JP2005210005A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and the manufacturing method thereof which includes a varactor having a large variable-capacitance range. <P>SOLUTION: The semiconductor device has a gate electrode 105 formed above an N-well 101 via an insulating film 103 and has a counter impurity layer 108 formed by introducing a p-type impurity into the surface region of the n-well 101 which is present under the gate electrode 105. Further, there is included in the device a varactor for generating a capacitance by the gate electrode 105 and the counter impurity layer 108. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電圧可変コンデンサ(バラクタ)、特に、既存のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor )プロセスを用いて作製するMOS(Metal Oxide Semiconductor )型バラクタの構造および製造方法に関するものである。   The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a voltage variable capacitor (varactor), in particular, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type varactor manufactured using an existing CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process.

従来、多くの無線周波数(RF、Radio Frequency )回路において、電圧可変コンデンサであるバラクタが汎用されている。   Conventionally, a varactor that is a voltage variable capacitor has been widely used in many radio frequency (RF) circuits.

バラクタを実現する既知の構造としては、PN接合の空乏層容量を利用したものがあり、具体的にはバラクタ・ダイオードがある。ここで、バラクタの性能を評価するための指標として、上記のようなPN接合容量バラクタの場合は、同調比がしばしば用いられている。同調比とは、所定のPN接合逆バイアスV2における容量C2と、他の所定の逆バイアスV1(V1<V2)における容量C1(C1>C2)との比(C2/C1)である。この同調比が大きいほど、バラクタに印加する一定の電圧幅でより大きな容量変化が可能となるので、RF集積回路において制御可能なアンテナの共振周波数範囲が広くなる。   As a known structure for realizing a varactor, there is a structure using a depletion layer capacitance of a PN junction, specifically, a varactor diode. Here, as an index for evaluating the performance of the varactor, in the case of the PN junction capacity varactor as described above, a tuning ratio is often used. The tuning ratio is a ratio (C2 / C1) between the capacitance C2 at a predetermined PN junction reverse bias V2 and the capacitance C1 (C1> C2) at another predetermined reverse bias V1 (V1 <V2). The larger the tuning ratio, the larger the capacitance change is possible with a constant voltage width applied to the varactor, and the wider the resonance frequency range of the antenna that can be controlled in the RF integrated circuit.

図11は、PN接合バラクタダイオードの容量のバイアス電圧依存性を示す図である。PNダイオードにおいては、PN接合に印加する逆バイアス電圧をV1からV2に増大していくと、PN接合部における空乏層幅が拡大するため、容量は減少する。この空乏層幅は、良く知られているように不純物の濃度に依存し、不純物濃度が高くなると、空乏層幅は狭くなって容量C2が増大する。このため、小さいC2を得る目的で空乏層幅を大きくするには、PN接合バラクタの場合は印加電圧を大きくしなければならない。従って、最近多く用いられるような低電圧低消費電力の集積回路用には、PN接合バラクタは適していない。   FIG. 11 is a diagram showing the bias voltage dependency of the capacitance of the PN junction varactor diode. In the PN diode, when the reverse bias voltage applied to the PN junction is increased from V1 to V2, the depletion layer width at the PN junction increases, and thus the capacitance decreases. As is well known, the depletion layer width depends on the impurity concentration. When the impurity concentration increases, the depletion layer width decreases and the capacitance C2 increases. Therefore, in order to increase the depletion layer width for the purpose of obtaining a small C2, in the case of a PN junction varactor, the applied voltage must be increased. Therefore, a PN junction varactor is not suitable for an integrated circuit of low voltage and low power consumption that is often used recently.

近年、回路の小型化の要望が高まり、CMOSデバイスとバラクタとを1チップに搭載することが要請されている。この目的のためには、CMOSとほぼ同じ製造工程で形成できるMOS型バラクタが有利であり、広く使用されてきている。この型のバラクタはMOS型容量のゲート電圧依存性を利用するものであり、例えばN型基板に形成したとき、印加電圧に対して容量は例えば図12に示すように変化する。MOS型バラクタでは、図12から明らかなように、所定の正バイアスV3における容量Cmax と、負バイアス−V3における容量Cmin との比を同調比(Cmax /Cmin )として設定することができる。すなわち正電圧及び負電圧の両方を用いて容量を変化させることができるので、電圧変化幅2V3の1/2の電源電圧で十分な動作を行なわせることができる。この特性は、半導体デバイスを高集積化し、電源電圧を低電圧化させた場合でも、それに伴う小さな電圧幅で大きな同調比を確保できることを意味する。そのため、既存のCMOSプロセスを用いてバラクタとして機能するMOSキャパシタを形成することが行われているのである。   In recent years, there has been a growing demand for circuit miniaturization, and there is a demand for mounting a CMOS device and a varactor on one chip. For this purpose, MOS type varactors that can be formed in substantially the same manufacturing process as CMOS are advantageous and have been widely used. This type of varactor utilizes the gate voltage dependency of a MOS type capacitor. For example, when formed on an N-type substrate, the capacitance changes with respect to the applied voltage as shown in FIG. In the MOS type varactor, as is apparent from FIG. 12, the ratio of the capacitance Cmax at the predetermined positive bias V3 and the capacitance Cmin at the negative bias −V3 can be set as the tuning ratio (Cmax / Cmin). That is, since the capacitance can be changed using both positive voltage and negative voltage, a sufficient operation can be performed with a power supply voltage that is ½ of the voltage change width 2V3. This characteristic means that even when the semiconductor device is highly integrated and the power supply voltage is lowered, a large tuning ratio can be secured with a small voltage width. Therefore, a MOS capacitor that functions as a varactor is formed using an existing CMOS process.

図12は、理想的なバラクタ(MOSキャパシタ)の容量のバイアス電圧依存性を示している。MOSキャパシタにおいては、N型Si基板表面におけるキャリアの空乏化が進む方向である負バイアス−V3をゲート電極に印加すると、空乏層幅が拡大するため、容量Cが減少する。   FIG. 12 shows the bias voltage dependency of the capacity of an ideal varactor (MOS capacitor). In a MOS capacitor, when a negative bias −V3, which is a direction in which carrier depletion proceeds on the surface of an N-type Si substrate, is applied to the gate electrode, the width of the depletion layer increases, and the capacitance C decreases.

また、バイアス電圧が一定の範囲にある場合には、容量Cはバイアス電圧に依存して大きく変化する。しかし、バイアス電圧が該範囲よりも大きい場合及び小さい場合には、容量Cのバイアス電圧に対する依存性は小さくなり、バイアス電圧に関わらず容量Cはそれぞれほぼ一定の値となる。   Further, when the bias voltage is in a certain range, the capacitance C varies greatly depending on the bias voltage. However, when the bias voltage is larger or smaller than this range, the dependency of the capacitance C on the bias voltage is reduced, and the capacitance C has a substantially constant value regardless of the bias voltage.

ここで、容量Cがバイアス電圧に依存して大きく変化する範囲を容量可変領域と呼ぶことにする。バイアス電圧が−V3からV3までの値をとる条件で容量可変領域を最大限に利用するには、容量Cが容量Cmax と容量Cmin の平均容量となる時のバイアス電圧を中心電圧Vcとして、中心電圧Vcが0に近いほど良い。これは、中心電圧Vcが0から正負どちらかへずれると、ゲート電圧V3または−V3が容量可変領域を外れて容量Cのほとんど変化しない領域に入り、電圧変化幅の割には容量変化が少なくなるからである。   Here, a range in which the capacitance C greatly changes depending on the bias voltage is referred to as a capacitance variable region. In order to make maximum use of the capacity variable region under the condition that the bias voltage takes a value from −V3 to V3, the bias voltage when the capacity C becomes the average capacity of the capacity Cmax and the capacity Cmin is set as the center voltage Vc, and the center The closer the voltage Vc is to 0, the better. This is because when the center voltage Vc shifts from 0 to either positive or negative, the gate voltage V3 or -V3 enters the region where the capacitance C hardly changes after leaving the capacitance variable region, and the capacitance change is small for the voltage change width. Because it becomes.

また、空乏層幅及び中心電圧Vcは、MOSキャパシタのC−V特性から良く知られているように、Si基板表面の不純物濃度に依存する。不純物濃度が高くなると、空乏層幅が狭くなることによる容量Cmin の増大と中心電圧Vcの負のバイアス側への若干のシフトとが起こる。   Further, the depletion layer width and the center voltage Vc depend on the impurity concentration on the surface of the Si substrate, as is well known from the CV characteristics of the MOS capacitor. As the impurity concentration increases, the capacitance Cmin increases due to the narrowing of the depletion layer width and a slight shift of the center voltage Vc to the negative bias side occurs.

図13は、CMOSデバイスとバラクタ(MOSキャパシタ)とが搭載された従来の半導体装置を示す断面図である。以下に、該半導体装置の構成を説明する。   FIG. 13 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device on which a CMOS device and a varactor (MOS capacitor) are mounted. The configuration of the semiconductor device will be described below.

P型Si基板10上に、N型不純物のドープされたNウェル11が形成されている。また、P型Si基板上にSTI(Shallow Trench Isolation)12が形成され、P型Si基板10の表面部を複数の活性領域に区画している。複数の活性領域として、CMOSデバイス中のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Feild Effect Transistor )が設けられるトランジスタ形成領域Trと、バラクタが設けられるバラクタ形成領域Vaとがある。但し、CMOSデバイス中のMOSFETには、N型MOSFETとP型MOSFETとがあるが、図13にはP型MOSFETを形成する領域のみが図示されている。   An N well 11 doped with N type impurities is formed on a P type Si substrate 10. Further, an STI (Shallow Trench Isolation) 12 is formed on the P-type Si substrate, and the surface portion of the P-type Si substrate 10 is partitioned into a plurality of active regions. As the plurality of active regions, there are a transistor formation region Tr in which a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Feild Effect Transistor) in a CMOS device is provided, and a varactor formation region Va in which a varactor is provided. However, MOSFETs in a CMOS device include an N-type MOSFET and a P-type MOSFET, but FIG. 13 shows only a region where a P-type MOSFET is formed.

