JP2007053399A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、更に言えば、下層と上層をコンタクト接続する際のコンタクト抵抗の低減化を図る技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique for reducing contact resistance when a lower layer and an upper layer are contact-connected.
以下、従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a conventional semiconductor device will be described with reference to the drawings.
図13において、1は半導体基板で、当該基板1上にゲート酸化膜2を介してゲート電極3が形成され、当該ゲート電極3に隣接するようにソース・ドレイン層4が形成されている。そして、前記ゲート電極を被覆する層間絶縁膜5が形成され、当該層間絶縁膜5に形成されたコンタクト孔6を介して前記ソース・ドレイン層4にコンタクトするソース・ドレイン電極7が形成されている。 In FIG. 13, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate. A gate electrode 3 is formed on the substrate 1 via a gate oxide film 2, and a source / drain layer 4 is formed adjacent to the gate electrode 3. Then, an interlayer insulating film 5 covering the gate electrode is formed, and source / drain electrodes 7 are formed in contact with the source / drain layer 4 through contact holes 6 formed in the interlayer insulating film 5. .
ここで、前記ソース・ドレイン電極を形成する際に、スパッタリング法でAl等の金属膜を堆積する場合には、コンタクト孔の縮小に伴いコンタクト孔内の金属膜のステップカバレッジが減少する。そのため、最近ではコンタクト孔内にタングステン膜等の導電性を有する膜をCVD法で埋め込み、その上にAl等の金属膜をパターニング形成して金属配線層とするものが実用化されている。 Here, when forming the source / drain electrodes, when a metal film such as Al is deposited by sputtering, the step coverage of the metal film in the contact hole is reduced as the contact hole is reduced. For this reason, recently, a conductive wiring film such as a tungsten film is buried in the contact hole by a CVD method, and a metal film such as Al is formed thereon by patterning to form a metal wiring layer.
このようなプラグコンタクト技術を採用し、各種トランジスタを構成する場合、コンタクト孔サイズが区々であると埋め込み後のエッチバック時のリセス量も区々になってしまい、極端に言えば、金属膜のステップカバレッジが埋め込まれていない場合と同程度まで悪化することもある。 When adopting such plug contact technology and configuring various transistors, if the contact hole size is various, the recess amount at the time of etching back after filling also varies. It may be as bad as when the step coverage is not embedded.
そのため、例えば0.35μm等の微細化プロセスで各種トランジスタを構成する場合、各コンタクト孔サイズは最小デザインルールのトランジスタのコンタクト孔サイズに揃える必要があり、あるトランジスタではコンタクト抵抗が高くなり、オン抵抗が上昇してしまうという問題があった。 For this reason, when various transistors are formed by a miniaturization process such as 0.35 μm, it is necessary to make each contact hole size the same as the contact hole size of a transistor with the minimum design rule. There was a problem that would rise.
そこで、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された第1のゲート酸化膜と、前記第1のゲート酸化膜上に形成された第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極に隣接するように前記半導体基板の表層に形成された第1のソース・ドレイン層とから成る第1のトランジスタと、前記半導体基板上に形成され、前記第1のゲート酸化膜よりも厚い膜厚を有する第2のゲート酸化膜と、前記第2のゲート酸化膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極に隣接するように前記半導体基板の表層に形成された第2のソース・ドレイン層とから成り、前記第1のトランジスタより高耐圧から成る第2のトランジスタとを有し、前記第1のトランジスタの第1のソース・ドレイン層にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数が、前記第2のトランジスタの第2のソース・ドレイン層にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数よりも少ないことを特徴とするものである。 Therefore, the semiconductor device of the present invention includes a first gate oxide film formed on a semiconductor substrate, a first gate electrode formed on the first gate oxide film, and the first gate electrode. A first transistor comprising a first source / drain layer formed on a surface layer of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the first transistor, and a film thickness greater than that of the first gate oxide film formed on the semiconductor substrate. A second gate oxide film, a second gate electrode formed on the second gate oxide film, and a second gate oxide film formed on a surface layer of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the second gate electrode. And a second contact transistor having a higher breakdown voltage than that of the first transistor and connected to the first source / drain layer of the first transistor. Number, and is characterized in that less than the number of plug contact portion to be contact connected to a second source-drain layer of the second transistor.
また、半導体基板上に形成された第1のゲート酸化膜と、前記第1のゲート酸化膜上に形成された第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極に隣接するように前記半導体基板の表層に形成された第1のソース・ドレイン層とから成る第1のトランジスタと、 前記半導体基板上に形成され、前記第1のゲート酸化膜よりも厚い膜厚を有する第2のゲート酸化膜と、前記第2のゲート酸化膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極に隣接するように前記半導体基板の表層に形成された第2のソース・ドレイン層とから成り、前記第1のトランジスタより高耐圧から成る第2のトランジスタとを有し、前記第1のトランジスタ側の下層配線と上層配線間にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数が、前記第2のトランジスタ側の下層配線と上層配線間にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数よりも少ないことを特徴とするものである。 A first gate oxide film formed on the semiconductor substrate; a first gate electrode formed on the first gate oxide film; and the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode. A first transistor comprising a first source / drain layer formed on the surface layer of the first gate oxide film; and a second gate oxide film formed on the semiconductor substrate and having a thickness greater than that of the first gate oxide film A second gate electrode formed on the second gate oxide film, and a second source / drain layer formed on the surface layer of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the second gate electrode. And a second transistor having a higher breakdown voltage than the first transistor, and the number of plug contact portions connected in contact between the lower layer wiring and the upper layer wiring on the first transistor side is the second transistor. Trang Is characterized in that less than the number of plug contact portion to be contact connected between static side of the lower layer wiring and the upper wiring.
