JP2006310879A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はSOI構造の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having an SOI structure.
図102に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI(Silicon On Insulator)層からなる従来のSOI構造の半導体装置において、SOI層3中のトランジスタ形成領域は完全酸化膜32によってが完全に分離されていた。例えば、NMOSトランジスタ形成領域に形成される1単位のNMOSトランジスタは完全酸化膜32によって他のトランジスタから完全分離されていた。なお、図102の例ではSOI層3上を層間絶縁膜4で覆っている。
As shown in FIG. 102, in a conventional SOI structure semiconductor device comprising a
図102において、完全酸化膜32よって他のトランジスタから完全分離される1単位のNMOSトランジスタは、SOI層3中に形成されるドレイン領域5、ソース領域6、チャネル形成領域7、チャネル形成領域7上に形成されるゲート酸化膜8及びゲート酸化膜8上に形成されるゲート電極9から構成される。また、層間絶縁膜4上に形成された配線層22は、層間絶縁膜4中に設けられたコンタクト21を介してドレイン領域5あるいはソース領域6と電気的に接続される。
In FIG. 102, one unit of NMOS transistor, which is completely separated from other transistors by the
このように、従来のSOI構造の半導体装置は素子(トランジスタ)単位でSOI層中に完全分離されているため、PMOS及びNMOSそれぞれのトランジスタ間は完全に分離されラッチアップが原理的に起こらない構造を呈している。 As described above, since the conventional SOI structure semiconductor device is completely separated in the SOI layer in element (transistor) units, the PMOS and NMOS transistors are completely separated so that latch-up does not occur in principle. Presents.
したがって、SOI構造でCMOSトランジスタを有する半導体装置を製造する場合は、微細加工技術で決まる最小分離幅を使用できチップ面積を縮小できるメリットがあった。しかしながら、衝突電離現象によって発生するキャリア(NMOSではホール)がチャネル形成領域に溜まり、これによりキンクが発生したり、動作耐圧が劣化したり、また、チャネル形成領域の電位が安定しないために遅延時間の周波数依存性がでる等の基板浮遊効果により生ずる種々の問題点があった。 Therefore, in the case of manufacturing a semiconductor device having a CMOS transistor with an SOI structure, there is an advantage that the minimum separation width determined by the microfabrication technology can be used and the chip area can be reduced. However, carriers generated by impact ionization (holes in NMOS) accumulate in the channel formation region, which causes kinks, deteriorates the operating breakdown voltage, and the potential of the channel formation region is not stable. There are various problems caused by the floating effect of the substrate, such as the frequency dependence of.
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、基板浮遊効果の低減を図ったSOI構造の半導体装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain an SOI structure semiconductor device in which the substrate floating effect is reduced.
この発明に係る請求項1記載の半導体装置は、半導体基板、埋め込み絶縁層及びSOI層からなるSOI構造を呈しており、前記SOI層に設けられ、各々に所定の素子が形成される複数の素子形成領域と、前記SOI層に設けられ、前記複数の素子形成領域間を絶縁素子分離する素子分離領域と、外部から電位固定可能なボディー領域とを備え、前記ボディー領域は、前記複数の素子形成領域のうち、少なくとも1つの素子形成領域の表面あるいは裏面に接するように形成される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having an SOI structure including a semiconductor substrate, a buried insulating layer, and an SOI layer, and a plurality of elements provided in the SOI layer, each of which includes a predetermined element. A formation region, an element isolation region that is provided in the SOI layer and that isolates the plurality of element formation regions from each other, and a body region capable of fixing a potential from the outside. The region is formed so as to be in contact with the front surface or the back surface of at least one element formation region.
請求項2記載の半導体装置において、前記ボディー領域は、前記埋め込み絶縁層の上層部に形成され、前記少なくとも1つの素子形成領域の裏面に接している。
3. The semiconductor device according to
請求項3記載の半導体装置において、前記ボディー領域は、前記埋め込み絶縁層を貫通して形成され、前記少なくとも1つの素子形成領域の裏面に接している。
4. The semiconductor device according to
請求項4記載の半導体装置において、前記ボディー領域は、前記少なくとも1つの素子形成領域の上方に設けられ、前記少なくとも1つの素子形成領域の表面に接する。
5. The semiconductor device according to
この発明に係る請求項1記載の半導体装置のボディー領域は、複数の素子形成領域のうち、少なくとも1つの素子形成領域の表面あるいは裏面に接するように形成されるため、上記少なくとも1つの素子形成領域を上記ボディー領域によって電位固定することができる。 Since the body region of the semiconductor device according to the first aspect of the present invention is formed so as to be in contact with the front surface or the back surface of at least one of the plurality of element formation regions, the at least one element formation region Can be fixed by the body region.
請求項2記載の半導体装置において、ボディー領域は、SOI層下の埋め込み絶縁層の上層部に形成されるため、素子分離領域による素子分離特性に与える悪影響を最小限に抑えることができる。
In the semiconductor device according to
請求項3記載の半導体装置において、ボディー領域は、埋め込み絶縁層を貫通して形成されるため、半導体基板側から上記少なくとも1つの素子形成領域を上記ボディー領域を介して電位固定することができる。 According to another aspect of the present invention, since the body region is formed through the buried insulating layer, the potential of the at least one element formation region can be fixed from the semiconductor substrate side via the body region.
請求項4記載の半導体装置において、ボディー領域は、少なくとも1つの素子形成領域の上方に設けられ、少なくとも1つの素子形成領域の表面に接するため、比較的簡単に形成することができる。
5. The semiconductor device according to
<<実施の形態1>>
図1〜図3はこの発明の実施の形態1であるSOI構造の半導体装置の構成を示す図である。図1及び図2は断面図、図3は平面図であり、図3のA−A断面及びB−B断面がそれぞれ図1及び図2となる。
<<
1 to 3 are diagrams showing the configuration of an SOI structure semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 1 and 2 are sectional views, and FIG. 3 is a plan view. The AA and BB sections in FIG. 3 are respectively FIG. 1 and FIG.
これらの図に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層からなるSOI構造の半導体装置におけるSOI層3の各トランジスタ形成領域は下層部にウェル領域が形成される部分酸化膜31によって分離される。そして、NMOSトランジスタ間を分離する部分酸化膜31の下層にp型のウェル領域11が形成され、PMOSトランジスタ間を分離する部分酸化膜31の下層にn型のウェル領域12が形成され、NMOSトランジスタ,PMOSトランジスタ間を分離する部分酸化膜31の下層にp型のウェル領域11(NMOSトランジスタ側)及びn型のウェル領域12(PMOSトランジスタ側)が形成される。なお、ウェル領域11はNMOSトランジスタ群のドレイン領域5及びソース領域6を囲うように形成され、ウェル領域12はPMOSトランジスタ群のドレイン領域5及びソース領域6を囲うように形成される。また、実施の形態1ではSOI層3上を層間絶縁膜4で覆っている。
As shown in these drawings, each transistor formation region of the
実施の形態1において、部分酸化膜31よって他のトランジスタから分離される1単位のMOSトランジスタは、SOI層3中に形成されるドレイン領域5、ソース領域6及びチャネル形成領域7、チャネル形成領域7上に形成されるゲート酸化膜8、ゲート酸化膜8上に形成されるゲート電極9から構成される。また、層間絶縁膜4上に形成された配線層22は、層間絶縁膜4中に設けられたコンタクト21を介してドレイン領域5あるいはソース領域6と電気的に接続される。
In the first embodiment, one unit of MOS transistor separated from other transistors by the
また、図2及び図3に示すように、SOI層3中のウェル領域11の間にボディー領域10が形成され、ボディー領域10は隣接するウェル領域11に接している。そして、層間絶縁膜4上に形成された配線層25は、層間絶縁膜4中に設けられたボディーコンタクト23を介してボディー領域10と電気的に接続される。また、層間絶縁膜4上に形成された配線層26は、層間絶縁膜4中に設けられたゲートコンタクト24を介してゲート電極9と電気的に接続される。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
このように、実施の形態1の半導体装置では、図1〜図3に示すように、図102で示した従来構成と異なり素子分離領域の部分酸化膜31がSOI層3の下部にまで到達せず、分離対象となるトランジスタのチャネル形成領域と同一の導電型の不純物が導入されたウェル領域11,12が部分酸化膜31の下層に設けられている。
Thus, in the semiconductor device of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, unlike the conventional configuration shown in FIG. 102, the
したがって、各トランジスタの基板電位の固定を、配線層25、ボディーコンタクト23、高濃度のボディー領域10及びウェル領域11を介して行うことができる。なお、PMOSトランジスタ側も同様に、ボディー領域を介して各トランジスタの基板電位を固定することができる。
Therefore, the substrate potential of each transistor can be fixed through the
以下、図1〜図3を参照してその詳細を説明する。埋め込み酸化膜2の膜厚は例えば100〜500nm程度であり、SOI層3の膜厚は30〜200nm程度である。チャネル形成領域7は、例えば1017〜1018/cm3程度の第1導電型の不純物(NMOSではp型不純物、PMOSではn型不純物)の導入によって形成される。ドレイン領域5及びソース領域6はチャネル形成領域7と隣接して、例えば1019−1021/cm3程度の第2導電型の不純物(NMOSではn型不純物、PMOSではp型不純物)の導入によって形成される。
Hereinafter, the details will be described with reference to FIGS. The thickness of the buried
隣接するトランジスタ間を分離する部分酸化膜31はSOI層3の下層部をウェル領域形成用に例えば10〜100nm程度残して形成される。部分酸化膜31の上面高さはSOI層3の表面高さと同一であることが微細加工上好ましいが、SOI層3が薄い場合は素子分離に必要な部分酸化膜31の膜厚をとることが難しいため、SOI層3より上に持ち上げた方が素子分離性能が向上する。
The
そして、素子分離用の部分酸化膜31の下部にはチャネル形成領域と同じ導電型のウェル領域11,12(たとえば1017〜5・1018/cm3の不純物濃度、不純物濃度はチャネル形成領域と同じかそれ以上、濃度が高いほどパンチスルーが防止でき分離性能は良くなる)が設けられている。
Under the element isolation
また、ボディー領域10は、図2に示すように、隣接するウェル領域11と同じ導電型で1019〜1021/cm3の高濃度の不純物が導入される。
Further, as shown in FIG. 2, the
なお、図2のボディー領域10は、SOI層3の上面から下面にかけてボディー領域10を形成し層間絶縁膜4を貫通してボディーコンタクト23を形成したが、図4のようにボディー領域を形成しても良い。
In the
図4の例では、ボディーコンタクト23の形状に合わせてSOI層3の下層部のみにボディー領域20を形成し、層間絶縁膜4及び部分酸化膜31を貫通してボディーコンタクト23を形成することになる。この場合、ボディー領域20に隣接して部分酸化膜31下にウェル領域28が形成される。
In the example of FIG. 4, the
ただし、図4の構造を形成する場合はコンタクト開口後にボディー領域20を形成するための高濃度不純物注入を行うことが望ましい。
However, when the structure of FIG. 4 is formed, it is desirable to perform high-concentration impurity implantation for forming the
ここで、同じ導電型の素子分離においては、ウェル領域11,12はチャネル形成領域の導電型と同一の不純物を導入して形成するだけでよいが、図1に示すように、PMOSとNMOSにまたがる分離においてはNMOS隣接部でp型のウェル領域11、PMOS隣接部でn型のウェル領域12を設ける必要がある。
Here, in the element isolation of the same conductivity type, the
このようなSOI構造は後述する実施の形態2の部分トレンチによる分離法を用いて製造することができる。 Such an SOI structure can be manufactured using the isolation method using a partial trench according to a second embodiment to be described later.