トランジスタ形成領域TrのP型Si基板10上に、ゲート絶縁膜13を介して第1のゲート電極14が形成されている。該第1のゲート電極14は、P型不純物がドープされたポリシリコンからなる。また、バラクタ形成領域VaのP型Si基板10の上に、ゲート伝絶縁膜13を介して第2のゲート電極15が形成されている。該第2のゲート電極15は、N型不純物がドープされたポリシリコンからなる。   A first gate electrode 14 is formed on the P-type Si substrate 10 in the transistor formation region Tr via a gate insulating film 13. The first gate electrode 14 is made of polysilicon doped with a P-type impurity. A second gate electrode 15 is formed on the P-type Si substrate 10 in the varactor formation region Va via a gate transfer insulating film 13. The second gate electrode 15 is made of polysilicon doped with an N-type impurity.

トランジスタ形成領域Trの第1のゲート電極14の両側の領域に、P型不純物がドープされたソース・ドレイン領域(ソース領域及びドレイン領域をまとめてこのように呼ぶことにする)16が形成されている。また、バラクタ形成領域Vaの第2のゲート電極15の両側の領域に、N型不純物がドープされた基板コンタクト領域17が形成されている。   Source / drain regions doped with P-type impurities (source region and drain region are collectively referred to as such) 16 are formed in regions on both sides of the first gate electrode 14 in the transistor formation region Tr. Yes. Further, substrate contact regions 17 doped with N-type impurities are formed in regions on both sides of the second gate electrode 15 in the varactor formation region Va.

P型Si基板10、Nウェル11、STI12、ゲート絶縁膜13、第1のゲート電極14、第2のゲート電極15、ソース・ドレイン領域16及び基板コンタクト領域17を覆うように、層間絶縁膜18が形成されている。層間絶縁膜18に対し、コンタクトホール(図示せず)が形成されている。   An interlayer insulating film 18 is formed so as to cover the P-type Si substrate 10, the N well 11, the STI 12, the gate insulating film 13, the first gate electrode 14, the second gate electrode 15, the source / drain region 16 and the substrate contact region 17. Is formed. A contact hole (not shown) is formed in the interlayer insulating film 18.

図13に示す構造は、以下の製造プロセスにより形成される。   The structure shown in FIG. 13 is formed by the following manufacturing process.

まず、P型Si基板10に、Nウェル11とSTI12とを形成する。その後、トランジスタ形成領域Trとバラクタ形成領域Vaとにおいて、共通のゲート絶縁膜13を形成する。次に、トランジスタ形成領域Trにおいて、P型Si基板10上に、ゲート絶縁膜13を介してP型不純物をドープしたポリシリコンからなる第1のゲート電極14を形成する。続いて第1のゲート電極14をマスクとして、P型不純物のイオン注入を行なってソース・ドレイン領域16を形成する。   First, an N well 11 and an STI 12 are formed on a P-type Si substrate 10. Thereafter, a common gate insulating film 13 is formed in the transistor formation region Tr and the varactor formation region Va. Next, a first gate electrode 14 made of polysilicon doped with a P-type impurity is formed on the P-type Si substrate 10 via a gate insulating film 13 in the transistor formation region Tr. Subsequently, using the first gate electrode 14 as a mask, ion implantation of P-type impurities is performed to form source / drain regions 16.

次に、バラクタ形成領域Vaにおいて、P型Si基板10上に、ゲート絶縁膜13を介してN型不純物をドープしたポリシリコンからなる第2のゲート電極15を形成する。続いて第2のゲート電極15をマスクとして、N型不純物のイオン注入を行なって基板コンタクト領域17を形成する。   Next, in the varactor formation region Va, a second gate electrode 15 made of polysilicon doped with N-type impurities is formed on the P-type Si substrate 10 via a gate insulating film 13. Subsequently, using the second gate electrode 15 as a mask, N-type impurity ions are implanted to form a substrate contact region 17.

尚、該従来の半導体装置にはCMOSデバイスが搭載されているのであるから、図示しているP型MOSFETに加えてN型MOSFET(図示せず)も含んでいる。そこで、基板コンタクト領域17は、CMOSデバイス中のN型MOSFETのソース・ドレイン領域形成と同一の工程で形成される。   Since the conventional semiconductor device includes a CMOS device, it includes an N-type MOSFET (not shown) in addition to the P-type MOSFET shown. Therefore, the substrate contact region 17 is formed in the same process as the source / drain region formation of the N-type MOSFET in the CMOS device.

以上のようにして、既存のCMOSデバイスの製造プロセスを利用して、図13に示す構造を持つ半導体装置の各部材を形成することができる。   As described above, each member of the semiconductor device having the structure shown in FIG. 13 can be formed by using an existing CMOS device manufacturing process.

尚、図13では1個のバラクタを示しているが、このバラクタ全体を平面で見ると、図14のようにパターンレイアウトされている。Nウェルの基板コンタクト領域17に挟まれた領域上に形成されたバラクタの第2のゲート電極15は、それぞれ1本の幅は小さくなるように複数に分割され且つ互いに電気的に接続されている。そしてバラクタに電圧を印加するために第2のゲート電極15上に第1のコンタクトホール19が形成されていると共に、基板コンタクト領域17上に第2のコンタクトホール20が形成されている。   Although FIG. 13 shows one varactor, when the entire varactor is viewed in plan, the pattern layout is as shown in FIG. The second gate electrode 15 of the varactor formed on the region sandwiched between the N-well substrate contact regions 17 is divided into a plurality of pieces so that the width of each of the second gate electrodes 15 is reduced, and is electrically connected to each other. . In order to apply a voltage to the varactor, a first contact hole 19 is formed on the second gate electrode 15, and a second contact hole 20 is formed on the substrate contact region 17.

バラクタのゲート電極は、原則的には所定の容量が得られる面積を持つ単一のゲート電極であれば良い。しかし、集積回路の動作周波数が例えば数GHzの領域になると、電極の抵抗が無視できなくなり、ノイズ特性などに悪影響を及ぼす。電極が大きいほど抵抗の影響は顕著になるから、ゲート電極を総面積が所定の容量の得られる面積である幅の狭い複数のゲート電極に分割することで抵抗の影響を緩和している。これとともに、複数に分割されたゲート電極は互いに電気的に接続された構造とし、その隙間に第2のコンタクトホール20を置いているのである。   In principle, the gate electrode of the varactor may be a single gate electrode having an area capable of obtaining a predetermined capacitance. However, when the operating frequency of the integrated circuit is in the region of, for example, several GHz, the resistance of the electrode cannot be ignored, which adversely affects noise characteristics and the like. Since the influence of resistance becomes more conspicuous as the electrode is larger, the influence of resistance is mitigated by dividing the gate electrode into a plurality of narrow gate electrodes whose total area is an area where a predetermined capacitance can be obtained. At the same time, the gate electrodes divided into a plurality are electrically connected to each other, and the second contact hole 20 is placed in the gap.

また、ゲート電極材料を上記のようなポリシリコンに代えて、高融点金属シリサイドとポリシリコンの2層構造とすることでゲート電極を低抵抗化することも行なわれている。
特開平9−121025号公報
In addition, the resistance of the gate electrode is reduced by replacing the polysilicon as described above with a two-layer structure of a refractory metal silicide and polysilicon.
JP-A-9-121025

しかしながら、上記既存のCMOSプロセスを用いたバラクタ構造においては、以下のような問題があった。   However, the varactor structure using the existing CMOS process has the following problems.

トランジスタのパターン寸法の微細化が進むにつれて、基板不純物濃度はスケーリング則に従い高濃度化される。このときSi基板表面の不純物濃度はトランジスタ特性に対して最適化される。そのため、図13のバラクタ形成領域Vaにおいても、Nウェル11表面での不純物濃度はトランジスタ形成領域TrのNウェル11と同等の比較的高い値となっている。このため、空乏層の広がりが抑制され、結果として容量値Cmin が増大する。これと同時に、容量値Cmin を示すときの印加電圧Vmin と、容量値Cmax を示すときの印加電圧Vmax との平均電圧を中心電圧Vcとしたとき、中心電圧Vcがゼロから大きく負のバイアス側にシフトする。このことから、容量変化が最大幅になるように正負の電圧を印加するのが難しくなる。   As the pattern size of transistors progresses, the substrate impurity concentration is increased according to the scaling law. At this time, the impurity concentration on the surface of the Si substrate is optimized with respect to the transistor characteristics. Therefore, also in the varactor forming region Va of FIG. 13, the impurity concentration on the surface of the N well 11 is a relatively high value equivalent to that of the N well 11 in the transistor forming region Tr. For this reason, the spread of the depletion layer is suppressed, and as a result, the capacitance value Cmin increases. At the same time, when the average voltage between the applied voltage Vmin when the capacitance value Cmin is indicated and the applied voltage Vmax when the capacitance value Cmax is indicated as the center voltage Vc, the center voltage Vc is greatly increased from zero to the negative bias side. shift. For this reason, it becomes difficult to apply positive and negative voltages so that the capacitance change has the maximum width.

さらに、従来の製造プロセスによって形成された半導体装置中のバラクタの同調比Cmax /Cmin には、前述のように基板不純物濃度の上昇に伴って低下する傾向があるのに加え、ゲート長Lgが短くなるのに従って低下する傾向もある。このため、ゲート電極幅が小さいバラクタでは、良好な高周波特性を得るために必要になるような所望のバラクタ性能が得るのが難しくなる。このようなゲート長Lgが短くなるのに伴う同調比の低下は、第2のゲート電極15の側壁と基板コンタクト領域17との間のフリンジング容量に起因するものと考えられる。   Further, the tuning ratio Cmax / Cmin of the varactor in the semiconductor device formed by the conventional manufacturing process tends to decrease as the substrate impurity concentration increases as described above, and the gate length Lg is short. There is also a tendency to decrease as it becomes. For this reason, with a varactor having a small gate electrode width, it is difficult to obtain desired varactor performance that is necessary for obtaining good high-frequency characteristics. The decrease in the tuning ratio accompanying the reduction in the gate length Lg is considered to be caused by the fringing capacitance between the side wall of the second gate electrode 15 and the substrate contact region 17.