更に、前記第2のトランジスタは前記ゲート電極下方にチャネルを構成する半導体層が形成され、当該半導体層に接するように前記ソース・ドレイン層と同一導電型の低濃度層が形成されていることを特徴とするものである。 In the second transistor, a semiconductor layer constituting a channel is formed below the gate electrode, and a low concentration layer having the same conductivity type as the source / drain layer is formed so as to be in contact with the semiconductor layer. It is a feature.
また、前記半導体層は、前記第2のゲート電極の下方中央部に構成されていることを特徴とするものである。 Further, the semiconductor layer is configured in a lower central portion of the second gate electrode.
更に、前記プラグコンタクト部は、デザインルールにおける最小寸法で形成されたコンタクト孔内に形成されていることを特徴とするものである。 Further, the plug contact portion is formed in a contact hole formed with a minimum dimension in a design rule.
また、前記プラグコンタクト部にはタングステン膜またはポリシリコン膜が埋め込まれていることを特徴とするものである。 Further, the plug contact portion is embedded with a tungsten film or a polysilicon film.
更に、前記第1のトランジスタに形成されたプラグコンタクト部は1列で、前記第2のトランジスタに形成されたプラグコンタクト部は複数列であることを特徴とするものである。 Further, the plug contact portions formed in the first transistor are in one row, and the plug contact portions formed in the second transistor are in a plurality of rows.
そして、電源パッドに近い箇所に配置された前記第1のトランジスタのプラグコンタクト部は複数列であることを特徴とするものである。 The plug contact portions of the first transistor arranged near the power supply pad are in a plurality of rows.
本発明によれば、コンタクト部の数を増加させることによりコンタクト抵抗の低減化が図れ、トランジスタのオン抵抗を低下させることができる。 According to the present invention, the contact resistance can be reduced by increasing the number of contact portions, and the on-resistance of the transistor can be reduced.
また、本発明では各種トランジスタを有し、デザインルールにおける最小寸法でコンタクト孔を形成するものにおいて、各トランジスタ毎に最適なコンタクト数を設定し、配置させることで、コンタクト抵抗の低減化が図れ、トランジスタのオン抵抗を低下させることができる。 Further, in the present invention having various transistors and forming contact holes with the minimum dimensions in the design rule, by setting and arranging the optimum number of contacts for each transistor, contact resistance can be reduced, The on-resistance of the transistor can be reduced.
更に、ソース・ドレイン層にコンタクト接続するためのコンタクト部に限らず、下層配線と上層配線とを接続するためのコンタクト部においても適用することで、より低抵抗化が図れる。 Furthermore, the resistance can be further reduced by applying not only to the contact portion for contact connection to the source / drain layer but also to the contact portion for connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring.
以下、本発明の半導体装置とその製造方法に係る一実施形態について、本発明を液晶駆動用ドライバを構成する各種MOSトランジスタが混載されて成る半導体装置に適用した実施形態について図面を参照しながら説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the invention will be described with reference to the drawings with respect to an embodiment in which the invention is applied to a semiconductor device in which various MOS transistors constituting a liquid crystal drive driver are mixedly mounted. To do.
上記液晶駆動用ドライバは、図10(a)の左側からロジック系の(例えば3V)Nチャネル型MOSトランジスタ、及びPチャネル型MOSトランジスタ、レベルシフタ用の(例えば30V)Nチャネル型MOSトランジスタ、高耐圧系の(例えば30V)Nチャネル型MOSトランジスタ,図10(b)の左側から低オン抵抗化が図られた高耐圧系の(例えば30V)Nチャネル型MOSトランジスタ、高耐圧系の(例えば30V)Pチャネル型MOSトランジスタ,及び低オン抵抗化が図られた高耐圧系の(例えば30V)Pチャネル型MOSトランジスタで構成される。尚、説明の便宜上、上記高耐圧系のMOSトランジスタと低オン抵抗化が図られた高耐圧系のMOSトランジスタとを差別化するため、以下の説明では低オン抵抗化が図られた高耐圧系のMOSトランジスタをSLED(SLit channel by counter doping with Extended shallow Drain)MOSトランジスタと呼称する。 From the left side of FIG. 10A, the above-mentioned driver for liquid crystal driving is a logic (for example, 3V) N-channel MOS transistor, a P-channel MOS transistor, a level shifter (for example 30V) N-channel MOS transistor, a high breakdown voltage (For example, 30V) N-channel MOS transistor, high withstand voltage (for example, 30V) N-channel MOS transistor with low on-resistance from the left side of FIG. 10B, high withstand voltage (for example, 30V) It is composed of a P-channel MOS transistor and a high-breakdown-voltage (for example, 30 V) P-channel MOS transistor with low on-resistance. For the sake of convenience of explanation, in order to differentiate the high withstand voltage MOS transistor from the high withstand voltage MOS transistor with low on-resistance, the following description will be made with a high withstand voltage system with low on resistance. This MOS transistor is referred to as an SLED (Slit channel by counter doping with extended shallow drain) MOS transistor.
