JP2006032551A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐圧性の優れた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having excellent pressure resistance and a method for manufacturing the same.
絶縁層上に半導体層が設けられたSOI(Silicon On Insulator)層に形成された絶縁ゲート型トランジスタは、バルク状の半導体層上に形成される場合と比べて、低消費電力、高速動作が実現できるデバイスとして、近年研究開発が進められている。特に、トランジスタ動作時に於いて絶縁層上の半導体層が完全に空乏化する完全空乏型SOIトランジスタは、低い閾値の設定や急峻なサブスレッショルド特性を活かした低リーク等、低消費電力性に優れている。しかし、完全空乏型SOIトランジスタは、半導体層が完全に空乏化するよう極薄膜の半導体層にトランジスタ構造を形成するため、短チャネル耐性やドレイン耐圧などに問題があった。これはドレイン電極から誘起される電位障壁低下(Drain Induced Barrier Lowering;DIBL)により引き起こされる現象であり、完全空乏型SOIトランジスタではドレイン領域と絶縁層が隣接しているため、この現象が顕著となる。 An insulated gate transistor formed on an SOI (Silicon On Insulator) layer in which a semiconductor layer is provided on an insulating layer achieves lower power consumption and higher speed operation than when formed on a bulk semiconductor layer. As a device that can be used, research and development have been promoted in recent years. In particular, a fully depleted SOI transistor, in which the semiconductor layer on the insulating layer is completely depleted during transistor operation, is excellent in low power consumption, such as low threshold setting and low leakage utilizing steep subthreshold characteristics. Yes. However, the fully depleted SOI transistor has a problem in short channel resistance and drain breakdown voltage because the transistor structure is formed in the ultrathin semiconductor layer so that the semiconductor layer is completely depleted. This is a phenomenon caused by the potential barrier lowering (DIBL) induced from the drain electrode. In a fully depleted SOI transistor, the drain region and the insulating layer are adjacent to each other, and this phenomenon becomes remarkable. .
本発明の目的は、短チャンネル耐性、および耐圧性の優れた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device excellent in short channel resistance and pressure resistance and a method for manufacturing the same.
(1)本発明にかかる半導体装置は、
絶縁層と、
前記絶縁層の上方に形成された半導体層と、
前記半導体層の上方に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成されたソース領域と、
前記半導体層に形成されたドレイン領域と、
を含み、
前記絶縁層の比誘電率は、酸化シリコンの比誘電率より高い。
(1) A semiconductor device according to the present invention includes:
An insulating layer;
A semiconductor layer formed above the insulating layer;
A gate insulating layer formed above the semiconductor layer;
A gate electrode formed above the gate insulating layer;
A source region formed in the semiconductor layer;
A drain region formed in the semiconductor layer;
Including
The insulating layer has a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide.
半導体層が例えばシリコン層からなり、半導体層の下方に形成されている絶縁層が酸化シリコンからなる場合、シリコンの比誘電率は11.9であり、酸化シリコンの比誘電率は3.9であるため、比誘電率差が大きい。ドレイン電極に印加された電圧によって、ドレイン領域の電位は低下する。第1の絶縁層が酸化シリコンからなる場合には、絶縁層とドレイン領域との比誘電率差が大きいため、電位の低下領域は、第1の絶縁層方向に浸入しやすい。これは、電位の低下領域は、比誘電率のより小さい層に浸入しやすいからである。そして第1の絶縁層から浸入した電位の低下は、絶縁層を介してボディ領域に廻り込む。これを第1の絶縁層からの電位廻り込みという。絶縁層からの電位廻り込みによって、電位障壁が低下し、短チャネル効果が生じてしまう。 For example, when the semiconductor layer is made of a silicon layer and the insulating layer formed below the semiconductor layer is made of silicon oxide, the relative dielectric constant of silicon is 11.9, and the relative dielectric constant of silicon oxide is 3.9. Therefore, the relative dielectric constant difference is large. The potential of the drain region is lowered by the voltage applied to the drain electrode. In the case where the first insulating layer is made of silicon oxide, since the relative dielectric constant difference between the insulating layer and the drain region is large, the potential drop region is likely to enter the direction of the first insulating layer. This is because the potential drop region easily enters a layer having a lower relative dielectric constant. Then, the decrease in the potential that has entered from the first insulating layer goes into the body region through the insulating layer. This is called potential wraparound from the first insulating layer. The potential wrap around the insulating layer lowers the potential barrier and causes a short channel effect.
