JP2004235438A - Soi構造mos型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
Soi構造mos型半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】埋め込み絶縁膜(SiO2膜)61上にボディー62、チャネル部63及びゲート絶縁膜64を介してゲート電極65が構成されている。ソース領域68、ドレイン領域69は、その接合深さがボディー62の厚みより小さく、下部にはボディー62が延在する。また、ボディー62及びこれに隣接するソース・ドレイン領域68,69の周辺にトレンチ形態の完全分離絶縁膜70が設けられている。完全分離絶縁膜70は埋め込み絶縁膜61に到達する厚さを有するが、基準電位または接地電位に繋ぐための電源経路領域71を除いて設けられている。この電源経路領域71を介してソース・ドレイン領域68,69から外側に所定領域にP+型のボディーコンタクト部72が設けられている。
【選択図】 図6
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、SOI(Silicon On Insulator)膜に形成されるトランジスタ素子に係り、特にボディーが部分的にのみ空乏化する部分空乏型素子の電流駆動能力及びその安定性を向上させるSOI構造MOS型半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
SOI MOSFETは、SOI(Silicon On Insulator)基板と呼ばれる絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するものであり、ソース・ドレインの接合容量が小さく抑えられる利点を有する。このため、通常のバルクシリコン基板上に作製したMOSFET(バルクMOSFET)より高速で動作する。また、低電圧電源でも高速に動作するため、低消費電力LSIへの応用が検討されている。
【0003】
SOI MOSFETはバルクMOSFETと異なり、いわゆる基板浮遊効果によって、キャリア生成電流に起因する寄生バイポーラ動作が顕著に生じる。これにより、回路動作待機時のオフ電流が増加し、バルクMOSFETに比べてボディー(チャネル部)の不純物濃度を高くしなければならず、これに伴って電界効果移動度は減少し、ひいては電流駆動能力が低下してしまう。このような基板浮遊効果による寄生バイポーラ動作を防止するため、SOI MOSFETは、チャネル電位固定用領域が設けられる構成が検討されている。
【0004】
例えば、従来例として、バルクSi CMOSのレイアウト設計情報に完全な互換性を持ったウェル構造を有する部分空乏型SOI CMOSの構成が発表されている。これは、SOI層膜以下の素子分離絶縁膜を用いた部分分離構造を採用している。これにより、素子分離絶縁膜下のSOI層を介してボディー電位の固定が可能となる(例えば、非特許文献1参照)。
【0005】
しかしながら、この従来例では、ボディー電位が固定しきれないことを懸念し、ボディーコンタクトの抵抗値を十分に高く設定しているわけではない。このため、十分な電流駆動能力の向上が期待できないものとなる。あるいは、この従来例ではRC時定数のチャネル幅依存性が非常に強く、理論的には2乗に比例することとなる。そのため、チャネル幅の減少と共にRC時定数もまた減少して、電流駆動能力の向上が目減りするといった事態が生じる危険性もある。要するに、この従来例には、電流駆動能力の向上を目的とした技術的構成が不十分である。電流駆動能力の向上はLSI情報処理のさらなる高速化に不可欠であり、工夫を要する。
【0006】
【非特許文献1】
平野有一 他,「パーシャルトレンチ分離構造を用いたバルクレイアウト互換 0.18μm SOI CMOS技術」,三菱電機(株),半導体・集積回路技術第57回シンポジウム講演論文集 pp.19−24
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来では、バルクMOSFETで利用されるレイアウト設計情報との互換性を重視した構造で、ボディー電位の固定可能なSOI CMOS技術が提供されてきたが、電流駆動能力向上の観点からは期待に副えない構成とならざるを得ない。
【0008】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、バルクMOSFETで用いられているレイアウト設計情報を有効に活用でき、かつ安定した十分な電流駆動能力の向上を達成するSOI構造MOS型半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、前記シリコン単結晶中の第1導電型のボディー及びこれに隣接する第2導電型のソース・ドレイン領域の周辺に設けられ前記絶縁膜との間に前記ボディーの領域を延在させた部分分離絶縁膜と、前記部分分離絶縁膜下部の前記ボディーあるいは前記ソース・ドレイン領域から外側に設けられた前記ボディーの部分において、所定領域に設けられた再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域と、前記再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域に設けられる第2導電型のボディーコンタクト部と、を具備したことを特徴とする。
【0010】