このような液晶駆動用ドライバを構成する各種MOSトランジスタが混載されて成る半導体装置では、図10に示すように上記高耐圧系のPチャネル型MOSトランジスタと上記低オン抵抗化が図られた高耐圧系のPチャネル型SLEDMOSトランジスタが構成されるN型ウエル23が段差高部となり、その他の各種MOSトランジスタが構成されるP型ウエル22が段差低部に構成される。言い換えれば、微細なロジック系の(例えば、3V)Nチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタが段差低部に配置されるように構成されている。 In a semiconductor device in which various MOS transistors constituting such a liquid crystal driver are mixedly mounted, as shown in FIG. 10, the high breakdown voltage P-channel MOS transistor and the low breakdown voltage are reduced. The N-type well 23 in which the P-channel type SLED MOS transistor of the system is formed has a step high portion, and the P-type well 22 in which other various MOS transistors are formed in the step low portion. In other words, a fine logic system (for example, 3V) N-channel MOS transistor and P-channel MOS transistor are arranged in a low step portion.
以下、上記半導体装置の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device will be described.
先ず、図1において、各種MOSトランジスタを構成するための領域を画定するために、例えばP型の半導体基板(P−sub)21内にP型ウエル(PW)22及びN型ウエル(NW)23をLOCOS法を用いて形成する。即ち、図示した説明は省略するが、前記基板21のN型ウエル形成領域上にパッド酸化膜及びシリコン窒化膜を形成し、当該パッド酸化膜及びシリコン窒化膜をマスクにして、例えばボロンイオンをおよそ80KeVの加速電圧で、8×10/12cm2の注入条件でイオン注入して、イオン注入層を形成する。その後、前記シリコン窒化膜をマスクに基板表面をLOCOS法によりフィールド酸化してLOCOS膜を形成する。このとき、LOCOS膜形成領域下にイオン注入されていたボロンイオンが基板内部に拡散されてP型層が形成される。 First, in FIG. 1, in order to demarcate regions for forming various MOS transistors, for example, a P-type well (PW) 22 and an N-type well (NW) 23 are provided in a P-type semiconductor substrate (P-sub) 21. Is formed using the LOCOS method. That is, although the illustrated explanation is omitted, a pad oxide film and a silicon nitride film are formed on the N-type well formation region of the substrate 21, and, for example, boron ions are approximately formed using the pad oxide film and the silicon nitride film as a mask. at an acceleration voltage of 80 KeV, and ion implantation of 8 × 10/12 cm 2 implantation conditions to form an ion implantation layer. Thereafter, the surface of the substrate is field oxidized by the LOCOS method using the silicon nitride film as a mask to form a LOCOS film. At this time, boron ions that have been ion-implanted under the LOCOS film formation region are diffused into the substrate to form a P-type layer.
次に、前記パッド酸化膜及びシリコン窒化膜を除去した後に、前記LOCOS膜をマスクに基板表面にリンイオンをおよそ80KeVの加速電圧で、9×1012/cm2の注入条件でイオン注入してイオン注入層を形成する。そして、前記LOCOS膜を除去した後に、前記基板に注入された各不純物イオンを熱拡散させて、P型ウエル及びN型ウエルを形成することで、図1に示すように前記基板21内に形成されるP型ウエル22は段差低部に配置され、N型ウエル23は段差高部に配置される。 Next, after removing the pad oxide film and silicon nitride film, phosphorus ions are ion-implanted into the substrate surface with the LOCOS film as a mask at an acceleration voltage of about 80 KeV under an implantation condition of 9 × 10 12 / cm 2. An injection layer is formed. Then, after removing the LOCOS film, each impurity ion implanted into the substrate is thermally diffused to form a P-type well and an N-type well, thereby forming in the substrate 21 as shown in FIG. The P-type well 22 is disposed at a step low portion, and the N-type well 23 is disposed at a step high portion.
そして、図2において、各MOSトランジスタ毎に素子分離するため、およそ500nm程度の素子分離膜24をLOCOS法により形成し、この素子分離膜24以外の活性領域上におよそ80nm程度の高耐圧用の厚いゲート酸化膜25を熱酸化により形成する。 In FIG. 2, an element isolation film 24 of about 500 nm is formed by the LOCOS method in order to isolate each MOS transistor, and a high breakdown voltage of about 80 nm is formed on the active region other than the element isolation film 24. A thick gate oxide film 25 is formed by thermal oxidation.