<<実施の形態2>>
<第1の態様>
図5はこの発明の実施の形態2であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。
<<
<First aspect>
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the first aspect of the SOI structure semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図5に示すように、実施の形態2ではNMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタそれぞれの内部のトランジスタ分離を部分酸化膜31とその下層のウェル領域11(12)によって行い、一方、PMOSトランジスタ,NMOSトランジスタ間の分離を完全酸化膜32よって行っている。このような構成にすることにより、実施の形態1の構造に比べて、PMOS、NMOS間の分離幅を小さくできたり、ラッチアップを防いだりすることができる。
As shown in FIG. 5, in the second embodiment, transistor isolation inside the NMOS transistor and the PMOS transistor is performed by the
図5の構造を実現する際には、ソース領域6、ドレイン領域5をイオン注入で形成する際に、注入イオンが部分酸化膜31を通り抜けて、本来はドレイン領域5及びソース領域6と逆の導電型式にする必要のある部分酸化膜31下のウェル領域11(12)に、ドレイン領域5及びソース領域6用の不純物が導入されることにより、部分酸化膜31及びウェル領域11による分離特性を損ねる恐れがある。
In realizing the structure of FIG. 5, when the
<第2の態様>
これを避けるためには、図6に示す第2の態様に示すように、形成深さがSOI層3の膜厚より十分に浅いドレイン領域5s及びソース領域6sを形成する方が好ましい。すなわち、部分酸化膜31の下面よりもドレイン領域5s及びソース領域6sを浅く形成すると良い。図6のように、形成深さの浅いドレイン領域5s及びソース領域6sを形成するためには、低エネルギーイオン注入によってソース、ドレイン領域6s,5sを形成すればよい。
<Second aspect>
In order to avoid this, it is preferable to form the
なお、ドレイン領域5s及びソース領域6sの形成深さは、ビルトイン状態(PN接合にかかっているバイアス電圧が0Vのときの状態)で、ソース/ドレインからの空乏層が埋め込み酸化膜2まで到達するという条件を満足する深さで形成するのが理想的である。
The formation depth of the
なぜならば、ビルトイン状態で、ソース/ドレイン空乏層が埋め込み酸化膜2まで到達するため、ソース/ドレイン領域6s/5sとウェル領域11(12)との接合容量の低減化を図りながら、部分酸化膜31及びウェル領域11(12)による部分分離領域による分離特性の向上が図れるからである。
This is because the source / drain depletion layer reaches the buried
<第3の態様>
なおここで、図7に示す実施の形態2の第3の態様のように、下層部の一部がウェル領域29となるがSOI層3の上面から下面にかけて酸化膜33を用いてNMOSトランジスタ,PMOSトランジスタ間を完全分離することもできる。第3の態様では酸化膜33用のトレンチを部分酸化膜31用のトレンチと同時に設けて形成しやすい分、完全酸化膜32による分離よりレイアウトが容易になる可能性が高い。
<Third Aspect>
Here, as in the third mode of the second embodiment shown in FIG. 7, a part of the lower layer becomes the
以下、酸化膜33による完全分離を、SOI層3を貫通した貫通部の酸化膜33による完全分離領域と、SOI層3を貫通しない非貫通部の酸化膜33とその下方のSOI層3であるウェル領域29とによる部分分離領域とが連続して形成される複合分離領域による分離と称する場合がある。
Hereinafter, the complete separation by the
<第4の態様>
また、図55に示す第4の態様のように、単独で部分分離を行う部分酸化膜31と複合分離領域の酸化膜33の上面は凹凸がなく均一になるように形成することにより、ゲート電極9の形成時のパターニングが容易になる効果を奏する。
<Fourth aspect>
Further, as in the fourth mode shown in FIG. 55, the upper surfaces of the
<第5の態様>
図56は図7で示した複合分離領域の酸化膜33の構造の詳細を示す断面図である。同図に示すように、酸化膜33は中心部(貫通部)がSOI層3の上面から下面に達して形成されるが周辺部(非貫通部)は下面に達することなく形成される。酸化膜33の周辺部の下方に残存するSOI層3の一部がウェル領域29となる。このような構造の酸化膜33において、酸化膜33の周辺部下のSOI層3(ウェル領域29)の膜厚TBと、ウェル領域29より上方のSOI層3の膜厚TAとの間に、TA>TBが成立するように形成する。すなわち、SOI層3の膜厚(TA+TB)の半分未満にウェル領域29の膜厚を設定する。
<Fifth aspect>
56 is a sectional view showing details of the structure of the
第5の態様のようにTA>TBが成立するように形成すると、酸化膜33の分離による閾値電圧(酸化膜33をゲート酸化膜と見立てた時の閾値電圧)を十分に上昇させ、十分高度な分離耐性を得ることができ、ウェル領域29に接して形成されるドレイン/ソース領域とウェル領域29とのPN接合面積を十分に低下させることによりリーク電流の発生を抑え、上記PN接合容量を低下させることにより高速動作が可能となる。
When formed so that TA> TB is satisfied as in the fifth aspect, the threshold voltage due to the separation of the oxide film 33 (threshold voltage when the
<第6の態様>
図57は図7で示した酸化膜33の構造の詳細を示す断面図である。同図に示すように、SOI層3の上面から下面に達して形成される酸化膜33の中心部の形成幅である完全分離幅WCと、酸化膜33全体の酸化膜分離幅WDとの間に、WC<WD/2が成立するように形成する。
<Sixth aspect>
FIG. 57 is a sectional view showing details of the structure of the
第6の態様のように構成することにより、酸化膜33の周辺部下に形成されるウェル領域29の面積を十分確保できるため、ウェル領域29を介して基板浮遊効果を十分抑制するレベルでトランジスタの基板電位固定を図ることができ、その結果、トランジスタの安定動作を可能にする。
By configuring as in the sixth aspect, a sufficient area of the
さらに、完全分離幅WCをチップ内で同一にすることにより、分離形状管理が容易になる。さらに、酸化膜33のパターニングさえできれば素子間を電気的に完全分離できるため、完全分離幅WCを最小デザイン幅に設定することができ、チップ面積を必要最小限まで低減させ集積度の大幅な向上を図ることができる。
Further, by making the complete separation width WC the same in the chip, the separation shape management becomes easy. Further, since the elements can be electrically completely separated as long as the
<その他>
実施の形態2では、少なくともNMOSトランジスタ,PMOSトランジスタ間を完全分離する構造を示したが、それ以外にも、メモリ混載論理回路において、雑音対策のためメモリ部と論理回路部との間を完全分離する構造も考えられる。
<Others>
In the second embodiment, at least the NMOS transistor and the PMOS transistor are completely separated from each other. However, in the memory mixed logic circuit, the memory portion and the logic circuit portion are completely separated from each other for noise countermeasures. The structure to do is also considered.
また、完全分離領域と部分分離領域とを併用する代わりに、形成深さの異なる酸化膜を用いて複数種の部分分離を行う方法も考えられる。この場合、形成深さが深い酸化膜下のウェル領域にはボディー領域等のボディーコンタクト材料を接続することなくフローティング状態にして完全分離領域として用いることもできる。 Further, instead of using the complete isolation region and the partial isolation region in combination, a method of performing plural types of partial isolation using oxide films having different formation depths is also conceivable. In this case, the well region under the deep oxide film can be used as a complete isolation region in a floating state without connecting a body contact material such as a body region to the well region.
<製造方法(その1)(第1及び第2の態様)>
図8〜図11は実施の形態2の第1及び第2の態様における製造方法の素子分離工程を示す断面図である。図8〜図11で示す方法は部分トレンチ分離と完全トレンチ分離を併用による方法である。
<Production Method (Part 1) (First and Second Aspects)>
8 to 11 are cross-sectional views showing element isolation steps of the manufacturing method according to the first and second modes of the second embodiment. The method shown in FIGS. 8 to 11 is a method in which partial trench isolation and complete trench isolation are used in combination.
まず、図8に示すように、酸素イオン注入によって埋め込み酸化膜2を形成するSIMOX法などにより形成した、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層3からなるSOI基板を出発材料とする。通常、SOI層3の膜厚は50〜200nm、埋め込み酸化膜2の膜厚は100〜400nmになる。
First, as shown in FIG. 8, an SOI substrate made of a
そして、図9に示すように、SOI基板上に、20nm程度の酸化膜41と200nm程度の窒化膜42を順次堆積した後、パターニングしたレジスト43をマスクとして分離領域をパターニングし、窒化膜42、酸化膜41、SOI層の3多層膜を、SOI層3の下層部が残存するようにエッチングして複数の部分トレンチ44を形成する。複数の部分トレンチ44は、所定の幅でシリコン基板1に対してほぼ垂直方向に延びて形成されるため、集積度を損ねることなく微細化を維持した素子分離を行うことができる。この状態で、図12に示すように高濃度ウェル領域52(ウェル領域11、12に相当)形成のため、イオン注入を行えば分離耐圧をより高めることができる。
Then, as shown in FIG. 9, an
次に、図10に示すように、複数の部分トレンチ44のうち、一部を覆うようにレジスト45を形成して、レジスト45で覆われなかった部分トレンチ44をさらにエッチングすることにより、SOI層3を貫通させた完全トレンチ48を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a resist 45 is formed so as to cover a part of the plurality of
次に、図11に示すように、500nm程度の酸化膜を堆積し、通常のトレンチ分離と同様の手法でCMP処理により窒化膜42の途中まで研磨し、その後、窒化膜42、酸化膜41の除去を行うことにより、部分酸化膜31及びその下のSOI層3(ウェル領域)と完全酸化膜32とが選択的に形成された構造を得ることができる。このように、CMP処理による酸化膜を研磨することにより、部分酸化膜31及び完全酸化膜32の上面を凹凸なく均一に形成することができる。なお、図9の構造を得た後、図12で示すイオン注入を行った場合は、図13に示すように、部分酸化膜31下に高濃度ウェル領域52が形成されることになる。高濃度ウェル領域52により安定性良く基板電位固定することができる。
Next, as shown in FIG. 11, an oxide film having a thickness of about 500 nm is deposited and polished to the middle of the
以下、既存の方法で、NMOSトランジスタ形成領域にNMOSトランジスタを形成し、PMOSトランジスタ形成領域にPMOSトランジスタを形成することにより、図5で示した第1の態様のSOI構造、あるいは図6で示した第2の態様のSOI構造を得ることができる。 Hereinafter, the SOI structure of the first embodiment shown in FIG. 5 or the SOI structure shown in FIG. 6 is formed by forming an NMOS transistor in the NMOS transistor formation region and forming a PMOS transistor in the PMOS transistor formation region by an existing method. The SOI structure of the second aspect can be obtained.
また、図10で示した工程を省略して他の工程を上述したように実施すれば、全てが部分トレンチ44となるため、図1〜図3で示した実施の形態1の構造(全てが部分酸化膜31によって素子分離された構造)を得ることができる。
Further, if the steps shown in FIG. 10 are omitted and the other steps are performed as described above, all become
<製造方法(その2)(第1及び第2の態様)>
図14〜図18は実施の形態2の第1及び第2の態様における製造方法の素子分離工程を示す断面図である。図14〜図18で示す方法は部分トレンチ分離と完全トレンチ分離を併用による方法である。
<Production Method (Part 2) (First and Second Aspects)>
14 to 18 are cross-sectional views showing element isolation steps of the manufacturing method according to the first and second modes of the second embodiment. The method shown in FIGS. 14 to 18 is a method in which partial trench isolation and complete trench isolation are used in combination.
まず、図14に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びシリコン層50からなる積層構造を出発材料とする。この際、シリコン層50は最終的に得られるSOI層3の膜厚よりも薄くする。
First, as shown in FIG. 14, a stacked structure including a
そして、図15に示すように、SOI基板上に、酸化膜41と窒化膜42を順次堆積した後、パターニングしたレジスト46をマスクとして分離領域のパターニング処理を行い、シリコン層50の表面が露出するように窒化膜42及び酸化膜41をエッチングして複数の部分トレンチ44を形成する。
Then, as shown in FIG. 15, after an
次に、図16に示すように、複数の部分トレンチ44のうち、一部を覆うようにレジスト49を形成して、レジスト49で覆われなかった部分トレンチ44をさらにエッチングすることにより、シリコン層50を貫通させた完全トレンチ48を形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a resist 49 is formed so as to cover a part of the plurality of
次に、図17に示すように、酸化膜を堆積し、通常のトレンチ分離と同様の手法でCMP処理により窒化膜42の途中まで研磨し、その後、窒化膜42、酸化膜41の除去を行うことにより、部分酸化膜31及びその下のシリコン層50(ウェル領域)と完全酸化膜32とが選択的に形成された構造を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 17, an oxide film is deposited and polished to the middle of the
そして、図18に示すように、シリコン層50からエピタキシャル成長させてエピタキシャルシリコン層51を形成することにより、シリコン層50及びエピタキシャルシリコン層51からなる結晶性の良いSOI層3を得る。
Then, as shown in FIG. 18, an
以下、既存の方法で、NMOSトランジスタ形成領域にNMOSトランジスタを形成し、PMOSトランジスタ形成領域にPMOSトランジスタを形成することにより、図5で示した第1の態様のSOI構造、あるいは図6で示した第2の態様のSOI構造を得ることができる。 Hereinafter, the SOI structure of the first embodiment shown in FIG. 5 or the SOI structure shown in FIG. 6 is formed by forming an NMOS transistor in the NMOS transistor formation region and forming a PMOS transistor in the PMOS transistor formation region by an existing method. The SOI structure of the second aspect can be obtained.
<製造方法(その3)(第3の態様)>
図19〜図22は実施の形態2の第3の態様の製造方法における素子分離工程を示す断面図である。図19〜図22で示す方法は形成幅の異なる部分トレンチ形成による方法である。
<Production Method (Part 3) (Third Aspect)>
19 to 22 are sectional views showing an element isolation step in the manufacturing method according to the third aspect of the second embodiment. The method shown in FIGS. 19 to 22 is a method by forming partial trenches having different formation widths.
まず、図19に示すように、比較的幅の広い部分トレンチ44Aと比較的幅の狭い部分トレンチ44Bとを形成する。部分トレンチ44Aが完全分離用であり、部分トレンチ44Bが部分分離用である。この際、SOI層3の下層の一部が残るように部分トレンチ44A及び44Bは形成される。
First, as shown in FIG. 19, a relatively wide
次に図20に示すように、酸化膜47で部分トレンチ44A及び44Bの側面に、部分トレンチ44Bの底面は塞ぐが部分トレンチ44Aの底面中心部が露出するようにサイドウォールを形成する。これは、部分トレンチ44Bの形成幅が部分トレンチ44Aの形成幅より狭いことを利用している。
Next, as shown in FIG. 20, sidewalls are formed on the side surfaces of the
次に、図21に示すように、酸化膜47をマスクとして、SOI層3に対するシリコンエッチングを行うことにより、部分トレンチ44Aの底面の中心部下のSOI層3を含む、上部に酸化膜47が形成されていないSOI層3が除去され、埋め込み酸化膜2の表面が露出する。
Next, as shown in FIG. 21, by performing silicon etching on the
次に、図22に示すように、500nm程度の酸化膜を堆積し、通常のトレンチ分離と同様の手法でCMP処理により窒化膜42の途中まで研磨し、その後、窒化膜42、酸化膜41の除去を行うことにより、部分酸化膜31(及びその下のSOI層3)と酸化膜33(及びその一部下のSOI層3)とが選択的に形成された構造を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 22, an oxide film having a thickness of about 500 nm is deposited and polished to the middle of the
以下、既存の方法で、NMOSトランジスタ形成領域にNMOSトランジスタを形成し、PMOSトランジスタトランジスタ形成領域にPMOSトランジスタを形成することにより、図7で示した実施の形態2の第3の態様のSOI構造を得ることができる。 Hereinafter, the SOI structure of the third mode of the second embodiment shown in FIG. 7 is formed by forming an NMOS transistor in the NMOS transistor formation region and forming a PMOS transistor in the PMOS transistor transistor formation region by an existing method. Obtainable.
<製造方法(その4)(第3の態様)>
図23〜図27は実施の形態2の第3の態様の製造方法における素子分離工程を示す断面図である。図23〜図27で示す方法は形成幅の異なる部分トレンチ形成による方法である。
<Production Method (Part 4) (Third Aspect)>
23 to 27 are sectional views showing an element isolation step in the manufacturing method of the third aspect of the second embodiment. The method shown in FIGS. 23 to 27 is a method by forming partial trenches having different formation widths.