このことを、図13に示したバラクタの等価回路図である図15に基づいて説明する。図15に示すように、このバラクタの第2のゲート電極15の周辺には、ゲート絶縁膜容量Cox及び空乏層容量Cdep に加えて、第2のゲート電極15の側壁と基板コンタクト領域17との間に層間絶縁層18を挟んでフリンジング容量Cfが発生している。ここで、第2のゲート電極15の幅が小さくなると、それに伴ってゲート絶縁膜容量Cox及び空乏層容量Cdep は小さくなる。しかし、フリンジング容量Cfは、第2のゲート電極15の幅の縮小にはほとんど関係なく一定である。このため、第2のゲート電極15の幅が縮小してゲート絶縁膜容量Cox及び空乏層容量Cdep が小さくなると、バラクタの容量において定数であるフリンジング容量Cfの影響が相対的に大きくなる。以上の結果、第2のゲート電極15の幅が小さくなると、バイアス電圧の変化に対するバラクタ容量の相対的な変化は小さくなる。つまり、バラクタの同調比Cmax /Cmin が小さくなる。   This will be described with reference to FIG. 15, which is an equivalent circuit diagram of the varactor shown in FIG. As shown in FIG. 15, in the periphery of the second gate electrode 15 of this varactor, in addition to the gate insulating film capacitance Cox and the depletion layer capacitance Cdep, the side wall of the second gate electrode 15 and the substrate contact region 17 A fringing capacitance Cf is generated with the interlayer insulating layer 18 interposed therebetween. Here, as the width of the second gate electrode 15 decreases, the gate insulating film capacitance Cox and the depletion layer capacitance Cdep decrease accordingly. However, the fringing capacitance Cf is constant regardless of the reduction in the width of the second gate electrode 15. Therefore, when the width of the second gate electrode 15 is reduced and the gate insulating film capacitance Cox and the depletion layer capacitance Cdep are reduced, the influence of the fringing capacitance Cf, which is a constant in the capacitance of the varactor, is relatively increased. As a result, when the width of the second gate electrode 15 is reduced, the relative change in the varactor capacitance with respect to the change in the bias voltage is reduced. That is, the varactor tuning ratio Cmax / Cmin is reduced.

また、バラクタ容量がゲート長Lgの長さに依存しているのであるから、ゲート長Lgの仕上がり寸法ばらつきによって、バラクタ容量もばらつくことになる。   Further, since the varactor capacity depends on the length of the gate length Lg, the varactor capacity varies depending on the finished dimension variation of the gate length Lg.

本発明は前記の課題を解決するものである。すなわち、本発明の目的は、バラクタをCMOSデバイスと共に混載してなる半導体装置及びその製造方法を既存のCMOSプロセスを用いた上で提供すると共に、1個のゲート電極が小面積であっても、ゲート電極下方の空乏層幅を大きくすることができる高性能なバラクタを提供することである。   The present invention solves the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a varactor is mounted together with a CMOS device and a manufacturing method thereof using an existing CMOS process, and even if one gate electrode has a small area, An object is to provide a high-performance varactor capable of increasing the depletion layer width below the gate electrode.

前記の目的を達成するために、本発明の第1の半導体装置は、第1導電型半導体領域の上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極に印加する電圧を変化させることにより、第1導電型半導体領域中に生じる空乏層の容量を変化させてバラクタ機能を実現する半導体装置であって、第1導電型半導体領域におけるゲート電極の下側の部分に第2導電型不純物を導入することによって形成されたカウンター不純物層を備えている。   In order to achieve the above object, the first semiconductor device of the present invention changes the voltage applied to the gate electrode formed on the first conductivity type semiconductor region via the insulating film, thereby changing the first semiconductor device. A semiconductor device that realizes a varactor function by changing a capacitance of a depletion layer generated in a conductive semiconductor region, wherein a second conductive impurity is introduced into a lower portion of the gate electrode in the first conductive semiconductor region. The counter impurity layer formed by (1) is provided.

ここで、第1導電型半導体領域とは、ウェル又は半導体基板のうちで第1導電型を有するものを言う。また、ウェル又は半導体基板のうちで第2導電型を有するものを、第2導電型半導体領域と言うことにする。ウェルについては、第1導電型ウェル及び第2導電型ウェルのどちらか一方のみが形成されていても良いし、両方が形成されていても良い。   Here, the first conductivity type semiconductor region means a well or semiconductor substrate having the first conductivity type. Further, the well or semiconductor substrate having the second conductivity type is referred to as a second conductivity type semiconductor region. As for the well, only one of the first conductivity type well and the second conductivity type well may be formed, or both may be formed.

第1の半導体装置は、第1導電型半導体領域におけるバラクタのゲート電極の下側の表面領域に、第2導電型不純物が導入されたカウンター不純物層を備えている。つまり、第1導電型半導体領域が有する第1導電型不純物に加え、第2導電型不純物が導入されており、このことから該カウンター不純物層においては実効不純物濃度が低下している。ここで、実効不純物濃度とは、第1導電型不純物濃度と第2導電型不純物濃度との差の絶対値を言うものとする。このような構成により、実効不純物濃度が低下していることから、キャリアの濃度が低下している。このため、第1導電型半導体領域の不純物濃度が高い場合においても、バラクタのゲート電極の下側の空乏層の広がり幅を大きくすることができる。従って、半導体素子のパターン寸法の微細化などによって第1導電型半導体領域の不純物濃度が高くなっている場合でも、容量の可変範囲の広いバラクタを含む半導体装置が実現できる。   The first semiconductor device includes a counter impurity layer into which a second conductivity type impurity is introduced in a surface region below the gate electrode of the varactor in the first conductivity type semiconductor region. That is, the second conductivity type impurity is introduced in addition to the first conductivity type impurity included in the first conductivity type semiconductor region, and the effective impurity concentration is lowered in the counter impurity layer. Here, the effective impurity concentration refers to the absolute value of the difference between the first conductivity type impurity concentration and the second conductivity type impurity concentration. With such a configuration, since the effective impurity concentration is lowered, the carrier concentration is lowered. For this reason, even when the impurity concentration of the first conductive type semiconductor region is high, the spread width of the depletion layer below the gate electrode of the varactor can be increased. Therefore, even when the impurity concentration of the first conductivity type semiconductor region is increased due to the miniaturization of the pattern size of the semiconductor element or the like, a semiconductor device including a varactor having a wide capacitance variable range can be realized.

本発明の第2の半導体装置は、第1導電型半導体領域の上に絶縁膜を介して形成された複数のゲート電極に印加する電圧を変化させることにより、第1導電型半導体領域中に生じる空乏層の容量を変化させてバラクタ機能を実現する半導体装置であって、第1導電型半導体領域における複数のゲート電極の下側の部分に第2導電型不純物を導入することによって形成されたカウンター不純物層を備えている。   The second semiconductor device of the present invention is generated in the first conductivity type semiconductor region by changing the voltage applied to the plurality of gate electrodes formed on the first conductivity type semiconductor region via the insulating film. A semiconductor device that realizes a varactor function by changing a capacitance of a depletion layer, the counter being formed by introducing a second conductivity type impurity into a lower portion of a plurality of gate electrodes in a first conductivity type semiconductor region An impurity layer is provided.

第2の半導体装置によると、第1の半導体装置と同様の効果が実現できる。これに加え、複数の小面積のゲート電極を用いることで、単一の大面積のゲート電極を用いる場合に比べてゲート電極の抵抗の影響を緩和することができる。   According to the second semiconductor device, the same effect as that of the first semiconductor device can be realized. In addition, by using a plurality of small-area gate electrodes, the influence of the resistance of the gate electrode can be reduced as compared with the case of using a single large-area gate electrode.

尚、第2の半導体装置において、第1導電型半導体領域及び複数のゲート電極を覆う層間絶縁膜が形成されていると共に、複数のゲート電極の間の部分に第1導電型半導体領域に達する少なくとも1つのコンタクトホールを備えていてもよい。   In the second semiconductor device, an interlayer insulating film that covers the first conductivity type semiconductor region and the plurality of gate electrodes is formed, and at least reaches the first conductivity type semiconductor region in a portion between the plurality of gate electrodes. One contact hole may be provided.

このようにすると、第2の半導体装置の効果が確実に利用できる。   In this way, the effect of the second semiconductor device can be used reliably.

また、第1の半導体装置及び第2の半導体装置において、カウンター不純物層は実質的に真性半導体領域であることが好ましい。ここで、カウンター不純物層が実質的に真性半導体領域であるるとは、導入されている第1導電型不純物の濃度と第2導電型不純物の濃度とが同等になっており(言い換えると、実効不純物濃度がほぼ0になっており)、カウンター不純物層が真性半導体の性質を有するようになっていることを言う。   In the first semiconductor device and the second semiconductor device, the counter impurity layer is preferably substantially an intrinsic semiconductor region. Here, the fact that the counter impurity layer is substantially an intrinsic semiconductor region means that the concentration of the introduced first conductivity type impurity and the concentration of the second conductivity type impurity are equal (in other words, effective It means that the counter impurity layer has intrinsic semiconductor properties).

また、第1の半導体装置及び第2の半導体装置において、カウンター不純物層は実質的に第2導電型を有することが好ましい。ここで、カウンター不純物層が実質的に第2導電型を有するとは、カウンター不純物層において、導入されている第1導電型不純物の濃度よりも第2導電型不純物の濃度の方が高くなっていることを言う。   In the first semiconductor device and the second semiconductor device, it is preferable that the counter impurity layer substantially has the second conductivity type. Here, the fact that the counter impurity layer substantially has the second conductivity type means that the concentration of the second conductivity type impurity in the counter impurity layer is higher than the concentration of the introduced first conductivity type impurity. Say that.

このようにすると、第1導電型半導体領域の不純物濃度が高い場合においても、容量の可変範囲の広いバラクタを形成するという本発明の効果が確実に実現できる。   In this way, even when the impurity concentration of the first conductivity type semiconductor region is high, the effect of the present invention of forming a varactor having a wide capacitance variable range can be realized with certainty.