続いて、レジスト膜をマスクにして第1の低濃度のN型及びP型のソース・ドレイン層(以下、LN層26、LP層27と称す。)を形成する。即ち、先ず、不図示のレジスト膜でLN層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばリンイオンをおよそ120KeVの加速電圧で、8×1012/cm2の注入条件でイオン注入してLN層26を形成する。その後、レジスト膜(PR)でLP層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばボロンイオンをおよそ120KeVの加速電圧で、8.5×1012/cm2の注入条件でイオン注入してLP層27を形成する。尚、実際には後工程のアニール工程(例えば、1100℃のN2雰囲気中で、2時間)を経て、上記イオン注入された各イオン種が熱拡散されてLN層26及びLP層27となる。 Subsequently, first low-concentration N-type and P-type source / drain layers (hereinafter referred to as LN layer 26 and LP layer 27) are formed using the resist film as a mask. That is, first, for example, phosphorus ions are ion-implanted under an implantation condition of 8 × 10 12 / cm 2 at an acceleration voltage of about 120 KeV in a state where a region other than the LN layer formation region is covered with a resist film (not shown). Thus, the LN layer 26 is formed. After that, the region other than the LP layer formation region is covered with a resist film (PR), and, for example, boron ions are ion-implanted at an acceleration voltage of about 120 KeV and an implantation condition of 8.5 × 10 12 / cm 2. The LP layer 27 is formed by implantation. Actually, after the subsequent annealing process (for example, in an N 2 atmosphere at 1100 ° C. for 2 hours), each ion-implanted ion species is thermally diffused to become the LN layer 26 and the LP layer 27. .
続いて、図3において、Pチャネル型及びNチャネル型SLEDMOSトランジスタ形成領域の形成された前記LN層26間及びLP層27間にレジスト膜をマスクにしてそれぞれ第2の低濃度のN型及びP型のソース・ドレイン層(以下、SLN層28及びSLP層29と称す。)を形成する。即ち、先ず、不図示のレジスト膜でSLN層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばリンイオンをおよそ120KeVの加速電圧で、1.5×1012/cm2の注入条件でイオン注入して前記LN層26に連なるSLN層28を形成する。その後、レジスト膜(PR)でSLP層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばニフッ化ボロンイオン(49BF2+)をおよそ140KeVの加速電圧で、2.5×1012/cm2の注入条件でイオン注入して前記LP層27に連なるSLP層29を形成する。尚、前記LN層26と前記SLN層28または前記LP層27と前記SLP層29の不純物濃度は、ほぼ同等であるか、どちらか一方が高くなるように設定されている。 Subsequently, in FIG. 3, the second low-concentration N-type and P-type are formed by using a resist film as a mask between the LN layer 26 and the LP layer 27 where the P-channel and N-channel SLED MOS transistor formation regions are formed. A source / drain layer of a type (hereinafter referred to as SLN layer 28 and SLP layer 29) is formed. That is, first, a region other than the SLN layer formation region is covered with a resist film (not shown) and, for example, phosphorus ions are implanted at an acceleration voltage of about 120 KeV and an injection condition of 1.5 × 10 12 / cm 2. Ions are implanted to form an SLN layer 28 that continues to the LN layer 26. Thereafter, with the resist film (PR) covering a region other than the region on which the SLP layer is formed, for example, boron difluoride ions ( 49 BF 2+ ) are applied to the substrate surface layer at an acceleration voltage of approximately 140 KeV at 2.5 × 10 12 / An SLP layer 29 connected to the LP layer 27 is formed by ion implantation under a cm 2 implantation condition. The impurity concentrations of the LN layer 26 and the SLN layer 28 or the LP layer 27 and the SLP layer 29 are set to be substantially the same or one of them is increased.
更に、図4において、レジスト膜をマスクにして高濃度のN型及びP型のソース・ドレイン層(以下、N+層30、P+層31と称す。)を形成する。即ち、先ず、不図示のレジスト膜でN+層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばリンイオンをおよそ80KeVの加速電圧で、2×1015/cm2の注入条件でイオン注入してN+層30を形成する。その後、レジスト膜(PR)でP+層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばニフッ化ボロンイオンをおよそ140KeVの加速電圧で、2×1015/cm2の注入条件でイオン注入してP+層31を形成する。 Further, in FIG. 4, high-concentration N-type and P-type source / drain layers (hereinafter referred to as N + layer 30 and P + layer 31) are formed using the resist film as a mask. That is, first, for example, phosphorus ions are ion-implanted at an acceleration voltage of about 80 KeV and an implantation condition of 2 × 10 15 / cm 2 in a state in which a region other than the N + layer formation region is covered with a resist film (not shown). Thus, the N + layer 30 is formed. Thereafter, for example, boron difluoride ions are ion-implanted at an acceleration voltage of about 140 KeV under an implantation condition of 2 × 10 15 / cm 2 in a state where the region other than the P + layer formation region is covered with a resist film (PR). P + layer 31 is formed by implantation.