まず、図23に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層3からなるSOI基板を出発材料とする。
First, as shown in FIG. 23, an SOI substrate including a
そして、図24に示すように、比較的幅の広い部分トレンチ44Aと比較的幅の狭い部分トレンチ44Bとを形成する。部分トレンチ44Aが完全分離用であり、部分トレンチ44Bが部分分離用である。この際、SOI層3の下層の一部が残るように部分トレンチ44A及び44Bは形成される。
Then, as shown in FIG. 24, a relatively wide
次に、図25に示すように、部分トレンチ44B内全体を充填し、部分トレンチ44Aの側壁を覆うように、レジスト49をパターニングする。したがって、部分トレンチ44Aの底面中心部が確実に露出している。
Next, as shown in FIG. 25, the resist 49 is patterned so as to fill the entire inside of the
その後、図26に示すように、レジスト49をマスクとして、SOI層3に対するシリコンエッチングを行うことにより、部分トレンチ44Aの底面の中心部下のSOI層3を含む、レジスト49が上部に形成されていないのSOI層3が除去され、埋め込み酸化膜2の表面が露出する。
Thereafter, as shown in FIG. 26, by performing silicon etching on the
次に、図27に示すように、酸化膜を堆積し、通常のトレンチ分離と同様の手法でCMP処理により窒化膜42の途中まで研磨し、その後、窒化膜42、酸化膜41の除去を行うことにより、部分酸化膜31(及びその下のSOI層3)と酸化膜33(及びその下のSOI層3)とが選択的に形成された構造を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 27, an oxide film is deposited and polished to the middle of the
<製造方法(その5)(第3の態様)>
図58〜図62は実施の形態2の第3の態様の製造方法における素子分離工程を示す断面図である。
<Production Method (Part 5) (Third Aspect)>
58 to 62 are sectional views showing an element isolation step in the manufacturing method of the third aspect of the second embodiment.
まず、図58に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層3からなるSOI基板を出発材料とする。
First, as shown in FIG. 58, an SOI substrate including a
そして、図59に示すように、SOI基板上に、酸化膜41と窒化膜42を順次堆積した後、パターニングしたレジスト213をマスクとして分離領域のパターニング処理を行い、埋め込み酸化膜2の表面が露出するように窒化膜42、酸化膜41及びSOI層3をエッチングにより貫通して複数のトレンチ214を形成する。
Then, as shown in FIG. 59, after an
次に、図60に示すように、残存した窒化膜42上に選択的にレジスト215を形成する。この際、複数のトレンチ214それぞれを含みトレンチ214の形成幅より広い領域が開口部となるようにレジスト215を形成する。
Next, as shown in FIG. 60, a resist 215 is selectively formed on the remaining
そして、図61に示すように、レジスト215をマスクとして窒化膜42及び酸化膜41とSOI層3の一部とをエッチングすることにより、下層にSOI層3が残存した部分トレンチ216と、中心部の下層がSOI層3を貫通した貫通部とそれ以外の下層にSOI層3が残存した非貫通部とからなる複合トレンチ217とを同時に形成する。
Then, as shown in FIG. 61, by etching the
その後、図62に示すように、HDP(高密度プラズマ)CVD方等によって酸化膜を堆積し、通常のトレンチ分離と同様の手法でCMP処理により窒化膜42の途中まで研磨し、その後、窒化膜42、酸化膜41の除去を行うことにより、部分酸化膜31(及びその下のSOI層3)と酸化膜33(及びその一部下のSOI層3)とが選択的に形成された構造を得ることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 62, an oxide film is deposited by HDP (High Density Plasma) CVD or the like, polished to the middle of the
<製造方法(その6)(第3の態様)>
製造方法の極端な例として、部分分離により素子分離されたトランジスタのゲート電極形成後、あるいはコンタクトや配線工程などの後工程の実施段階で、部分分離領域をSOI層3を貫通するようにエッチング除去し、その後酸化膜を埋め込んで完全分離領域に変更することも可能である。
<Production Method (Part 6) (Third Aspect)>
As an extreme example of the manufacturing method, the partial isolation region is etched away so as to penetrate through the
<その他>
上記実施の形態2の製造方法は、トレンチ分離法としてSiN/SiO2の積層をSOI層上に形成して、素子分離用の酸化膜の埋め込みを行ったが、他の方法、SiN/SiO2の積層に代えて、例えばSiN/poly−Si/SiO2による積層を用いて埋め込み後酸化を行い、トレンチの角丸めを行うなど、より多様な方法を行っても同様な効果を示すことは言うまでもない。
<Others>
In the manufacturing method of the second embodiment, as a trench isolation method, a stack of SiN / SiO 2 is formed on the SOI layer and an oxide film for element isolation is embedded. However, other methods, SiN / SiO 2 are used. It goes without saying that the same effect can be obtained by using various methods such as, for example, by performing post-embedding oxidation by using a stack of SiN / poly-Si / SiO 2 and rounding the corners of the trench. Yes.
<<実施の形態3>>
<第1の態様>
図28はこの発明の実施の形態3であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。
<<
<First aspect>
FIG. 28 is a cross sectional view showing the structure of the first mode of the SOI structure semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
図28に示すように、集積性が要求される(部分酸化膜31は下層にウェル領域を形成する関係で完全酸化膜32より集積度が若干劣る)が基板浮遊効果の影響の少ない回路(第1の回路)の形成領域を完全酸化膜32を用いた完全分離構造にし、基板浮遊効果の影響が問題となる回路(第2の回路)の形成領域には部分酸化膜31及びその下層のウェル領域11(12)を用いた部分分離構造にし、第1,第2の回路の形成領域間の分離は完全酸化膜32を用いた完全分離構造にしている。
As shown in FIG. 28, integration is required (the
また、それ以外に第1の回路例として、稠密構造が要求されるSRAM,DRAM等のメモリセル部分の回路、第2の回路例としてメモリセル部分以外の回路がある。 In addition, as a first circuit example, there is a circuit of a memory cell portion such as SRAM or DRAM that requires a dense structure, and as a second circuit example, there is a circuit other than the memory cell portion.
図28に示すように、第1の回路例としては、内部回路及びデジタル回路等があり、第2の回路回路の例としては、I/Oバッファー回路、アナログ回路(PLL回路、センスアンプ回路)等がある。さらに、第2の回路例として、タイミング回路、ダイナミック回路等がある。 As shown in FIG. 28, examples of the first circuit include an internal circuit and a digital circuit. Examples of the second circuit circuit include an I / O buffer circuit, an analog circuit (PLL circuit, sense amplifier circuit). Etc. Further, as a second circuit example, there are a timing circuit, a dynamic circuit, and the like.
このように、実施の形態3の第1の態様は、設けられる回路の基板浮遊効果の影響度を考慮して、部分酸化膜31による部分分離と完全酸化膜32とによる完全分離とを使い分けることにより、基板浮遊効果の抑制と集積度の向上をバランス良く行った素子分離構造を得ることができる。
As described above, in the first mode of the third embodiment, the partial separation by the
なお、図28の構造は、実施の形態2の製造方法のその1〜その4等を用いて、部分酸化膜31及び完全酸化膜32(酸化膜33)を選択的に形成して素子分離を行って第1の回路及び第2の回路を形成することにより得ることができる。
In the structure of FIG. 28, the
<第2の態様>
図29はこの発明の実施の形態3であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、完全分離を行う第1の回路形成用の部分SOI層3Bの膜厚を、部分分離を行う第2の回路形成用の部分SOI層3Aの膜厚よりも薄くしている。したがって、部分SOI層3Bに形成される完全酸化膜34,ドレイン領域5t,ソース領域6t及びチャネル形成領域7tの膜厚も薄くなる。
<Second aspect>
FIG. 29 is a cross sectional view showing the structure of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the thickness of the first circuit formation partial SOI layer 3B for complete isolation is made thinner than the thickness of the second circuit formation
第2の態様では、第1の回路形成用の部分SOI層3Bの膜厚を第2の回路形成用の部分SOI層3Aの膜厚よりも薄く形成したため、同じトレンチエッチング条件を用いても、部分SOI層3Aには部分トレンチを部分SOI層3Bには完全トレンチを形成し分けることができる。したがって、製造方法その1の図10で示した工程が省略できる等の製造方法の簡略化を図って、完全分離及び部分分離をそれぞれ部分SOI層3B及び部分SOI層3A上で行うことができる。
In the second aspect, since the film thickness of the first partial SOI layer 3B for forming a circuit is formed smaller than the film thickness of the second
また、完全分離、部分分離に関係なく、基板電位固定が要求される第2の回路である、I/Oバッファ回路、アナログ回路(PLL、センスアンプ)、タイミング回路、ダイナミック回路などを形成するSOI層の膜厚は厚くすることが好ましく、その点からも第2の態様は理にかなっており、特に保護回路では膜厚により温度上昇を抑制でき効果的である。 In addition, an SOI that forms a second circuit requiring a fixed substrate potential regardless of complete separation or partial separation, such as an I / O buffer circuit, an analog circuit (PLL, sense amplifier), a timing circuit, a dynamic circuit, and the like. It is preferable to increase the thickness of the layer, and the second aspect makes sense from this point of view as well. In particular, in the protection circuit, the temperature rise can be suppressed by the film thickness, which is effective.
<第3の態様>
また、実施の形態3の第3の態様として、ノイズ発生源となるI/O回路やRF回路と他の回路との分離は少なくとも完全酸化膜32を用いた完全分離を行い、他の部分の分離は部分酸化膜31を用いた分離を行うことにより、内部回路やノイズに弱いアナログ回路へのノイズの影響を減らしながら、基板浮遊効果の影響を最小限に抑えたSOI構造の半導体装置を得ることができる。
<Third Aspect>
Further, as a third aspect of the third embodiment, the I / O circuit or RF circuit serving as a noise generation source is separated from other circuits by at least complete separation using the
<<実施の形態4>>
図30及び図31はこの発明の実施の形態4のSOI構造の半導体装置の構造を示す断面図である。なお、図30及び図31はそれぞれ実施の形態1の図3のA−A断面及びB−B断面に相当する。
<<
30 and 31 are cross-sectional views showing the structure of an SOI structure semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. 30 and 31 correspond to the AA cross section and the BB cross section of FIG. 3 of the first embodiment, respectively.
同図に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層3からなるSOI構造の半導体装置におけるSOI層3の各トランジスタ形成領域は下層部にウェル領域が形成される部分酸化膜71によって分離される。そして、NMOSトランジスタ間を分離する部分酸化膜71の下層にp型のポリシリコン領域61が形成され、PMOSトランジスタ間を分離する部分酸化膜71の下層にn型のポリシリコン領域62が形成され、NMOSトランジスタ,PMOSトランジスタ間を分離する部分酸化膜71の下層にp型のポリシリコン領域61(NMOSトランジスタ側)及びn型のポリシリコン領域62(PMOSトランジスタ側)が隣接して形成される。
As shown in the figure, each transistor formation region of the
また、図31に示すように、SOI層3中のポリシリコン領域61の間にボディー領域10が形成され、ボディー領域10は隣接するポリシリコン領域61に接している。そして、層間絶縁膜4上に形成された配線層25は、層間絶縁膜4中に設けられたボディーコンタクト23を介してボディー領域10と電気的に接続される。
As shown in FIG. 31,
このように、実施の形態4の半導体装置は部分酸化膜71下に形成されるポリシリコン領域61,62をウェル領域として利用し、ボディー領域10を介してその電位が固定される。したがって、チャネル形成領域7の電位が安定し基板浮遊効果を低減させることができる。
As described above, the semiconductor device of the fourth embodiment uses the
なお、図32に示すように、NMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタそれぞれの内部のトランジスタ分離を部分酸化膜71とその下層のポリシリコン領域61(62)によって行い、一方、PMOSトランジスタ,NMOSトランジスタ間の分離を完全酸化膜32よって行っても良い。このような構成にすることにより、図30及び図31の構造に比べて、PMOS、NMOS間の分離幅を小さくできたり、ラッチアップを防いだりすることができる。
As shown in FIG. 32, the transistor isolation inside the NMOS transistor and the PMOS transistor is performed by the
<製造方法>
図33〜図37は実施の形態4の半導体装置の製造方法における素子分離工程を示す断面図である。
<Manufacturing method>
33 to 37 are cross-sectional views showing element isolation steps in the method of manufacturing a semiconductor device of the fourth embodiment.
まず、図33に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層3からなるSOI基板を出発材料とし、SOI基板上に酸化膜41と窒化膜42を順次堆積した後、パターニングしたレジスト43をマスクとして分離領域をパターニングし、窒化膜42、酸化膜41、SOI層の3多層膜を貫通させてトレンチ53を形成する。
First, as shown in FIG. 33, an SOI substrate including a
そして、図34に示すように、全面にポリシリコン層65を膜厚制御性良く堆積した後、図35に示すように、複数のトレンチ53のうち、一部を覆うようにレジスト66を形成して、レジスト66で覆われなかったトレンチ53内のポリシリコン層65をエッチングして除去することにより、完全トレンチ48を形成する。
34, after depositing a
次に、図36に示すように、全面にトレンチ埋め込み用の酸化膜を堆積し、通常のトレンチ分離と同様の手法でCMP処理により窒化膜42の途中まで研磨し、その後、窒化膜42、酸化膜41の除去を行うことにより、ポリシリコン領域67及びその内部に残存する酸化膜68と完全酸化膜32とが選択的に形成された構造を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 36, an oxide film for filling the trench is deposited on the entire surface, and polished to the middle of the
そして、図37に示すように、ポリシリコン領域67を酸化させることにより、酸化膜68とポリシリコン領域67が酸化された領域とからなる部分酸化膜71と、酸化されずに残存したポリシリコン領域61(62)とによる部分分離構造が完成する。
Then, as shown in FIG. 37, by oxidizing the polysilicon region 67, a
ポリシリコン領域67の酸化度合いの方がSOI層3上に形成される酸化膜70より高いため、SOI層3の表面とポリシリコン領域61(62)の最上部との間に十分に段差が生じ、ゲート酸化膜形成時に酸化膜不良によりゲート電極9とポリシリコン領域61とがショートすることを防ぐことができる。
Since the degree of oxidation of the polysilicon region 67 is higher than that of the
以下、既存の方法で、NMOSトランジスタ形成領域にNMOSトランジスタを形成し、PMOSトランジスタ形成領域にPMOSトランジスタを形成することにより、図32で示したSOI構造を得ることができる。 Hereinafter, an SOI structure shown in FIG. 32 can be obtained by forming an NMOS transistor in the NMOS transistor formation region and forming a PMOS transistor in the PMOS transistor formation region by an existing method.