上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置によれば、再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を設けたことにより、第1導電型のボディー及び第2導電型のボディーコンタクト部からなるダイオードを整流的な電流−電圧特性を有するものからむしろ抵抗性の電流−電圧特性を示すものに変化させる。これにより、ボディー端子制御型の容量性結合を伴うことになり、十分な電流駆動能力の向上が図れる。また、素子面積の増加を伴わない。
【0011】
本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、前記シリコン単結晶中の第1導電型のボディーにゲート電極部を隔てて設けられ接合深さが前記ボディーの厚みより小さい第2導電型のソース・ドレイン領域と、前記ボディー及びこれに隣接する前記ソース・ドレインの周辺において電源経路領域を除いて設けられる前記絶縁膜と接触した完全分離絶縁膜と、前記電源経路領域を介して前記ソース・ドレイン領域から外側に設けられた第1導電型のボディーコンタクト部と、を具備したことを特徴とする。
【0012】
上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置によれば、ソース・ドレイン領域をボディーの厚みより小さくし、ボディーとボディーコンタクト部との経路間においてソース領域直下のボディーの空乏化現象を利用した抵抗部が機能する。すなわち、ボディーとの間の抵抗、回路動作周波数が共に十分高ければ、回路動作中での実効的なボディー電位はボディーコンタクト部に固定されずにむしろ容量性結合を伴って変動する。これにより、十分な電流駆動能力の向上が図れる。また、素子面積並びにゲート容量の増加を伴わない。
【0013】
なお、上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置は、前記ボディーコンタクト部を第2導電型とし、前記ボディーコンタクト部に接触する再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を具備したことを特徴とする。同様のスイッチング動作高速化、電流駆動能力の向上が図れる。
【0014】
本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、前記シリコン単結晶中の第1導電型のボディーにゲート電極部を隔てて設けられ接合深さが前記ボディーの厚みより小さい低濃度エクステンション領域を有する第2導電型のソース・ドレイン領域と、前記ボディー及びこれに隣接する前記ソース・ドレイン領域の周辺に設けられる前記絶縁膜と接触した完全分離絶縁膜と、前記ソース・ドレイン領域のソース側で前記ボディーとの接合部に設けられた再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域と、を具備したことを特徴とする。
【0015】
なお、上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置において、前記再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域は、前記ソース側と前記ボディーとの接合部に高抵抗オーミック接触に類似した電流−電圧特性が与えられるよう設けられ、回路動作中において過渡的なボディー容量結合を伴うことを特徴とする。
【0016】
上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置によれば、ソースとボディーの接合部近傍に再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域が設けられる。これにより、同接合部に対して、高抵抗なオーミック接触に似た電流−電圧特性を期待することができる。従って、ボディーコンタクトの抵抗値が高いボディー・タイド・トゥ・ソース操作、ひいてはボディー端子制御型の容量性結合を具現化することが可能となり、これによる十分な電流駆動能力の向上が期待できる。また、素子面積並びにゲート容量の増加を伴わない。
【0017】
なお、上述したそれぞれの本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置いずれかに関し、前記SOI MOSFETは、ゲート電極上部または前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン領域両者の上部は金属シリサイド化されていることを特徴とする。低抵抗化、動作高速化に寄与する。
【0018】
本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、前記シリコン単結晶のボディーとなる第1導電型領域における素子予定領域周辺に前記絶縁膜と非接触の部分分離絶縁膜を形成する工程と、前記ボディーのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくともソース・ドレインやボディーコンタクトとなる第2導電型領域を形成するイオン注入工程と、前記ボディーコンタクトとなる第2導電型領域に隣接する再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【0019】
