JP2003051551A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing the same

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JP2003051551A
JP2003051551A JP2001235765A JP2001235765A JP2003051551A JP 2003051551 A JP2003051551 A JP 2003051551A JP 2001235765 A JP2001235765 A JP 2001235765A JP 2001235765 A JP2001235765 A JP 2001235765A JP 2003051551 A JP2003051551 A JP 2003051551A
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Japan
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conductivity type
semiconductor region
region
semiconductor
substrate
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Application number
JP2001235765A
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Japanese (ja)
Inventor
Masabumi Miyamoto
正文 宮本
Yoshifumi Wakahara
祥史 若原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Element Separation (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize increase of operating current and reduction of junction capacitance caused by substrate floating without using an expensive SOI substrate, and solve the problems of thermal resistance and crystal defect which are the defects on an SOI substrate. SOLUTION: An N (P) well NWL (PML) is arranged between a P (N) semiconductor region PA (PN) in which an N (P) channel MISFET Qn (Qp) is arranged and a semiconductor substrate IS. As a result, the P (N) semiconductor region PA (PN) is electrically isolated from the semiconductor substrate IS.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法および半導体装置技術に関し、特に、電界効果トラ
ンジスタを有する半導体装置の製造方法および半導体装
置技術に適用して有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device technology, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a field effect transistor and a technology effectively applied to the semiconductor device technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明者らが検討した技術は、例えば部
分空乏型のSOI(Silicon On Insulator)基板に電界
効果トランジスタを設けた半導体装置構造である。SO
I基板は、下地絶縁層上に薄い半導体層を設け、その半
導体層の主面上に電界効果トランジスタ等のような素子
を形成する構造を有している。この構造の電界効果トラ
ンジスタのゲート電極に電圧が印加されると、ゲート絶
縁膜側から空乏層が広がるが、反転層が形成される最大
の空乏層幅となっても下地絶縁層には到達せず、空乏化
しない基板領域が残される。この構造は最も良く用いら
れているが、基板(すなわち、半導体層)が電気的に絶
縁されていることにより、導通時に基板電位が上昇し、
しきい値電圧が下がる結果、駆動電流を多くとれる効果
がある。また、ソースおよびドレイン用の半導体領域と
チャネル層との接合の空乏層が下地絶縁層の上まで広が
り、接合容量を大幅に低減できる。
2. Description of the Related Art A technique studied by the present inventors is, for example, a semiconductor device structure in which a field-effect transistor is provided on a partially depleted SOI (Silicon On Insulator) substrate. SO
The I substrate has a structure in which a thin semiconductor layer is provided on a base insulating layer and an element such as a field effect transistor is formed on the main surface of the semiconductor layer. When a voltage is applied to the gate electrode of the field-effect transistor of this structure, the depletion layer spreads from the gate insulating film side, but even if the width of the depletion layer where the inversion layer is formed reaches the maximum, it should not reach the underlying insulating layer. Therefore, a substrate region that is not depleted is left. This structure is most often used, but since the substrate (that is, the semiconductor layer) is electrically insulated, the substrate potential rises when conducting,
As a result of lowering the threshold voltage, there is an effect that a large drive current can be obtained. In addition, the depletion layer of the junction between the source and drain semiconductor regions and the channel layer spreads over the base insulating layer, and the junction capacitance can be significantly reduced.

【0003】なお、部分空乏化型のSOI基板について
は、例えばScalability of SOI Technology into 0.13
μm 1.2V CMOS Generation, E.Leobandung,et.al,Tec
h.Digest of IEDM98,pp403-406,1998.IBMに記載があ
る。
Regarding the partially depleted SOI substrate, for example, Scalability of SOI Technology into 0.13
μm 1.2V CMOS Generation, E.Leobandung, et.al, Tec
h.Digest of IEDM98, pp403-406, 1998. IBM.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記SOI
基板を用いた半導体装置技術においては、基板価格が通
常基板の5倍以上と高価である、素子領域が絶縁体で覆
われる構造のため熱抵抗が大きく接合温度が上昇し易
い、現状では結晶欠陥が通常の基板構造に比べて多い、
また、素子領域が絶縁体で完全に分離されるため基板電
位のフローティングの制御が難しい等のような問題があ
る。そこで、SOI構造が有している長所を如何にして
通常の基板構造で実現するかが重要な課題となってい
る。
However, the above SOI
In the semiconductor device technology using a substrate, the substrate price is expensive, which is usually five times as high as that of the substrate, and because the element region is covered with an insulator, the thermal resistance is large and the junction temperature easily rises. Is more than the normal board structure,
Further, since the element regions are completely separated by the insulator, it is difficult to control the floating of the substrate potential. Therefore, how to realize the advantages of the SOI structure with a normal substrate structure has become an important issue.

【0005】本発明の目的は、半導体装置の性能を向上
させることのできる技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the performance of a semiconductor device.

【0006】また、本発明の目的は、半導体装置のコス
トを低減することのできる技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the cost of a semiconductor device.

【0007】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
Among the inventions disclosed in the present application, a brief description will be given to the outline of typical ones.
It is as follows.

【0009】すなわち、本発明は、半導体基板と、その
主面に形成された電界効果トランジスタのチャネルが形
成される半導体領域とをpn接合によって分離するもの
である。
That is, the present invention separates the semiconductor substrate and the semiconductor region in which the channel of the field effect transistor is formed in the main surface thereof by a pn junction.

【0010】また、本発明は、半導体基板と、その主面
に形成された電界効果トランジスタが形成された半導体
領域との間に、前記半導体基板と半導体領域とを分離す
るように、その半導体領域とは反対導電型の半導体領域
を設けるものである。
Further, according to the present invention, between the semiconductor substrate and the semiconductor region in which the field effect transistor formed in the main surface thereof is formed, the semiconductor substrate and the semiconductor region are separated from each other. The semiconductor region of the opposite conductivity type is provided.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下の実施の形態においては便宜
上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施
の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除
き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他
方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係
にある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the following embodiments, when there is a need for convenience, description will be made by dividing into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are unrelated to each other. However, one of them is in a relationship of a modification, details, supplementary explanation, etc. of a part or all of the other.

【0012】また、以下の実施の形態において、要素の
数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場
合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数
に限定される場合等を除き、その特定の数に限定される
ものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, amount, range, etc.) of the elements, the number is explicitly specified and the number is obviously limited to a specific number in principle. The number is not limited to the specific number except the case, and may be a specific number or more or less.

【0013】さらに、以下の実施の形態において、その
構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場
合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合
等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまで
もない。
Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not always essential unless explicitly stated or in principle considered to be essential. Needless to say

【0014】同様に、以下の実施の形態において、構成
要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示
した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられ
る場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似
するもの等を含むものとする。このことは、上記数値お
よび範囲についても同様である。
Similarly, in the following embodiments, when referring to shapes, positional relationships, etc. of constituent elements, etc., except when explicitly stated or when it is considered that it is apparently not in principle, it is substantially the same. In addition, the shape and the like are included or similar. This also applies to the above numerical values and ranges.

【0015】また、本実施の形態を説明するための全図
において同一機能を有するものは同一の符号を付し、そ
の繰り返しの説明は省略する。
Further, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.

【0016】また、本実施の形態においては、電界効果
トランジスタを代表するMIS・FET(Metal Insula
tor Semiconductor Field Effect Transistor)をMI
Sと略し、pチャネル型のMIS・FETをpMISと
略し、nチャネル型のMIS・FETをnMISと略
す。
Further, in this embodiment, a MIS • FET (Metal Insula) representing a field effect transistor is used.
tor Semiconductor Field Effect Transistor) MI
Abbreviated as S, p-channel type MIS • FET is abbreviated as pMIS, and n-channel type MIS • FET is abbreviated as nMIS.