<<実施の形態5>>
<第1の態様>
図38はこの発明の実施の形態5のSOI構造の半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層3からなるSOI構造の半導体装置におけるSOI層3の各トランジスタ形成領域は下層部にウェル領域が形成される低誘電率膜(埋め込み酸化膜2等の一般的な絶縁膜より誘電率が低い絶縁膜)75によって分離される。そして、図1で示した実施の形態1のように、NMOSトランジスタ間を分離する低誘電率膜75の下層にp型のウェル領域11が形成され、PMOSトランジスタ間を分離する低誘電率膜75の下層にn型のウェル領域12が形成され、NMOSトランジスタ,PMOSトランジスタ間を分離する低誘電率膜75の下層にp型のウェル領域及びn型のウェル領域(図38では共に図示せず)が形成される。上記したウェル領域は実施の形態1と同様、電気的に接続関係にあるボディー領域を介して電位固定が可能である。
<<
<First aspect>
FIG. 38 is a cross sectional view showing the structure of the first aspect of the SOI structure semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in the drawing, each transistor formation region of the
SOI構造の場合、SOI層3の膜厚が50nm程度に薄くなる場合がある。このとき、素子分離用酸化膜(図1の部分酸化膜31)下に形成されるウェル領域が空乏化あるいは反転し、本来素子分離すべきトランジスタ間にリーク電流が流れる恐れがある。
In the case of the SOI structure, the thickness of the
しかしながら、実施の形態4の第1の態様では、素子分離用に低誘電率膜75を用いているため、膜厚が薄くともその容量を十分低く抑えることができ、上記したリーク電流発生を確実に回避することができる。
However, in the first aspect of the fourth embodiment, since the low dielectric
なお、低誘電率膜75としては、埋め込み酸化膜2等に用いられるシリコン酸化膜(比誘電率が3.9〜4程度)にフッ素を混入されたり、有機膜を用いることにより、比誘電率が3程度のものを用いている。
As the low dielectric
<第2の態様>
図39は実施の形態5の第2の態様を示す断面図である。同図に示すように、図38の低誘電率膜75に代えて、低誘電率膜76と低誘電率膜76の底面及び側面に形成されるシリコン酸化膜78とにより素子分離を行っている。なお、他の構成は図38で示した第1の態様と同様である。
<Second aspect>
FIG. 39 is a cross-sectional view showing a second mode of the fifth embodiment. As shown in the figure, element isolation is performed by a low dielectric
このように、低誘電率膜76の底面及び側面にシリコン酸化膜78を形成するのは、シリコン(ドレイン領域5、ソース領域6、ウェル領域11,12等)との界面に生じる欠陥や界面電荷の発生を確実に抑制するためである。なお、シリコン酸化膜78は熱酸化法やCVD法を用いて形成される。
As described above, the
<第3の態様>
図40は実施の形態5の第3の態様を示す断面図である。同図に示すように、図38の低誘電率膜75に代えて、低誘電率膜77と低誘電率膜77の側面に形成されるシリコン酸化膜79とにより素子分離を行っている。なお、他の構成は図38で示した第1の態様と同様である。
<Third Aspect>
FIG. 40 is a cross-sectional view showing a third mode of the fifth embodiment. As shown in the figure, element isolation is performed by a low dielectric
このように、低誘電率膜77の側面にシリコン酸化膜79を形成するのは、チャネル形成領域7が存在する側面方向のシリコン(ドレイン領域5、ソース領域6)との界面に生じる欠陥や界面電荷の発生を確実に抑制することを主眼としたためである。
As described above, the
<<実施の形態6>>
<第1の態様>
図41はこの発明の実施の形態6であるSOI構造の半導体装置における第1の態様の構造を示す断面図である。
<<
<First aspect>
FIG. 41 is a cross sectional view showing the structure of the first mode in the SOI structure semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
同図に示すように、各素子間は層間絶縁膜4(説明の都合上、完全酸化膜32相当する部分も層間絶縁膜4で示す)によって完全分離し、ボディー領域となる接続領域80を埋め込み酸化膜2の上層部に形成し、その一部がSOI層3(図41ではドレイン領域5,チャネル形成領域7)の端部裏面と接することにより、電気的接続関係を保っている。なお、接続領域80の導電型はチャネル形成領域7と同じである。また、図1及び図2と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。
As shown in the figure, the elements are completely separated by an interlayer insulating film 4 (for convenience of explanation, a portion corresponding to the
このように、第1の態様の半導体装置はボディー領域となる接続領域80をSOI層3ではなく、埋め込み酸化膜2の上層部に設けたため、ゲート電極9との間に少なくともSOI層3の膜厚以上の高低差を設けることができる。その結果、製造時にゲート電極9と接続領域80とが短絡するという不具合を確実に回避することができる。
As described above, since the
<第2の態様>
図42はこの発明の実施の形態6であるSOI構造の半導体装置における第2の態様の構造を示す断面図である。
<Second aspect>
FIG. 42 is a cross sectional view showing the structure of the second mode in the SOI structure semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
同図に示すように、ドレイン領域5s及びソース領域6sはSOI層3の上層部に浅く形成される。なお、他の構成は図41で示した第1の態様と同様である。
As shown in the figure, the
このように、第2の態様の半導体装置はドレイン領域5s及びソース領域6sをSOI層3上層部に浅く形成したため、ドレイン領域5sあるいはソース領域6と接続領域80とが接触関係を持ちリーク電流を引き起こすことを確実に回避することができる。
As described above, since the
<製造方法(概念)>
図43〜図45は接続領域80となるポリシリコン領域を形成する工程を概念的に示す断面図である。
<Manufacturing method (concept)>
43 to 45 are sectional views conceptually showing the process of forming a polysilicon region to be the
まず、図43に示すように、シリコン基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI層3からなるSOI構造から、SOI層3を表面から選択的に除去することにより、トレンチ分離が施された素子形成領域を形成する。
First, as shown in FIG. 43, the element formation region in which the trench isolation is performed by selectively removing the
そして、図44に示すように、SOI層3をマスクとして埋め込み酸化膜2に対するウェットエッチングを施し、SOI層3の端部下面の埋め込み酸化膜2が除去しながら、SOI層3が上部に存在しない埋め込み酸化膜2の上層部を除去した穴部94を形成する。
Then, as shown in FIG. 44, wet etching is performed on the buried
そして、図45に示すように、穴部94にポリシリコンを埋め込むことにより、接続領域80用のポリシリコン領域81を形成する。
Then, as shown in FIG. 45, a
<製造方法(その1)>
図46〜図48は接続領域80となるポリシリコン領域を形成するその1の工程をより具体的に示す断面図である。
<Manufacturing method (1)>
46 to 48 are sectional views showing more specifically the first step of forming the polysilicon region to be the
まず、図46に示すように、SOI基板のSOI層3上にシリコン酸化膜91及びシリコン窒化膜92を堆積し、SOI層3、シリコン酸化膜91及びシリコン窒化膜92をパターニングしてトレンチ分離を行った後、パターニング後のSOI層3、シリコン酸化膜91及びシリコン窒化膜92の側面に側壁シリコン窒化膜93を形成する。
First, as shown in FIG. 46, a
そして、図47に示すように、シリコン窒化膜92及び側壁シリコン窒化膜93をマスクとして、埋め込み酸化膜2に対するウェットエッチングを行い、SOI層3の端部裏面の埋め込み酸化膜2を除去しながら、SOI層3が上部に存在せずに露出した埋め込み酸化膜2の上層部を除去することにより、穴部94を形成する。
Then, as shown in FIG. 47, wet etching is performed on the buried
その後、図48に示すように、全面にポリシリコン層を堆積した後、ポリシリコン層をドライエッチングによりエッチバックすることにより、穴部94にポリシリコンを埋め込んで接続領域80用のポリシリコン領域81を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 48, after a polysilicon layer is deposited on the entire surface, the polysilicon layer is etched back by dry etching, so that the polysilicon is embedded in the
以下、図11で示した工程のように、トレンチに酸化膜を埋め込む等の方法により複数の素子形成領域を絶縁分離し、接続領域80を外部から電位固定可能にし、さらに、複数の素子形成領域それぞれに所定の素子を形成することにより、図41あるいは図42で示した構造が完成する。
Hereinafter, as in the process shown in FIG. 11, a plurality of element formation regions are insulated and isolated by a method such as embedding an oxide film in the trench, the potential of the
<製造方法(その2)>
図49〜図51は接続領域80となるポリシリコン領域を形成するその2の工程を具体的に示す断面図である。
<Manufacturing method (2)>
49 to 51 are sectional views specifically showing the second step of forming the polysilicon region to be the
まず、既に取り上げた図46に示すように、SOI層3、シリコン酸化膜91及びシリコン窒化膜92をパターニングしてトレンチ分離を行った後、パターニング後のSOI層3、シリコン酸化膜91及びシリコン窒化膜92の側面に側壁シリコン窒化膜93を形成する。
First, as shown in FIG. 46, the
そして、図49に示すように、シリコン窒化膜92及び側壁シリコン窒化膜93をマスクとして、埋め込み酸化膜2に対するウェットエッチングを行い、SOI層3の端部裏面の埋め込み酸化膜2を除去しながら、SOI層3が上部に存在しない埋め込み酸化膜2の上層部を除去することにより、穴部94を形成する。
Then, as shown in FIG. 49, wet etching is performed on the buried
次に、図50に示すように、SOI層3の露出した裏面からのエピタキシャル成長により側壁シリコン窒化膜93下にエピタキシャル成長層82を形成する。
Next, as shown in FIG. 50, an
その後、図51に示すように、全面にポリシリコン層を堆積した後、ポリシリコン層をエッチバックすることにより、穴部94にポリシリコンを埋め込んで接続領域80用のポリシリコン領域83を形成する。その結果、エピタキシャル成長層82とポリシリコン領域83とからなる接続領域80を形成することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 51, after a polysilicon layer is deposited on the entire surface, the polysilicon layer is etched back, thereby filling the
以下、トレンチに酸化膜を埋め込む等の方法により複数の素子形成領域を絶縁分離し、接続領域80を外部から電位固定可能にし、さらに、複数の素子形成領域それぞれに所定の素子を形成することにより、図41あるいは図42で示した構造が完成する。
Thereafter, by isolating and isolating a plurality of element formation regions by a method such as embedding an oxide film in a trench, the
第2の態様の構造は、エピタキシャル成長層82を介している分、ドレイン領域5あるいはソース領域6とチャネル形成領域7とによるPN接合部分とポリシリコン領域83との距離を十分とることができ、良好な電気的特性を得ることができる。
The structure of the second aspect is sufficient because the distance between the PN junction portion of the
<第3の態様>
図52は実施の形態6の第3の態様を示す断面図である。同図の構造は図41で示した構造(接続領域80,ボディーコンタクト23、ゲートコンタクト24及び配線層22,25を除く)から、シリコン基板1及び埋め込み酸化膜2を研摩により除去した後、表裏面を反対にした後、新たな裏面にシリコン基板90を張り合わせ、接続領域86を表面に形成した構造である。したがって、シリコン基板90、層間絶縁膜4及び素子形成領域(ドレイン領域5、ソース領域6、チャネル形成領域7等)からなるSOI構造となる。
<Third Aspect>
FIG. 52 is a cross-sectional view showing a third mode of the sixth embodiment. The structure shown in FIG. 41 is obtained by removing the
第3の態様は結果的に接続領域86を表面に形成することになるため、製造工程が容易になる。
As a result, since the
<第4の態様>
図53は実施の形態6の第4の態様を示す断面図である。同図に示すように、埋め込み酸化膜2を貫通して接続領域87を形成している。他の構成は図41で示した第1の態様と同様である。
<Fourth aspect>
FIG. 53 is a cross-sectional view showing a fourth aspect of the sixth embodiment. As shown in the figure, a
このように、第4の態様は、埋め込み酸化膜2を貫通して接続領域87を形成したため、支持基板であるシリコン基板1から電位を固定することができる。この際、図54に示すように、接続領域87形成をウェットエッチングにより埋め込み酸化膜2の上層部に形成された穴部89と、ドライエッチングにより横方向に広がりなく埋め込み酸化膜2を貫通して形成された貫通部88とにより貫通口を設けた後、ポリシリコン等を埋め込んで接続領域87を形成すれば、貫通口形成時の横方向の広がりを抑えながら、埋め込み酸化膜2を貫通した接続領域87を得ることができる。
Thus, in the fourth aspect, since the
<<実施の形態7>>
図63はこの発明の実施の形態7であるSOI構造の半導体装置の完全分離領域の設計方法説明用の平面図である。同図に示すように、CMOSトランジスタを形成する場合、仮想nウェル領域104内にPMOS活性領域101及びPMOSボディーコンタクト領域102が選択的に設けられ、仮想nウェル領域104外のP領域(図示せず)にNMOS活性領域111及びNMOSボディーコンタクト領域112を選択的に設けられる形状が一般的である。
<<
FIG. 63 is a plan view for explaining a design method of the complete isolation region of the SOI structure semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in the figure, when a CMOS transistor is formed, a PMOS active region 101 and a PMOS body contact region 102 are selectively provided in a virtual
一方、実施の形態2の第3の態様(図7)等で示した複合分離領域によってNMOS,PMOS間を分離する場合、仮想nウェル領域104と部分分離領域とがほぼ一致し、部分分離領域に連続して完全分離領域が形成される。
On the other hand, when the NMOS and the PMOS are separated by the composite isolation region shown in the third mode (FIG. 7) of the second embodiment, the virtual n-
このような複合分離領域を用いた半導体装置のレイアウト構成は蓄積された過去のレイアウトデータを利用できる可能性は高い。 The layout configuration of a semiconductor device using such a composite isolation region is highly likely to be able to use accumulated past layout data.