上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法によれば、第1導電型のボディーは非接触の分離絶縁膜下を介して再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域へ亘り第2導電型のボディーコンタクト部に繋がるようにする。この再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域が、第1導電型のボディーと第2導電型のボディーコンタクト部からなるダイオードを、整流的な電流−電圧特性を有するものからむしろ抵抗性の電流−電圧特性を示すものに変化させ、ボディー端子制御型の容量性結合を伴わせるようにする。
【0020】
本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、ウェルと同様の領域に設けられる前記シリコン単結晶のボディーとなる第1導電型領域における素子予定領域周辺で電源経路領域を除き、前記絶縁膜に接触する完全分離絶縁膜を形成する工程と、前記ボディーのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくとも接合深さが前記ボディーの厚みより小さいソース・ドレインとなる第2導電型領域を形成するイオン注入工程と、前記電源経路領域を介して前記ソース・ドレイン領域から外側に設けられる第1導電型のボディーコンタクト部を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【0021】
上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法によれば、ソース・ドレイン領域をボディーの厚みより小さくし、ボディーとボディーコンタクト部との間においてソース領域直下のボディーの空乏化現象を利用した抵抗部が機能するような形態を構成する。また、従来のバルクMOSFETからなるLSIで用いられているレイアウト設計情報を有効に活用できる。
【0022】
なお、上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法において、前記完全分離絶縁膜の外側に前記ボディーが所定領域存在するようにダミーゲート等所定のイオン注入マスクを形成する工程と、前記ボディーコンタクト部を第2導電型とし、前記ボディーコンタクト部周辺に再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を形成する工程の少なくともいずれかをさらに具備したことを特徴とする。同様のスイッチング動作高速化、電流駆動能力の向上のために形成する。
【0023】
なお、上述したそれぞれ本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法いずれかにおいて、前記ソース・ドレインとなる第2導電型領域の形成は前記ソース・ドレインよりも接合深さの浅い低濃度エクステンション領域の形成も含まれることを特徴とする。
【0024】
本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、前記シリコン単結晶のボディーとなる第1導電型領域における素子予定領域周辺に前記絶縁膜に接触する完全分離絶縁膜を形成する工程と、前記ボディーのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記完全分離絶縁膜及び前記ゲート電極のマスクを伴って接合深さが前記ボディーの厚みより小さい第2導電型の低濃度エクステンション領域及び接合深さが前記ボディーの厚みに達する第2導電型のソース・ドレイン領域を形成するイオン注入工程と、前記ソース・ドレイン領域のソース側で前記低濃度エクステンション領域とソース領域の少なくともいずれかと前記ボディーの接合部に再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を形成する工程と、を具備し、回路動作中に過渡的なボディーの容量性結合を伴うことを特徴とする。
【0025】
上記本発明に係るSOI構造MOS型半導体装置の製造方法によれば、ソース側の低濃度エクステンション領域またはソース領域とボディーの接合部に再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を形成する。これにより、同接合部に対して、高抵抗なオーミック接触に似た電流−電圧特性を期待することができる。従って、ボディーコンタクトの抵抗値が高いボディー・タイド・トゥ・ソース操作、ひいてはボディー端子制御型の容量性結合を具現化することが可能となり、これによる十分な電流駆動能力の向上が期待できる。また、従来のバルクMOSFETからなるLSIで用いられているレイアウト設計情報を有効に活用できる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の要部構成を示しており、部分空乏型SOI MOSFETである。各図(a)は平面図、(b)は(a)中のB−B断面図、(c)は(a)中のC−C断面図である。SOI MOSFET10は、埋め込み絶縁膜(SiO2膜)11上に形成されたシリコン単結晶を基体として構成されている。例えば、P−型(低濃度P型)のボディー12、チャネル部13及びゲート絶縁膜14を介してゲート電極15が構成されている。ゲート電極15の両側にはNー型(低濃度N型)のエクステンション領域16形成後に設けられるサイドウォール(スペーサー)17が形成されている。エクステンション領域16の両外側にN+型(高濃度N型)のソース領域18、ドレイン領域19が形成されている。