【0017】以下、本発明の実施の形態を図面に基づい
て詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0018】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態である半導体装置を構成する半導体チップ1Cの
ロジック回路部における要部断面図を示している。ま
た、図2は、半導体チップ1Cを構成する半導体基板
(以下、単に基板という)1Sの不純物濃度分布を示し
ている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts in a logic circuit portion of a semiconductor chip 1C constituting a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 shows an impurity concentration distribution of a semiconductor substrate (hereinafter, simply referred to as a substrate) 1S that constitutes the semiconductor chip 1C.

【0019】基板1Sは、例えばp型のシリコン(S
i)単結晶からなり、その主面(デバイス形成面)に
は、溝型の分離部(SGI;Shallow Groove Isolatio
n)2が形成されている。溝型の分離部2は、例えば基
板1Sの主面に分離用の溝を形成した後、その溝内を埋
め込むように基板1Sの主面上に酸化シリコン膜(Si
2)等のような絶縁膜を堆積し、さらにその絶縁膜を
溝内にのみに残されるようにCMP(Chemical Mechani
cal Polishing)等によって研磨することにより形成さ
れている。溝型の分離部2の深さ(基板1Sの主面から
分離部2の底面までの距離)は、例えば0.2〜0.3
μm程度である。この溝型の分離部2に囲まれた領域は
活性領域(デバイス形成領域)となっている。この基板
1Sにおいて活性領域にはp型の半導体領域PA(第1
導電型の半導体領域)が形成されている。p型の半導体
領域PAには、例えばホウ素(B)または二フッ化ホウ
素(BF 2)が含有されている。ここでは、そのp型の
半導体領域PA内に形成されたロジック回路用のnMI
SQnが例示されている。
The substrate 1S is made of, for example, p-type silicon (S
i) It consists of a single crystal and its main surface (device formation surface)
Is a groove type isolation part (SGI; Shallow Groove Isolatio)
n) 2 is formed. The groove type separating part 2 is, for example, a base.
After forming a separation groove on the main surface of the plate 1S, fill the inside of the groove.
A silicon oxide film (Si
O2), Etc., and then
CMP (Chemical Mechani) so that it is left only in the groove
formed by polishing with cal polishing, etc.
Has been. Depth of the groove-shaped separating portion 2 (from the main surface of the substrate 1S
The distance to the bottom surface of the separating portion 2) is, for example, 0.2 to 0.3.
It is about μm. The area surrounded by the groove-shaped separating portion 2 is
It is an active region (device formation region). This board
In 1S, the p-type semiconductor region PA (first
A conductive type semiconductor region) is formed. p-type semiconductor
In the area PA, for example, boron (B) or borofluoride is used.
Elementary (BF 2) Is contained. Here, the p-type
NMI for logic circuit formed in semiconductor area PA
SQn is illustrated.

【0020】nMISQnは、ソースおよびドレイン用
の半導体領域3,3と、チャネル領域CHnと、ゲート
絶縁膜4と、ゲート電極5とを有している。ソースおよ
びドレイン用の半導体領域3,3は、p型の半導体領域
PA内に形成されるチャネル領域CHnを挟んでその両
側に一対となるように配置されており、それぞれチャネ
ル領域CHnの近傍に配置されたn型の半導体領域3a
と、そのn型の半導体領域3a分を挟んでチャネル領域
CHnから離間した位置に配置されたn+型の半導体領
域3bとを有している。n型の半導体領域3aおよびn
+型の半導体領域3bには、共に、例えばリン(P)ま
たはヒ素(As)が含有されているが、n型の半導体領
域3aは、いわゆるエクステンション領域とも呼ばれ、
その不純物濃度の方が、n+型の半導体領域3bのそれ
よりも低くなるように設定されている。すなわち、LD
D(Lightly Doped Drain)構造とされている。
The nMISQn has semiconductor regions 3 and 3 for source and drain, a channel region CHn, a gate insulating film 4 and a gate electrode 5. The semiconductor regions 3 and 3 for the source and drain are arranged so as to be paired on both sides of the channel region CHn formed in the p-type semiconductor region PA, and are arranged in the vicinity of the channel region CHn. N-type semiconductor region 3a
And an n + type semiconductor region 3b arranged at a position separated from the channel region CHn with the n type semiconductor region 3a interposed therebetween. n-type semiconductor regions 3a and n
Both the + type semiconductor regions 3b contain, for example, phosphorus (P) or arsenic (As), but the n type semiconductor regions 3a are also called extension regions,
The impurity concentration is set to be lower than that of the n + type semiconductor region 3b. That is, LD
It has a D (Lightly Doped Drain) structure.

【0021】また、後述する本実施の形態1の構造で
は、p型の半導体領域PAが電気的にフローティング状
態となり、しきい値電圧が低下するので、そのしきい値
電圧の低下し過ぎを防ぐべく、チャネル領域CHnの不
純物濃度を高めにすることで、しきい値電圧が通常より
も50mV〜100mVほど高めになるように設定され
ている。ここでは、しきい値電圧を調整するために、チ
ャネル領域CHnに、例えばホウ素が10keV程度の
イオン打ち込みエネルギーで基板1Sの主面からイオン
注入されている。
Further, in the structure of the first embodiment to be described later, the p-type semiconductor region PA is brought into an electrically floating state and the threshold voltage is lowered, so that the threshold voltage is prevented from being lowered too much. Therefore, by increasing the impurity concentration of the channel region CHn, the threshold voltage is set to be 50 mV to 100 mV higher than usual. Here, in order to adjust the threshold voltage, for example, boron is ion-implanted into the channel region CHn from the main surface of the substrate 1S with an ion implantation energy of about 10 keV.

【0022】ゲート絶縁膜4は、例えば酸化シリコン
(SiO2)からなり、その厚さは、二酸化シリコン換
算膜厚で、例えば2.5nm以下、一例としては1.5
nm程度である。ただし、ゲート絶縁膜の材料は、これ
に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば
ゲート絶縁膜4を酸窒化シリコン膜(SiON)として
も良い。すなわち、ゲート絶縁膜4と基板1Sとの界面
に窒素を偏析させる構造としても良い。酸窒化シリコン
膜は、酸化シリコン膜に比べて膜中における界面準位の
発生を抑制したり、電子トラップを低減したりする効果
が高いので、ゲート絶縁膜4のホットキャリア耐性を向
上でき、絶縁耐性を向上させることができる。また、酸
窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて不純物が貫
通し難いので、酸窒化シリコン膜を用いることにより、
ゲート電極材料中の不純物が基板1S側に拡散すること
に起因するしきい値電圧の変動を抑制することができ
る。酸窒化シリコン膜を形成するには、例えば基板1S
をNO、NO2またはNH3といった含窒素ガス雰囲気中
で熱処理すれば良い。また、基板1Sの表面に酸化シリ
コンからなるゲート絶縁膜4を形成した後、基板1Sを
上記した含窒素ガス雰囲気中で熱処理し、ゲート絶縁膜
4と基板1Sとの界面に窒素を偏析させることによって
も、上記と同様の効果を得ることができる。また、ゲー
ト絶縁膜4を、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を積
層した構造としても良い。さらに、ゲート絶縁膜4を、
例えばHfO2(誘電率ε=20.6)、ZrO2(ε=
24.7)、Al23(ε=8.4)、Y23(ε=1
4)やHfSiO4、ZrSiO4(ε=19.4)等の
ような高誘電体膜からなる絶縁膜で形成しても良い。
The gate insulating film 4 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), and its thickness is, in terms of silicon dioxide, 2.5 nm or less, for example, 1.5 nm.
It is about nm. However, the material of the gate insulating film is not limited to this, and various changes can be made. For example, the gate insulating film 4 may be a silicon oxynitride film (SiON). That is, a structure may be adopted in which nitrogen is segregated at the interface between the gate insulating film 4 and the substrate 1S. The silicon oxynitride film is more effective than the silicon oxide film in suppressing the generation of interface states in the film and reducing electron traps, so that the hot carrier resistance of the gate insulating film 4 can be improved and the insulating property can be improved. The resistance can be improved. Further, since the silicon oxynitride film is less likely to be penetrated by impurities than the silicon oxide film, by using the silicon oxynitride film,
It is possible to suppress variation in threshold voltage due to diffusion of impurities in the gate electrode material toward the substrate 1S side. To form a silicon oxynitride film, for example, the substrate 1S
May be heat-treated in a nitrogen-containing gas atmosphere such as NO, NO 2 or NH 3 . Further, after forming the gate insulating film 4 made of silicon oxide on the surface of the substrate 1S, the substrate 1S is heat-treated in the above-described nitrogen-containing gas atmosphere to segregate nitrogen at the interface between the gate insulating film 4 and the substrate 1S. Also, the same effect as described above can be obtained. Further, the gate insulating film 4 may have a structure in which a silicon nitride film is laminated on a silicon oxide film. Furthermore, the gate insulating film 4 is
For example, HfO 2 (dielectric constant ε = 20.6), ZrO 2 (ε =
24.7), Al 2 O 3 (ε = 8.4), Y 2 O 3 (ε = 1
4), HfSiO 4 , ZrSiO 4 (ε = 19.4), or other high dielectric film.