また、第1の半導体装置及び第2の半導体装置において、ゲート電極とその下側の第1導電型半導体領域との間に対して予め決められた範囲の電圧を印加した場合における、バラクタの最大容量と最小容量との平均容量を生じる印加電圧(中心電圧という)がゼロ付近の値を取ると共に、ゲート電極のゲート長に実質的に依存しないように、カウンター不純物層の実効不純物濃度が所定の濃度に設定されていることが好ましい。   In the first semiconductor device and the second semiconductor device, the maximum of the varactor when a voltage in a predetermined range is applied between the gate electrode and the first conductivity type semiconductor region below the gate electrode. The effective impurity concentration of the counter impurity layer is set to a predetermined value so that an applied voltage (referred to as a center voltage) that generates an average capacitance between the capacitance and the minimum capacitance takes a value near zero and does not substantially depend on the gate length of the gate electrode. The concentration is preferably set.

このようにすると、製造工程においてゲート電極のゲート長にばらつきが生じても、いずれのゲート長においても容量の可変範囲が最大になるため、バラクタ容量のばらつきを最小限に抑制することができる。また、ゲート長の設計に変更があっても、バラクタの同調比Cmax /Cmin を最大に保つことができる。   In this manner, even if the gate length of the gate electrode varies in the manufacturing process, the variable range of the capacitance is maximized at any gate length, so that the variation in the varactor capacitance can be minimized. Even if the gate length design is changed, the varactor tuning ratio Cmax / Cmin can be kept at the maximum.

ここで、ゼロ付近の値とは、例えば−0.05V以上で且つ0.05V以下の値を言う。また、中心電圧がゲート長に実質的に依存しないとは、ゲート長の変化に伴う中心電圧の変動幅が、バラクタに印加する電圧幅の1%以下であることを言う。   Here, the value near zero means a value of −0.05 V or more and 0.05 V or less, for example. Further, the fact that the center voltage does not substantially depend on the gate length means that the fluctuation range of the center voltage accompanying the change in the gate length is 1% or less of the voltage width applied to the varactor.

具体的には、所定の濃度は、半導体基板表面において第1導電型キャリアの空乏化が進む方向のバイアスを印加した場合に、第2導電型を有するキャリヤが前記カウンター不純物層の表面に蓄積し始める濃度になっていることが好ましい。   Specifically, the carrier having the second conductivity type accumulates on the surface of the counter impurity layer when a bias in a direction in which depletion of the first conductivity type carrier proceeds on the semiconductor substrate surface is applied. The starting concentration is preferred.

このような濃度にすると、製造工程においてゲート電極のゲート長にばらつきが生じても、いずれのゲート長においても容量の可変範囲が最大になるため、バラクタ容量のばらつきを最小限に抑制することが確実にできる。また、ゲート長の設計に変更があっても、バラクタの同調比Cmax /Cmin を最大に保つことが確実にできる。   With such a concentration, even if variations occur in the gate length of the gate electrode in the manufacturing process, the variable range of capacitance is maximized at any gate length, so that variation in varactor capacitance can be minimized. You can be sure. Even if the gate length design is changed, the tuning ratio Cmax / Cmin of the varactor can be reliably kept at the maximum.

本発明の半導体装置の製造方法は、バラクタ形成領域の第1導電型半導体領域に、第2導電型不純物を導入することによってカウンター不純物層を形成する第1の工程と、トランジスタ形成領域において第1導電型半導体領域上に第1のゲート電極を形成すると共に、バラクタ形成領域において前記第1導電型半導体領域の上に第2のゲート電極を形成する第2の工程と、トランジスタ形成領域において、第1導電型半導体領域の第1のゲート電極両側の部分に、第1のゲート電極をマスクとして第2導電型不純物を導入することでソース・ドレイン領域を形成する第3の工程と、バラクタ形成領域において、第1導電型半導体領域の第2のゲート電極両側の部分に、第2のゲート電極をマスクとして第1導電型不純物を導入することで基板コンタクト領域を形成する第4の工程とを備えている。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step of forming a counter impurity layer by introducing a second conductivity type impurity into a first conductivity type semiconductor region of a varactor formation region, and a first step in the transistor formation region. A second step of forming a first gate electrode on the conductive type semiconductor region and forming a second gate electrode on the first conductive type semiconductor region in the varactor forming region; A third step of forming a source / drain region by introducing a second conductivity type impurity into the portions on both sides of the first gate electrode of the one conductivity type semiconductor region using the first gate electrode as a mask; and a varactor formation region In the substrate, the first conductivity type impurity is introduced into the portions on both sides of the second gate electrode of the first conductivity type semiconductor region by using the second gate electrode as a mask. And a fourth step of forming a Ntakuto region.

本発明の半導体装置の製造方法によると、バラクタ形成領域において第1導電型半導体領域に第2導電型不純物を導入することでカウンター不純物層を形成する。このため、第1導電型半導体領域の不純物濃度が高い場合でも、バラクタのゲート電極の下側における空乏層の広がり幅が大きい半導体装置を製造できる。これによって、第1導電型半導体領域の不純物濃度が高い場合でも、容量の可変範囲の広い、つまり同調比の大きいバラクタを含んだ半導体装置を製造できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the counter impurity layer is formed by introducing the second conductivity type impurity into the first conductivity type semiconductor region in the varactor formation region. For this reason, even when the impurity concentration of the first conductivity type semiconductor region is high, it is possible to manufacture a semiconductor device in which the spread width of the depletion layer under the gate electrode of the varactor is large. Thus, even when the impurity concentration of the first conductivity type semiconductor region is high, a semiconductor device including a varactor having a wide capacitance variable range, that is, a large tuning ratio can be manufactured.

尚、第2の工程より前に、第1導電型半導体領域上に絶縁膜を形成する工程を更に備えると共に、第2の工程は、絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、導電膜を選択的に除去してパターン化することにより第1のゲート電極及び第2のゲート電極を形成する工程とを含むことが好ましい。   Prior to the second step, the method further includes a step of forming an insulating film on the first conductivity type semiconductor region, and the second step includes a step of forming a conductive film on the insulating film, Preferably, the method includes a step of forming the first gate electrode and the second gate electrode by selectively removing and patterning.

このようにすると、本発明の半導体装置が確実に製造できる。   In this way, the semiconductor device of the present invention can be reliably manufactured.

また、他のトランジスタ形成領域の第2導電型半導体領域の上に第3のゲート電極を形成する第5の工程と、他のトランジスタ形成領域において、第2導電型半導体領域の第3のゲート電極両側の部分に、第3のゲート電極をマスクとして第1導電型不純物を導入することで他のソース・ドレイン領域を形成する第6の工程とを更に備え、第4の工程と第6の工程とは同時に行なわれることが好ましい。   A fifth step of forming a third gate electrode on the second conductive type semiconductor region of the other transistor forming region; and a third gate electrode of the second conductive type semiconductor region in the other transistor forming region. A sixth step of forming another source / drain region by introducing a first conductivity type impurity into the portions on both sides using the third gate electrode as a mask, and a fourth step and a sixth step. Are preferably performed simultaneously.

このようにすると、既存のCMOSデバイス用製造プロセスに対して基板コンタクト領域を形成するための工程を追加する必要無しに、本発明の半導体装置が製造できる。   In this way, the semiconductor device of the present invention can be manufactured without the need for adding a step for forming the substrate contact region to the existing CMOS device manufacturing process.

本発明によると、バラクタのゲート電極の下側の半導体基板又はウェルに反対導電型の不純物を導入して実効不純物濃度を減少させているので、半導体基板又はウェルがパターン寸法の微細化などのために高不純物濃度であっても、ゲート電圧を印加したときの空乏層幅を拡大し、容量を小さくすることができる。このことから、同調比を大きくすることが可能となる。また、実効不純物濃度を調整するという簡単な方法によって、ゲート長が短いバラクタ素子の性能向上を実現することができると共に、バラクタ容量がゲート長の仕上がり寸法ばらつきから受ける影響を抑制することができる。   According to the present invention, since the effective impurity concentration is reduced by introducing impurities of the opposite conductivity type into the semiconductor substrate or well below the gate electrode of the varactor, the semiconductor substrate or well is used for miniaturization of pattern dimensions, etc. Even when the impurity concentration is high, the width of the depletion layer when the gate voltage is applied can be increased and the capacitance can be reduced. This makes it possible to increase the tuning ratio. In addition, by a simple method of adjusting the effective impurity concentration, it is possible to improve the performance of a varactor element having a short gate length, and to suppress the influence of the varactor capacitance from variations in the finished dimension of the gate length.

以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係る半導体装置、具体的にはバラクタ(MOSキャパシタ)とCMOSデバイスとを混載した半導体装置の構造を示す断面図であり、特にFETなどの寸法が小さい半導体素子を有するものである。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the present embodiment, specifically, a semiconductor device in which a varactor (MOS capacitor) and a CMOS device are mixedly mounted. In particular, a semiconductor element having a small size such as an FET is provided. Is.

図1に示すように、P型Si基板100の表面部に、N型不純物のドープされたNウェル101が形成されている。また、P型Si基板100上にSTI102が形成され、P型Si基板100の表面部を複数の活性領域に区画している。複数の活性領域は、CMOSデバイス中のMOSFETが設けられるトランジスタ形成領域Trと、バラクタが設けられるバラクタ形成領域Vaとを含む。但し、CMOSデバイス中のMOSFETには、N型MOSFETとP型MOSFETとがあるが、図1には、P型MOSFETに関してのみ図示されている。   As shown in FIG. 1, an N well 101 doped with N type impurities is formed on the surface of a P type Si substrate 100. Further, an STI 102 is formed on the P-type Si substrate 100, and the surface portion of the P-type Si substrate 100 is partitioned into a plurality of active regions. The plurality of active regions include a transistor formation region Tr in which a MOSFET in the CMOS device is provided and a varactor formation region Va in which a varactor is provided. However, MOSFETs in a CMOS device include an N-type MOSFET and a P-type MOSFET, but only the P-type MOSFET is shown in FIG.

トランジスタ形成領域TrのNウェル101上に、例えばシリコン窒化酸化膜などからなるゲート絶縁膜103を介して第1のゲート電極104が形成されている。該第1のゲート電極104は、例えばP型不純物がドープされたポリシリコンなどからなる。また、バラクタ形成領域VaのNウェル101の上に、例えばシリコン窒化酸化膜などからなるゲート絶縁膜103を介して第2のゲート電極105が形成されている。該第2のゲート電極105は、例えばN型不純物がドープされたポリシリコンなどからなる。   A first gate electrode 104 is formed on the N well 101 in the transistor formation region Tr via a gate insulating film 103 made of, for example, a silicon oxynitride film. The first gate electrode 104 is made of, for example, polysilicon doped with a P-type impurity. A second gate electrode 105 is formed on the N well 101 in the varactor formation region Va via a gate insulating film 103 made of, for example, a silicon oxynitride film. The second gate electrode 105 is made of, for example, polysilicon doped with an N-type impurity.