【0027】
上記ボディー12及びこれに隣接するソース・ドレイン領域18,19の周辺にトレンチ形態の部分分離絶縁膜20が設けられている。部分分離絶縁膜20はボディー12の厚さより小さく、埋め込み絶縁膜11との間にボディー12の領域を延在させた形態となっている。この部分分離絶縁膜20下部を含めたソース・ドレイン領域18,19から外側の部分において所定領域に再結合中心領域21が設けられている。再結合中心領域21は、例えばアルゴンまたはシリコン原子等のイオン注入に伴う残留欠陥で構成されている。この再結合中心領域21にN+型のボディーコンタクト部22が形成されている。少なくとも、ソース領域18とボディーコンタクト部22は図示しない上層の配線によって接続される。
【0028】
上記実施形態によれば、SOI MOSFETのボディーコンタクト部22をN+型領域で形成してダイオード接続とし、P−N接合部周辺に再結合中心領域21を付加した。これにより、P−型のボディー12及びN+型のボディーコンタクト部22によるダイオードを、整流性を有する典型的な電流−電圧特性を示すものからむしろ非理想的な抵抗性の電流−電圧特性を示すものに変化させる(図5参照)。この結果、ボディー端子制御型の容量性結合を伴うことになり十分な電流駆動能力の向上が図れる。このような電流駆動能力の向上を図ったMOSFETで回路を構成することによって、LSI情報処理の高速化が期待できる。また、素子面積の増加を伴わない。
【0029】
図2〜図4は、それぞれ第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示しており、前記図1におけるSOI MOSFETの製造方法の要部を工程順に表している。各図(a)は平面図、(b)は(a)中のB−B断面図、(c)は(a)中のC−C断面図である。上記第1実施形態と同様の箇所には図1中と同一の符号を付して説明する。
【0030】
図2(a),(b),(c)に示すように、SOI基板において、埋め込み絶縁膜11上にP−型のボディー12を分離する部分分離絶縁膜20をトレンチ素子分離法により形成する。トレンチは時間制御で埋め込み絶縁膜11に到達させず、下部にボディー12が残存する。次に、チャネル部13のためのイオン注入、ゲート絶縁膜14の形成、ゲート電極15のパターニングを経る。次に、ソース・ドレインのエクステンション領域16を形成する。
【0031】
次に、図3(a),(b),(c)に示すように、側壁用絶縁膜の堆積から異方性エッチングを経てスペーサ17を形成する。その後、部分分離絶縁膜20の外側にボディー12が所定領域存在するようにイオン注入マスク31を形成する。次に、スペーサ17を含むゲート電極15のマスク領域を伴ってソース・ドレイン領域18,19やボディーコンタクト部22となるN+型の領域を形成する。
【0032】
次に、図4(a),(b),(c)に示すように、再結合中心領域21がボディーコンタクト部22に隣接するようにイオン注入マスク41を形成する。再結合中心領域21を形成する。再結合中心領域21は、例えばアルゴンまたはシリコン原子等のイオン注入に伴う残留欠陥によって形成する。
なお、イオン注入マスク31を形成する工程を省いても、部分分離絶縁膜20下部にボディー12が残存するため構造上全く問題はなく、それが図1に示す構成、すなわち第1実施形態の要部に相当する。ただし、この場合は、イオン注入角度を検討して再結合中心領域を形成することが重要である。
【0033】
上記実施形態及び方法によれば、再結合中心領域21を付加したダイオード接続のボディーコンタクト部22を構成した。これにより、従来のバルクMOSFETに比べて素子面積の増加を伴わずに、かつボディー端子制御型の容量性結合による電流駆動能力の高い部分空乏型SOI MOSFETが実現される。
【0034】
なお、上記実施形態及び方法に限らず、イオン注入マスク31の代りに、ゲート電極15を引き回したもの、並びにその周辺に形成されるスペーサ17をマスクとしてもよい。また、ボディーコンタクト部22の領域の取り方は様々考えられる。また、再結合中心領域21の形成方法も他の物質を利用したり、他の方法で実現することも考えられる。例えば、再結合中心領域の代りに高濃度P型領域を形成してもよい。いずれの場合においても、P−型のボディー12及びN+型のボディーコンタクト部22によるダイオードの特性に関して、図5に示すような変化が期待できる。また、各図はNチャネル型のSOI MOSFETを示したが、Pチャネル型のSOI MOSFETも導電型を逆に考えて同様に構成できる。さらに、ゲート電極15上部またはゲート電極15及びソース・ドレイン領域18,19両者の上部が金属シリサイド化されている構成をとってもよい。その際、ボディーコンタクト部22の領域上部も金属シリサイド化される。
【0035】
図6は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の要部構成を示しており、部分空乏型SOI MOSFETである。各図(a)は平面図、(b)は(a)中のB−B断面図、(c)は(a)中のC−C断面図である。SOI MOSFET60は、ここでは複数直列接続された形態をとっている。そのうちの一つ当りのSOI MOSFET60は、埋め込み絶縁膜(SiO2膜)61上に例えば、P−型(低濃度P型)のボディー62、チャネル部63及びゲート絶縁膜64を介してゲート電極65が構成されている。ゲート電極65の両側にはNー型(低濃度N型)のエクステンション領域66形成後に設けられるサイドウォール(スペーサー)67が形成されている。エクステンション領域66の両外側にN+型(高濃度N型)のソース領域68、ドレイン領域69が形成されている。