【0023】上記ゲート電極5は、例えば低抵抗多結晶
シリコンからなる。ただし、これに限定されるものでは
なく種々変更可能であり、例えば低抵抗多結晶シリコン
膜上にコバルトシリサイド(CoSix)等のようなシ
リサイド層を設けた、いわゆるポリサイドゲート電極構
造や低抵抗多結晶シリコン膜上に窒化タングステン(W
N)等のようなバリアメタル層を介してタングステン等
のようなメタル膜を設けた、いわゆるポリメタルゲート
電極構造としても良い。ゲート電極5の側面には、LD
D構造を形成すべく、例えば酸化シリコン膜からなるサ
イドウォール7が形成されている。また、ゲート長は、
ゲート絶縁膜4の厚さが2.5nm程度であれば0.1
4μm程度、ゲート絶縁膜4の厚さが1.5nm程度で
あれば0.08μm程度である。また、nMISQnが
形成されたロジック回路領域の高電位側の電源電圧は、
例えば1.5V〜0.7V程度であり、周辺回路領域の
高電位側の電源電圧よりも相対的に低い。なお、半導体
チップ1Cにおいて、周辺回路領域(例えば入力回路、
出力回路および入出力双方向回路)の高電位側の電源電
圧は、例えば3.0Vまたは3.3V程度である。
The gate electrode 5 is made of, for example, low resistance polycrystalline silicon. However, the present invention is not limited to this, and various modifications are possible. For example, a so-called polycide gate electrode structure or low resistance in which a silicide layer such as cobalt silicide (CoSi x ) is provided on a low resistance polycrystalline silicon film. Tungsten nitride (W
A so-called polymetal gate electrode structure in which a metal film such as tungsten is provided via a barrier metal layer such as N) may be used. LD on the side surface of the gate electrode 5
In order to form the D structure, the sidewall 7 made of, for example, a silicon oxide film is formed. Also, the gate length is
0.1 if the thickness of the gate insulating film 4 is about 2.5 nm
The thickness is about 4 μm and about 0.08 μm if the thickness of the gate insulating film 4 is about 1.5 nm. Further, the power supply voltage on the high potential side of the logic circuit region in which the nMISQn is formed is
For example, it is about 1.5 V to 0.7 V, which is relatively lower than the power supply voltage on the high potential side of the peripheral circuit region. In the semiconductor chip 1C, a peripheral circuit area (for example, an input circuit,
The power supply voltage on the high potential side of the output circuit and the input / output bidirectional circuit) is, for example, about 3.0V or 3.3V.

【0024】このようなnMISQnは、基板1Sの主
面上に堆積された層間絶縁膜8によって覆われている。
層間絶縁膜8は、例えば酸化シリコン膜からなり、その
上面には、第1層配線9が形成されている。第1層配線
9は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金から
なり、層間絶縁膜8に穿孔されたコンタクトホール10
を通じてソースおよびドレイン用の半導体領域3と電気
的に接続されている。
Such nMISQn is covered with the interlayer insulating film 8 deposited on the main surface of the substrate 1S.
The interlayer insulating film 8 is made of, for example, a silicon oxide film, and the first layer wiring 9 is formed on the upper surface thereof. The first layer wiring 9 is made of, for example, aluminum or aluminum alloy, and has a contact hole 10 formed in the interlayer insulating film 8.
Is electrically connected to the semiconductor region 3 for the source and the drain.

【0025】ところで、本発明者らは、部分空乏型のS
OI基板を用いた半導体装置の開発中に、部分空乏型の
SOI基板を用いた場合において、通常の基板を用いた
場合に対するメリットの多くが、基板フローティングに
よる駆動電流の増加と、接合容量の低減とにあることを
見出した。そこで、そのようなメリットを生じさせるよ
うな構造を通常の基板で実現するために、次のような構
成を採用した。
By the way, the present inventors have found that partially depleted S
During the development of a semiconductor device using an OI substrate, when a partially depleted SOI substrate is used, most of the advantages over the case of using a normal substrate are that the driving current increases due to the substrate floating and the junction capacitance decreases. And found that Therefore, in order to realize a structure that produces such an advantage on a normal substrate, the following configuration is adopted.

【0026】すなわち、本実施の形態1においては、n
MISQnが形成されたp型の半導体領域PAとその下
層の基板1Sとの間にnウエルNWL(第2導電型の半
導体領域)が設けられている。このnウエルNWLの不
純物分布は、基板1Sとp型の半導体領域PAおよびチ
ャネル領域CHnと基板1Sとが電気的に接続されない
ように、基板1Sの主面からの深さにおいて、溝型の分
離部2の底部よりは若干浅い位置であって、p型の半導
体領域PAのピーク位置よりは深い位置から溝型の分離
部2の底部よりは若干深い位置に広がって分布されるよ
うに形成されている。すなわち、本実施の形態1におい
ては、nMISQnのチャネル領域CHnおよびp型の
半導体領域PAと基板1Sとが、nウエルNWLと基板
1Sとのpn接合によって電気的に分離されている。こ
こでは、nMISQnのソースおよびドレイン用の半導
体領域3に対して電源電圧を印加した状態で、チャネル
領域CHn(p型の半導体領域PA)の接合間の空乏層
幅と、チャネル領域CHn(p型の半導体領域PA)と
nウエルNWLとの間に広がる空乏層によって、n +
の半導体領域3bと、nウエルNWLとが接続されない
ようにする必要がある。すなわち、図1中の距離x1
は、上記の空乏層幅の和よりも大きい必要がある。ま
た、nウエルNWL自体の幅x2もチャネル領域CHn
(p型の半導体領域PA)との間の空乏層、基板1Sと
の間の空乏層によって消滅しないようにする必要があ
る。すなわち、幅x2は、上記空乏層の幅の和よりも大
きい必要がある。このようなnウエルNWLは、上記溝
型の分離部2を形成した後、例えばリンを450keV
程度のイオン打ち込みエネルギーで基板1Sの主面から
イオン注入することにより形成されている。なお、nウ
エルNWLのピーク位置での不純物濃度は、図2に示す
ように、例えば1018/cm3か若干それより低い程度
である。
That is, in the first embodiment, n
P-type semiconductor region PA in which MISQn is formed and below
N-well NWL (second conductivity type half
Conductor areas) are provided. This n-well NWL
The pure substance distribution is obtained by comparing the substrate 1S and the p-type semiconductor region PA and
The channel region CHn and the substrate 1S are not electrically connected
In the depth from the main surface of the substrate 1S,
The p-type semiconductor is located at a position slightly shallower than the bottom of the remote part 2.
Groove-shaped separation from a position deeper than the peak position of the body area PA
It will be distributed in a position slightly deeper than the bottom of part 2.
Is formed. That is, in the first embodiment
Of the nMISQn channel region CHn and p-type
The semiconductor region PA and the substrate 1S are the n-well NWL and the substrate.
It is electrically isolated by a pn junction with 1S. This
This is a semiconductor for the source and drain of nMISQn.
With the power supply voltage applied to the body region 3, the channel
Depletion layer between junctions in the region CHn (p-type semiconductor region PA)
Width and channel region CHn (p-type semiconductor region PA)
By the depletion layer extending between the n-well NWL and n +Type
The semiconductor region 3b of n is not connected to the n-well NWL
Need to do so. That is, the distance x1 in FIG.
Must be larger than the sum of the above depletion layer widths. Well
The width x2 of the n-well NWL itself is also the channel region CHn.
A depletion layer between the (p-type semiconductor region PA) and the substrate 1S
Should not be extinguished by the depletion layer between
It That is, the width x2 is larger than the sum of the widths of the depletion layers.
I need to listen. The n-well NWL is formed in the groove
After forming the mold separation part 2, for example, phosphorus is added at 450 keV.
From the main surface of the substrate 1S with a degree of ion implantation energy
It is formed by ion implantation. In addition, n
The impurity concentration at the peak position of LNWL is shown in FIG.
Like, for example, 1018/ Cm3Or slightly lower
Is.