したがって、完全分離領域は以下の(1)〜(3)で示す設計方法を実行することにより自動生成することができる。 Therefore, the complete separation region can be automatically generated by executing the design method shown in the following (1) to (3).
(1)ウェル領域内形成されるPMOSトランジスタとウェル領域外に形成されるNMOSトランジスタとからなるCMOSデバイスの過去データを得る。 (1) Obtain past data of a CMOS device comprising a PMOS transistor formed in the well region and an NMOS transistor formed outside the well region.
(2)過去データに基づき第1及び第2のMOSトランジスタの形成領域(PMOS活性領域101,PMOSボディーコンタクト領域102,NMOS活性領域111,NMOSボディーコンタクト領域112)を設定する。
(2) First and second MOS transistor formation regions (PMOS active region 101, PMOS body contact region 102, NMOS
(3)上記過去データにおけるウェル領域を仮想nウェル領域104として、nウェル領域104の外周近傍領域に、完全分離領域105設定する。
(3) A complete isolation region 105 is set in a region near the outer periphery of the n-
仮想nウェル領域104は通常、NMOS領域とPMOS領域とを区別する領域であるため、仮想nウェル領域104を基準にして完全分離領域を設定することによりNMOSトランジスタ,PMOSトランジスタ間を効果的に分離することができる。
Since the virtual n-
図63の例では、仮想nウェル領域104の外縁を完全分離幅Wの半分の幅W/2で外側にオーバーサイズ設定するとともに、同外縁を幅W/2で内側にアンダーサイズ設定することにより完全分離領域105を設定している。
In the example of FIG. 63, the outer edge of the virtual n-
このように、通常のCMOSトランジスタを製造する過去データのウェル領域の外周近傍に完全分離幅Wに基づき完全分離領域を自動設定することができる。 In this way, the complete isolation region can be automatically set based on the complete isolation width W in the vicinity of the outer periphery of the well region of the past data for manufacturing a normal CMOS transistor.
さらに、部分分離領域113をPMOS活性領域101、PMOSボディーコンタクト領域102、nウェル領域104、NMOS活性領域111及びNMOSボディーコンタクト領域112以外の領域にnウェル領域104に連続して形成されるように設定することにより、完全分離領域105及び部分分離領域113からなる複合分離領域を設計することができる。
Further, the
<<実施の形態8>>
<ラッチアップ現象>
図64はラッチアップ現象説明用の説明図である。同図に示すように、PMOS領域131にNMOS領域141が隣接するCMOS構造では、PMOS領域131内のPMOS活性領域133及びnウェル領域132とNMOS領域141内のpウェル領域142とにより形成される寄生バイポーラトランジスタT1と、NMOS領域141内のNMOS活性領域143及びpウェル領域142とPMOS領域131内のnウェル領域132とにより形成される寄生バイポーラトランジスタT2とが形成される。
<<
<Latch-up phenomenon>
FIG. 64 is an explanatory diagram for explaining the latch-up phenomenon. As shown in the figure, in the CMOS structure in which the
n+ボディーコンタクト領域135はnウェル領域132の抵抗成分R11と介して寄生バイポーラトランジスタT1のベースに接続されることになる。同様に、p+ボディーコンタクト領域145はpウェル領域142の抵抗成分R12を介して寄生バイポーラトランジスタT2のベースに接続されることになる。n+ボディーコンタクト領域135は電源電圧Vccに設定され、p+ボディーコンタクト領域145は接地レベルVssに設定される。なお、PMOS活性領域133及びNMOS活性領域143の中心部にはゲート電極134及び144がそれぞれ形成されている。
N +
これら寄生バイポーラトランジスタT1及びT2による寄生サイリスタ構造が形成されることにより、ノイズによって寄生サイリスタがオン状態になると電源電圧Vccから接地レベルVssにかけて電流が流れっぱなしになるというラッチアップ現象が起こる。 By forming the parasitic thyristor structure by these parasitic bipolar transistors T1 and T2, when the parasitic thyristor is turned on due to noise, a latch-up phenomenon occurs in which current continues to flow from the power supply voltage Vcc to the ground level Vss.
<第1の態様>
一般にラッチアップ現象を引き起こすノイズは入出力端子から入ってくることが多い。そこで、図65に示すように、入出力NMOS(トランジスタ形成)領域106,入出力PMOS(トランジスタ形成)領域116間の境界近傍領域を完全分離領域114で完全分離する構造が望ましい。なお、入出力NMOS領域106及び入出力PMOS領域116はそれぞれ部分分離領域107及び部分分離領域117で周辺領域と部分分離されている。
<First aspect>
In general, noise that causes a latch-up phenomenon often comes from an input / output terminal. Therefore, as shown in FIG. 65, a structure in which a region near the boundary between the input / output NMOS (transistor formation)
入出力領域とは入出力バッファや保護回路を主に形成する領域を意味する。図66は入力回路の一例を示す回路図である。同図に示すように、入力信号INを受ける外部入力端子P1は抵抗R1及びR2を介して入力バッファ122の入力部に接続され、入力バッファ122の出力部が内部入力端子P2に接続され、内部入力端子P2より内部信号S0が出力される。
The input / output area means an area mainly forming an input / output buffer and a protection circuit. FIG. 66 is a circuit diagram showing an example of an input circuit. As shown in the figure, the external input terminal P1 that receives the input signal IN is connected to the input portion of the
入力保護回路121はPMOSトランジスタQ1及びNMOSトランジスタQ2から構成され、PMOSトランジスタQ1はソース及びゲートが電源電圧Vccに接続され、ドレインが抵抗R1,R2間のノードN1に接続される。NMOSトランジスタQ2はソース及びゲートが接地され、ドレインがノードN1に接続される。
The
入力バッファ122はPMOSトランジスタQ11,NMOSトランジスタQ12によりCMOSインバータを構成し、PMOSトランジスタQ11,NMOSトランジスタQ12のゲートが入力部、ドレインが出力部となる。
The
この回路例では、PMOSトランジスタQ1及びQ11が入力PMOS領域118に形成され、NMOSトランジスタQ2及びQ12が入力NMOS領域108に形成される。
In this circuit example,
図67は出力回路の一例を示す回路図である。同図に示すように、内部信号S1を受ける内部入力端子P3は出力バッファ123の入力部に接続され、出力バッファ123の出力部より得られる信号が外部出力端子P4を介して出力信号OUTとして出力される。
FIG. 67 is a circuit diagram showing an example of an output circuit. As shown in the figure, the internal input terminal P3 that receives the internal signal S1 is connected to the input section of the
出力バッファ123はPMOSトランジスタQ13,NMOSトランジスタQ14によりCMOSインバータを構成し、PMOSトランジスタQ13,NMOSトランジスタQ14のゲートが入力部、ドレインが出力部となる。
The
出力保護回路124はPMOSトランジスタQ3及びNMOSトランジスタQ4から構成され、PMOSトランジスタQ3のソース及びゲートが電源電圧Vccに接続され、ドレインが外部出力端子P4に接続される。NMOSトランジスタQ4のソース及びゲートが接地され、ドレインが外部出力端子P4に接続される。
The
この回路例では、PMOSトランジスタQ3及びQ13が出力PMOS領域119に形成され、NMOSトランジスタQ4及びQ14が出力NMOS領域109に形成される。
In this circuit example, PMOS transistors Q3 and Q13 are formed in the
このように、実施の形態8の第1の態様は、ラッチアップ現象が生じやすい入出力NMOS領域106,入出力PMOS領域116間の少なくとも境界近傍領域に完全分離領域114を形成して完全分離することにより、ラッチアップ現象が生じない構造にしている。
As described above, in the first mode of the eighth embodiment, the complete isolation region 114 is formed at least in the region near the boundary between the input /
また、実施の形態8の第1の態様はNMOS領域,PMOS領域間の全領域に完全分離領域を設けるのではなく、入出力NMOS領域,入出力PMOS領域の境界近傍領域のみに完全分離領域114を設けることにより、ラッチアップ現象を効果的に抑制しながら、回路形成面積の増大を最小限に抑えることができる。 In the first mode of the eighth embodiment, the complete isolation region 114 is not provided in the entire region between the NMOS region and the PMOS region, but only in the region near the boundary between the input / output NMOS region and the input / output PMOS region. By providing this, an increase in the circuit formation area can be minimized while effectively suppressing the latch-up phenomenon.
<第2の態様>
なお、入出力NMOS領域106,入出力PMOS領域116間の完全分離は、図65のように、入出力NMOS領域106,入出力PMOS領域116間の境界近傍領域のみに設けてる以外に、図68に示す第2の態様のように、入出力NMOS領域106及び入出力PMOS領域116を完全に囲うように完全分離領域115を形成してもよい。
<Second aspect>
In addition, the complete separation between the input /
さらに、入出力NMOS領域,入出力PMOS領域間に加え、アナログ回路,ディジタル回路間のように特定の回路間に完全分離領域を設けることも考えられる。 Further, in addition to the input / output NMOS region and the input / output PMOS region, it is conceivable to provide a complete isolation region between specific circuits such as between an analog circuit and a digital circuit.
<第3の態様>
図69は実施の形態8の第3の態様を示す説明図である。同図に示すように、NMOS領域(入出力NMOS領域106,内部NMOS領域180),PMOS領域(入出力PMOS領域116,内部PMOS領域190)間に加え、入出力領域(入出力PMOS領域116),内部回路領域(内部NMOS領域180)間をも完全分離領域110で完全分離している。
<Third Aspect>
FIG. 69 is an explanatory view showing the third mode of the eighth embodiment. As shown in the figure, the input / output region (input / output PMOS region 116) is added between the NMOS region (input /
第3の態様により、第1及び第2の態様の効果に加え、ノイズ影響を受けやすい入出力領域の影響を内部回路領域から完全に遮断することができる。 According to the third aspect, in addition to the effects of the first and second aspects, the influence of the input / output area that is easily affected by noise can be completely blocked from the internal circuit area.
<<実施の形態9>>
<第1の態様>
図70はこの発明の実施の形態9であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の平面構造を示す平面図であり、図71は図70のA−A断面構造を示す断面図である。これらの図に示すように、NMOS(トランジスタ形成)領域126とPMOS(トランジスタ形成)領域136とが隣接して設けられている。NMOS領域126内に複数のゲート電極129を有するNMOS活性領域128とp+ボディー領域130とが形成され、NMOS活性領域128の周囲を部分分離領域127で囲っている。
<< Ninth Embodiment >>
<First aspect>
70 is a plan view showing a planar structure of a first mode of a semiconductor device having an SOI structure according to the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 71 is a sectional view showing a sectional structure taken along the line AA of FIG. As shown in these drawings, an NMOS (transistor formation)
一方、PMOS領域136内に複数のゲート電極139を有するPMOS活性領域138とn+ボディー領域140とが形成され、PMOS活性領域138の周囲を部分分離領域137及び完全分離領域120によって囲っている。完全分離領域120は、NMOS領域126とPMOS領域136との境界近傍のPMOS領域136内におけるゲート電極139のPMOS活性領域138からのはみだし部分に設けられる。
Meanwhile, a PMOS
したがって、NMOS領域126とPMOS領域136との境界近傍領域は、図71に示すように、NMOS領域126は酸化膜54とウェル領域169とによる部分分離領域127で周囲と分離されるのに対し、PMOS領域136は酸化膜54のみによる完全分離領域120で周囲と分離される。
Therefore, as shown in FIG. 71, the region near the boundary between the
このように、NMOS領域126には完全分離領域を全く形成せず、部分分離領域127を設けることにより、酸化膜54下のウェル領域169を介してNMOSトランジスタの基板電位の固定が不足なく行えるため、基板浮遊効果の激しいNMOSトランジスタの基板浮遊効果を効果的に抑えることができる。
As described above, since the
また、基板浮遊効果がNMOSトランジスタに比べて穏やかなPMOSトランジスタは、周辺の一部に完全分離領域を形成しても大きな悪影響はなく、NMOS領域126,PMOS領域136間を完全分離領域120によって絶縁分離しながら面積効率を高めた配置となり、レイアウトに余裕がない場合等に有効となる。
Further, a PMOS transistor having a milder substrate floating effect than an NMOS transistor has no significant adverse effect even if a complete isolation region is formed in a part of the periphery, and the
<第2の態様>
図72はこの発明の実施の形態9であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の平面構造を示す平面図であり、図73は図72のB−B断面構造を示す断面図である。これらの図に示すように、p-型のウェル領域169内に形成されるNMOS領域126と、n-型のウェル領域179内に形成されるPMOS領域136とが隣接して設けられる。
<Second aspect>
72 is a plan view showing a planar structure of a second mode of the SOI structure semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 73 is a sectional view showing a BB sectional structure of FIG. As shown in these drawings, an
NMOS領域126内に複数のゲート電極129を有するNMOS活性領域128が形成され、NMOS活性領域128の周囲の大部分を完全分離領域125で囲っている。そして、ゲート電極129の一方側(PMOS領域136と反対側)のゲート電極129の端部のみ部分分離領域127で周囲と分離している。
An NMOS
図73に示すように、酸化膜54と酸化膜54の下方に形成されたウェル領域169とにより部分分離領域127を構成している。なお、部分分離領域127の形成幅は、ゲート電極129の形成幅よりも大きくても(図73の左側)、小さくても(図73の右側)良い。また、ウェル領域169内の上記ゲート電極129の一方側付近にp+ボディー領域130が設けられる。
As shown in FIG. 73, a
一方、PMOS領域136内に複数のゲート電極139を有するPMOS活性領域138が形成され、PMOS活性領域138の周囲の大部分を完全分離領域125で囲っている。そして、NMOS領域126と同様、ゲート電極139の一方側(NMOS領域126と反対側)のゲート電極139の端部のみ部分分離領域137で周囲と分離している。また、ウェル領域179内の上記ゲート電極139の一方側付近にn+ボディー領域140が設けられる。
Meanwhile, a PMOS
このように、実施の形態9の第2の態様は、ゲート電極の端部を部分分離領域によって分離して、ゲート電極下に存在するチャネル形成領域と部分分離領域のウェル領域とが接するように形成することにより、各トランジスタ形成領域の基板電位を固定することができる。 Thus, in the second mode of the ninth embodiment, the end portion of the gate electrode is separated by the partial isolation region so that the channel formation region existing under the gate electrode and the well region of the partial isolation region are in contact with each other. By forming, the substrate potential of each transistor formation region can be fixed.