次に、図5において、前記SLN層28及びSLP層29の形成用のマスク開口径(図3参照)よりも細い開口径を有するレジスト膜をマスクにして前記LN層26に連なるSLN層28の中央部及び前記LP層27に連なるSLP層29の中央部にそれぞれ逆導電型の不純物をイオン注入することで、当該SLN層28及びSLP層29を分断するP型ボディ層32及びN型ボディ層33を形成する。即ち、先ず、不図示のレジスト膜でP型層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばニフッ化ボロンイオンをおよそ120KeVの加速電圧で、5×1012/cm2の注入条件でイオン注入してP型ボディ層32を形成する。その後、レジスト膜(PR)でN型層形成領域上以外の領域を被覆した状態で基板表層に、例えばリンイオンをおよそ190KeVの加速電圧で、5×1012/cm2の注入条件でイオン注入してN型ボディ層33を形成する。尚、上記図3〜図5に示すイオン注入工程に関する作業工程順は、適宜変更可能なものであり、前記P型ボディ層32及びN型ボディ層33の表層部にチャネルが構成される。 Next, in FIG. 5, the SLN layer 28 connected to the LN layer 26 is masked with a resist film having an opening diameter smaller than the mask opening diameter for forming the SLN layer 28 and the SLP layer 29 (see FIG. 3). A P-type body layer 32 and an N-type body layer that divide the SLN layer 28 and the SLP layer 29 by ion-implanting a reverse conductivity type impurity into the central portion and the central portion of the SLP layer 29 connected to the LP layer 27, respectively. 33 is formed. That is, first, for example, boron difluoride ions are implanted at 5 × 10 12 / cm 2 at an acceleration voltage of about 120 KeV into the substrate surface in a state where a region other than the P-type layer formation region is covered with a resist film (not shown). P-type body layer 32 is formed by ion implantation under conditions. Thereafter, for example, phosphorus ions are ion-implanted into the substrate surface layer with a resist film (PR) other than the region on the N-type layer formation region at an acceleration voltage of approximately 190 KeV and an implantation condition of 5 × 10 12 / cm 2. Thus, the N-type body layer 33 is formed. 3 to 5 can be changed as appropriate, and channels are formed in the surface layer portions of the P-type body layer 32 and the N-type body layer 33.
更に、図6において、前記通常耐圧用の微細化Nチャネル型及びPチャネル型MOSトランジスタ形成領域の基板(P型ウエル22)内に第2のP型ウエル(SPW)34及び第2のN型ウエル(SNW)35を形成する。 Further, in FIG. 6, a second P-type well (SPW) 34 and a second N-type are formed in the substrate (P-type well 22) in the region for forming the miniaturized N-channel and P-channel MOS transistors for the normal breakdown voltage. A well (SNW) 35 is formed.
即ち、前記通常耐圧のNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に開口を有する不図示のレジスト膜をマスクにして前記P型ウエル22内に、例えばボロンイオンをおよそ190KeVの加速電圧で、1.5×1013/cm2の第1の注入条件でイオン注入後、同じくボロンイオンをおよそ50KeVの加速電圧で、2.6×1012/cm2の第2の注入条件でイオン注入して、第2のP型ウエル34を形成する。また、前記通常耐圧用のPチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に開口を有するレジスト膜(PR)をマスクにして前記P型ウエル22内に例えばリンイオンをおよそ380KeVの加速電圧で、1.5×1013/cm2の注入条件でイオン注入して、第2のN型ウエル35を形成する。尚、380KeV程度の高加速電圧発生装置が無い場合には、2価のリンイオンをおよそ190KeVの加速電圧で、1.5×1013/cm2の注入条件でイオン注入するダブルチャージ方式でも良い。続いてリンイオンをおよそ140KeVの加速電圧で、4.0×1012/cm2の注入条件でイオン注入する。 That is, using a resist film (not shown) having an opening on the normal breakdown voltage N-channel MOS transistor formation region as a mask, boron ions, for example, are applied at an acceleration voltage of about 190 KeV and 1.5 × in the P-type well 22. After ion implantation under the first implantation condition of 10 13 / cm 2 , boron ions are also implanted under the second implantation condition of 2.6 × 10 12 / cm 2 at an acceleration voltage of approximately 50 KeV, The P-type well 34 is formed. Further, for example, phosphorus ions are implanted into the P-type well 22 at an acceleration voltage of about 380 KeV with a resist film (PR) having an opening on the normal breakdown voltage P-channel MOS transistor formation region as a mask. Ions are implanted under an implantation condition of 13 / cm 2 to form a second N-type well 35. If there is no high acceleration voltage generator of about 380 KeV, a double charge method in which divalent phosphorus ions are ion-implanted under an implantation condition of 1.5 × 10 13 / cm 2 at an acceleration voltage of about 190 KeV may be used. Subsequently, phosphorus ions are ion-implanted at an acceleration voltage of approximately 140 KeV under an implantation condition of 4.0 × 10 12 / cm 2 .
次に、通常耐圧用のNチャネル型及びPチャネル型MOSトランジスタ形成領域上とレベルシフタ用のNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の前記ゲート酸化膜25を除去した後に、図7に示すように、この領域上に新たに所望の膜厚のゲート酸化膜を形成する。 Next, after removing the gate oxide film 25 on the normal breakdown voltage N-channel and P-channel MOS transistor formation regions and the level shifter N-channel MOS transistor formation region, as shown in FIG. A gate oxide film having a desired film thickness is newly formed on the region.
即ち、先ず、全面にレベルシフタ用のNチャネル型MOSトランジスタ用におよそ14nm程度(この段階では、およそ7nm程度であるが、後述する通常耐圧用のゲート酸化膜形成時に膜厚が増大する。)のゲート酸化膜36を熱酸化により形成する。続いて、通常耐圧用のNチャネル型及びPチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に形成された前記レベルシフタ用のNチャネル型MOSトランジスタのゲート酸化膜36を除去した後に、この領域に通常耐圧用の薄いゲート酸化膜37(およそ7nm程度)を熱酸化により形成する。 That is, first, it is about 14 nm for the N-channel type MOS transistor for the level shifter on the entire surface (at this stage, it is about 7 nm, but the film thickness increases when a gate oxide film for normal breakdown voltage described later is formed). A gate oxide film 36 is formed by thermal oxidation. Subsequently, after removing the gate oxide film 36 of the level shifter N-channel MOS transistor formed on the normal breakdown voltage N-channel and P-channel MOS transistor formation regions, the normal breakdown voltage thin film is formed in this region. A gate oxide film 37 (about 7 nm) is formed by thermal oxidation.