本発明にかかる半導体装置によれば、絶縁層とドレイン領域との比誘電率差が小さいため、絶縁層が酸化シリコンからなる場合と比べて、電位の低下領域が絶縁層へ浸入するのを抑制することができる。その結果、絶縁層からの電位廻り込みを抑制し、短チャネル耐性やドレイン耐圧を向上させることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the relative dielectric constant difference between the insulating layer and the drain region is small, it is possible to suppress the potential lowered region from entering the insulating layer as compared with the case where the insulating layer is made of silicon oxide. can do. As a result, potential wraparound from the insulating layer can be suppressed, and short channel resistance and drain breakdown voltage can be improved.
本発明にかかる半導体装置において、
少なくとも前記ドレイン領域の上方に形成された他の絶縁層を、さらに含み、
前記他の絶縁層の比誘電率は、酸化シリコンの比誘電率より高いことを特徴とする。
In the semiconductor device according to the present invention,
And further comprising at least another insulating layer formed above the drain region,
The other dielectric layer has a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide.
かかる態様によれば、他の絶縁層の材質として酸化シリコンを用いた場合と比べて、他の絶縁層と半導体層との比誘電率差を小さくし、他の絶縁層中に電位の低下が浸入するのを抑制することができる。従って他の絶縁層からの電位廻り込みを抑制し、短チャネル耐性やドレイン耐圧を向上させることができる。 According to this aspect, compared to the case where silicon oxide is used as the material of the other insulating layer, the relative dielectric constant difference between the other insulating layer and the semiconductor layer is reduced, and the potential is lowered in the other insulating layer. Infiltration can be suppressed. Therefore, potential wraparound from other insulating layers can be suppressed, and short channel resistance and drain breakdown voltage can be improved.
(2)本発明にかかる半導体装置によれば、
絶縁層と、
前記絶縁層の上方に形成された半導体層と、
前記半導体層の上方に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成されたソース領域と、
前記半導体層に形成されたドレイン領域と、
前記半導体層に形成されたボディ領域と、
前記半導体層において、前記ドレイン領域と前記ボディ領域との間に形成された、前記ドレイン領域より高い比誘電率を有する電界緩和領域と、
を含む。
(2) According to the semiconductor device of the present invention,
An insulating layer;
A semiconductor layer formed above the insulating layer;
A gate insulating layer formed above the semiconductor layer;
A gate electrode formed above the gate insulating layer;
A source region formed in the semiconductor layer;
A drain region formed in the semiconductor layer;
A body region formed in the semiconductor layer;
In the semiconductor layer, an electric field relaxation region formed between the drain region and the body region and having a higher dielectric constant than the drain region;
including.
かかる態様によれば、ドレイン領域からボディ領域12方向への電界を緩和できるため、短チャネル耐性やドレイン耐圧を向上させることができる。
According to this aspect, since the electric field from the drain region toward the
本発明にかかる半導体装置において、
前記電界緩和領域の比誘電率は、前記ボディ領域の比誘電率より高いことを特徴とする。
In the semiconductor device according to the present invention,
The electric field relaxation region has a relative dielectric constant higher than that of the body region.
本発明にかかる半導体装置において、
前記電界緩和領域は、前記ドレイン領域側の端部から前記ボディ領域側の端部に向かって、比誘電率が高くなっていることを特徴とする。
In the semiconductor device according to the present invention,
The electric field relaxation region has a relative dielectric constant that increases from an end on the drain region side toward an end on the body region side.