【0036】
上記ソース領域68、ドレイン領域69は、その接合深さがボディー62の厚みより小さい。従ってソース・ドレイン領域68,69の下部にはボディー62が延在する。また、ボディー62及びこれに隣接するソース・ドレイン領域68,69の周辺にトレンチ形態の完全分離絶縁膜70が設けられている。完全分離絶縁膜70は埋め込み絶縁膜61に到達する厚さを有するが、基準電位または接地電位に繋ぐための電源経路領域71を除いて設けられている。この電源経路領域71を介してソース・ドレイン領域68,69から外側に所定領域にP+型のボディーコンタクト部72が設けられている。少なくとも、ソース領域68とボディーコンタクト部72は図示しない上層の配線によって接続される。
【0037】
上記実施形態によれば、SOI MOSFET60のソース・ドレイン領域68,69の接合深さをボディー62の厚みより小さくする。これにより、ボディー62とボディーコンタクト部72との経路間においてソース領域直下のボディーの空乏化現象を利用した抵抗因子部73が機能する。すなわち、ボディーとの間の抵抗、回路動作周波数が共に十分高ければ、回路動作中での実効的なボディー電位はボディーコンタクト部に固定されずにむしろ容量性結合を伴って変動する。この結果、ボディー端子制御型の容量性結合を伴うことになり十分な電流駆動能力の向上が図れる。このような電流駆動能力の向上を図ったMOSFETで回路を構成することによって、LSI情報処理の高速化が期待できる。また、素子面積並びにゲート容量の増加を伴わない。
【0038】
図7、図8は、それぞれ第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を示しており、前記図6におけるSOI MOSFETの製造方法の要部を工程順に表している。各図(a)は平面図、(b)は(a)中のB−B断面図、(c)は(a)中のC−C断面図である。上記第3実施形態と同様の箇所には図6中と同一の符号を付して説明する。
【0039】
図7(a),(b),(c)に示すように、SOI基板において、埋め込み絶縁膜61上にウェルと同様の領域に設けられるP−型のボディー62を分離する完全分離絶縁膜70をトレンチ素子分離法により形成する。トレンチは埋め込み絶縁膜11に確実に到達させる完全素子分離である。ただし、基準電位または接地電位に繋ぐための電源経路領域71には形成されない。(a)図のようにコの字型として完全分離する。次に、チャネル部63のためのイオン注入、ゲート絶縁膜64の形成、ゲート電極65並びにダミーゲート81のパターニングを経る。次に、ソース・ドレインのエクステンション領域66を形成する。
【0040】
次に、図8(a),(b),(c)に示すように、側壁用絶縁膜の堆積から異方性エッチングを経てスペーサ67を形成する。その後、スペーサ67を含むゲート電極65並びにダミーゲート81のマスク領域を伴ってソース・ドレイン領域68,69となるN+型の領域を形成する。このとき、ソース・ドレイン領域68,69は、その接合深さをボディー62の厚みより小さくする。このような形態を実現するために、ボディー62の厚みの考慮やソース・ドレイン領域形成時の不純物の種類、加速電圧、ドーズ量等に配慮する。次に、ソース・ドレイン領域68,69の外側に電源経路領域71を介してP+型領域を形成し、ボディーコンタクト部72とする。なお、ダミーゲート81を形成する工程を省いても構成上まったく問題はなく、それが図6に示す構成、すなわち第3実施形態の要部に相当する。
【0041】
上記実施形態及び方法によれば、ソース・ドレイン領域68,69の接合深さをボディー62の厚みより小さくし、ボディー62とボディーコンタクト部72との経路間においてソース領域直下のボディーの空乏化現象を利用した抵抗因子部73を形成する。これにより、ある程度抵抗の高いボディーコンタクトを設け、回路動作中での実効的なボディー電位をボディーコンタクト部に固定させず、容量性結合を伴って変動させる。この結果、ボディー端子制御型の容量性結合を伴うことになり十分な電流駆動能力の向上が図れる。また、従来のバルクMOSFETからなるLSIで用いられているレイアウト設計情報におよそ完全な互換性を持つことになる。当然、素子面積並びにゲート容量の増加を伴うことはない。
【0042】
なお、上記実施形態及び方法に限らず、ボディーコンタクト部72の領域の取り方は様々考えられる。また、ボディーコンタクト部72をN+型に変更すると共に再結合中心領域ないしP+型領域の形成を付加してもよい。また、Nチャネル型のSOI MOSFETを示したが、Pチャネル型のSOI MOSFETも導電型を逆に考えて同様に構成できる。さらに、ゲート電極65上部またはゲート電極65及びソース・ドレイン領域68,69両者の上部が金属シリサイド化されている構成をとってもよい。その際、ボディーコンタクト部72の領域上部も金属シリサイド化される。
【0043】