続いて、図8において、全面におよそ100nm程度のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜にPOCl3を熱拡散源として熱拡散し導電化した後に、このポリシリコン膜上におよそ100nm程度のタングステンシリサイド膜、更にはおよそ150nm程度のSiO2膜を積層し、不図示のレジスト膜を用いてパターニングして各MOSトランジスタ用のゲート電極38A,38B,38C,38D,38E,38F,38Gを形成する。尚、前記SiO2膜は、パターニング時のハードマスクとして働く。 Subsequently, in FIG. 8, a polysilicon film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface. After POCl 3 is thermally diffused and made conductive using this polysilicon film as a heat diffusion source, a polysilicon film having a thickness of about 100 nm is formed on the polysilicon film. A tungsten silicide film and a SiO 2 film of about 150 nm are stacked and patterned using a resist film (not shown) to form gate electrodes 38A, 38B, 38C, 38D, 38E, 38F, and 38G for each MOS transistor. To do. The SiO 2 film serves as a hard mask during patterning.
続いて、図9において、前記通常耐圧用のNチャネル型及びPチャネル型MOSトランジスタ用に低濃度のソース・ドレイン層を形成する。 Subsequently, in FIG. 9, low concentration source / drain layers are formed for the normal breakdown voltage N-channel and P-channel MOS transistors.
即ち、先ず、通常耐圧用のNチャネル型MOSトランジスタ用の低濃度ソース・ドレイン層形成領域上以外の領域を被覆する不図示のレジスト膜をマスクにして、例えばリンイオンをおよそ20KeVの加速電圧で、6.2×1013/cm2の注入条件でイオン注入して、低濃度のN−型ソース・ドレイン層39を形成する。また、通常耐圧用のPチャネル型MOSトランジスタ用の低濃度ソース・ドレイン層形成領域上以外の領域を被覆するレジスト膜(PR)をマスクにして、例えばニフッ化ボロンイオンをおよそ20KeVの加速電圧で、2×1013/cm2の注入条件でイオン注入して、低濃度のP−型ソース・ドレイン層40を形成する。 That is, first, using a resist film (not shown) that covers a region other than the low-concentration source / drain layer formation region for a normal breakdown voltage N-channel MOS transistor as a mask, for example, phosphorus ions are applied at an acceleration voltage of about 20 KeV. Ions are implanted under an implantation condition of 6.2 × 10 13 / cm 2 to form a low concentration N − -type source / drain layer 39. Further, using a resist film (PR) covering a region other than the low-concentration source / drain layer formation region for a normal breakdown voltage P-channel MOS transistor as a mask, for example, boron difluoride ions are applied at an acceleration voltage of about 20 KeV. Ions are implanted under an implantation condition of 2 × 10 13 / cm 2 to form a low concentration P − -type source / drain layer 40.
更に、図10において、全面に前記ゲート電極38A,38B,38C,38D,38E,38F,38Gを被覆するようにおよそ250nm程度のTEOS膜41をLPCVD法により形成し、前記通常耐圧用のNチャネル型及びPチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に開口を有するレジスト膜(PR)をマスクにして前記TEOS膜41を異方性エッチングする。これにより、図10に示すように前記ゲート電極38A,38Bの両側壁部にサイドウォールスペーサ膜41Aが形成され、前記レジスト膜(PR)で被覆された領域にはTEOS膜41がそのまま残る。 Further, in FIG. 10, a TEOS film 41 of about 250 nm is formed by LPCVD so as to cover the gate electrodes 38A, 38B, 38C, 38D, 38E, 38F, and 38G on the entire surface, and the normal breakdown voltage N channel is formed. The TEOS film 41 is anisotropically etched using a resist film (PR) having an opening over the mold and P channel type MOS transistor formation region as a mask. As a result, as shown in FIG. 10, sidewall spacer films 41A are formed on both side walls of the gate electrodes 38A, 38B, and the TEOS film 41 remains as it is in the region covered with the resist film (PR).
そして、前記ゲート電極38Aとサイドウォールスペーサ膜41A並びに、前記ゲート電極38Bとサイドウォールスペーサ膜41Aをマスクにして、前記通常耐圧用のNチャネル型及びPチャネル型MOSトランジスタ用に高濃度のソース・ドレイン層を形成する。 Then, using the gate electrode 38A and the sidewall spacer film 41A, and the gate electrode 38B and the sidewall spacer film 41A as a mask, a high-concentration source transistor for the normal breakdown voltage N-channel and P-channel MOS transistors is used. A drain layer is formed.