本発明にかかる半導体装置において、
前記電界緩和領域は、前記ドレイン領域側に設けられた第1の電界緩和領域と、前記ボディ領域と前記第1の電界緩和領域との間に形成された第2の電界緩和領域と、を有し、
前記第1の電界緩和領域は、前記ドレイン領域側の端部から前記第2の電界緩和領域側の端部に向かって、比誘電率が高くなっており、
前記第2の電界緩和領域は、前記ボディ領域側の端部から前記第1の電界緩和領域側の端部に向かって、比誘電率が高くなっていることを特徴とする。
In the semiconductor device according to the present invention,
The electric field relaxation region includes a first electric field relaxation region provided on the drain region side, and a second electric field relaxation region formed between the body region and the first electric field relaxation region. And
The first electric field relaxation region has a higher relative dielectric constant from an end on the drain region side toward an end on the second electric field relaxation region side,
The second electric field relaxation region has a relative dielectric constant that increases from an end on the body region side toward an end on the first electric field relaxation region side.
本発明にかかる半導体装置において、
前記電界緩和領域は、前記ドレイン領域の比誘電率より高い比誘電率を有する高誘電体材料を含むことができる。
In the semiconductor device according to the present invention,
The electric field relaxation region may include a high dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the drain region.
(3)本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
(a)絶縁層を形成する工程と、
(b)前記絶縁層の上に半導体層を形成する工程と、
(c)前記半導体層の上方にゲート絶縁層を形成する工程と、
(d)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体層にドレイン領域を形成する工程と、
(f)前記半導体層にソース領域を形成する工程と、を含み、
前記工程(a)では、前記絶縁層の比誘電率を、酸化シリコンより高い比誘電率を有する材料を用いて、前記絶縁層を形成する。
(3) A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
(A) forming an insulating layer;
(B) forming a semiconductor layer on the insulating layer;
(C) forming a gate insulating layer above the semiconductor layer;
(D) forming a gate electrode above the gate insulating layer;
(E) forming a drain region in the semiconductor layer;
(F) forming a source region in the semiconductor layer,
In the step (a), the insulating layer is formed using a material having a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide.
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)の後に、少なくとも前記ドレイン領域の上方に、酸化シリコンより高い比誘電率を有する材料を用いて、他の絶縁層を形成する工程(g)を、さらに含むことができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
After the step (f), the method may further include a step (g) of forming another insulating layer using a material having a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide at least above the drain region.
(4)本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
(a)絶縁層を形成する工程と、
(b)前記絶縁層の上に半導体層を形成する工程と、
(c)前記半導体層の上方にゲート絶縁層を形成する工程と、
(d)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体層にドレイン領域を形成する工程と、
(f)前記半導体層にソース領域を形成する工程と、
(g)前記半導体層にボディ領域を形成する工程と、
(h)前記ドレイン領域と前記ボディ領域との間に、前記ドレイン領域より高い比誘電率を有する電界緩和領域を形成する工程と、を含む。
(4) A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
(A) forming an insulating layer;
(B) forming a semiconductor layer on the insulating layer;
(C) forming a gate insulating layer above the semiconductor layer;
(D) forming a gate electrode above the gate insulating layer;
(E) forming a drain region in the semiconductor layer;
(F) forming a source region in the semiconductor layer;
(G) forming a body region in the semiconductor layer;
(H) forming an electric field relaxation region having a higher dielectric constant than the drain region between the drain region and the body region.
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記工程(h)では、前記ボディ領域の比誘電率より高い比誘電率を有する前記電界緩和領域を形成する、半導体装置の製造方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
In the step (h), the electric field relaxation region having a relative permittivity higher than that of the body region is formed.
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記工程(h)では、前記ドレイン領域の比誘電率より高い比誘電率を有する高誘電体材料を、前記ドレイン領域と前記ボディ領域との間の所与の領域に導入することによって、前記電界緩和領域を形成することができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
In the step (h), the electric field is introduced by introducing a high dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the drain region into a given region between the drain region and the body region. A relaxation region can be formed.