なお、NMOS領域126及びPMOS領域136の周囲の大部分を完全分離領域125で囲っているのは、PN接合面積を減らすためとラッチアップ現象が生じる経路を遮断するためである。
The reason why most of the periphery of the
<<実施の形態10>>
<第1の態様>
図74はこの発明の実施の形態10であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構成を示す平面図である。同図に示すように、NMOS活性領域128内に複数のゲート電極129が形成され、NMOS活性領域128の周囲を囲って部分分離領域127を設けている。さらに、部分分離領域127の周囲を囲ってp+ボディ領域146を設けている。なお、図101は図74のE−E断面構造を示す断面図である。
<<
<First aspect>
FIG. 74 is a plan view showing the configuration of the first aspect of the SOI structure semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, a plurality of
部分分離領域127は図101に示すように、酸化膜54とウェル領域169とから構成されており、このウェル領域169はNMOS活性領域128に形成されるチャネル形成領域と接して形成されるため、ノイズやラッチアップの影響を受けやすい構造になっている。
As shown in FIG. 101, the
しかしながら、実施の形態10の第1の態様は、部分分離領域127を囲ってp+ボディ領域146が形成されているため、p+ボディ領域146を接地レベルに固定する等の基板固定を行うことにより、他の回路部分からの影響を抑制し、基板電位を安定にでき、ノイズやラッチアップに対する耐性を大きく向上させることができる。
However, in the first mode of the tenth embodiment, since p + body region 146 is formed surrounding
このような構成の第1の態様は、ノイズ源の回路ブロック、外部からノイズを遮断したい回路ブロック等に適している。なお、PMOS活性領域の場合は部分分離領域の周囲をn+のボディー領域で囲って形成すれば、同様な効果が得られる。 The first aspect having such a configuration is suitable for a circuit block of a noise source, a circuit block that wants to block noise from the outside, and the like. In the case of the PMOS active region, the same effect can be obtained if the periphery of the partial isolation region is surrounded by an n + body region.
<第2の態様>
図75はこの発明の実施の形態10であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構成を示す平面図である。同図に示すように、入出力NMOS領域151と入出力PMOS領域152とが隣接して形成される。
<Second aspect>
FIG. 75 is a plan view showing the configuration of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, an input /
入出力NMOS領域151において、NMOS活性領域128内に複数のゲート電極129が形成され、NMOS活性領域128の周囲を囲って部分分離領域127Aを設けている。さらに、部分分離領域127Aの周囲を囲ってp+ボディ領域146を設けている。そして、p+ボディ領域146を囲って部分分離領域127Bを設けている。
In the input /
入出力PMOS領域152において、PMOS活性領域138内に複数のゲート電極139が形成され、PMOS活性領域138の周囲を囲って部が分分離領域137Aを設けている。さらに、部分分離領域137Aの周囲を囲ってn+ボディ領域147を設けている。そして、n+ボディ領域147を囲って部分分離領域137Bを設けている。
In the input /
一般に入出力回路はサージやノイズの影響をチップ外から受ける場合が多いため、ラッチアップ現象やノイズ耐性を高めることが特に重要となる。 In general, since input / output circuits are often affected by surges and noise from outside the chip, it is particularly important to increase the latch-up phenomenon and noise resistance.
実施の形態10の第2の態様では、入出力NMOS領域151及び入出力PMOS領域152それぞれの部分分離領域127A及び137Aをp+ボディ領域146及びn+ボディ領域147で囲うことにより、サージの影響でウェル領域の電位が上昇して生じるラッチアップ現象を抑制することができる。
In the second mode of the tenth embodiment, the influence of surge is obtained by surrounding the
第2の態様では、NMOS,PMOS活性領域全体をボディー領域で覆った構造と示したが、入出力NMOS領域151と入出力PMOS領域152との境界近傍領域に、少なくともボディー領域を設ければ、ラッチアップ現象やノイズ耐性をある程度高めることができる。
In the second aspect, the entire NMOS and PMOS active regions are covered with the body region. However, if at least the body region is provided in the vicinity of the boundary between the input /
<<実施の形態11>>
<第1の態様>
図76はこの発明の実施の形態11であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構成を示した平面図である。
<<
<First aspect>
FIG. 76 is a plan view showing the configuration of the first mode of the SOI structure semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention.
同図に示すように、NMOS活性領域128内に複数のゲート電極129が設けられ、NMOS活性領域128の周囲を囲ってフローティング部分分離領域149を形成し、フローティング部分分離領域149の周囲を囲って完全分離領域148を形成している。
As shown in the figure, a plurality of
フローティング部分分離領域149は、例えば図55の部分酸化膜31とウェル領域11との関係のように酸化膜とウェル領域との2層構造で形成されるが、ウェル領域は電位固定されることなく、常にフローティング状態とされている。フローティング部分分離領域149のウェル領域をフローティング状態にしても、衝突電離によって発生したキャリアはフローティング部分分離領域149のウェル領域に流れ込むため、ポテンシャル上昇を最低限に抑えることができる。加えて、宇宙線によって発生する電荷をフローティング部分分離領域149のウェル領域に分散できるためソフトエラー耐性を向上させることもできる。
Floating
このようにフローティング部分分離領域149を設ける実施の形態11の第1の態様の構成は、SRAM等、高密度回路でボディー領域へのコンタクトが困難な場合等に有効である。
The configuration of the first aspect of the eleventh embodiment in which the floating
なお、完全分離領域148を設ける方がラッチアップ耐性向上等の観点から望ましいが、必ずしも必要でない。
Although it is desirable to provide the
<第2の態様>
図77はこの発明の実施の形態11であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構成を示した平面図である。
<Second aspect>
FIG. 77 is a plan view showing the configuration of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention.
同図に示すように、フローティング部分分離領域149内にフローティングp+ボディー領域150を設けている。他の構成は図76で示した第1の態様と同様である。
As shown in the figure, a floating p + body region 150 is provided in the floating
フローティングp+ボディー領域150は電位固定されることなく、常にフローティング状態とされている。したがって、フローティング部分分離領域149のウェル領域もフローティング状態となる。
The floating p + body region 150 is always in a floating state without being fixed in potential. Therefore, the well region of the floating
第2の態様のように、フローティング部分分離領域149のウェル領域をフローティング状態にしても、第1の態様と同様、ポテンシャル上昇を最低限に抑えることができ、ソフトエラー耐性を向上させることができる。
As in the second mode, even if the well region of the floating
さらに、第2の態様は、フローティングp+ボディー領域150の存在により、キャリアの再結合が促進されるため、第1の態様に比べ基板浮遊効果の抑制効果が大きくなる効果を奏する。 Further, the second aspect has an effect of increasing the suppression effect of the substrate floating effect as compared with the first aspect because the recombination of carriers is promoted by the presence of the floating p + body region 150.
<<実施の形態12>>
<第1の態様>
図78はこの発明の実施の形態12であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構成を示した平面図であり、図79はそのC−C断面図である。
<<
<First aspect>
78 is a plan view showing the configuration of the first mode of the SOI structure semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention, and FIG. 79 is a CC cross-sectional view thereof.
これらの図に示すように、ドレイン領域153、ソース領域154及びゲート電極155で構成されるNMOSトランジスタのソース領域154に隣接してp+型のボディー領域156を設け、ソース領域154及びボディー領域156が共にアルミ配線層160とコンタクト158によって電気的に接続されている。
As shown in these drawings, a p + -
なお、ドレイン領域153はアルミ配線層159とコンタクト157によって電気的に接続され、ドレイン領域153、ソース領域154及びボディー領域156の周辺を囲って部分分離領域161が形成されている。
The
図79に示すように、部分分離領域161は、酸化膜162とp-型のウェル領域177とから構成されている。また、ソース領域154及びボディー領域156の共通接続を容易にすべくソース領域154及びボディー領域156の上面にまたがってシリサイド層163を形成し、シリサイド層163上にコンタクト158を形成している。なお、ゲート電極155のゲート酸化膜178下方のSOI層3の領域がチャネル形成領域170となる。
As shown in FIG. 79, the
このような構成において、アルミ配線層160によって、ソース領域154及びボディー領域156を接地レベルに固定することによって、ソース領域154と同電位にウェル領域177の電位を固定し、ウェル領域177を介してチャネル形成領域170の電位を固定することができる。
In such a configuration, the potential of the
そして、第1の態様は、図78及び図79のように、ソース領域154及びボディー領域156を隣接して形成できる分、集積度の向上を図ることができる。
In the first aspect, as shown in FIGS. 78 and 79, the degree of integration can be improved because the
なお、PMOSトランジスタも同様に構成することができる。ただし、ソース領域及びボディー領域の電位固定は電源レベルで行う必要がある。 The PMOS transistor can be similarly configured. However, the potential of the source region and the body region must be fixed at the power supply level.
<第2の態様>
図80はこの発明の実施の形態12であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構成を示した平面図であり、図81はそのD−D断面図である。
<Second aspect>
FIG. 80 is a plan view showing the configuration of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention, and FIG. 81 is a DD cross-sectional view thereof.
これらの図に示すように、ソース領域154と隣接してp+型のボディー領域164を設け、ソース領域154及びボディー領域164が共にアルミ配線層166とコンタクト165によって電気的に接続されている。この際、コンタクト165がソース領域154とボディー領域164とにかかるように形成される。そして、ドレイン領域153、ソース領域154及びボディー領域164の周辺を囲って部分分離領域161が形成されている。
As shown in these drawings, a p + -
図81に示すように、ソース領域154上にシリサイド層167が形成され、シリサイド層167の一部及び上ボディー領域164上にコンタクト165を形成している。なお、他の構成は図78及び図79で示した第1の態様と同様である。
As shown in FIG. 81, a
このような構成において、アルミ配線層166によって、ソース領域154及びボディー領域164を接地レベルに固定することによって、ソース領域154と同電位にウェル領域177の電位を固定し、ウェル領域177を介してチャネル形成領域170の電位を固定することができる。
In such a configuration, the
そして、第2の態様は、図80及び図81のように、ソース領域154及びボディー領域164を隣接して形成できる分、集積度の向上を図ることができる。
In the second mode, as shown in FIGS. 80 and 81, the degree of integration can be improved because the
<第3の態様>
図82に示すように、部分分離領域161と隣接し、通常ソース領域154となる部分の一部にボディー領域164を設け、ソース領域154上にコンタクト165を設けても、第2の態様と同等の効果を奏する。
<Third Aspect>
As shown in FIG. 82, the
さらに、第3の態様は、図82のように、ソース領域154となる領域内にボディー領域164を完全重複して形成できる分、第1及び第2の態様以上に集積度の向上を図ることができる。
Furthermore, in the third mode, as shown in FIG. 82, the
<<実施の形態13>>
図83はこの発明の実施の形態13であるSOI構造の半導体装置の断面構造を示す断面図である。同図に示すように、n+活性領域171,172間を分離する部分分離領域を酸化膜173と酸化膜173下のウェル領域(p領域174,175及びp-領域176)とから構成している。なお、n+活性領域171,172として例えば、トランジスタのソース,ドレイン領域が考えられ、p領域174,175がn+活性領域171,172に隣接するウェル領域の周辺領域となり、p-領域176がウェル領域の中心領域となる。
<< Thirteenth Embodiment >>
FIG. 83 is a cross sectional view showing a cross sectional structure of an SOI structure semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the partial isolation region for isolating the n +
このように、実施の形態13は、n+活性領域171、172と隣接するp領域174及び175の不純物濃度をp-領域176より高く設定することにより、部分分離におけるパンチスルー耐性の向上を図っている。
As described above, in the thirteenth embodiment, the impurity concentration of the
なお、製造方法としては、酸化膜173下にp-のウェル領域形成後、斜め回転注入でボロンやBF2をウェル領域に達すように注入すれば、図83で示すように、p領域174,175を形成することができる。
As a manufacturing method, after forming a p − well region under the
例えば、ボロン(B)を注入エネルギー20keV、注入角度45度で、ドーズ量4×1013/cm2注入すれば良い。また、BやBF2の注入エネルギーが低い場合(例えば、BF2の注入エネルギー20keV)でも、n+の不純物注入時に発生する格子欠陥による増速拡散によってn+活性領域171,172の周辺にp型の領域を形成することによりp領域174,175を設けることも可能である。
For example, boron (B) may be implanted at a dose of 4 × 10 13 / cm 2 at an implantation energy of 20 keV and an implantation angle of 45 degrees. Further, even when the implantation energy of B or BF 2 is low (for example, the implantation energy of BF 2 is 20 keV), the diffusion around the n +
<<実施の形態14>>
<第1の態様>
図84はこの発明の実施の形態14であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の断面構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン基板1及び埋め込み酸化膜2上のSOI層3に形成され、ドレイン領域183、ソース領域184、ゲート酸化膜185、ゲート電極186及びチャネル形成領域187で構成されるNMOSトランジスタが酸化膜181及びウェル領域182よりなる部分分離領域によって部分分離される。
<< Embodiment 14 >>
<First aspect>
FIG. 84 is a cross sectional view showing a cross sectional structure of a first mode of a semiconductor device having an SOI structure according to the fourteenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the NMOS is formed in the
このとき、図84の右側に示すように、ドレイン領域183及びソース領域184の不純物濃度プロファイルと、ウェル領域182の不純物濃度プロファイルとの比較した場合、ウェル領域182の不純物濃度ピークがドレイン領域183及びソース領域184の不純物濃度ピークよりSOI層3の表面からの深さが深くなるように設定する。
At this time, as shown on the right side of FIG. 84, when the impurity concentration profile of the
このような構成の第1の態様の半導体装置は、ドレイン領域183及びソース領域184とウェル領域182とのPN接合部分を薄い不純物プロファイル同士で形成することができるため、ドレイン領域183及びソース領域184とウェル領域182とのPN接合耐圧を高めることができる。
In the semiconductor device according to the first aspect having such a configuration, the
<第2の態様>
図85はこの発明の実施の形態14であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の断面構造を示す断面図である。同図に示すように、第1の態様と同様な構造を呈している。
<Second aspect>
FIG. 85 is a cross sectional view showing a cross sectional structure of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the fourteenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, it has the same structure as the first embodiment.
