け、かつ、第1の電圧を印加する
    第2の導電形の第1のシールド・プレート電極と、 第2の導電形の第2の半導体素子形成領域上に絶縁膜を
    介して設けた第2の導電形の第2のゲート電極と、 前記第2の半導体素子形成領域内の第2の素子分離領域
    上に絶縁膜を介して設け、かつ、第2の電圧を印加する
    第2の導電形の第2のシールド・プレート電極とを備
    え、かつ、 前記第1、第2の少なくとも一方のシールド・プレート
    電極は、前記第1、第2の少なくとも一方の素子分離領
    域に設けた溝内に、絶縁膜を介して設けた第2の導電形
    の溝電極と、前記溝の開口部周辺に設けた第2の導電形
    の不純物ドープ領域とを電気的に接続して有することを
    特徴とする相補形MIS半導体集積回路装置。
JP60131920A 1985-06-19 1985-06-19 相補形mis半導体集積回路装置 Expired - Lifetime JPH0770686B2 (ja)

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