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記工程(h)では、前記電界緩和領域において、導入する前記高誘電体材料の濃度を高くすることによって、前記電界緩和領域の比誘電率を高くすることができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
In the step (h), the dielectric constant of the electric field relaxation region can be increased by increasing the concentration of the high dielectric material introduced in the electric field relaxation region.
1.半導体装置
図1は、本実施の形態にかかる半導体装置100を模式的に示す断面図である。半導体装置100は、支持基板6と、第1の絶縁層8と、第1の絶縁層8上に形成された半導体層10と、半導体層10上に形成されたゲート絶縁層20と、ゲート絶縁層20上に形成されたゲート電極22と、半導体層10、ゲート絶縁層20、およびゲート電極22を覆うようにして形成された第2の絶縁層30とを含む。
1. Semiconductor Device FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
第1の絶縁層8の比誘電率は、酸化シリコンの比誘電率より高い。第2の絶縁層30の比誘電率は、酸化シリコンの比誘電率より高い。
The relative dielectric constant of the first insulating
半導体層10は、ドレイン領域28と、第1の電界緩和領域14と、第2の電界緩和領域16と、ボディ領域12と、ソース領域26とを含む。第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16は、ボディ領域12とドレイン領域28の間に形成されている。第1の電界緩和領域14は、ドレイン領域28と同じ導電型の不純物を含む。第2の電界緩和領域16は、ボディ領域12と同じ導電型の不純物を含む。
The
第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16は、ドレイン領域28およびボディ領域12より高い比誘電率を有する。第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16の比誘電率は、図2に示すような分布を有することが望ましい。図2は、第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16における高誘電体材料の濃度の分布を模式的に示す。図2に示すグラフの縦軸は高誘電体材料の濃度を示し、横軸は基板面および図1の断面と平行な方向における位置を示す。
The first electric
図2に示すように、第1の電界緩和領域14は、ドレイン領域28側から第2の電界緩和領域16側に向かって高誘電体材料の濃度が高くなっている。高誘電体材料の濃度が高くなるにつれて、比誘電率も高くなる。したがって、第1の電界緩和領域14の比誘電率は、ドレイン領域28側から第2の電界緩和領域16側に向かって高くなっている。
As shown in FIG. 2, the concentration of the high dielectric material in the first electric
本実施の形態にかかる半導体装置100の特徴は以下のとおりである。
The features of the
(1)半導体層が例えばシリコン層からなり、半導体層の下方に形成されている絶縁層が酸化シリコンからなる場合、シリコンの比誘電率は11.9であり、酸化シリコンの比誘電率は3.9であるため、比誘電率差が大きい。ドレイン電極(図示せず。)に印加された電圧によって、ドレイン領域の電位は低下する。第1の絶縁層が酸化シリコンからなる場合には、第1の絶縁層とドレイン領域との比誘電率差が大きいため、電位の低下領域は、第1の絶縁層方向に浸入しやすい。これは、電位の低下領域は、比誘電率のより小さい層に浸入しやすいからである。そして第1の絶縁層から浸入した電位の低下は、第1の絶縁層を介してボディ領域12に廻り込む。これを第1の絶縁層からの電位廻り込みという。第1の絶縁層8からの電位廻り込みによって、電位障壁が低下してしまう。
(1) When the semiconductor layer is made of, for example, a silicon layer and the insulating layer formed below the semiconductor layer is made of silicon oxide, the relative dielectric constant of silicon is 11.9, and the relative dielectric constant of silicon oxide is 3 .9, the relative dielectric constant difference is large. The potential of the drain region is lowered by the voltage applied to the drain electrode (not shown). In the case where the first insulating layer is made of silicon oxide, since the relative dielectric constant difference between the first insulating layer and the drain region is large, the potential drop region is likely to enter the direction of the first insulating layer. This is because the potential drop region easily enters a layer having a lower relative dielectric constant. Then, the decrease in the potential that has entered from the first insulating layer wraps around the