【0027】このようなnウエルNWLを設けたことに
より、半導体装置の性能上においてSOI基板を用いた
場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、導通
時には、ゲート電極5と、チャネル領域CHn(p型の
半導体領域PA)との容量結合によるチャネル領域CH
n(p型の半導体領域PA)の電位の上昇と、ドレイン
電流が流れインパクトイオゼイションによるホールが発
生することによるチャネル領域CHn(p型の半導体領
域PA)の電位の上昇とによって、nMISQnのしき
い値電圧が下がり電流が増加する。図3は、本実施の形
態1のnMISQnと、nウエル分離構造を有しない通
常の基板に形成されたnMISとのドレイン電流のゲー
ト電圧依存性を示している。本実施の形態1では、チャ
ネル領域CHn(p型の半導体領域PA)が電気的に絶
縁されているためにゲート電圧印加時には、しきい値電
圧が低下し、ドレイン電流を増加させることができる。
また、ソースおよびドレイン用の半導体領域3と基板1
Sとの間の接合容量は、n +型の半導体領域3bとチャ
ネル領域CHn(p型の半導体領域PA)との接合容量
と、チャネル領域CHn(p型の半導体領域PA)とn
ウエルNWLとの接合容量と、nウエルNWLと基板1
Sとの接合容量とが直列接続された状態となるため、n
ウエルNWLを設けない場合の約1/3に低減すること
ができる。これらにより、このトランジスタを含む回路
の動作速度を向上させることが可能となる。
By providing such an n-well NWL
From the viewpoint of the performance of the semiconductor device, the SOI substrate was used.
The same effect as the case can be obtained. Ie conduction
Sometimes, the gate electrode 5 and the channel region CHn (p-type
Channel region CH due to capacitive coupling with semiconductor region PA)
Increase in potential of n (p-type semiconductor region PA) and drain
An electric current flows and a hole is generated by impact ionization.
Channel region CHn (p-type semiconductor region
NMISQn threshold due to the rise of the potential in the area PA)
Value voltage decreases and current increases. Figure 3 shows the form
The nMISQn of state 1 and the communication that does not have the n-well isolation structure.
Gate of drain current with nMIS formed on ordinary substrate
Voltage dependence. In the first embodiment, the
The channel region CHn (p-type semiconductor region PA) is electrically isolated.
Since the gate voltage is applied, the threshold voltage is
The pressure is reduced and the drain current can be increased.
Also, the semiconductor region 3 for the source and drain and the substrate 1
The junction capacitance with S is n +Type semiconductor region 3b and cha
Junction capacitance with the channel region CHn (p-type semiconductor region PA)
And channel regions CHn (p-type semiconductor region PA) and n
Junction capacitance with well NWL, n well NWL and substrate 1
Since the junction capacitance with S is connected in series, n
Reduction to about 1/3 of the case without well NWL
You can By these, the circuit including this transistor
It is possible to improve the operating speed of.

【0028】また、チャネル領域CHn(p型の半導体
領域PA)と基板1Sとが絶縁体で完全に分離されるわ
けではなく、nウエルNWLで分離される構造とされて
おり、SOI基板に比べて熱を逃がし易い構造となって
いるので、熱抵抗の増大を大幅に低減することができ、
接合温度の上昇を抑えることができる。このため、半導
体装置の動作信頼性を向上させることができる。また、
パッケージ自体の冷却構造または半導体装置を冷却する
ための冷却装置や冷却機構を簡略化できる。
Further, the channel region CHn (p-type semiconductor region PA) and the substrate 1S are not completely separated by the insulator, but they are separated by the n well NWL, which is more than that of the SOI substrate. Since it has a structure that allows heat to escape easily, the increase in thermal resistance can be greatly reduced,
It is possible to suppress an increase in the joining temperature. Therefore, the operational reliability of the semiconductor device can be improved. Also,
The cooling structure of the package itself or the cooling device or the cooling mechanism for cooling the semiconductor device can be simplified.

【0029】また、SOI基板に比べて結晶欠陥を低減
できる。このため、半導体装置の歩留まりおよび信頼性
を向上させることができる。
Further, crystal defects can be reduced as compared with the SOI substrate. Therefore, the yield and reliability of the semiconductor device can be improved.

【0030】また、基板電位の上昇の制御に関しても、
チャネル領域CHnの下のpn接合のリーク電流を制御
することにより、比較的容易に制御することができる。
すなわち、基板フローティングの制御性を向上させるこ
とができる。このため、回路設計を容易にすることがで
きる。
Regarding the control of the rise of the substrate potential,
By controlling the leak current of the pn junction under the channel region CHn, the leak current can be controlled relatively easily.
That is, the controllability of the substrate floating can be improved. Therefore, the circuit design can be facilitated.

【0031】また、nウエルNWLを設けているだけで
基本的に通常の基板構造なので、高価なSOI基板を用
いた場合に比べて半導体装置のコストを低減することが
できる。
Further, since the n-well NWL is provided and the substrate structure is basically normal, the cost of the semiconductor device can be reduced as compared with the case of using an expensive SOI substrate.

【0032】(実施の形態2)本実施の形態2において
は、CMIS(Complementary MIS)回路を有する半導
体装置に本発明を適用した場合について説明する。
(Second Embodiment) In the second embodiment, a case where the present invention is applied to a semiconductor device having a CMIS (Complementary MIS) circuit will be described.

【0033】図4は、本発明の他の実施の形態である半
導体装置を構成する半導体チップ1Cのロジック回路部
を構成するCMIS回路部の要部断面図を示している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of a CMIS circuit section which constitutes a logic circuit section of a semiconductor chip 1C which constitutes a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【0034】nMISQnの形成領域の縦構造は、前記
実施の形態1と同じなので説明を省略し、ここでは、p
MISQpの形成領域の縦構造について説明する。pM
ISQpの形成領域において基板1Sの活性領域には、
n型の半導体領域NA(第2導電型の半導体領域)が形
成されており、このn型の半導体領域NA内にpMIS
Qpが形成されている。このn型の半導体領域NAに
は、例えばリン(P)またはヒ素(As)が含有されて
いる。
Since the vertical structure of the nMISQn forming region is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
The vertical structure of the MISQp formation region will be described. pM
In the formation region of ISQp, in the active region of the substrate 1S,
An n-type semiconductor region NA (second conductivity type semiconductor region) is formed, and a pMIS is formed in the n-type semiconductor region NA.
Qp is formed. The n-type semiconductor region NA contains, for example, phosphorus (P) or arsenic (As).