トランジスタ形成領域Trにおいて、Nウェル101上の第1のゲート電極104の両側の部分に、P型不純物がドープされたソース・ドレイン領域106が形成されている。また、バラクタ形成領域VaにおけるNウェル101の第2のゲート電極105の両側の部分に、N型不純物がドープされた基板コンタクト領域107が形成されている。   In the transistor formation region Tr, source / drain regions 106 doped with P-type impurities are formed on both sides of the first gate electrode 104 on the N well 101. A substrate contact region 107 doped with an N-type impurity is formed on both sides of the second gate electrode 105 of the N well 101 in the varactor formation region Va.

また、バラクタ形成領域VaにおけるNウェル101上の第2のゲート電極105の下側には、P型不純物が導入されたカウンター不純物層108が設けられている。   A counter impurity layer 108 into which a P-type impurity is introduced is provided below the second gate electrode 105 on the N well 101 in the varactor formation region Va.

更に、P型Si基板100上に形成された第1のゲート電極104及び第2のゲート電極105等のパターンを覆うように、層間絶縁膜109が形成されている。また、図1には示していないが、層間絶縁膜109の所定の位置にコンタクトホールが形成されている。該コンタクトホールは、図3に示すように、第2のゲート電極105に達する第1のコンタクトホール110及び基板コンタクト領域107に達する第2のコンタクトホール111を含む。   Further, an interlayer insulating film 109 is formed so as to cover the pattern of the first gate electrode 104 and the second gate electrode 105 formed on the P-type Si substrate 100. Although not shown in FIG. 1, a contact hole is formed at a predetermined position of the interlayer insulating film 109. As shown in FIG. 3, the contact hole includes a first contact hole 110 reaching the second gate electrode 105 and a second contact hole 111 reaching the substrate contact region 107.

図2に、カウンター不純物層108における不純物濃度分布をP型Si基板100表面からの深さに対して示す。図2において、N(101)は図1のNウェル101形成のために導入されたN型不純物の濃度分布を示す。また、P(108)は図1におけるカウンター不純物層108を形成するために導入されたP型不純物の濃度分布を示す。   FIG. 2 shows the impurity concentration distribution in the counter impurity layer 108 with respect to the depth from the surface of the P-type Si substrate 100. In FIG. 2, N (101) indicates the concentration distribution of the N-type impurity introduced for forming the N well 101 of FIG. P (108) indicates the concentration distribution of the P-type impurity introduced to form the counter impurity layer 108 in FIG.

このように、本実施形態の半導体装置は、バラクタのゲート電極の下において、Nウェル101の表面領域にP型不純物が導入されたカウンター不純物層108を備えている。つまり、N型不純物の導入されたNウェル101に対し、更にP型不純物を導入することによってカウンター不純物層108が形成されている。このため、カウンター不純物層108ではN型不純物とP型不純物とが共に存在することから、実質的なキャリアの濃度が低下している。   As described above, the semiconductor device of this embodiment includes the counter impurity layer 108 in which the P-type impurity is introduced into the surface region of the N well 101 under the gate electrode of the varactor. That is, the counter impurity layer 108 is formed by further introducing a P-type impurity into the N well 101 into which the N-type impurity has been introduced. For this reason, since both the N-type impurity and the P-type impurity exist in the counter impurity layer 108, the substantial carrier concentration is lowered.

このため、バラクタの搭載された半導体装置の電源電圧が決まっていると共に、半導体素子のパターン寸法の微細化に応じてNウェルのN型不純物濃度が高くなっているような場合でも、バラクタのゲート電極の下側における空乏層の広がりを大きくすることができる。結果として、容量の可変範囲の広いバラクタ、言い換えれば同調比の大きなバラクタを実現できる。   For this reason, even when the power supply voltage of the semiconductor device on which the varactor is mounted is determined and the N-type impurity concentration of the N well is increased in accordance with the miniaturization of the pattern size of the semiconductor element, the gate of the varactor The spread of the depletion layer on the lower side of the electrode can be increased. As a result, it is possible to realize a varactor having a wide capacitance variable range, in other words, a varactor having a large tuning ratio.

尚、図1では断面図として、第2のゲート電極105を一つのゲート電極として示している。しかし、第2のゲート電極105の平面上のパターンレイアウトについては、例えば平面図である図3に示すように、互いに電気的に接続された幅の狭い複数のゲート電極に分割されていてもよい。この時、各第2のゲート電極105の総面積は所定のバラクタ容量の得られる面積である。また、第2のゲート電極105及び基板コンタクト領域107を覆う層間絶縁膜109(図示省略)には、第2のゲート電極105との電気的接続を取るための第1のコンタクトホール110及び基板コンタクト領域107との電気的接続を取るための第2のコンタクトホール111が形成されている。   In FIG. 1, the second gate electrode 105 is shown as one gate electrode as a cross-sectional view. However, the pattern layout on the plane of the second gate electrode 105 may be divided into a plurality of narrow gate electrodes that are electrically connected to each other as shown in FIG. . At this time, the total area of each second gate electrode 105 is an area where a predetermined varactor capacitance is obtained. In addition, an interlayer insulating film 109 (not shown) covering the second gate electrode 105 and the substrate contact region 107 is provided with a first contact hole 110 and a substrate contact for establishing electrical connection with the second gate electrode 105. A second contact hole 111 for establishing electrical connection with the region 107 is formed.

このようにすると、第2のゲート電極105について抵抗の影響を緩和できると共に本発明の効果が実現できる。電極が大きいほど抵抗の影響が顕著になるから、逆に小さな複数の電極とすることで抵抗の影響を緩和することができるのである。   In this way, the influence of the resistance on the second gate electrode 105 can be alleviated and the effect of the present invention can be realized. Since the influence of resistance becomes more conspicuous as the electrode is larger, the influence of resistance can be reduced by using a plurality of smaller electrodes.

本実施形態によって同調比の大きなバラクタを実現できる理由について、図4を参照して更に説明する。   The reason why a varactor having a large tuning ratio can be realized by this embodiment will be further described with reference to FIG.

図4は、バラクタの容量変化特性を示す実験結果を示すグラフであり、曲線aは本発明によるバラクタの容量変化特性を、曲線bは従来のバラクタの容量変化特性を示している。また、図4の横軸はゲートバイアス電圧Vgを表し、縦軸はバラクタ容量Cを表している。   FIG. 4 is a graph showing experimental results showing the capacity change characteristics of the varactor. The curve a shows the capacity change characteristics of the varactor according to the present invention, and the curve b shows the capacity change characteristics of the conventional varactor. 4 represents the gate bias voltage Vg, and the vertical axis represents the varactor capacitance C.

本実施形態の集積回路における内部共通の電源電圧が1.5Vであるとすると、その電圧の範囲内でバラクタを駆動させなければならない。この場合、バラクタの容量の最大値Cmax と最小値Cmin は、ゲートバイアスが1.5Vの半分のそれぞれ0.75V、−0.75Vのときに示す容量となる。バラクタの容量の最大値Cmax と最小値Cmin との比(Cmax /Cmin )が同調比であり、容量の可変範囲の大きさを示す。   If the common internal power supply voltage in the integrated circuit of this embodiment is 1.5 V, the varactor must be driven within the voltage range. In this case, the maximum value Cmax and the minimum value Cmin of the capacity of the varactor are the capacities shown when the gate bias is 0.75 V and -0.75 V, respectively, which is half of 1.5V. The ratio (Cmax / Cmin) between the maximum value Cmax and the minimum value Cmin of the capacity of the varactor is the tuning ratio and indicates the size of the variable range of the capacity.

図4に示すように、バラクタの第2のゲート電極105の下のNウェル101にP型不純物の注入(カウンター不純物注入と言う)を行なうことで、本発明のバラクタの容量の最小値Cmin(a)は従来の半導体装置のバラクタの容量の最小値Cmin(b)に比べて低下し、容量の可変範囲が拡大している。このため、容量可変範囲におけるVgの変化量に対する容量の変化量が大きくなる。   As shown in FIG. 4, by performing P-type impurity implantation (referred to as counter impurity implantation) into the N-well 101 below the second gate electrode 105 of the varactor, the minimum value Cmin ( a) is lower than the minimum value Cmin (b) of the capacity of the varactor of the conventional semiconductor device, and the variable range of the capacity is expanded. For this reason, the amount of change in capacitance with respect to the amount of change in Vg in the capacitance variable range increases.

尚、電源電圧は半導体装置ごとに必要な値に設計すれば良く、本実施形態のような1.5Vに限るものではない。したがって、印加電圧の最大値0.75V及び最小値−0.75Vについても、該値に限らない。このことは以下の説明においても同様である。   The power supply voltage may be designed to a required value for each semiconductor device, and is not limited to 1.5 V as in this embodiment. Therefore, the maximum value 0.75 V and the minimum value −0.75 V of the applied voltage are not limited to these values. The same applies to the following description.

また、本発明のバラクタの所定の範囲の印加電圧に対する容量の最大値Cmax と最小値Cmin(a)の中心容量を生じる電圧Vc(a)は、従来のバラクタにおいて中心容量を生じる電圧Vc(b)にくらべて正のバイアス側にシフトし、ほぼゼロに設定することが可能となっている。このことも同調比を大きく取ることができる要因となっている。   Further, the voltage Vc (a) that generates the center capacitance of the maximum value Cmax and the minimum value Cmin (a) of the varactor of the present invention with respect to the applied voltage in a predetermined range is the voltage Vc (b) that generates the center capacitance in the conventional varactor. ) Compared to), it can be shifted to the positive bias side and set to almost zero. This is also a factor that can increase the tuning ratio.