そこで、第1の絶縁層8の比誘電率を酸化シリコンの比誘電率より高くすることによって、第1の絶縁層8へ電位の低下が浸入するのを抑制することができる。その結果、第1の絶縁層8からの電位廻り込みを抑制し、短チャネル耐性やドレイン耐圧を向上させることができる。
Therefore, by making the relative dielectric constant of the first insulating
(2)第2の絶縁層30の比誘電率は、酸化シリコンの比誘電率より高い。これにより、第2の絶縁層30の材質として酸化シリコンを用いた場合と比べて、第2の絶縁層30と半導体層との比誘電率差を小さくし、第2の絶縁層30中に電位の低下が浸入するのを抑制することができる。従って第2の絶縁層30からの電位廻り込みを抑制し、短チャネル耐性やドレイン耐圧を向上させることができる。
(2) The relative dielectric constant of the second insulating
(3)第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16は、ドレイン領域28およびボディ領域12より高い比誘電率を有する。これにより、ドレイン領域からボディ領域12方向への電界を緩和できるため、短チャネル耐性やドレイン耐圧を向上させることができる。
(3) The first electric
(4)図2に示すように、第1の電界緩和領域14は、ドレイン領域28側から第2の電界緩和領域16側に向かって高誘電体材料の濃度が高くなっている。高誘電体材料の濃度が高くなるにつれて、比誘電率も高くなる。したがって、第1の電界緩和領域14の比誘電率は、ドレイン領域28側から第2の電界緩和領域16側に向かって高くなっている。これにより、ドレイン領域28からの電界を効率的に緩和することができる。
(4) As shown in FIG. 2, in the first electric
また第2の電界緩和領域16は、ボディ領域12側から第1の電界緩和領域14側に向かって高誘電体材料の濃度が高くなっている。したがって、第2の電界緩和領域16の比誘電率は、ボディ領域12側から第1の電界緩和領域14側に向かって高くなっている。これにより、ドレイン領域28からの電界を効率的に緩和し、ボディ領域12への電位の低下領域の浸入を防ぐことができる。
In the second electric
図2に示すように、比誘電率の極大値が第1の電界緩和領域14と第2の電界緩和領域16との境界にあるため、ドレイン領域28側からの電界をより効果的に緩和することができる。よって、半導体装置100は、第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16を有することによって、短チャネル耐性や耐圧性を向上させることができる。
As shown in FIG. 2, since the maximum value of the relative dielectric constant is at the boundary between the first electric
2.半導体装置の製造方法
本実施の形態の半導体装置の製造方法について図3〜図8を参照しながら説明する。なお、以下に説明する製造方法において、具体例として記載した数値は、nチャネル型のMOSトランジスタを形成する場合の一例を記載したものである。
2. Method for Manufacturing Semiconductor Device A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the manufacturing method described below, the numerical values described as specific examples describe an example in the case of forming an n-channel MOS transistor.
(1)まず、図3に示すように、支持基板6の上方に第1の絶縁層8を形成する。支持基盤6としては、たとえばシリコン基板を用いる。第1の絶縁層8の材料としては、酸化シリコンより誘電率の高い材料、たとえば、酸窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムを用いる。第1の絶縁層8は、たとえば、支持基盤6の上方に酸窒化シリコンをCVD(Chemical Vapor Deposition)法により堆積させることにより形成される。
(1) First, as shown in FIG. 3, the first insulating
(2)次に、図4に示すように、第1の絶縁層8の上方に半導体層10を形成することにより、SOI基板50を完成させる。半導体層10としては、たとえば、Si、Si−Ge、GaAs、InP、GaP、GaNなどを用いることができる。半導体層10は、たとえば貼り合わせ法により形成される。半導体層10は、たとえばシリコン基板を第1の絶縁層8に貼り合わせ、その後熱処理することにより、シリコン基板と第1の絶縁層8を密着させる。そして半導体層10の膜厚が所望の膜厚と異なる場合には、シリコン基板の上部をポリッシュ、エッチング、または水素イオン注入を利用した剥離法を用いて薄膜化することにより、半導体層10の膜厚を調整することができる。
(2) Next, as shown in FIG. 4, the
ついで、図4に示すように、しきい値の調整のために、所定の導電型の不純物を半導体層10に導入する。この不純物の導入は、イオン注入法により行なうことができる。たとえば、半導体層10として、膜厚が50nmの単結晶シリコン層を用いて、nチャネル型のMOSトランジスタを形成する場合には、不純物としてBF2を用い30keVのエネルギーで1〜5×1012/cm2程度打ち込むことができる。