図9は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の要部構成を示しており、部分空乏型SOI MOSFETである。各図(a)は平面図、(b)は(a)中のB−B断面図、(c)は(a)中のC−C断面図である。SOI MOSFET90は、埋め込み絶縁膜(SiO2膜)91上に例えば、P−型(低濃度P型)のボディー92、チャネル部93及びゲート絶縁膜94を介してゲート電極95が構成されている。ゲート電極95の両側にはNー型(低濃度N型)のエクステンション領域961,962形成後に設けられるサイドウォール(スペーサー)97が形成されている。エクステンション領域96の両外側にN+型(高濃度N型)のソース領域98、ドレイン領域99が形成されている。ソース・ドレイン領域98,99は、その接合深さがボディー92の厚みに到達している。
【0044】
また、ボディー92及びこれに隣接するソース・ドレイン領域98,99の周辺にトレンチ形態の完全分離絶縁膜100が設けられている。完全分離絶縁膜100は埋め込み絶縁膜91に到達する厚さを有する完全素子分離である。ソース・ドレイン領域98,99よりも浅い接合のエクステンション領域961,962のうち、ソース側において、エクステンション領域961とソース領域98の少なくともいずれかとボディー92の接合部に再結合中心領域101が設けられている。
【0045】
上記実施形態によれば、SOI MOSFET90のソース側の低濃度エクステンション領域961とソース領域98の少なくともいずれかとボディー92の接合部に再結合中心領域101が設けられる。これにより、上記接合部を高抵抗なオーミック接触に似た電流−電圧特性を有する非理想的なダイオードとすることが期待できる(図5参照)。従って、前記第1、第2実施形態と同様の要領でボディーコンタクトの抵抗値が高いボディー・タイド・トゥ・ソース操作、ひいてはボディー端子制御型の容量性結合を具現化することが可能となり、これによる十分な電流駆動能力の向上が図れる。このような電流駆動能力の向上を図ったMOSFETで回路を構成することによって、LSI情報処理の高速化が期待できる。また、素子面積並びにゲート容量の増加を伴わない。なお、再結合中心領域101を高濃度P型(P+型)領域に変更しても、構成上何ら問題はない。
【0046】
図10は、第6実施形態に係る半導体装置の製造方法を示しており、前記図9におけるSOI MOSFETの製造方法の要部を表している。(a)は平面図、(b)は(a)中のB−B断面図、(c)は(a)中のC−C断面図である。上記第5実施形態と同様の箇所には図9中と同一の符号を付して説明する。
【0047】
図10(a),(b),(c)に示すように、SOI基板において、埋め込み絶縁膜91上にP−型のボディー92を分離する完全分離絶縁膜100をトレンチ素子分離法により形成する。トレンチは埋め込み絶縁膜91に確実に到達させる完全素子分離である。次に、チャネル部93のためのイオン注入、ゲート絶縁膜94の形成、ゲート電極95のパターニングを経る。次に、ソース・ドレインのエクステンション領域961,962を形成する。次に、側壁用絶縁膜の堆積から異方性エッチングを経てスペーサ97を形成する。その後、スペーサ97を含むゲート電極95のマスク領域を伴ってソース・ドレイン領域98,99となるN+型の領域を形成する。このとき、ソース・ドレイン領域98,99は、その接合深さをボディー92の厚みに到達させる。次に、イオン注入マスク105を形成し、再結合中心領域101を形成する。このような工程を経ることにより、従来のバルクMOSFETからなるLSIで用いられているレイアウト設計情報を有効に活用した上、素子面積並びにゲート容量の増加を伴わずに、図9に示すSOI MOSFET90が構成される。
【0048】
なお、再結合中心領域101を形成することによって構成される非理想的なダイオードに関し、「整流性を有する(順方向電流が逆方向電流よりも十分大きい)よりも、むしろ抵抗性の電流−電圧特性を示す(順方向電流と逆方向電流がおよそ等しい)ものである。」との条件(図5参照)以外にも、次の3つの条件が重要であり、これらすべての条件を満足するように設計する必要がある。
(1)回路動作中でボディーの容量性結合が生じるほどに電流量が小さいこと。
(2)キャリア生成過程に由来する回路動作待機時のオフ電流の増加を抑制できるほどに順方向の電流量が大きいこと。
(3)ボディーの電荷量を変化させる他の電流成分よりも電流量が十分大きいこと。
【0049】
上記(1)、(2)、並びに(3)の条件は、それぞれボディー端子制御型の容量性結合の条件に対応している。従って、上記(1)、(2)、並びに(3)の条件を満足するとき、ボディー端子制御型の容量性結合によって電流駆動能力が向上する。また、上記すべての条件は、前記第1、第2実施形態においても満たされる必要がある。
【0050】
なお、上記すべての条件を満足する限り、再結合中心領域101をP+型領域に変更しても、構成上なんら問題はない。また、上記実施形態はNチャネル型のSOI MOSFETを示したが、Pチャネル型のSOI MOSFETも導電型を逆に考えて同様に構成できる。さらに、ゲート電極95上部またはゲート電極95及びソース・ドレイン領域98,99両者の上部が金属シリサイド化されている構成をとってもよい。
【0051】