次に、バラクタ領域Vaにおけるカウンター不純物層108の基板表面の実効不純物濃度として、N型不純物濃度とP型不純物濃度との差の絶対値を考える。そしてP型不純物濃度の方がN型不純物濃度よりも大きくなったときは、カウンター不純物層108あるいは領域Vaの基板表面などは実質的にP型であると言うことにする。また、実効不純物濃度がほぼ0となった状態のことを、実質的に真性半導体状態であると言うことにする。   Next, the absolute value of the difference between the N-type impurity concentration and the P-type impurity concentration is considered as the effective impurity concentration on the substrate surface of the counter impurity layer 108 in the varactor region Va. When the P-type impurity concentration is higher than the N-type impurity concentration, the counter impurity layer 108 or the substrate surface of the region Va is substantially P-type. In addition, a state where the effective impurity concentration is almost zero is referred to as an intrinsic semiconductor state.

同調比を最大とするためには、バラクタの第2のゲート電極105の下の基板表面は実効不純物濃度がほぼ0となっている、つまり実質的に真性半導体状態になっていることが好ましい。また、実質的にP型、つまりNウェル101がN型であるのに対する反対導電型になっていることも好ましい。   In order to maximize the tuning ratio, it is preferable that the substrate surface under the second gate electrode 105 of the varactor has an effective impurity concentration of almost 0, that is, a substantially intrinsic semiconductor state. It is also preferable that the P-type, that is, the N-well 101 is of the opposite conductivity type to the N-type.

このようにすると、同調比が大きいバラクタを備えた半導体装置が実現できる。これについて、図5を参照して説明する。   In this way, a semiconductor device having a varactor with a large tuning ratio can be realized. This will be described with reference to FIG.

図5は、バラクタの第2のゲート電極105下側の空乏層幅の、基板表面の実効不純物濃度に対する依存性を示すグラフである。尚、このグラフは、N型ウェル領域101と第2のゲート電極105との間の印加電圧が−0.75Vであり、ゲート長Lgが0.5μmである場合を示している。図5に示すように、基板表面(図1のカウンター不純物層108)がN型からP型に向けて移行するにつれて、空乏層幅は増大し続ける。このことから、先に図4で示した様に、カウンター不純物注入を行なうことでCmin を低下させることができる。このように、カウンター不純物層108の基板表面が実質的に真半導体状態になっているか又は実質的にP型になっていると、同調比の大きいバラクタが実現できるので、好ましい。   FIG. 5 is a graph showing the dependence of the depletion layer width under the second gate electrode 105 of the varactor on the effective impurity concentration on the substrate surface. This graph shows a case where the applied voltage between the N-type well region 101 and the second gate electrode 105 is −0.75 V and the gate length Lg is 0.5 μm. As shown in FIG. 5, the width of the depletion layer continues to increase as the substrate surface (counter impurity layer 108 in FIG. 1) moves from N-type to P-type. Therefore, as shown in FIG. 4 above, Cmin can be lowered by performing counter impurity implantation. Thus, it is preferable that the substrate surface of the counter impurity layer 108 is substantially in a true semiconductor state or substantially P-type because a varactor with a high tuning ratio can be realized.

尚、ゲート長Lgには特に限定はなく、0.5μm以外の値であっても良い。その場合でも、同様にカウンター不純物層108の基板表面が実質的に真半導体状態なるような好ましい実効不純物濃度に設定することができる。   The gate length Lg is not particularly limited, and may be a value other than 0.5 μm. Even in this case, it is possible to set the effective impurity concentration so that the substrate surface of the counter impurity layer 108 is substantially in a true semiconductor state.

また、図6に、基板表面の実効不純物濃度に対するバラクタの同調比の依存性を示す。ここでは、一例として第2のゲート電極105のゲート長Lgが0.5μmの場合を示している。図6が示すように、同調比は基板表面が実質的にN型からP型に移行するに従って増加するが、ある濃度で飽和する。   FIG. 6 shows the dependence of the varactor tuning ratio on the effective impurity concentration on the substrate surface. Here, as an example, the case where the gate length Lg of the second gate electrode 105 is 0.5 μm is shown. As FIG. 6 shows, the tuning ratio increases as the substrate surface substantially transitions from N-type to P-type, but saturates at a certain concentration.

これは、次の理由によると考えられる。つまり、基板表面が実質的にP型になるにつれて、印加されるゲート電圧が負である時に、ホールがSi基板表面に蓄積しやすくなる。この結果、負のゲート電圧を印加すると基板表面での電荷密度が高いままになり、このためCmin があまり低下しなくなる。このような理由で、前述したように同調比の増加はある実効不純物濃度で飽和するものと考えられる。   This is considered to be due to the following reason. That is, as the substrate surface becomes substantially P-type, holes are more likely to accumulate on the Si substrate surface when the applied gate voltage is negative. As a result, when a negative gate voltage is applied, the charge density on the substrate surface remains high, and therefore Cmin does not decrease much. For this reason, it is considered that the increase in the tuning ratio is saturated at a certain effective impurity concentration as described above.

また、図7は、第2のゲート電極105に対してバイアスを負方向に印加した場合の空乏層幅を求めたシミュレーションの結果である。シミュレーションは基板表面の実効不純物濃度が1×1017/cm3 である条件で行なっており、先に図6で示したように、この条件では同調比は不純物濃度に対してほぼ飽和している。 FIG. 7 shows the result of a simulation for obtaining the depletion layer width when a bias is applied to the second gate electrode 105 in the negative direction. The simulation is performed under the condition that the effective impurity concentration on the substrate surface is 1 × 10 17 / cm 3. As shown in FIG. 6, the tuning ratio is almost saturated with respect to the impurity concentration. .

図7に示すように、負のゲートバイアスが−0.75Vより大きくなると、電圧の上昇に伴う空乏層の幅の増加が小さくなる。このことから、バイアス電圧が−0.75より大きい範囲では、電圧の上昇に伴う容量の低下が小さくなる。つまり、バイアス電圧が−0.75近辺である際の容量がCmin となっている。このため、バラクタの駆動電圧を±0.75Vとするときは、基板表面の実効不純物濃度は1×1017/cm3 以上とすることが好ましい。このようにすれば、バラクタの容量可変領域を最大限に利用できる。 As shown in FIG. 7, when the negative gate bias is larger than −0.75 V, the increase in the width of the depletion layer accompanying the increase in voltage is reduced. For this reason, in the range where the bias voltage is greater than −0.75, the decrease in capacity due to the increase in voltage is reduced. That is, the capacity when the bias voltage is around -0.75 is Cmin. Therefore, when the driving voltage of the varactor is ± 0.75 V, the effective impurity concentration on the substrate surface is preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more. In this way, the variable capacity region of the varactor can be utilized to the maximum extent.

また、バラクタの所定の範囲の印加電圧に対する容量の最大値Cmax と最小値Cmin の中心容量を生じるバイアス電圧を中心電圧Vcとする。該中心電圧Vcがゼロ付近の値を取ると共に、第2のゲート電極105のゲート長Lgに実質的に依存しないように、カウンター不純物層108の実効不純物濃度を決めることが好ましい。ここで、ゼロ付近の値とは、例えば−0.05V以上で且つ0.05V以下の値を言う。また、中心電圧がゲート長に実質的に依存しないとは、ゲート長の変化に伴う中心電圧の変動幅が、バラクタに印加する電圧幅の1%以下であることを言う。   Further, a bias voltage that generates a center capacitance of the maximum value Cmax and the minimum value Cmin for the applied voltage in a predetermined range of the varactor is defined as a center voltage Vc. It is preferable to determine the effective impurity concentration of the counter impurity layer 108 so that the center voltage Vc takes a value near zero and does not substantially depend on the gate length Lg of the second gate electrode 105. Here, the value near zero means a value of −0.05 V or more and 0.05 V or less, for example. Further, the fact that the center voltage does not substantially depend on the gate length means that the fluctuation range of the center voltage accompanying the change in the gate length is 1% or less of the voltage width applied to the varactor.

このようにすると、第2のゲート電極105のゲート長Lgの設定値に関わらず、同調比を最大に保つことができる。このこと及び具体的な実効不純物濃度について、図8を参照して説明する。   In this way, the tuning ratio can be kept at the maximum regardless of the set value of the gate length Lg of the second gate electrode 105. This and a specific effective impurity concentration will be described with reference to FIG.

図8は、前記中心電圧Vcの基板表面の実効不純物濃度に対する依存性を4通りのゲート長Lg(Lg=10μm、Lg=0.5μm、Lg=0.3μm及びLg=0.15μm)に対して示している。図8に示す様に、カウンター不純物層108が実質的にP型になっており、且つ実効不純物濃度がある値になっている時、中心電圧VcはLgに実質的に依存せずほぼ一定の値を取ることがわかる。また、該中心電圧は実際に−0.05V以上で且つ0.05V以下の値となっている。   FIG. 8 shows the dependence of the central voltage Vc on the effective impurity concentration on the substrate surface with respect to four gate lengths Lg (Lg = 10 μm, Lg = 0.5 μm, Lg = 0.3 μm and Lg = 0.15 μm). It shows. As shown in FIG. 8, when the counter impurity layer 108 is substantially P-type and the effective impurity concentration is a certain value, the center voltage Vc is substantially constant regardless of Lg. You can see that it takes a value. The center voltage is actually a value of −0.05 V or more and 0.05 V or less.

この時のカウンター不純物層108の実効不純物濃度は、カウンター不純物層108の基板表面に対してNウェルとは反対の導電型であるキャリアが蓄積し始める時の濃度と一致する。本実施形態ではNウェル101はN型であるから、これとは反対の導電型であるP型のキャリア、つまりホールがカウンター不純物層108の表面に蓄積し始める濃度と一致することになる。更に、該濃度は実効不純物濃度に対して同調比が飽和し始める濃度でもある。   The effective impurity concentration of the counter impurity layer 108 at this time coincides with the concentration at which carriers having the conductivity type opposite to the N well start to accumulate on the substrate surface of the counter impurity layer 108. In this embodiment, since the N well 101 is N-type, it matches the concentration at which P-type carriers having the opposite conductivity type, that is, holes start to accumulate on the surface of the counter impurity layer 108. Furthermore, the concentration is also a concentration at which the tuning ratio starts to saturate with respect to the effective impurity concentration.