【0035】pMISQpは、ソースおよびドレイン用
の半導体領域11,11と、チャネル領域CHpと、ゲ
ート絶縁膜4と、ゲート電極5とを有している。ソース
およびドレイン用の半導体領域11,11は、チャネル
領域CHpを挟んで一対となるように配置されており、
それぞれチャネル領域CHpの近傍に配置されたp型の
半導体領域11aと、そのp型の半導体領域11a分を
挟んでチャネル領域CHpから離間した位置に配置され
たp+型の半導体領域11bとを有している。p型の半
導体領域11aおよびp+型の半導体領域11bには、
共に、例えばホウ素(B)または二フッ化ホウ素(BF
2)が含有されているが、p型の半導体領域11aは、
いわゆるエクステンション領域とも呼ばれ、その不純物
濃度の方が、p+型の半導体領域11bのそれよりも低
くなるように設定されている。すなわち、LDD構造と
されている。
The pMISQp has source and drain semiconductor regions 11 and 11, a channel region CHp, a gate insulating film 4, and a gate electrode 5. The source and drain semiconductor regions 11 and 11 are arranged so as to form a pair with the channel region CHp interposed therebetween.
Each has a p-type semiconductor region 11a arranged near the channel region CHp and ap + -type semiconductor region 11b arranged at a position separated from the channel region CHp with the p-type semiconductor region 11a interposed therebetween. is doing. In the p-type semiconductor region 11a and the p + -type semiconductor region 11b,
Together, for example, boron (B) or boron difluoride (BF
2 ) is contained, but the p-type semiconductor region 11a is
It is also called an extension region, and its impurity concentration is set to be lower than that of the p + type semiconductor region 11b. That is, it has an LDD structure.

【0036】そして、本実施の形態2においては、pM
ISQpが形成されたn型の半導体領域NAとその下層
の基板1Sとの間にpウエルPWL(第1導電型の半導
体領域)が設けられている。すなわち、本実施の形態2
においては、pMISQpのチャネル領域CHp(n型
の半導体領域NA)と基板1Sとが、pウエルPWLと
n型の半導体領域NAとのpn接合によって電気的に分
離されている。このpウエルPWLの不純物分布や形成
状態は、前記nウエルNWLと同じなので説明を省略す
る。このようなpウエルPWLは、上記溝型の分離部2
を形成した後、例えばホウ素を160keV程度のイオ
ン打ち込みエネルギーで基板1Sの主面からイオン注入
することにより形成されている。なお、pウエルPWL
のピーク位置での不純物濃度は、nウエルNWLと同じ
程度である。pMISQpのチャネル領域CHpは、所
望のしきい値(従来構造の場合よりも50mV〜100
mV程度エンハンス側)となるように、例えばリンを2
0keV程度基板1Sの主面側からイオン注入すること
で形成されている。これ以外は、前記実施の形態1と同
じなので説明を省略する。
Then, in the second embodiment, pM
A p-well PWL (first-conductivity-type semiconductor region) is provided between the n-type semiconductor region NA in which ISQp is formed and the underlying substrate 1S. That is, the second embodiment
In the above, the channel region CHp (n-type semiconductor region NA) of the pMISQp and the substrate 1S are electrically separated by the pn junction between the p-well PWL and the n-type semiconductor region NA. The impurity distribution and formation state of the p-well PWL are the same as those of the n-well NWL, and the description thereof is omitted. Such a p-well PWL has the above-mentioned groove-type isolation portion 2
After the formation of the substrate, for example, boron is ion-implanted from the main surface of the substrate 1S with an ion implantation energy of about 160 keV. In addition, p well PWL
The impurity concentration at the peak position is about the same as that of the n-well NWL. The channel region CHp of pMISQp has a desired threshold value (50 mV to 100 mV as compared with the case of the conventional structure).
For example, phosphorus should be 2
It is formed by performing ion implantation from the main surface side of the substrate 1S at about 0 keV. Except for this, the description is omitted because it is the same as the first embodiment.

【0037】このように本実施の形態2によれば、前記
実施の形態1で得られた効果の他に、以下の効果を得る
ことができる。すなわち、pMISQpでも、上記nM
ISQnと同様の効果を得ることができる。したがっ
て、CMIS回路で構成されるロジック回路を有する半
導体装置の動作速度(性能)を向上させることができ
る。
As described above, according to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the first embodiment. That is, even in pMISQp, the above nM
The same effect as ISQn can be obtained. Therefore, the operation speed (performance) of the semiconductor device having the logic circuit including the CMIS circuit can be improved.

【0038】(実施の形態3)前記実施の形態1,2の
MISの縦構造においては、上記のように動作速度を向
上させることはできるが、MISのしきい値電圧が動作
領域内で変動し不安定になる。そこで、本実施の形態3
においては、同一の基板1Sに形成されるMISであっ
ても、前記MISの縦構造を採用するものと、採用しな
いものとの作り分けを行った。すなわち、回路に必要と
される電気的特性に応じて前記実施の形態1,2で説明
したMISの縦構造と、通常のMISの縦構造とを使い
分けた。具体的には、しきい値電圧がある程度変動して
も動作に支障をきたさない回路を構成するMISには前
記MISの縦構造を採用し、しきい値電圧が変動すると
動作に支障をきたす回路を構成するMISには前記MI
Sの縦構造を採用せず一般的なMISの縦構造とした。
例えばデジタル回路を構成するMISには、前記実施の
形態1,2で説明したMISの縦構造を採用した。ま
た、例えば高い動作精度を必要とするアナログ回路、入
出力回路またはメモリ回路のメモリセルやセンスアンプ
回路等(以下、単にアナログ回路等という)を構成する
MISは、前記MISの縦構造を採用せず、通常のMI
Sの縦構造を採用した。メモリセルは、デジタル回路で
はあるが、微小な信号(電荷)を読み出したり、書き込
んだりするので、メモリセルを構成するMIS・FET
のしきい値電圧が変動するとデータ処理に支障をきたす
ことから、通常のMISの縦構造を採用することが好ま
しい。また、本発明者らの検討によれば、MISの動作
電圧(高電位側の電源電圧)の観点で考慮した場合、そ
の動作電圧が、例えば1.5V以下ならば、前記実施の
形態1,2で説明したMISの縦構造を採用することが
好ましい。一方、MISの動作電圧が、例えば1.5V
よりも高いならば、上記通常のMISの縦構造を採用す
ることが好ましい。
(Third Embodiment) In the vertical structure of the MIS according to the first and second embodiments, the operating speed can be improved as described above, but the threshold voltage of the MIS varies within the operating region. And become unstable. Therefore, the third embodiment
In the above, even if the MISs formed on the same substrate 1S are made separately, ones that adopt the vertical structure of the MISs and those that do not. That is, the vertical structure of the MIS described in the first and second embodiments and the vertical structure of the normal MIS are used properly according to the electrical characteristics required for the circuit. Specifically, a vertical structure of the MIS is adopted for the MIS that constitutes a circuit that does not hinder the operation even if the threshold voltage fluctuates to some extent, and a circuit that hinders the operation when the threshold voltage fluctuates. The MIS that constitutes the
Instead of adopting the vertical structure of S, a vertical structure of general MIS was adopted.
For example, the vertical structure of the MIS described in the first and second embodiments is adopted as the MIS forming the digital circuit. In addition, for example, an MIS that constitutes a memory cell of an analog circuit, an input / output circuit or a memory circuit, a sense amplifier circuit, or the like (hereinafter, simply referred to as an analog circuit) that requires high operation accuracy, adopts the vertical structure of the MIS. Normal MI
The vertical structure of S is adopted. Although the memory cell is a digital circuit, it reads and writes a minute signal (charge), so the MIS-FET that constitutes the memory cell
It is preferable to adopt the normal vertical structure of the MIS because fluctuations in the threshold voltage of 1 h hinder data processing. Further, according to the study by the present inventors, in consideration of the operating voltage of the MIS (power supply voltage on the high potential side), if the operating voltage is, for example, 1.5 V or less, the above-described first and second embodiments are performed. It is preferable to adopt the vertical structure of the MIS described in 2. On the other hand, the operating voltage of the MIS is, for example, 1.5 V
If it is higher than the above, it is preferable to adopt the normal MIS vertical structure.