即ち、通常耐圧用のNチャネル型MOSトランジスタ用の高濃度ソース・ドレイン層形成領域上以外の領域を被覆する不図示のレジスト膜をマスクにして、例えばヒ素イオンをおよそ100KeVの加速電圧で、5×1015/cm2の注入条件でイオン注入して、高濃度のN+型ソース・ドレイン層42を形成する。また、通常耐圧用のPチャネル型MOSトランジスタ用の高濃度ソース・ドレイン層形成領域上以外の領域を被覆する不図示のレジスト膜をマスクにして、例えばニフッ化ボロンイオンをおよそ40KeVの加速電圧で、2×1015/cm2の注入条件でイオン注入して、高濃度のP+型ソース・ドレイン層43を形成する。 That is, using a resist film (not shown) that covers a region other than the high-concentration source / drain layer forming region for a normal breakdown voltage N-channel MOS transistor as a mask, for example, arsenic ions are applied at an acceleration voltage of about 100 KeV. Ions are implanted under the conditions of × 10 15 / cm 2 to form a high concentration N + type source / drain layer 42. Further, using a resist film (not shown) that covers a region other than the high concentration source / drain layer forming region for the normal breakdown voltage P channel type MOS transistor as a mask, for example, boron difluoride ions are applied at an acceleration voltage of about 40 KeV. Ions are implanted under an implantation condition of 2 × 10 15 / cm 2 to form a high concentration P + type source / drain layer 43.
以下、全面にTEOS膜及びBPSG膜等からなるおよそ600nm程度の層間絶縁膜45を形成した後に、前記各高濃度のソース・ドレイン層30,31,42,43にコンタクト接続する金属配線層48を形成することで、前記液晶駆動用ドライバを構成する通常耐圧用のNチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタ、レベルシフタ用のNチャネル型MOSトランジスタ、高耐圧用のNチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタ,低オン抵抗化が図られた高耐圧用のNチャネル型SLEDMOSトランジスタ及びPチャネル型SLEDMOSトランジスタが完成する(図11参照)。 Thereafter, an interlayer insulating film 45 of about 600 nm made of a TEOS film, a BPSG film or the like is formed on the entire surface, and then a metal wiring layer 48 connected in contact with each of the high concentration source / drain layers 30, 31, 42, 43 is formed. By forming, the normal-voltage N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor, the level shifter N-channel MOS transistor, the high-voltage N-channel MOS transistor and the P-channel constituting the liquid crystal driving driver. A high-breakdown-voltage N-channel SLEDMOS transistor and a P-channel SLEDMOS transistor with reduced on-resistance are completed (see FIG. 11).
ここで、本発明の特徴は、前記各ソース・ドレイン層30,31,42,43に金属配線層48をコンタクト接続するためのコンタクト部の構成及びその形成方法にある。 Here, the present invention is characterized in the configuration of a contact portion and a method of forming the contact portion for connecting the metal wiring layer 48 to the source / drain layers 30, 31, 42 and 43.
以下、本発明のコンタクト部の構成について図11を参照しながら説明する。尚、図11では各Nチャネル型の通常耐圧のMOSトランジスタ(A)、高耐圧MOSトランジスタ(B)及びSLEDMOSトランジスタ(C)を例示して説明するが、各Pチャネル型の通常耐圧のMOSトランジスタ、高耐圧MOSトランジスタ及びSLEDMOSトランジスタに関しても同様である。 Hereinafter, the configuration of the contact portion of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 11, each N channel type normal withstand voltage MOS transistor (A), high voltage MOS transistor (B), and SLEDMOS transistor (C) will be described as an example. The same applies to the high voltage MOS transistor and the SLEDMOS transistor.
本発明では、図11に示すように層間絶縁膜45に前記ソース・ドレイン層30,42にコンタクトするコンタクト孔46を形成し、このコンタクト孔46内に例えばタングステン膜等の導電性を有する膜を埋め込むことでプラグコンタクト部47を形成し、このプラグコンタクト部47上にAl膜等から成る金属配線層48を形成し、ソース・ドレイン電極を形成している。 In the present invention, as shown in FIG. 11, a contact hole 46 that contacts the source / drain layers 30 and 42 is formed in the interlayer insulating film 45, and a conductive film such as a tungsten film is formed in the contact hole 46. A plug contact portion 47 is formed by embedding, a metal wiring layer 48 made of an Al film or the like is formed on the plug contact portion 47, and source / drain electrodes are formed.
このとき、液晶駆動用ドライバを構成する各種トランジスタ別にプラグコンタクト部47の配置を異ならせている。本実施形態では、少なくとも通常耐圧のMOSトランジスタ(A)のソース・ドレイン層42に対してはプラグコンタクト部47を1列に配置させ、高耐圧MOSトランジスタ(B)及びSLEDMOSトランジスタ(C)のソース・ドレイン層30に対しては複数列(例えば、2列)にプラグコンタクト部47を配置させている(図12参照)。 At this time, the arrangement of the plug contact portion 47 is made different for each type of transistor constituting the liquid crystal driving driver. In the present embodiment, at least the source / drain layer 42 of the normal breakdown voltage MOS transistor (A) is provided with the plug contact portions 47 arranged in a row, and the sources of the high breakdown voltage MOS transistor (B) and the SLEDMOS transistor (C). The plug contact portions 47 are arranged in a plurality of rows (for example, two rows) with respect to the drain layer 30 (see FIG. 12).
このため本発明では、プラグコンタクト部47の数を増加させることによりコンタクト抵抗の低減化が図れ、トランジスタのオン抵抗を低下させることができる。 Therefore, in the present invention, the contact resistance can be reduced by increasing the number of plug contact portions 47, and the on-resistance of the transistor can be lowered.