Next, as shown in FIG. 4, impurities of a predetermined conductivity type are introduced into the
(3)次に、図5に示すように、ゲート絶縁層20aおよびゲート電極22を形成する。ゲート絶縁層20aとしては、たとえば、酸化シリコン膜を熱酸化法により形成することができる。ついで、ゲート絶縁層20aの上に、ゲート電極22のための導電層(図示せず)を形成する。導電層としては、たとえば、多結晶シリコン層を200nm程堆積することができる。その後、この導電層を公知のリソグラフィーおよびエッチング技術によりパターニングすることによりゲート電極22が形成される。
(3) Next, as shown in FIG. 5, a
(4)次に、図6に示すように、第1の電界緩和領域14(図1参照)が形成される領域以外の領域にマスク層24を形成する。マスク層24の材料としては、たとえば酸化シリコンを挙げることができる。マスク層24は、たとえば、半導体層10の全面の上方に酸化シリコンをCVD法により堆積させ、リソグラフィーおよびエッチング技術によりパターニングすることにより形成される。
(4) Next, as shown in FIG. 6, a
ついで、図6に示すように、第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16(図1参照)を形成するために、半導体層10の比誘電率より高い誘電率を有する高誘電体材料を半導体層10に導入する。高誘電体材料は、半導体層10の材料であるシリコンより高い比誘電率を有することが望ましい。具体的には、シリコンの比誘電率は、11.9であるから、高誘電体材料としては、比誘電率が11.9以上の材料、たとえば比誘電率が16.0であるゲルマニウムを挙げることができる。第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16は、イオン注入法により形成される。このイオン注入では、斜めイオン注入法を用いて、図7に示すように、ゲート電極22に覆われている半導体層10にも高誘電体材料を導入することができる。本実施例では高誘電体材料としてゲルマニウム(Ge)を斜めイオン注入法にて導入を行った。斜めイオン注入法では、ゲート電極22の膜厚、マスク層24の開口パターン、およびその膜厚に応じて、イオン注入の注入角度をかえることができる。これにより高誘電体材料の濃度が、図2に示すような分布となるように、高誘電体材料を導入することができる。高誘電体材料の濃度を高くすることによって、第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16の比誘電率を高くすることができる。
Next, as shown in FIG. 6, in order to form the first electric
その後、熱処理を施す。その後、たとえばフッ酸を用いたウェットエッチング技術によりマスク層24を除去する。
Thereafter, heat treatment is performed. Thereafter, the
(5)次に、図7に示すように、半導体層10に、所定の導電型の不純物を導入して、ソース領域26およびドレイン領域28を形成する。たとえば、不純物としてPを用い、イオン注入法により、10keVのエネルギーで約1×1015/cm2の量を打ちこむことができる。その後、熱処理を施し、導入した不純物を活性化する。この熱処理は、たとえば、処理温度は1000℃、処理時間は30秒の条件で行なうことができる。ここで第1の電界緩和領域14にも、不純物が導入される。
(5) Next, as shown in FIG. 7, impurities of a predetermined conductivity type are introduced into the
(6)次に、少なくともドレイン領域28(図1参照)の上方に第2の絶縁層30を形成する(図1参照)。第2の絶縁層30の材料としては、酸化シリコンより誘電率の高い材料、たとえば、酸窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムを用いる。第2の絶縁層30は、たとえば、半導体層10およびゲート電極22の上方に酸窒化シリコンをCVD(Chemical Vapor Deposition)法により堆積させることにより形成される。
(6) Next, the second insulating
本実施の形態にかかる半導体装置100の製造方法の特徴は以下のとおりである。
The characteristics of the manufacturing method of the
本実施の形態にかかる製造方法は、半導体層10の比誘電率より高い誘電率を有する高誘電体材料を半導体層10に導入することにより、第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16を形成している。導入された高誘電体材料の濃度に応じて、第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16の比誘電率が定まる。これにより、第1の電界緩和領域14および第2の電界緩和領域16の比誘電率を所望の比誘電率に調整することができる。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the first electric
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、各種の態様を取りうる。たとえば、本実施の形態では、第2の電界緩和領域16の比誘電率は、ボディ領域12側から第1の電界緩和領域14側に向かって高くなっているが、これにかえて、第1の電界緩和領域14側からボディ領域12側に向かって高くなってもよい。