本実施形態において、カウンター不純物層108の実効不純物濃度は、このような濃度に設定することが好ましい。このようにすれば、実際の製造工程において約10%あるゲート長Lgのプロセスばらつきに起因するバラクタ容量のばらつきを低減できる。また、バラクタを構成するゲート電極長の設定及びその変更に影響されることなく、バラクタの同調比Cmax /Cmin を最大に保つことができる。   In the present embodiment, the effective impurity concentration of the counter impurity layer 108 is preferably set to such a concentration. In this way, it is possible to reduce the variation in varactor capacity caused by the process variation of the gate length Lg of about 10% in the actual manufacturing process. Further, the tuning ratio Cmax / Cmin of the varactor can be kept at the maximum without being affected by the setting of the gate electrode length constituting the varactor and its change.

具体的には、本実施形態では、カウンター不純物層108が実質的にP型になっていること及び実効不純物濃度はNウェルとは反対導電型を有するキャリヤであるホールが基板表面に蓄積され始めるときの値、1×1017/cm3 に設定されていることが好ましい。但し、好ましい実効不純物濃度は半導体装置ごとに異なっており、本発明における実効不純物濃度を1×1017/cm3 に限定するものではない。 Specifically, in this embodiment, the counter impurity layer 108 is substantially P-type, and the effective impurity concentration starts to accumulate holes, which are carriers having a conductivity type opposite to that of the N well, on the substrate surface. It is preferable that the value is 1 × 10 17 / cm 3 . However, the preferable effective impurity concentration differs for each semiconductor device, and the effective impurity concentration in the present invention is not limited to 1 × 10 17 / cm 3 .

次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図を参照して説明する。図9(a)〜(c)及び図10(a)、(b)は、本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 9A to 9C and FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views showing respective steps of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

まず、図9(a)に示す工程で、P型Si基板100に、例えばリン又は砒素などのN型不純物を注入してNウェル101を形成する。イオン注入条件は、リンについては例えばドーズ量1×1013cm-2、加速電圧640keVであり、砒素については例えばドーズ量1.7×1012cm-2、加速電圧70keVである。 First, in the step shown in FIG. 9A, an N well 101 is formed by implanting an N type impurity such as phosphorus or arsenic into the P type Si substrate 100. The ion implantation conditions are, for example, a dose of 1 × 10 13 cm −2 and an acceleration voltage of 640 keV for phosphorus, and a dose of 1.7 × 10 12 cm −2 and an acceleration voltage of 70 keV for arsenic.

また、STI102を形成して基板表面を複数の活性領域に区画する。該複数の活性領域は、トランジスタ形成領域Trとバラクタ形成領域Vaとを含む。   Further, the STI 102 is formed to partition the substrate surface into a plurality of active regions. The plurality of active regions include a transistor formation region Tr and a varactor formation region Va.

次に、図9(b)に示す工程で、バラクタ形成領域Vaにおいて、Nウェル101に対し、Nウェル101を形成するために注入した不純物とは反対の導電性であるP型不純物、例えばボロンなどを注入する。カウンター不純物の注入条件は、例えばドーズ量2〜8×1012cm-2、加速電圧10keVである。ボロンのドーズ量が3.5×1012cm-2のとき、バラクタ形成領域Vaのカウンター不純物層108は、実質的に真性半導体の性質を有するようになる。これは、Nウェル101形成のために導入されたドナーの数とカウンター不純物層108形成のために導入されたアクセプタの数とがほぼ同等となるためである。また、ボロンのドーズ量が3.5×1012cm-2以上になると、カウンター不純物層108の基板表面は実質的にP型となる。本実施形態では、そのようにカウンター不純物層108である基板表面が実質的にP型となるドーズ量でP型不純物の注入を行なう。 Next, in the step shown in FIG. 9B, in the varactor formation region Va, a P-type impurity having conductivity opposite to the impurity implanted to form the N well 101 in the N well 101, for example, boron. And so on. The conditions for implanting the counter impurity are, for example, a dose of 2 to 8 × 10 12 cm −2 and an acceleration voltage of 10 keV. When the boron dose is 3.5 × 10 12 cm −2 , the counter impurity layer 108 in the varactor formation region Va has substantially intrinsic semiconductor properties. This is because the number of donors introduced for forming the N well 101 and the number of acceptors introduced for forming the counter impurity layer 108 are substantially equal. When the boron dose is 3.5 × 10 12 cm −2 or more, the substrate surface of the counter impurity layer 108 is substantially P-type. In the present embodiment, the P-type impurity is implanted with such a dose amount that the substrate surface which is the counter impurity layer 108 is substantially P-type.

次に、図9(c)に示す工程で、トランジスタ形成領域Tr及びバラクタ形成領域Vaにおいて、Nウェル101上に、例えば厚さ2.8nm程度のシリコン窒化酸化膜と、例えば厚さ180nm程度のポリシリコン膜とを堆積する。続いてポリシリコン膜及びシリコン酸化膜をパターニングすることにより、Nウェル上にゲート絶縁膜103を挟んで、第1のゲート電極104及び第2のゲート電極105を形成する。第1のゲート電極104及び第2のゲート電極105については、例えばゲート長Lgを0.15μmまで小さくすることができる。これらの膜厚やゲート長Lgは必要に応じて設定すれば良く、特に限定されるものではない。   Next, in the step shown in FIG. 9C, in the transistor formation region Tr and the varactor formation region Va, a silicon oxynitride film having a thickness of about 2.8 nm and a thickness of about 180 nm, for example, are formed on the N well 101. A polysilicon film is deposited. Subsequently, by patterning the polysilicon film and the silicon oxide film, the first gate electrode 104 and the second gate electrode 105 are formed on the N well with the gate insulating film 103 interposed therebetween. For the first gate electrode 104 and the second gate electrode 105, for example, the gate length Lg can be reduced to 0.15 μm. These film thicknesses and gate lengths Lg may be set as necessary and are not particularly limited.

次に、図10(a)に示す工程で、トランジスタ形成領域Trにおいて、Nウェル101の第1のゲート電極104両側の部分に、第1のゲート電極104をマスクとしてP型不純物である例えばボロンを注入する。このようにして、第1のゲート電極104にP型不純物を導入すると共に、ソース・ドレイン領域106を自己整合的に形成する。   Next, in the step shown in FIG. 10A, in the transistor formation region Tr, the P-type impurity such as boron is formed on the both sides of the first well electrode 104 of the N well 101 using the first gate electrode 104 as a mask. Inject. In this manner, the P-type impurity is introduced into the first gate electrode 104, and the source / drain regions 106 are formed in a self-aligned manner.

次に、図10(b)に示す工程で、バラクタ形成領域Vaにおいて、Nウェル101の第2のゲート電極105両側の部分に、第2のゲート電極105をマスクとしてN型不純物である例えば砒素やリンを注入する。このようにして、第2のゲート電極105にN型不純物を導入するとともに、基板コンタクト領域107を自己整合的に形成する。   Next, in the step shown in FIG. 10B, in the varactor formation region Va, N-type impurities such as arsenic are formed on both sides of the second well electrode 105 of the N well 101 using the second gate electrode 105 as a mask. And inject phosphorus. In this manner, the N-type impurity is introduced into the second gate electrode 105 and the substrate contact region 107 is formed in a self-aligning manner.

次に、半導体基板100上に形成された第1のゲート電極104、第2のゲート電極105、ソース・ドレイン領域106及び基板コンタクト領域107等のパターンを覆うように、層間絶縁膜109を形成する。さらに、図示はしていないが、層間絶縁膜109の所定の位置にコンタクトホールを形成する。   Next, an interlayer insulating film 109 is formed so as to cover patterns such as the first gate electrode 104, the second gate electrode 105, the source / drain region 106, and the substrate contact region 107 formed on the semiconductor substrate 100. . Further, although not shown, a contact hole is formed at a predetermined position of the interlayer insulating film 109.

以上のようにすると、既存のCMOSデバイス用製造プロセスを用いつつ、本実施形態の半導体装置が製造できる。つまり、第2のゲート電極105の下にカウンター不純物層108が形成されていることから、Nウェル101の不純物濃度が高い場合においても第2のゲート電極105の下における空乏層の広がり幅が大きい半導体装置を製造できる。このため、Nウェル101の不純物濃度が高い場合においても、容量の可変範囲の広いバラクタを含んだ半導体装置を製造できる。   As described above, the semiconductor device of this embodiment can be manufactured using the existing manufacturing process for CMOS devices. That is, since the counter impurity layer 108 is formed under the second gate electrode 105, the spread width of the depletion layer under the second gate electrode 105 is large even when the impurity concentration of the N well 101 is high. A semiconductor device can be manufactured. For this reason, even when the impurity concentration of the N well 101 is high, a semiconductor device including a varactor having a wide capacitance variable range can be manufactured.

尚、本実施形態の半導体装置はCMOSデバイスを含むものであるから、図示しているP型MOSFETに加え、N型MOSFET(図示せず)も形成される。そこで、図10(b)に示す、バラクタ形成領域VaにおいてNウェル101に第2のゲート電極105をマスクとしてN型不純物を注入する工程は、N型MOSFETのゲート電極に対する不純物導入及びN型MOSFETのソース・ドレイン形成を行なう工程と同時に行なうことが好ましい。   Since the semiconductor device of this embodiment includes a CMOS device, an N-type MOSFET (not shown) is formed in addition to the P-type MOSFET shown in the figure. Therefore, the step of injecting the N-type impurity into the N well 101 using the second gate electrode 105 as a mask in the varactor forming region Va shown in FIG. 10B is performed by introducing impurities into the gate electrode of the N-type MOSFET and the N-type MOSFET. It is preferable to carry out simultaneously with the step of forming the source / drain.

このようにすると、第2のゲート電極105に対するN型不純物の導入及び基板コンタクト領域107形成のために新たな工程を追加することなく本実施形態の半導体装置を製造できる。   In this way, the semiconductor device of this embodiment can be manufactured without adding new processes for introducing the N-type impurity into the second gate electrode 105 and forming the substrate contact region 107.

また、各工程で注入するイオンの種類、注入量及び加速電圧などの注入条件は上記に限るものではなく、必要に応じて設定すればよい。さらに、本実施形態ではイオン注入によってイオンを導入しているが、拡散などの他の方法によって導入しても良い。   In addition, the implantation conditions such as the type of ions implanted in each step, the implantation amount, and the acceleration voltage are not limited to the above, and may be set as necessary. Furthermore, in this embodiment, ions are introduced by ion implantation, but may be introduced by other methods such as diffusion.