このように本発明では、各種トランジスタを有し、デザインルールにおける最小寸法でコンタクト孔を形成するものにおいて、各トランジスタ毎に最適なコンタクト数を設定し、配置させることで、コンタクト抵抗の低減化が図れ、トランジスタのオン抵抗を低下させることができる。 As described above, the present invention has various transistors and forms contact holes with the minimum dimensions in the design rule. By setting and arranging the optimum number of contacts for each transistor, the contact resistance can be reduced. As a result, the on-resistance of the transistor can be reduced.
また、タングステン膜に限らずポリシリコン膜等を埋め込むものであっても良く、更には導電膜をエッチバックすることでコンタクト孔46内に埋め込む代わりに、エッチバックしないでそのまま配線としても良い。 Further, not only the tungsten film but also a polysilicon film or the like may be embedded. Furthermore, instead of embedding the conductive film in the contact hole 46 by etching back, the wiring may be used as it is without etching back.
尚、本実施形態では、通常耐圧のMOSトランジスタに対してはプラグコンタクト部47を1列配置させているが、当該通常耐圧のMOSトランジスタにおいてもプラグコンタクト部47を複数列配置させるものであっても良く、例えば、電源パッドに近い箇所に配置される通常耐圧のMOSトランジスタではプラグコンタクト部47を複数列配置させることで信頼性が向上し、また“H”、“L”信号を伝達するだけのものであればプラグコンタクト部47を1列配置させる構成で十分である。 In this embodiment, the plug contact portions 47 are arranged in one row for the normal withstand voltage MOS transistors. However, in the normal withstand voltage MOS transistors, the plug contact portions 47 are arranged in a plurality of rows. For example, in a normally withstand voltage MOS transistor arranged near the power supply pad, the plug contact portions 47 are arranged in a plurality of rows, thereby improving the reliability and transmitting only the “H” and “L” signals. For example, a configuration in which the plug contact portions 47 are arranged in one row is sufficient.
また、本実施形態ではソース・ドレイン層にコンタクト接続するためのコンタクト部に対して説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、下層配線と上層配線とを接続するためのコンタクト部においても適用可能なものであり、特にSLEDMOSトランジスタのように高耐圧化と低オン抵抗化が図られたものでは、下層配線と上層配線(例えば、本プロセスは3層配線構造であるため、2層配線と3層配線)とをコンタクト接続するためのコンタクト部にも適用することで、より低抵抗化が図れる。 Further, in the present embodiment, the contact portion for contact connection to the source / drain layer is described, but the present invention is not limited to this, and is for connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring. It can also be applied to the contact portion. Particularly in the case where a high breakdown voltage and a low on-resistance are achieved as in the SLEDMOS transistor, the lower layer wiring and the upper layer wiring (for example, this process has a three-layer wiring structure). The resistance can be further reduced by applying to the contact portion for connecting the two-layer wiring and the three-layer wiring).
Claims (8)
前記半導体基板上に形成され、前記第1のゲート酸化膜よりも厚い膜厚を有する第2のゲート酸化膜と、前記第2のゲート酸化膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極に隣接するように前記半導体基板の表層に形成された第2のソース・ドレイン層とから成り、前記第1のトランジスタより高耐圧から成る第2のトランジスタとを有し、
前記第1のトランジスタの第1のソース・ドレイン層にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数が、前記第2のトランジスタの第2のソース・ドレイン層にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数よりも少ないことを特徴とする半導体装置。 A first gate oxide film formed on the semiconductor substrate; a first gate electrode formed on the first gate oxide film; and a surface layer of the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode A first transistor comprising a first source / drain layer formed on
A second gate oxide film formed on the semiconductor substrate and having a thickness larger than the first gate oxide film; a second gate electrode formed on the second gate oxide film; A second source / drain layer formed on a surface layer of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the second gate electrode, and a second transistor having a higher breakdown voltage than the first transistor,
The number of plug contact portions contact-connected to the first source / drain layer of the first transistor is larger than the number of plug contact portions contact-connected to the second source / drain layer of the second transistor. There are few semiconductor devices.
前記半導体基板上に形成され、前記第1のゲート酸化膜よりも厚い膜厚を有する第2のゲート酸化膜と、前記第2のゲート酸化膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極に隣接するように前記半導体基板の表層に形成された第2のソース・ドレイン層とから成り、前記第1のトランジスタより高耐圧から成る第2のトランジスタとを有し、
前記第1のトランジスタ側の下層配線と上層配線間にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数が、前記第2のトランジスタ側の下層配線と上層配線間にコンタクト接続されるプラグコンタクト部の数よりも少ないことを特徴とする半導体装置。 A first gate oxide film formed on the semiconductor substrate; a first gate electrode formed on the first gate oxide film; and a surface layer of the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode A first transistor comprising a first source / drain layer formed on
A second gate oxide film formed on the semiconductor substrate and having a thickness larger than the first gate oxide film; a second gate electrode formed on the second gate oxide film; A second source / drain layer formed on a surface layer of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the second gate electrode, and a second transistor having a higher breakdown voltage than the first transistor,
The number of plug contact portions that are contact-connected between the lower layer wiring and the upper layer wiring on the first transistor side is larger than the number of plug contact portions that are contact-connected between the lower layer wiring and the upper layer wiring on the second transistor side. There are few semiconductor devices.
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