このとき、図85の右側に示すように、ウェル領域182の不純物プロファイルとチャネル形成領域187の不純物プロファイルとの比較した場合、ウェル領域182の不純物ピークがチャネル形成領域187の不純物ピークよりSOI層3の表面からの深さが浅くなるように設定する。例えば、部分分離用の酸化膜181の上面がSOI層3の表面より上部にある状態で不純物注入することによりウェル領域182及びチャネル形成領域187を同時に形成すれば、チャネル形成領域187は自動的にウェル領域182より深い位置にピークとなる不純物プロファイルとなる。
At this time, as shown on the right side of FIG. 85, when the impurity profile of the
このような構成の第2の態様の半導体装置は、チャネル形成領域187の表面の不純物濃度を十分に下げ、閾値電圧が所望の値より大きくならないようにすることができる。
In the semiconductor device of the second aspect having such a configuration, the impurity concentration on the surface of the
<<実施の形態15>>
<第1の態様>
図86はこの発明の実施の形態15であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン基板1及び埋め込み酸化膜2上のSOI層3にn+活性領域191〜193が選択的に形成され、n+活性領域191,192間が完全分離領域209で分離され、n+活性領域192,193間が部分分離領域219で分離されている。
<< Embodiment 15 >>
<First aspect>
FIG. 86 is a cross sectional view showing the structure of the first aspect of the SOI structure semiconductor device according to the fifteenth embodiment of the present invention. As shown in the drawing, n + active regions 191-193 in the
完全分離領域209は酸化膜188と酸化膜188下に形成されるウェル領域(p-ウェル領域194,195及びpウェル領域196,197)とから構成される。酸化膜188は中心部の完全絶縁部分229がSOI層3を貫通して形成されることにより、n+活性領域191,192間を完全分離することができる。一方、部分分離領域219は酸化膜189と酸化膜189下のp-ウェル領域198とにより構成される。
酸化膜188下のウェル領域において、完全絶縁部分229に隣接して形成されるpウェル領域196,197の不純物濃度を他の領域194,195より高く設定している。
In the well region under the
完全絶縁部分229の近傍領域ではSOI層3にかかるストレスにより電荷が発生したり不純物の酸化膜への偏析によりパンチスルーしやすい状態になるという不具合が生じる可能性が高い。
There is a high possibility that in the region near the completely insulating
しかしながら、実施の形態15の第1の態様は、完全絶縁部分229の近傍に比較的不純物濃度の高いpウェル領域196,197を設けているため、上記不具合の発生の可能性を抑制することができる。
However, in the first mode of the fifteenth embodiment, since the p-
<第2の態様>
図87はこの発明の実施の形態15であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構成を示す平面図である。同図に示すように、ドレイン領域201,ソース領域202及びゲート電極203からなるNMOSトランジスタの周囲を部分分離領域204〜207で囲い、さらに部分分離領域204〜207の周囲を完全分離領域208で囲っている。
<Second aspect>
FIG. 87 is a plan view showing the structure of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the fifteenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the periphery of the NMOS transistor composed of the
部分分離領域204〜207において、ゲート電極203の近傍領域は不純物濃度が比較的高いpウェル領域206及び207を形成し、それ以外のドレイン領域201及びソース領域202に接した領域は不純物濃度が低いp--ウェル領域204及び205を形成している。
In the
このような構成の実施の形態15の第2の態様は、p--ウェル領域204及び205によってPN接合容量の低下を図り、pウェル領域206及び207によってパンチスルーを防止することができる。
In the second mode of the fifteenth embodiment having such a configuration, the p - well
<<実施の形態16>>
<第1の態様>
図88はこの発明の実施の形態16であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン基板1及び埋め込み酸化膜2上のSOI層3内に部分分離領域用の酸化膜211を形成している。
<< Embodiment 16 >>
<First aspect>
FIG. 88 is a cross sectional view showing the structure of the first aspect of the SOI structure semiconductor device according to the sixteenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, an
分離形状の最適化において、分離幅の縮小とSOI層にかかるストレス緩和の両面のバランスをとる必要がある。部分分離領域用の酸化膜の形状において、分離幅の縮小のためにはできるだけ角部の曲率をきつく(曲率半径を小さく)し、また深さ方向の面を垂直に近づけるのが良い。逆にストレス緩和のためには角部の曲率を緩く(曲率半径を大きく)する方が良い。また、バーズビーク部は有効な活性領域幅を確保するためにできるだけ小さくするのが好ましい。 In optimizing the separation shape, it is necessary to balance both the reduction of the separation width and the relaxation of stress applied to the SOI layer. In the shape of the oxide film for the partial isolation region, in order to reduce the isolation width, it is preferable that the curvature of the corner is as tight as possible (the radius of curvature is small), and that the surface in the depth direction is close to perpendicular. Conversely, in order to relieve stress, it is better to loosen the curvature of the corner (increase the curvature radius). The bird's beak is preferably made as small as possible to ensure an effective active region width.
このような観点から、第1の態様の酸化膜211の断面形状は、分離幅を縮小するために、表面の角部であるバーズビーク部の形状FA(凸部分)の曲率をきつくし、ストレスを緩和するために底面の角部の形状FCの曲率を緩く設定している。また、分離幅を縮小するために、深さ方向の面の形状FBの少なくとも一部は垂直に近づけることが望ましい。
From such a point of view, the cross-sectional shape of the
<第2の態様>
図89はこの発明の実施の形態16であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン基板1及び埋め込み酸化膜2上のSOI層3内に完全分離領域用の酸化膜212を形成している。
<Second aspect>
FIG. 89 is a cross sectional view showing the structure of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the sixteenth embodiment of the present invention. As shown in the drawing, an
第2の態様も第1の態様と同様の観点から、酸化膜212の断面形状は、第1の態様と同様な形状FA,FB,FCに設定し、さらに、底部の完全絶縁部分と部分分離部分との段差部の形状FDの曲率を形状FCよりもきつく設定して分離幅の縮小を図っている。
From the same viewpoint as the first embodiment, the second embodiment also has a cross-sectional shape of the
<<実施の形態17>>
<第1の態様>
図90はこの発明の実施の形態17であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。なお、第1の態様は図91で示す回路を実現している。図91に示すように、アナログ回路用トランジスタQ21のゲート電極とアナログ回路用トランジスタQ22の一方電極との間がスパイラルインダクタ199を介して接続される回路構成が第1の態様の回路構成である。
<< Embodiment 17 >>
<First aspect>
FIG. 90 is a cross sectional view showing the structure of the first mode of the SOI structure semiconductor device according to the seventeenth embodiment of the present invention. The first mode implements the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 91, the circuit configuration in which the gate electrode of the analog circuit transistor Q21 and one electrode of the analog circuit transistor Q22 are connected via a
図90に示すように、高抵抗シリコン基板200上に埋め込み酸化膜2が形成され、埋め込み酸化膜2上のSOI層3にアナログ回路用トランジスタQ21及びQ22が作り込まれている。
As shown in FIG. 90, the buried
アナログ回路用トランジスタQ21及びQ22は共にドレイン領域5、ソース領域6、チャネル形成領域7、ゲート酸化膜8及びゲート電極9から構成され、アナログ回路用トランジスタQ21,Q22間は比較的形成面積が大きい酸化膜210により完全分離され、アナログ回路用トランジスタQ21,22と他の周辺部とは比較的形成面積が小さい酸化膜33で完全分離されている。なお、酸化膜210及び33の下方の一部にはウェル領域29が形成されている。
The analog circuit transistors Q21 and Q22 are both composed of a
アナログ回路用トランジスタQ21,Q22を含むSOI層3全面に層間絶縁膜4が形成され、層間絶縁膜4上に選択的に第1配線層221が形成される。第1配線層221の一部はコンタクトホール244を介してアナログ回路用トランジスタQ21,Q22それぞれのドレイン領域5及びソース領域6と電気的に接続される。
An interlayer insulating
第1配線層221を含む層間絶縁膜4上の全面に層間絶縁膜220が形成され、層間絶縁膜220上に選択的に第2配線222が形成され、第2配線222の一部によってスパイラルインダクタ199を形成している。第2配線222の一部はコンタクトホール254を介して対応する第1配線層221(221A)と電気的に接続される。なお、アナログ回路用トランジスタQ21のゲート電極9は図示しない領域で層間絶縁膜4に形成されるコンタクトホールを介して第1配線層221Aと接続される。
An interlayer insulating
このような構成の第1の態様は、スパイラルインダクタ199の下方に酸化膜210及びウェル領域29からなる完全絶縁領域を設けることにより、スパイラルインダクタ199に付随する寄生容量の低減を図っている。すなわち、スパイラルインダクタ199下の分離領域を酸化膜とウェル領域との部分分離領域で形成した場合に、ウェル領域とスパイラルインダクタ199との間で寄生容量が発生し、性能指数Q(エネルギーロスとストアの比)が低下しエネルギーロスが発生する等によって所望のインダクタンス性能が得られないという不具合を解消している。
In the first aspect having such a configuration, a parasitic capacitance associated with the
また、第1の態様はSOI基板の下地基板として高抵抗シリコン基板200を用いることにより、渦電流や容量を介した電力ロスの低減化、寄生容量の低減化を図り、性能指数Qの向上させることができる。
In the first aspect, the high-
また、アナログ回路は外来ノイズを嫌うため、アナログ回路用トランジスタQ21,Q22の周辺を酸化膜210あるいは酸化膜33によって完全分離して、外部との電気的遮断し、性能の向上を図っている。
Further, since the analog circuit dislikes external noise, the periphery of the analog circuit transistors Q21 and Q22 is completely separated by the
また、図90では図示していないが、パッド部の下方に部分分離領域を形成するとスパイラルインダクタと同様に大きな寄生容量が発生しやすく電量ロスを生じ易いため、パッド部下方にもスパイラルインダクタ199の下方と同様に完全分離領域を設けるのが望ましい。
Although not shown in FIG. 90, if a partial isolation region is formed below the pad portion, a large parasitic capacitance is likely to occur as in the spiral inductor, and an electric loss is likely to occur. Therefore, the
<第2の態様>
図92はこの発明の実施の形態17であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構造を示す断面図である。なお、第2の態様は第1の態様と同様に図91で示す回路を実現している。
<Second aspect>
FIG. 92 is a cross sectional view showing the structure of the second mode of the SOI structure semiconductor device according to the seventeenth embodiment of the present invention. The second mode realizes the circuit shown in FIG. 91 as in the first mode.
図92に示すように、アナログ回路用トランジスタQ21,Q22間は比較的形成面積が大きい酸化膜218並びにその下方の高抵抗領域223及びウェル領域224によりにより部分分離され、アナログ回路用トランジスタQ21,22と他の周辺部とは比較的形成面積が小さい酸化膜31及びその下方のウェル領域11(12)で部分分離されている。
As shown in FIG. 92, the analog circuit transistors Q21 and Q22 are partially separated by an
酸化膜218下の大部分の領域は高抵抗領域223で形成され、周辺部の一部のみウェル領域224が形成されている。なお、他の構成は図90で示した第1の態様と同様である。
Most of the region under the
第2の態様のように、部分分離を行いながら、スパイラルインダクタ199下の部分分離領域の大部分は酸化膜218と高抵抗領域223とにより構成することにより、スパイラルインダクタ199に付随する寄生容量を十分抑えることができる。
As in the second aspect, while performing partial isolation, most of the partial isolation region under the
高抵抗領域223の形成方法としては、高抵抗領域223には不純物を導入しないように製造する等が考えられる。また、例えば1×1020/cm2程度の高濃度のシリコン注入を行って酸化膜の下方領域をアモルファス化し、その後、熱処理でポリシリコン化して高抵抗領域223を形成することもできる。
As a method for forming the
<<実施の形態18>>
図93はこの発明の実施の形態18であるSOI構造の半導体装置の構成を示す平面図である。同図に示すように、DT−MOS領域225,226間を完全分離領域240で完全分離している。なお、DT−MOSとは、ゲート電極とボディー領域(チャネル形成領域)とを同一電位に設定するMOSトランジスタである。
<< Embodiment 18 >>
FIG. 93 is a plan view showing the structure of the SOI structure semiconductor device according to the eighteenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the DT-
DT−MOS領域225,226はそれぞれp型のウェル領域231(部分分離領域230)内にn+のNMOS活性領域232とp+のボディー領域234とを設け、NMOS活性領域232はコンタクト238を介して配線層239に接続するとともに、NMOS活性領域232の中心部に設けられるゲート電極233はコンタクト235(ゲートコンタクト)を介して配線層237に電気的に接続され、ボディー領域234はコンタクト236(ボディーコンタクト)を介して配線層237に電気的に接続される。
The DT-
配線層237によってゲート電極233とボディー領域234とを同一電位に設定して、オン状態の閾値電圧を低下させて動作速度の向上を図っている。
The
このように、実施の形態18は、ボディー領域234及びウェル領域231を介してチャネル形成領域の電位を固定することができるとともに、完全分離領域240によってDT−MOS領域225,226間を完全分離することができるため、性能の良いDT−MOSを比較的容易に形成することができる。なお、ボディーコンタクトとゲートコンタクトはシェアードコンタクトによって同時に接続してもよい。
Thus, in the eighteenth embodiment, the potential of the channel formation region can be fixed via the
<<実施の形態19>>
図94はこの発明の実施の形態19であるSOI構造の半導体装置の構造を示す断面図である。
<< Embodiment 19 >>
94 is a cross sectional view showing the structure of an SOI structure semiconductor device according to the nineteenth embodiment of the present invention.