【0039】図5は、本実施の形態3の半導体装置の要
部断面図の一例を示している。領域A1は、ロジック回
路(デジタル回路)を構成するnMISQnおよびpM
ISQp(第1の電界効果トランジスタ)の配置領域を
示している。この領域A1では、前記実施の形態1,2
で説明したMISの縦構造が採用されている。
FIG. 5 shows an example of a fragmentary sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment. The area A1 is composed of nMISQn and pM which form a logic circuit (digital circuit).
The ISQp (first field effect transistor) arrangement region is shown. In this area A1, the first and second embodiments
The vertical structure of the MIS described above is adopted.

【0040】一方、領域A2は、上記アナログ回路、入
出力回路、メモリ回路のメモリセルやセンスアンプ回路
等のようなしきい値電圧が変動すると支障を来す回路を
構成するnMISQn1,Qp1(第2の電界効果トラ
ンジスタ)の配置領域を示している。この領域A2で
は、上記通常のMISの縦構造が採用されている。すな
わち、nMISQn1は、pウエルPWL内に形成さ
れ、pMISQp1は、nウエルNWL内に形成されて
いる。領域A2のpウエルPWLおよびnウエルNWL
の構造は、領域A1のpウエルPWLおよびnウエルN
WLの構造と同じである。この領域A2のnMISQn
1およびpMISQp1においても、チャネル領域CH
n1,CHp1へのチャネルイオン注入が行われ、しき
い値電圧の調整が行われている。
On the other hand, in the area A2, the nMISQn1 and Qp1 (second circuit) which constitute a circuit which is disturbed when the threshold voltage is changed, such as the analog circuit, the input / output circuit, the memory cell of the memory circuit and the sense amplifier circuit, are formed. The field-effect transistor of FIG. In this area A2, the normal vertical structure of the MIS is adopted. That is, the nMISQn1 is formed in the p well PWL, and the pMISQp1 is formed in the n well NWL. P well PWL and n well NWL in area A2
Structure is similar to that of the p well PWL and n well N in the region A1.
It has the same structure as the WL. NMISQn of this area A2
1 and pMISQp1 also have channel regions CH
Channel ion implantation into n1 and CHp1 is performed, and the threshold voltage is adjusted.

【0041】このように、本実施の形態3においては、
前記実施の形態1,2で得られた効果の他に以下の効果
を得ることが可能となる。
As described above, in the third embodiment,
In addition to the effects obtained in the first and second embodiments, the following effects can be obtained.

【0042】すなわち、ロジック回路のMISには、前
記実施の形態1,2で説明したMISの縦構造を採用
し、アナログ回路等のMISには、通常のMISの縦構
造を採用したことにより、ロジック回路における動作速
度の向上と、アナログ回路等における動作信頼性の向上
とを両立することが可能となる。
That is, the vertical structure of the MIS described in the first and second embodiments is adopted as the MIS of the logic circuit, and the normal vertical structure of the MIS is adopted as the MIS of the analog circuit. It is possible to achieve both improvement in operation speed in the logic circuit and improvement in operation reliability in the analog circuit and the like.

【0043】(実施の形態4)前記実施の形態2のCM
IS回路の構造では、ゲート電圧印加時の基板電位の上
昇が大きすぎる場合がある。この場合には、図6に示す
ように、p型の半導体領域PAとnウエルNWLとの接
合周辺に、例えばアルゴン(Ar)またはゲルマニウム
(Ge)等のような不純物イオンをイオン注入すること
により、結晶欠陥12を形成する。これにより、p型の
半導体領域PAとnウエルNWLとのpn接合の空乏層
内に適度な再結合を生じさせ、リーク電流を流し、これ
を制御することができるので、p型の半導体領域PAの
電位の上昇を抑えることができる。したがって、nMI
SQnのしきい値電圧の設定制御性を向上させることが
できるので、半導体装置の動作信頼性を向上させること
が可能となる。なお、pMISQpのn型の半導体領域
のインパクトイオン化で発生した電子は、ソース用のp
+型の半導体領域11b(高電位側の電源配線)に流
れ、pMISQp側では再結合中心を形成しても基板電
位のフローティング抑制に効果が生じないので、pMI
SQp側には結晶欠陥を設けていない。
(Embodiment 4) CM of Embodiment 2
In the structure of the IS circuit, the rise of the substrate potential when the gate voltage is applied may be too large. In this case, as shown in FIG. 6, by implanting impurity ions such as argon (Ar) or germanium (Ge) around the junction between the p-type semiconductor region PA and the n-well NWL. , Crystal defects 12 are formed. As a result, an appropriate recombination is generated in the depletion layer of the pn junction between the p-type semiconductor region PA and the n-well NWL, and a leak current can be flowed and controlled, so that the p-type semiconductor region PA can be controlled. It is possible to suppress an increase in the potential of. Therefore, nMI
Since the setting controllability of the threshold voltage of SQn can be improved, the operation reliability of the semiconductor device can be improved. The electrons generated by the impact ionization of the n-type semiconductor region of pMISQp are p-source electrons.
Even if the recombination center is formed on the pMISQp side by flowing to the + type semiconductor region 11b (power supply wiring on the high potential side), the effect of suppressing the floating of the substrate potential does not occur.
No crystal defect is provided on the SQp side.

【0044】(実施の形態5)本実施の形態5は、前記
実施の形態4で説明したのと同じ目的を達成するための
変形例を説明するものである。すなわち、基板電位の上
昇を抑制することを目的として、図7に示すように、p
型の半導体領域PAの下部(p型の半導体領域PAとn
ウエルNWLとの間)に高不純物濃度のp+型の半導体
領域13Pを設ける。p+型の半導体領域13Pは、p
型の半導体領域PAおよびnウエルNWLの両方に接し
ている。このようなp+型の半導体領域13Pを設ける
ことにより、nMISQnのソースおよびドレイン用の
半導体領域3と、p型の半導体領域PAとで形成される
寄生バイポーラトランジスタのベース領域に相当する領
域の不純物濃度を高くすることができるので、その寄生
バイポーラトランジスタの電流増幅率を低減することが
できる。その結果、基板電位の上昇を抑制することがで
きる。したがって、nMISQnのしきい値電圧の設定
制御性を向上させることができるので、半導体装置の動
作信頼性を向上させることが可能となる。
(Fifth Embodiment) The fifth embodiment will explain a modification for achieving the same object as that described in the fourth embodiment. That is, for the purpose of suppressing the rise of the substrate potential, as shown in FIG.
Lower part of the p-type semiconductor region PA (p-type semiconductor region PA and n
A p + type semiconductor region 13P having a high impurity concentration is provided between the well NWL). The p + type semiconductor region 13P is p
It contacts both the semiconductor region PA of the type and the n-well NWL. By providing such a p + type semiconductor region 13P, impurities in a region corresponding to the base region of the parasitic bipolar transistor formed by the semiconductor region 3 for the source and drain of the nMISQn and the p type semiconductor region PA are provided. Since the concentration can be increased, the current amplification factor of the parasitic bipolar transistor can be reduced. As a result, the rise in substrate potential can be suppressed. Therefore, the setting controllability of the threshold voltage of the nMISQn can be improved, and the operation reliability of the semiconductor device can be improved.