以上説明したように本発明によれば、部分分離絶縁膜を配し、ボディーの所定領域に再結合中心領域を設ける。これにより、第1導電型のボディー及び第2導電型のボディーコンタクト部によるダイオードを整流的な電流−電圧特性を有するものからむしろ抵抗性の電流−電圧特性を示すものに変化させる。これにより、ボディー端子制御型の容量性結合を伴うことになり、十分な電流駆動能力の向上が図れる。しかも、素子面積は増加しない。あるいは、電源経路領域を除いて設けられる完全分離絶縁膜を配し、ボディーとボディーコンタクト部との経路間においてソース領域直下のボディーの空乏化現象を利用した抵抗部を機能させる。再結合中心を利用してもよい。すなわち、ボディーとの間の抵抗、回路動作周波数が共に十分高ければ、回路動作中での実効的なボディー電位はボディーコンタクト部に固定されずにむしろ容量性結合を伴って変動する。これにより、十分な電流駆動能力の向上が図れる。しかも、素子面積、ゲート容量は増加しない。または、完全分離絶縁膜を有し、ソース側でボディーとの接合部に再結合中心領域を設ける。これにより、ボディーとの接合部に高抵抗オーミック接触に類似した電流−電圧特性を得るようにし、回路動作中において過渡的なボディー容量結合を伴わせる。これにより、十分な電流駆動能力の向上が期待できる。しかも、素子面積、ゲート容量は増加しない。この結果、バルクMOSFETで用いられているレイアウト設計情報を有効に活用でき、かつ安定した十分な電流駆動能力の向上を達成するSOI構造MOS型半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す各図。
【図2】第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す第1の各図。
【図3】図2に続く第2の各図。
【図4】図3に続く第3の各図。
【図5】本発明に関係する特性図。
【図6】第3実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す各図。
【図7】第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す第1の各図。
【図8】図7に続く第2の各図。
【図9】第5実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す各図。
【図10】第6実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す各図。
【符号の説明】
10,60,90…SOI MOSFET、11,61,91…埋め込み絶縁膜、12,62,92…ボディー、13,63,93…チャネル部、14,64,94…ゲート絶縁膜、15,65,95…ゲート電極、16,66,961,962…エクステンション領域、17,67,97…サイドウォール(スペーサー)、18,68,98…ソース領域、19,69,99…ドレイン領域、20…部分分離絶縁膜、70,100…完全分離絶縁膜、21,101…再結合中心領域、22,72…ボディーコンタクト部、31,41,105…イオン注入マスク、71…電源経路領域、73…抵抗因子部、81…ダミーゲート(イオン注入マスク)。
Claims (11)
- 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、
前記シリコン単結晶中の第1導電型のボディー及びこれに隣接する第2導電型のソース・ドレイン領域の周辺に設けられ前記絶縁膜との間に前記ボディーの領域を延在させた部分分離絶縁膜と、
前記部分分離絶縁膜下部の前記ボディーあるいは前記ソース・ドレイン領域から外側に設けられた前記ボディーの部分において、所定領域に設けられた再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域と、
前記再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域に設けられる第2導電型のボディーコンタクト部と、
を具備したことを特徴とするSOI構造MOS型半導体装置。 - 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、
前記シリコン単結晶中の第1導電型のボディーにゲート電極部を隔てて設けられ接合深さが前記ボディーの厚みより小さい第2導電型のソース・ドレイン領域と、
前記ボディー及びこれに隣接する前記ソース・ドレインの周辺において電源経路領域を除いて設けられる前記絶縁膜と接触した完全分離絶縁膜と、
前記電源経路領域を介して前記ソース・ドレイン領域から外側に設けられた第1導電型のボディーコンタクト部と、
を具備したことを特徴とするSOI構造MOS型半導体装置。 - 前記ボディーコンタクト部を第2導電型とし、前記ボディーコンタクト部に接触する再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を具備したことを特徴とする請求項2記載のSOI構造MOS型半導体装置。
- 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、
前記シリコン単結晶中の第1導電型のボディーにゲート電極部を隔てて設けられ接合深さが前記ボディーの厚みより小さい低濃度エクステンション領域を有する第2導電型のソース・ドレイン領域と、
前記ボディー及びこれに隣接する前記ソース・ドレイン領域の周辺に設けられる前記絶縁膜と接触した完全分離絶縁膜と、
前記ソース・ドレイン領域のソース側で前記ボディーとの接合部に設けられた再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域と、