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and can take various forms. For example, in the present embodiment, the relative dielectric constant of the second electric
6 支持基板、8 絶縁層、10 半導体層、12 ボディ領域、14 第1の電界緩和領域、16 第2の電界緩和領域、20 ゲート絶縁層、22 ゲート電極、24 マスク層、26 ソース領域、28 ドレイン領域、30 第2の絶縁層、100 半導体装置 6 Support substrate, 8 Insulating layer, 10 Semiconductor layer, 12 Body region, 14 First electric field relaxation region, 16 Second electric field relaxation region, 20 Gate insulating layer, 22 Gate electrode, 24 Mask layer, 26 Source region, 28 Drain region, 30 second insulating layer, 100 semiconductor device
Claims (13)
前記絶縁層の上方に形成された半導体層と、
前記半導体層の上方に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成されたソース領域と、
前記半導体層に形成されたドレイン領域と、
を含み、
前記絶縁層の比誘電率は、酸化シリコンの比誘電率より高い、半導体装置。 An insulating layer;
A semiconductor layer formed above the insulating layer;
A gate insulating layer formed above the semiconductor layer;
A gate electrode formed above the gate insulating layer;
A source region formed in the semiconductor layer;
A drain region formed in the semiconductor layer;
Including
A semiconductor device in which a dielectric constant of the insulating layer is higher than that of silicon oxide.
少なくとも前記ドレイン領域の上方に形成された他の絶縁層を、さらに含み、
前記他の絶縁層の比誘電率は、酸化シリコンの比誘電率より高い、半導体装置。 In claim 1,
And further comprising at least another insulating layer formed above the drain region,
A semiconductor device having a relative dielectric constant of the other insulating layer higher than that of silicon oxide.
前記絶縁層の上方に形成された半導体層と、
前記半導体層の上方に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成されたソース領域と、
前記半導体層に形成されたドレイン領域と、
前記半導体層に形成されたボディ領域と、
前記半導体層において、前記ドレイン領域と前記ボディ領域との間に形成された、前記ドレイン領域より高い比誘電率を有する電界緩和領域と、
を含む、半導体装置。 An insulating layer;
A semiconductor layer formed above the insulating layer;
A gate insulating layer formed above the semiconductor layer;
A gate electrode formed above the gate insulating layer;
A source region formed in the semiconductor layer;
A drain region formed in the semiconductor layer;
A body region formed in the semiconductor layer;
In the semiconductor layer, an electric field relaxation region formed between the drain region and the body region and having a higher dielectric constant than the drain region;
Including a semiconductor device.
前記電界緩和領域の比誘電率は、前記ボディ領域の比誘電率より高い、半導体装置。 In claim 3,
The semiconductor device, wherein a relative dielectric constant of the electric field relaxation region is higher than a relative dielectric constant of the body region.
前記電界緩和領域は、前記ドレイン領域側の端部から前記ボディ領域側の端部に向かって、比誘電率が高くなっている、半導体装置。 In claim 3 or 4,
In the semiconductor device, the electric field relaxation region has a higher relative dielectric constant from an end on the drain region side toward an end on the body region side.