また、本実施形態ではNウェル101が形成されているが、Nウェル101は必須の構成要素ではなく、N型半導体基板上に直接トランジスタやバラクタが形成されていても良い。   In this embodiment, the N well 101 is formed, but the N well 101 is not an essential component, and a transistor or a varactor may be formed directly on the N-type semiconductor substrate.

また、本実施形態では第1導電型をN型、第2導電型をP型とした。しかし、これと逆の第1導電型がP型、第2導電型がN型である構成を取っても良い。   In the present embodiment, the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type. However, the first conductivity type opposite to this may be P-type and the second conductivity type may be N-type.

本発明のバラクタを含む半導体装置は、電圧制御発信器などの無線周波数(RF)回路に用いる電圧可変コンデンサ(バラクタ)に利用することができる。   The semiconductor device including the varactor of the present invention can be used for a voltage variable capacitor (varactor) used in a radio frequency (RF) circuit such as a voltage controlled oscillator.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。It is a typical sectional view of a semiconductor device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置のカウンター不純物層において、基板表面からの深さに対する不純物濃度分布を示す図である。It is a figure which shows impurity concentration distribution with respect to the depth from a substrate surface in the counter impurity layer of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置のバラクタの平面レイアウトパターンを示す図である。It is a figure which shows the planar layout pattern of the varactor of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明に係る半導体装置のバラクタ及び従来のバラクタの容量−ゲートバイアス特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the capacitance-gate bias characteristic of the varactor of the semiconductor device which concerns on this invention, and the conventional varactor. 本発明の一実施形態に係る半導体装置のバラクタにおける、基板表面の実効不純物濃度に対する空乏層幅の依存性を示す図である。It is a figure which shows the dependence of the depletion layer width with respect to the effective impurity density | concentration of the substrate surface in the varactor of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置のバラクタにおける、基板表面の実効不純物濃度に対する同調比の依存性を示す図である。It is a figure which shows the dependence of the tuning ratio with respect to the effective impurity density | concentration of the substrate surface in the varactor of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置のバラクタにおける、ゲートバイアスに対する空乏層幅の依存性を示す図である。It is a figure which shows the dependence of the depletion layer width with respect to gate bias in the varactor of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置のバラクタにおける、基板表面の実効不純物濃度に対する中心電圧Vcの依存性を示す図である。It is a figure which shows the dependence of the center voltage Vc with respect to the effective impurity density | concentration of the substrate surface in the varactor of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち、Nウェル形成からゲート電極形成までの各工程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows each process from N well formation to gate electrode formation among the manufacturing processes of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち、Nウェルに対する不純物注入から層間絶縁膜形成までの各工程を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows each process from the impurity implantation to N well to interlayer insulation film formation among the manufacturing processes of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 一般のPN接合バラクタダイオードにおける容量のバイアス電圧に対する依存性を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the dependence with respect to the bias voltage of the capacity | capacitance in a general PN junction varactor diode. 理想的なMOS型バラクタの容量のバイアス電圧依存性を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the bias voltage dependence of the capacity | capacitance of an ideal MOS type | mold varactor. 従来のMOS型バラクタを搭載した半導体装置の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the semiconductor device carrying the conventional MOS type | mold varactor. 従来のMOS型バラクタの平面レイアウトパターンを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the planar layout pattern of the conventional MOS type | mold varactor. 従来のMOS型バラクタの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a conventional MOS type varactor.

符号の説明Explanation of symbols

100 P型Si基板
101 Nウェル
102 STI
103 ゲート絶縁膜
104 第1のゲート電極
105 第2のゲート電極
106 ソース・ドレイン領域
107 基板コンタクト領域
108 カウンター不純物層
109 層間絶縁膜
110 第1のコンタクトホール
111 第2のコンタクトホール
Tr トランジスタ形成領域
Va バラクタ形成領域
100 P-type Si substrate 101 N well 102 STI
103 Gate insulating film 104 First gate electrode 105 Second gate electrode 106 Source / drain region 107 Substrate contact region 108 Counter impurity layer 109 Interlayer insulating film 110 First contact hole 111 Second contact hole Tr Transistor formation region Va Varactor formation area

Claims (10)

第1導電型半導体領域の上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極に印加する電圧を変化させることにより、前記第1導電型半導体領域中に生じる空乏層の容量を変化させてバラクタ機能を実現する半導体装置であって、
前記第1導電型半導体領域における前記ゲート電極の下側の部分に、第2導電型不純物を導入することによって形成されたカウンター不純物層を備えていることを特徴とする半導体装置。
By changing the voltage applied to the gate electrode formed on the first conductive type semiconductor region through the insulating film, the capacitance of the depletion layer generated in the first conductive type semiconductor region is changed, thereby providing a varactor function. A semiconductor device to be realized,
A semiconductor device comprising: a counter impurity layer formed by introducing a second conductivity type impurity in a portion below the gate electrode in the first conductivity type semiconductor region.
第1導電型半導体領域の上に絶縁膜を介して形成された複数のゲート電極に印加する電圧を変化させることにより、前記第1導電型半導体領域中に生じる空乏層の容量を変化させてバラクタ機能を実現する半導体装置であって、
前記第1導電型半導体領域における前記複数のゲート電極の下側の部分に、第2導電型不純物を導入することによって形成されたカウンター不純物層を備えていることを特徴とする半導体装置。
By changing the voltage applied to the plurality of gate electrodes formed on the first conductive type semiconductor region via the insulating film, the capacitance of the depletion layer generated in the first conductive type semiconductor region is changed to change the varactor. A semiconductor device that realizes a function,
A semiconductor device, comprising: a counter impurity layer formed by introducing a second conductivity type impurity into a lower portion of the plurality of gate electrodes in the first conductivity type semiconductor region.
前記第1導電型半導体領域と前記複数のゲート電極とを覆う層間絶縁膜と、
前記複数のゲート電極の間の部分に、前記第1導電型半導体領域に達する少なくとも1つのコンタクトホールとを備えることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
An interlayer insulating film covering the first conductive type semiconductor region and the plurality of gate electrodes;
The semiconductor device according to claim 2, further comprising at least one contact hole reaching the first conductivity type semiconductor region in a portion between the plurality of gate electrodes.
前記カウンター不純物層は実質的に真性半導体領域であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the counter impurity layer is substantially an intrinsic semiconductor region. 前記カウンター不純物層は実質的に第2導電型を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the counter impurity layer substantially has a second conductivity type. 前記ゲート電極とその下側の前記第1導電型半導体領域との間に対して予め決められた範囲の電圧を印加した場合における、前記バラクタの最大容量と最小容量との平均容量を生じる印加電圧が、前記ゲート電極のゲート長に実質的に依存しないように、前記カウンター不純物層の実効不純物濃度が所定の濃度に設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。   Applied voltage that generates an average capacity of the maximum capacity and the minimum capacity of the varactor when a voltage in a predetermined range is applied between the gate electrode and the first conductive semiconductor region below the gate electrode. The effective impurity concentration of the counter impurity layer is set to a predetermined concentration so as not to substantially depend on the gate length of the gate electrode. The semiconductor device described. 前記所定の濃度は、第2導電型を有するキャリヤが前記カウンター不純物層の表面に蓄積し始める濃度であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the predetermined concentration is a concentration at which carriers having the second conductivity type start to accumulate on the surface of the counter impurity layer. バラクタ形成領域の第1導電型半導体領域に、第2導電型不純物を導入することによってカウンター不純物層を形成する第1の工程と、
トランジスタ形成領域において前記第1導電型半導体領域上に第1のゲート電極を形成すると共に、前記バラクタ形成領域において前記第1導電型半導体領域の上に第2のゲート電極を形成する第2の工程と、
前記トランジスタ形成領域において、前記第1導電型半導体領域の前記第1のゲート電極両側の部分に、前記第1のゲート電極をマスクとして第2導電型不純物を導入することでソース領域及びドレイン領域を形成する第3の工程と、
前記バラクタ形成領域において、前記第1導電型半導体領域の前記第2のゲート電極両側の部分に、前記第2のゲート電極をマスクとして第1導電型不純物を導入することで基板コンタクト領域を形成する第4の工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming a counter impurity layer by introducing a second conductivity type impurity into the first conductivity type semiconductor region of the varactor forming region;
A second step of forming a first gate electrode on the first conductive type semiconductor region in the transistor forming region and forming a second gate electrode on the first conductive type semiconductor region in the varactor forming region; When,
In the transistor formation region, a source region and a drain region are formed by introducing a second conductivity type impurity into the portions on both sides of the first gate electrode of the first conductivity type semiconductor region using the first gate electrode as a mask. A third step of forming;
In the varactor formation region, a substrate contact region is formed by introducing a first conductivity type impurity into the portions on both sides of the second gate electrode of the first conductivity type semiconductor region using the second gate electrode as a mask. A semiconductor device manufacturing method comprising: a fourth step.
前記第2の工程より前に、前記第1導電型半導体領域上に絶縁膜を形成する工程を更に備えると共に、
前記第2の工程は、前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜を選択的に除去してパターン化することにより、前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
Before the second step, further comprising a step of forming an insulating film on the first conductivity type semiconductor region,
In the second step, a conductive film is formed on the insulating film, and the conductive film is selectively removed and patterned to form the first gate electrode and the second gate electrode. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising: a forming step.
他のトランジスタ形成領域の第2導電型半導体領域の上に第3のゲート電極を形成する第5の工程と、
他のトランジスタ形成領域において、前記第2導電型半導体領域の前記第3のゲート電極両側の部分に、前記第3のゲート電極をマスクとして第1導電型不純物を導入することで他のソース領域及びドレイン領域を形成する第6の工程とを更に備え、
前記第4の工程と前記第6の工程とは同時に行なわれることを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法。
A fifth step of forming a third gate electrode on the second conductivity type semiconductor region of the other transistor formation region;
In another transistor formation region, a first conductivity type impurity is introduced into both sides of the second conductivity type semiconductor region on both sides of the third gate electrode, using the third gate electrode as a mask, so that another source region and A sixth step of forming a drain region,
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the fourth step and the sixth step are performed simultaneously.
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