を具備したことを特徴とするSOI構造MOS型半導体装置。 - 前記再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域は、前記ソース側と前記ボディーとの接合部に高抵抗オーミック接触に類似した電流−電圧特性が与えられるよう設けられ、回路動作中において過渡的なボディー容量結合を伴うことを特徴とする請求項4記載のSOI構造MOS型半導体装置。
- 前記SOI MOSFETは、ゲート電極上部または前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン領域両者の上部は金属シリサイド化されていることを特徴とする請求項1〜5いずれか一つに記載の半導体装置。
- 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、
前記シリコン単結晶のボディーとなる第1導電型領域における素子予定領域周辺に前記絶縁膜と非接触の部分分離絶縁膜を形成する工程と、
前記ボディーのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
少なくともソース・ドレインやボディーコンタクトとなる第2導電型領域を形成するイオン注入工程と、
前記ボディーコンタクトとなる第2導電型領域に隣接する再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を形成する工程と、
を具備したことを特徴とするSOI構造MOS型半導体装置の製造方法。 - 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、
ウェルと同様の領域に設けられる前記シリコン単結晶のボディーとなる第1導電型領域における素子予定領域周辺で電源経路領域を除き、前記絶縁膜に接触する完全分離絶縁膜を形成する工程と、
前記ボディーのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
少なくとも接合深さが前記ボディーの厚みより小さいソース・ドレインとなる第2導電型領域を形成するイオン注入工程と、
前記電源経路領域を介して前記ソース・ドレイン領域から外側に設けられる第1導電型のボディーコンタクト部を形成する工程と、
を具備したことを特徴とするSOI構造MOS型半導体装置の製造方法。 - 前記完全分離絶縁膜の外側に前記ボディーが所定領域存在するように所定のイオン注入マスクを形成する工程と、前記ボディーコンタクト部を第2導電型とし、前記ボディーコンタクト部周辺に再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を形成する工程の少なくともいずれかをさらに具備したことを特徴とする請求項8記載のSOI構造MOS型半導体装置の製造方法。
- 前記ソース・ドレインとなる第2導電型領域の形成は前記ソース・ドレインよりも接合深さの浅い低濃度エクステンション領域の形成も含まれることを特徴とする請求項6〜9いずれか一つに記載のSOI構造MOS型半導体装置の製造方法。
- 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶にMOSFETを構成するSOI MOSFETに関し、
前記シリコン単結晶のボディーとなる第1導電型領域における素子予定領域周辺に前記絶縁膜に接触する完全分離絶縁膜を形成する工程と、
前記ボディーのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
少なくとも前記完全分離絶縁膜及び前記ゲート電極のマスクを伴って接合深さが前記ボディーの厚みより小さい第2導電型の低濃度エクステンション領域及び接合深さが前記ボディーの厚みに達する第2導電型のソース・ドレイン領域を形成するイオン注入工程と、
前記ソース・ドレイン領域のソース側で前記低濃度エクステンション領域とソース領域の少なくともいずれかと前記ボディーの接合部に再結合中心領域ないし高濃度第1導電型領域を形成する工程と、
を具備し、
回路動作中に過渡的なボディーの容量性結合を伴うことを特徴とするSOI構造MOS型半導体装置の製造方法。
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JP2003022135A JP2004235438A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | Soi構造mos型半導体装置及びその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7465986B2 (en) | 2004-08-27 | 2008-12-16 | International Rectifier Corporation | Power semiconductor device including insulated source electrodes inside trenches |
JP2012212918A (ja) * | 2012-06-21 | 2012-11-01 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置 |
-
2003
- 2003-01-30 JP JP2003022135A patent/JP2004235438A/ja active Pending
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