【0045】また、本実施の形態5においては、基板電
位の上昇を抑制することを目的として、n型の半導体領
域NAの下部(n型の半導体領域NAとpウエルPWL
との間)に高不純物濃度のn+型の半導体領域13Nを
設ける。n+型の半導体領域13Nは、n型の半導体領
域NAおよびpウエルPWLの両方に接している。この
ようなn+型の半導体領域13Nを設けることにより、
上記のnMISQnと同様の理由からpMISQpのし
きい値電圧の設定制御性を向上させることができるの
で、半導体装置の動作信頼性を向上させることが可能と
なる。
Further, in the fifth embodiment, in order to suppress the rise of the substrate potential, the lower part of the n-type semiconductor region NA (n-type semiconductor region NA and p-well PWL is used).
And (between) and n + type semiconductor region 13N having a high impurity concentration. The n + type semiconductor region 13N is in contact with both the n type semiconductor region NA and the p well PWL. By providing such an n + type semiconductor region 13N,
For the same reason as the above nMISQn, it is possible to improve the setting controllability of the threshold voltage of the pMISQp, so that it is possible to improve the operational reliability of the semiconductor device.

【0046】(実施の形態6)本実施の形態6は、前記
実施の形態4,5で説明したのと同じ目的を達成するた
めの変形例を説明するものである。すなわち、基板電位
の上昇を抑制することを目的として、図8に示すよう
に、nMISQnの形成領域において、p型の半導体領
域PAの下部に、これに接した状態でp+型の半導体領
域13を設け、さらにその下部に、これに接した状態で
+型の半導体領域14を設け、その下部に、これに接
した状態で上記nウエルNWLが設けている。これによ
り、p++の高不純物濃度の接合を形成することがで
き、ダイオードのトンネル電流を増大させ、再結合を生
じさせることができるので、p型の半導体領域PAの基
板電位の上昇をさらに抑制することができる。したがっ
て、nMISQnのしきい値電圧の設定制御性を向上さ
せることができるので、半導体装置の動作信頼性を向上
させることが可能となる。なお、pMISQp側には、
前記実施の形態4、5で説明したのと同じ理由から、n
型の半導体領域NAの下部にn+型の半導体領域および
+型の半導体領域を設けていない。
(Sixth Embodiment) The sixth embodiment describes a modification for achieving the same purpose as that described in the fourth and fifth embodiments. That is, for the purpose of suppressing the rise of the substrate potential, as shown in FIG. 8, in the formation region of the nMISQn, the p + type semiconductor region 13 is formed below the p type semiconductor region PA in contact with the p type semiconductor region PA. And an n + type semiconductor region 14 is provided in a lower portion of the n well NWL so as to be in contact therewith, and the n well NWL is provided in a lower portion of the n + type semiconductor region 14 in contact with the same. As a result, a p + n + high-concentration junction can be formed, the tunnel current of the diode can be increased, and recombination can be caused, so that the substrate potential of the p-type semiconductor region PA can be increased. It can be further suppressed. Therefore, the setting controllability of the threshold voltage of the nMISQn can be improved, and the operation reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, on the pMISQp side,
For the same reason as described in Embodiments 4 and 5, n
The n + type semiconductor region and the p + type semiconductor region are not provided below the type semiconductor region NA.

【0047】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

【0048】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるCMI
S回路を有する半導体装置に適用した場合について主に
説明したが、それに限定されるものではなく、例えばD
RAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM
(Static Random Access Memory)またはフラッシュメ
モリ(EEPROM;Electric Erasable Programmable
Read Only Memory)等のようなメモリ回路を有する半
導体装置、マイクロプロセッサ等のような論理回路を有
する半導体装置あるいは上記メモリ回路と論理回路とを
同一半導体基板に設けている混載型の半導体装置にも適
用できる。
In the above description, the CMI, which is the field of application of the invention mainly made by the present inventor, was the background.
Although the case where the present invention is applied to a semiconductor device having an S circuit has been mainly described, the present invention is not limited to this.
RAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM
(Static Random Access Memory) or flash memory (EEPROM; Electric Erasable Programmable)
A semiconductor device having a memory circuit such as Read Only Memory), a semiconductor device having a logic circuit such as a microprocessor, or a mixed-type semiconductor device in which the memory circuit and the logic circuit are provided on the same semiconductor substrate. Applicable.

【0049】[0049]

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。 (1).半導体基板と、その主面に形成された電界効果トラ
ンジスタのチャネルが形成される半導体領域とをpn接
合によって分離することにより、半導体装置の性能を向
上させることが可能となる。 (2).半導体基板と、その主面に形成された電界効果トラ
ンジスタのチャネルが形成される半導体領域とをpn接
合によって分離することにより、比較的欠陥が多く高価
なSOI構造を用いず、通常の基板構造を用いて半導体
装置を構成することができるので、半導体装置のコスト
を低減することが可能となる。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows. (1). The performance of the semiconductor device can be improved by separating the semiconductor substrate and the semiconductor region in which the channel of the field effect transistor is formed on the main surface thereof by a pn junction. (2). By separating the semiconductor substrate and the semiconductor region, in which the channel of the field effect transistor is formed on the main surface thereof, by a pn junction, an expensive SOI structure having a relatively large number of defects is not used. Since the semiconductor device can be formed by using the substrate structure described in 1 above, the cost of the semiconductor device can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置を構成
する半導体チップの要部断面図である。
FIG. 1 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor chip that constitutes a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の半導体装置の半導体基板における不純物
濃度分布を示すグラフ図である。
FIG. 2 is a graph showing an impurity concentration distribution in a semiconductor substrate of the semiconductor device of FIG.

【図3】図1の半導体装置の電界効果トランジスタと通
常の半導体基板に形成された電界効果トランジスタとの
ドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフ図であ
る。
FIG. 3 is a graph showing the gate voltage dependence of the drain current of the field effect transistor of the semiconductor device of FIG. 1 and the field effect transistor formed on a normal semiconductor substrate.