前記電界緩和領域は、前記ドレイン領域側に設けられた第1の電界緩和領域と、前記ボディ領域と前記第1の電界緩和領域との間に形成された第2の電界緩和領域と、を有し、
前記第1の電界緩和領域は、前記ドレイン領域側の端部から前記第2の電界緩和領域側の端部に向かって、比誘電率が高くなっており、
前記第2の電界緩和領域は、前記ボディ領域側の端部から前記第1の電界緩和領域側の端部に向かって、比誘電率が高くなっている、半導体装置。 In claim 3 or 4,
The electric field relaxation region includes a first electric field relaxation region provided on the drain region side, and a second electric field relaxation region formed between the body region and the first electric field relaxation region. And
The first electric field relaxation region has a higher relative dielectric constant from an end on the drain region side toward an end on the second electric field relaxation region side,
The semiconductor device, wherein the second electric field relaxation region has a higher relative dielectric constant from an end on the body region side toward an end on the first electric field relaxation region side.
前記電界緩和領域は、前記ドレイン領域の比誘電率より高い比誘電率を有する高誘電体材料を含む、半導体装置。 In any of claims 3 to 6,
The semiconductor device, wherein the electric field relaxation region includes a high dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the drain region.
(b)前記絶縁層の上に半導体層を形成する工程と、
(c)前記半導体層の上方にゲート絶縁層を形成する工程と、
(d)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体層にドレイン領域を形成する工程と、
(f)前記半導体層にソース領域を形成する工程と、を含み、
前記工程(a)では、前記絶縁層の比誘電率を、酸化シリコンより高い比誘電率を有する材料を用いて、前記絶縁層を形成する、半導体装置の製造方法。 (A) forming an insulating layer;
(B) forming a semiconductor layer on the insulating layer;
(C) forming a gate insulating layer above the semiconductor layer;
(D) forming a gate electrode above the gate insulating layer;
(E) forming a drain region in the semiconductor layer;
(F) forming a source region in the semiconductor layer,
In the step (a), the insulating layer is formed using a material having a relative dielectric constant of the insulating layer higher than that of silicon oxide.
前記工程(f)の後に、少なくとも前記ドレイン領域の上方に、酸化シリコンより高い比誘電率を有する材料を用いて、他の絶縁層を形成する工程(g)を、さらに含む、半導体装置の製造方法。 In claim 8,
After the step (f), the method further includes the step (g) of forming another insulating layer using a material having a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide at least above the drain region. Method.
(b)前記絶縁層の上に半導体層を形成する工程と、
(c)前記半導体層の上方にゲート絶縁層を形成する工程と、
(d)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体層にドレイン領域を形成する工程と、
(f)前記半導体層にソース領域を形成する工程と、
(g)前記半導体層にボディ領域を形成する工程と、
(h)前記ドレイン領域と前記ボディ領域との間に、前記ドレイン領域より高い比誘電率を有する電界緩和領域を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 (A) forming an insulating layer;
(B) forming a semiconductor layer on the insulating layer;
(C) forming a gate insulating layer above the semiconductor layer;
(D) forming a gate electrode above the gate insulating layer;
(E) forming a drain region in the semiconductor layer;
(F) forming a source region in the semiconductor layer;
(G) forming a body region in the semiconductor layer;
(H) forming an electric field relaxation region having a higher dielectric constant than the drain region between the drain region and the body region.
前記工程(h)では、前記ボディ領域の比誘電率より高い比誘電率を有する前記電界緩和領域を形成する、半導体装置の製造方法。 In claim 10,
In the step (h), the electric field relaxation region having a relative permittivity higher than that of the body region is formed.
前記工程(h)では、前記ドレイン領域の比誘電率より高い比誘電率を有する高誘電体材料を、前記ドレイン領域と前記ボディ領域との間の所与の領域に導入することによって、前記電界緩和領域を形成する、半導体装置の製造方法。 In claim 10 or 11,
In the step (h), the electric field is introduced by introducing a high dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the drain region into a given region between the drain region and the body region. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a relaxation region is formed.
前記工程(h)では、前記電界緩和領域において、導入する前記高誘電体材料の濃度を高くすることによって、前記電界緩和領域の比誘電率を高くする、半導体装置の製造方法。 In claim 12,
In the step (h), in the electric field relaxation region, the dielectric constant of the electric field relaxation region is increased by increasing the concentration of the high dielectric material to be introduced.
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