同図に示すように、ゲート幅Wが比較的狭いトランジスタを形成するトランジスタ形成領域227には、ドレイン領域245、ソース領域246、チャネル形成領域247、ゲート酸化膜248及びゲート電極249からなるMOSトランジスタを構成し、各MOSトランジスタ間を部分酸化膜31及びウェル領域11(12)によって部分分離し、周囲とは完全酸化膜32によって完全分離している。
As shown in the figure, in a
MOSトランジスタを含むSOI層3上の全面に層間絶縁膜4が形成され、層間絶縁膜4上に選択的に配線層242が形成される。配線層242はコンタクトホール241を介してドレイン領域245及びソース領域246に電気的に接続される。
An interlayer insulating
一方、ゲート幅Wが比較的広いトランジスタを形成するトランジスタ形成領域228には、ドレイン領域255、ソース領域256、チャネル形成領域257、ゲート酸化膜258及びゲート電極259からなるMOSトランジスタを構成し、各MOSトランジスタ間を部分酸化膜31及びウェル領域11(12)によって部分分離し、周囲とは完全酸化膜32によって完全分離している。
On the other hand, in the
MOSトランジスタを含むSOI層3上の全面に層間絶縁膜4が形成され、層間絶縁膜4上に選択的に配線層252が形成される。配線層252はコンタクトホール251を介してドレイン領域255及びソース領域256に電気的に接続される。
An interlayer insulating
ゲート幅Wが狭いトランジスタ形成領域227に形成されるドレイン領域245及びソース領域246の形成深さを、ビルドイン状態時にドレイン/ソースからの空乏層243の少なくとも一部が埋め込み酸化膜2に到達する深さに設定して、接合容量の低減化を図っている。なお、ドレイン領域245及びソース領域246の形成深さを埋め込み酸化膜2に到達する深さに設定しても良い。
The formation depth of the
一方、ゲート幅Wが広いトランジスタ形成領域228に形成されるドレイン領域255及びソース領域256の形成深さを、ビルドイン状態時のドレイン/ソースからの空乏層253が埋め込み酸化膜2に到達しないように設定して、確実にチャネル形成領域257の電位固定が行えるようにしている。
On the other hand, the formation depth of the
なお、トランジスタ形成領域227及び228に形成される2種類のドレイン/ソース領域は、ソース/ドレイン形成時の不純物の注入エネルギーを変化させたり、NUDC(Non Uniformly Doped Channel)の注入量を変化させることで実現できる。
Note that the two types of drain / source regions formed in the
また、ビルドイン状態時に空乏層が埋め込み酸化膜2に到達しない程度の深さのソース/ドレイン領域を仮に形成した後、トランジスタ形成領域227側のソース/ドレイン領域に対してのみ形成深さが深くなるように、再度不純物の追加注入を行うことによっても実現できる。
In addition, after a source / drain region having a depth that does not allow the depletion layer to reach the buried
<<実施の形態20>>
<第1の態様>
図95はこの発明の実施の形態20であるSOI構造の半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン基板1及び埋め込み酸化膜2上のSOI層3にn+領域261,262を選択的に設け、n+領域261,262間にp-領域263及び酸化膜264からなる部分分離領域を設けている。そして、n+領域261,262、p-領域263及び酸化膜264からなるフィールドトランジスタを構成している。なお、フィールドトランジスタは、MOSトランジスタのゲート部(ゲート酸化膜、ゲート電極)に置き換えて酸化膜を設けた構造を呈している。
<<
<First aspect>
FIG. 95 is a cross sectional view showing the structure of the first aspect of the SOI structure semiconductor device according to the twentieth embodiment of the present invention. As shown in the figure, n + regions 261 and 262 are selectively provided in the
このように第1の態様は、p-領域263及び酸化膜264からなる部分分離領域構造を用いてフィールドトランジスタを構成している。フィールドトランジスタは保護回路用素子等に応用できる。
As described above, in the first embodiment, a field transistor is configured using a partial isolation region structure including the p − region 263 and the
実施の形態20のフィールドトランジスタのゲート部の構成は部分分離領域と基本的に同じ構成であるため、部分分離領域と同時にゲート部を構成することにより、比較的容易にフィールドトランジスタを形成することができる。 Since the structure of the gate portion of the field transistor of the twentieth embodiment is basically the same as that of the partial isolation region, the field transistor can be formed relatively easily by forming the gate portion simultaneously with the partial isolation region. it can.
図96は回路の入力部におけるフィールドトランジスタ利用例を示す回路図である。同図に示すように、フィールドトランジスタQ31の一方電極が外部入力端子P1に接続され他方電極が接地される。また、電源,接地間にフィールドトランジスタQ33を設けている。なお、他の構成は図66で示し回路構成と同様であるため、説明は省略する。 FIG. 96 is a circuit diagram showing an example of using field transistors in the input section of the circuit. As shown in the figure, one electrode of the field transistor Q31 is connected to the external input terminal P1, and the other electrode is grounded. A field transistor Q33 is provided between the power source and the ground. The other configuration is the same as the circuit configuration shown in FIG. 66, and a description thereof will be omitted.
このように、フィールドトランジスタQ31によって外部入力端子P1,接地レベル間に保護回路を設け、フィールドトランジスタQ33によって電源,接地レベル間の寄生ダイオードパスを設けている。 Thus, the field transistor Q31 provides a protection circuit between the external input terminal P1 and the ground level, and the field transistor Q33 provides a parasitic diode path between the power supply and the ground level.
図97は回路の出力部におけるフィールドトランジスタ利用例を示す回路図である。同図に示すように、フィールドトランジスタQ32の一方電極が外部出力端子P4に接続され他方電極が接地される。また、電源,接地間にフィールドトランジスタQ34を設けている。なお、他の構成は図67で示し回路構成と同様であるため、説明は省略する。 FIG. 97 is a circuit diagram showing an example of using field transistors in the output section of the circuit. As shown in the figure, one electrode of the field transistor Q32 is connected to the external output terminal P4, and the other electrode is grounded. A field transistor Q34 is provided between the power source and the ground. Other configurations are the same as the circuit configuration shown in FIG.
このように、フィールドトランジスタQ32によって外部出力端子P4,接地レベル間の保護,フィールドトランジスタQ34によって電源,接地レベル間の寄生ダイオードパスを設けている。 Thus, the field transistor Q32 provides a protection between the external output terminal P4 and the ground level, and the field transistor Q34 provides a parasitic diode path between the power supply and the ground level.
なお、フィールドトランジスタは図95に示すようにNMOS類似構造が放電能力が高いため望ましいが、PMOS類似構造を用いても良い。この場合、フィールドトランジスタQ31,Q32の代わりに、電源と外部入力端子P1との間にフィールドトランジスタを設ける必要がある。 As shown in FIG. 95, the field transistor is preferably an NMOS-like structure because of its high discharge capability, but a PMOS-like structure may also be used. In this case, it is necessary to provide a field transistor between the power supply and the external input terminal P1 instead of the field transistors Q31 and Q32.
<第2の態様>
図98はこの発明の実施の形態20であるSOI構造の半導体装置の第2の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、n+領域261,262の周囲を完全酸化膜265によって完全分離している。他の構成は図95で示した第1の態様と同様であるため、説明を省略する。
<Second aspect>
FIG. 98 is a cross sectional view showing the structure of the second aspect of the SOI structure semiconductor device according to the twentieth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the periphery of the n + regions 261 and 262 is completely separated by a
第2の態様は、フィールドトランジスタ全体を完全酸化膜265で囲っているため、雑音遮断などにおいて大きな効果が期待できる。また、フィールドトランジスタを保護回路として用いる際、他の構成素子への電流の寄生パスを確実に防ぐことができる。
In the second aspect, since the entire field transistor is surrounded by the
<第3の態様>
図99はこの発明の実施の形態20であるSOI構造の半導体装置の第3の態様の構成を示す平面図である。複数のn+領域261,262を交互に配置し、各n+領域261,262間を酸化膜264及びp-領域263によって部分分離し、周囲全体を完全酸化膜265によって完全分離している。
<Third Aspect>
FIG. 99 is a plan view showing the configuration of the third mode of the SOI structure semiconductor device according to the twentieth embodiment of the present invention. A plurality of n + regions 261 and 262 are alternately arranged, the n + regions 261 and 262 are partially separated by the
複数のn+領域261は共通に接続端子P11に接続され、複数のn+領域262は共通に接続端子P12に接続される。このように、櫛形構造で配置された複数のn+領域261及び262を電気的に並列に接続することにより、放電能力を高めることができる。 The plurality of n + regions 261 are commonly connected to the connection terminal P11, and the plurality of n + regions 262 are commonly connected to the connection terminal P12. As described above, the discharge capacity can be increased by electrically connecting the plurality of n + regions 261 and 262 arranged in a comb structure in parallel.
<その他>
なお、フィールドトランジスタのソース/ドレイン領域(n+領域261,262)を埋め込み酸化膜2に到達させることなく、空乏層が埋め込み酸化膜2に到達するレベルの深さに形成しても良い。
<Others>
The source / drain regions (n + regions 261 and 262) of the field transistor may be formed to a depth at which the depletion layer reaches the buried
<<補足>>
ソース/ドレイン領域を埋め込み酸化膜に到達させるために、通常の手法として不純物の注入深さを十分深くしてソース/ドレイン領域を形成したり、不純物ピークが浅い不純物注入の後に不純物ピークが深い不純物注入を行うようにしても良い。
<< Supplementary >>
In order to make the source / drain region reach the buried oxide film, the impurity / deep region is formed by increasing the impurity implantation depth sufficiently as a normal method, or the impurity peak having a deep impurity peak after the impurity implantation having a shallow impurity peak. Injection may be performed.
しかしながら、上記した方法では、図85に示す実施の形態14の第1の態様のようにソース/ドレイン領域の浅い部分に不純物濃度のピークをもたせ、かつSOI層3を貫通する深さで不純物分布をもたせることができない。 However, in the above-described method, the impurity distribution has a peak at the shallow portion of the source / drain region as in the first embodiment of the fourteenth embodiment shown in FIG. Can not have.
そこで、注入角度を0度近傍に注入エネルギーを十分小さくして不純物のイオン注入を行う等の方法を適用することにより、不純物ピークは図100のL1で示すようにSOI層3の比較的浅い位置に設定するとともに、チャネリング現象によるテールプロファイルによって、図100のL2で示す不純物分布のように、不純物がSOI層3を貫通して埋め込み酸化膜2に到達するように分布させることができる。
Therefore, by applying a method such as ion implantation with the implantation angle sufficiently close to 0 degrees and implantation energy sufficiently small, the impurity peak is located at a relatively shallow position of the
1 シリコン基板、2 埋め込み酸化膜、3 SOI層、3A,3B 部分SOI層、4 層間絶縁膜、5,5s,5t,245,255 ドレイン領域、6,6s,6t,246,256 ソース領域、7 チャネル形成領域、8 ゲート酸化膜、9 ゲート電極、10,20,146,147,156,164 ボディー領域、11 ウェル領域(p型)、12,28 ウェル領域(n型)、31 部分酸化膜、32 完全酸化膜、33,210〜212,218 酸化膜、44,44A,44B 部分トレンチ、48 完全トレンチ、61,62 ポリシリコン領域、75〜77 低誘電率膜、78,79 シリコン酸化膜、80,86〜89 接続領域 104 nウェル領域、105,110,114,115,120 完全分離領域、107,117,127,137,148 部分分離領域、149 フローティング部分分離領域、150 フローティングp+ボディー領域、182,224 ウェル領域、199 スパイラルインダクタ、200 高抵抗シリコン基板、223 高抵抗領域、Q21,Q22 アナログ回路用トランジスタ。
1 silicon substrate, 2 buried oxide film, 3 SOI layer, 3A, 3B partial SOI layer, 4 interlayer insulation film, 5, 5s, 5t, 245, 255 drain region, 6, 6s, 6t, 246, 256 source region, 7 Channel formation region, 8 gate oxide film, 9 gate electrode, 10, 20, 146, 147, 156, 164 body region, 11 well region (p-type), 12, 28 well region (n-type), 31 partial oxide film, 32, complete oxide film, 33, 210-212, 218 oxide film, 44, 44A, 44B partial trench, 48 complete trench, 61, 62 polysilicon region, 75-77 low dielectric constant film, 78, 79 silicon oxide film, 80 , 86 to 89 Connection region 104 n-well region, 105, 110, 114, 115, 120 Complete isolation region, 107, 117, 127, 13 7,148 Partial isolation region, 149 Floating partial isolation region, 150 Floating p + body region, 182,224 Well region, 199 Spiral inductor, 200 High resistance silicon substrate, 223 High resistance region, Q21, Q22 Analog circuit transistor.
Claims (4)
前記SOI層に設けられ、各々に所定の素子が形成される複数の素子形成領域と、
前記SOI層に設けられ、前記複数の素子形成領域間を絶縁素子分離する素子分離領域と、
外部から電位固定可能なボディー領域とを備え、
前記ボディー領域は、前記複数の素子形成領域のうち、少なくとも1つの素子形成領域の表面あるいは裏面に接するように形成される、
半導体装置。 A semiconductor device having an SOI structure including a semiconductor substrate, a buried insulating layer, and an SOI layer,
A plurality of element formation regions provided in the SOI layer and each having a predetermined element formed thereon;
An element isolation region that is provided in the SOI layer and that isolates the plurality of element formation regions from each other;
It has a body region that can fix the potential from the outside,
The body region is formed so as to be in contact with the front surface or the back surface of at least one of the plurality of device formation regions.
Semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置。 The body region is formed in an upper layer portion of the buried insulating layer and is in contact with a back surface of the at least one element formation region.
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1記載の半導体装置。 The body region is formed through the buried insulating layer and is in contact with the back surface of the at least one element formation region.
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1記載の半導体装置。
The body region is provided above the at least one element forming region and is in contact with the surface of the at least one element forming region.
The semiconductor device according to claim 1.
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