【図4】本発明の他の実施の形態である半導体装置を構
成する半導体チップの要部断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor chip forming a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施の形態である半導体装置を構
成する半導体チップの要部断面図である。
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor chip constituting a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施の形態である半導体装置を構
成する半導体チップの要部断面図である。
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor chip constituting a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施の形態である半導体装置を構
成する半導体チップの要部断面図である。
FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor chip constituting a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明のさらに他の実施の形態である半導体装
置を構成する半導体チップの要部断面図である。
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor chip constituting a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1C 半導体チップ 1S 半導体基板 2 分離部 3 半導体領域 3a n型の半導体領域 3b n+型の半導体領域 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 7 サイドウォール 8 層間絶縁膜 9 第1層配線 10 コンタクトホール 11 半導体領域 11a p型の半導体領域 11b p+型の半導体領域 12 結晶欠陥 13P p+型の半導体領域 13N n+型の半導体領域 14 n+型の半導体領域 PA p型の半導体領域(第1導電型の半導体領域) NWL nウエル(第2導電型の半導体領域) NA n型の半導体領域(第2導電型の半導体領域) PWL pウエル(第1導電型の半導体領域) Qp pチャネル型のMIS・FET(第1の電界効果
トランジスタ) Qn nチャネル型のMIS・FET(第1の電界効果
トランジスタ) Qp1 pチャネル型のMIS・FET(第2の電界効
果トランジスタ) Qn1 nチャネル型のMIS・FET(第2の電界効
果トランジスタ) CHn,CHn1 チャネル領域 CHp,CHp1 チャネル領域
1C Semiconductor Chip 1S Semiconductor Substrate 2 Separation Part 3 Semiconductor Region 3a n-Type Semiconductor Region 3b n + Type Semiconductor Region 4 Gate Insulating Film 5 Gate Electrode 7 Sidewall 8 Interlayer Insulating Film 9 First Layer Wiring 10 Contact Hole 11 Semiconductor Region 11a p type semiconductor region 11b p + type semiconductor region 12 crystal defect 13P p + type semiconductor region 13N n + type semiconductor region 14 n + type semiconductor region PA p type semiconductor region (first conductivity type semiconductor Region NWL n-well (second conductivity type semiconductor region) NA n-type semiconductor region (second conductivity type semiconductor region) PWL p-well (first conductivity type semiconductor region) Qp p-channel MIS • FET ( First field effect transistor) Qn n-channel type MIS • FET (first field effect transistor) Qp1 p-channel type MIS • FE (Second field-effect transistor) Qn1 n-channel type MIS · FET (second field-effect transistor) CHn, CHN1 channel region CHp, CHP1 channel region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F032 AA35 AA44 AB01 AB03 CA01 CA03 CA17 CA20 DA60 DA63 5F048 AA01 AA03 AA04 AA07 AB01 AB03 BA01 BA13 BB05 BB08 BB09 BB11 BB12 BB13 BB14 BC06 BE02 BE03 BG14 BH01 BH03 DA25 5F140 AA00 AB03 BA01 BD09 BD11 BD13 BF01 BF04 BF11 BF18 BF20 BF21 BF25 BF27 BG08 BG12 BH15 BH50 BJ01 BJ05 BK13 CB04 CB08 CB10 CD02   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5F032 AA35 AA44 AB01 AB03 CA01                       CA03 CA17 CA20 DA60 DA63                 5F048 AA01 AA03 AA04 AA07 AB01                       AB03 BA01 BA13 BB05 BB08                       BB09 BB11 BB12 BB13 BB14                       BC06 BE02 BE03 BG14 BH01                       BH03 DA25                 5F140 AA00 AB03 BA01 BD09 BD11                       BD13 BF01 BF04 BF11 BF18                       BF20 BF21 BF25 BF27 BG08                       BG12 BH15 BH50 BJ01 BJ05                       BK13 CB04 CB08 CB10 CD02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の工程を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法; (a)第1導電型の半導体基板に第1不純物を導入する
ことにより、前記第1導電型とは反対の導電型の第2導
電型の半導体領域を形成する工程、(b)前記半導体基
板に第2不純物を導入することにより、前記第2導電型
の半導体領域の不純物ピーク位置よりも、前記半導体基
板の主面から浅い位置に不純物ピーク位置が配置するよ
うに形成された第1導電型の半導体領域を形成する工
程、(c)前記第1導電型の半導体領域内に、第2導電
型のチャネル領域を有する電界効果トランジスタを形成
する工程。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: (a) introducing a first impurity into a semiconductor substrate of a first conductivity type so that a semiconductor substrate opposite to the first conductivity type is formed. Forming a second conductivity type semiconductor region of conductivity type, and (b) introducing a second impurity into the semiconductor substrate so that the impurity peak of the semiconductor substrate is higher than the impurity peak position of the second conductivity type semiconductor region. A step of forming a first-conductivity-type semiconductor region formed such that an impurity peak position is located at a position shallower than the main surface, (c) a second-conductivity-type channel region in the first-conductivity-type semiconductor region Forming a field effect transistor having.
【請求項2】 半導体基板に設けられた第1導電型の半
導体領域内に、その第1導電型とは反対導電型の第2導
電型のチャネル領域を有する電界効果トランジスタを設
け、前記半導体基板と、前記第1導電型の半導体領域と
の間に、第2導電型の半導体領域を設けることで、前記
電界効果トランジスタの第2導電型のチャネル領域が形
成される前記第1導電型の半導体領域と、前記半導体基
板とを電気的に分離したことを特徴とする半導体装置。
2. A field effect transistor having a channel region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in a semiconductor region of the first conductivity type provided in a semiconductor substrate, the semiconductor substrate And a semiconductor region of the first conductivity type, a semiconductor region of the second conductivity type is provided between the semiconductor region and the semiconductor region of the first conductivity type to form a channel region of the second conductivity type of the field effect transistor. A semiconductor device, wherein a region and the semiconductor substrate are electrically separated.
【請求項3】 半導体基板に設けられた第1導電型の半
導体領域内に、その第1導電型とは反対導電型の第2導
電型のチャネル領域を有する電界効果トランジスタを設
け、前記半導体基板と、前記第1導電型の半導体領域と
の間に、第2導電型の半導体領域を設けることで、前記
電界効果トランジスタの第2導電型のチャネル領域が形
成される前記第1導電型の半導体領域と、前記半導体基
板とを電気的に分離した構造を有し、 前記電界効果トランジスタのソースおよびドレイン用の
半導体領域下における前記第1導電型の半導体領域の厚
さは、電源電圧の印加時に前記ソースおよびドレイン用
の半導体領域および前記第1導電型の半導体領域の間に
おける接合の空乏層幅と、前記第1導電型の半導体領域
および前記第2導電型の半導体領域の間における接合の
空乏層幅との和よりも大きいことを特徴とする半導体装
置。
3. A field effect transistor having a channel region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in a semiconductor region of the first conductivity type provided in a semiconductor substrate, the semiconductor substrate And a semiconductor region of the first conductivity type, a semiconductor region of the second conductivity type is provided between the semiconductor region and the semiconductor region of the first conductivity type to form a channel region of the second conductivity type of the field effect transistor. A region and the semiconductor substrate are electrically separated, the thickness of the first conductivity type semiconductor region below the semiconductor region for the source and drain of the field effect transistor is A depletion layer width of a junction between the source and drain semiconductor regions and the first conductivity type semiconductor region, and the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region. Wherein a greater than the sum of the depletion layer width of the junction between.
【請求項4】 半導体基板に設けられた第1導電型の半
導体領域内に、その第1導電型とは反対導電型の第2導
電型のチャネル領域を有する電界効果トランジスタを設
け、前記半導体基板と、前記第1導電型の半導体領域と
の間に、第2導電型の半導体領域を設けることで、前記
電界効果トランジスタの第2導電型のチャネル領域が形
成される前記第1導電型の半導体領域と、前記半導体基
板とを電気的に分離した構造を有し、 前記第2導電型の半導体領域の厚さは、前記第1導電型
の半導体領域および第2導電型の半導体領域の間におけ
る接合の空乏層幅と、前記第2導電型の半導体領域およ
び前記半導体基板の間における接合の空乏層幅との和よ
りも大きいことを特徴とする半導体装置。
4. A field effect transistor having a channel region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in a semiconductor region of the first conductivity type provided in a semiconductor substrate, the semiconductor substrate And a semiconductor region of the first conductivity type, a semiconductor region of the second conductivity type is provided between the semiconductor region and the semiconductor region of the first conductivity type to form a channel region of the second conductivity type of the field effect transistor. A region and the semiconductor substrate are electrically separated from each other, and the thickness of the second conductivity type semiconductor region is between the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region. A semiconductor device, wherein the width of the depletion layer of the junction is larger than the sum of the width of the depletion layer of the junction between the semiconductor region of the second conductivity type and the semiconductor substrate.
【請求項5】 半導体基板の主面に第1の電界効果トラ
ンジスタと、第2の電界効果トランジスタとを有し、 前記第1の電界効果トランジスタは、前記半導体基板に
設けられた第1導電型の半導体領域内に設けられ、その
第1導電型の半導体領域は、その第1導電型の半導体領
域と前記半導体基板との間に設けられた第1導電型とは
反対導電型の第2導電型の半導体領域によって前記半導
体基板と電気的に分離され、 前記第2の電界効果トランジスタは、前記半導体基板に
設けられた前記第2導電型の半導体領域内に設けられて
いることを特徴とする半導体装置。
5. A first field effect transistor and a second field effect transistor are provided on a main surface of a semiconductor substrate, and the first field effect transistor is a first conductivity type provided on the semiconductor substrate. Of the semiconductor region of the first conductivity type, the second conductivity type semiconductor region having a conductivity type opposite to the first conductivity type provided between the semiconductor region of the first conductivity type and the semiconductor substrate. Is electrically separated from the semiconductor substrate by a semiconductor region of the second conductivity type, and the second field effect transistor is provided in the semiconductor region of the second conductivity type provided on the semiconductor substrate. Semiconductor device.
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