JP2008198851A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置100において、p-基板101の表面層の一部にはBOX領域102が設けられる。BOX領域102は、ゲート電極110の中心から下ろした垂線Lc付近まで設けられており、ドレイン領域109および拡張ドレイン領域103をp-基板101から分離する。ドレイン領域109の厚さは150nm〜300nmのいずれかであり、BOX領域102の厚さは150nm以上である。
【選択図】図1
Description
各半導体装置のドレイン領域(図35の第1拡張ドレイン領域1003および第2拡張ドレイン領域1004、図36の拡張ドレイン領域1103)、ボディ領域(図35のpボディ領域1005およびp+埋め込み領域1007、図36のpボディ領域1105およびp+埋め込み領域1107)、ソース領域(図35のn+ソース領域1006、図36のn+ソース領域1106)が、寄生バイポーラトランジスタとなる。
gm = gm0/(1+gm0・Rs) ・・・(1)
(gm0:Rs=0時の相互コンダクタンス)
ft = gm/(2π(Cgs+Cgd)) ・・・(2)
(Cgs:ゲート−ソース間容量、Cgd:ゲート−ドレイン間容量)
(半導体装置100の構成)
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す図である。図1に示す半導体装置100は、抵抗率の高いp-基板101の一部領域に、埋め込み絶縁領域(BOX領域)102が設けられている。BOX領域102は、具体的には、半導体装置100のドレイン側からゲート電極110の下部に至る領域に形成されている。より詳細には、BOX領域102は、ゲート電極110のソース側端部とドレイン側端部との長さ方向の中心から下ろした垂線Lc付近にかけての領域に形成されている。BOX領域102は、たとえば二酸化シリコン(SiO2)によって形成される。
(参考文献1)エス・マーチャント(S.Merchant)、イー・アーノルド(E.Arnold)、エイチ・バウムガルト(H.Baumgart)、エス・ムカージー(S.Mukherjee),エイチ・ペイン(H.Pein)、アール・ピンカー(R.Pinker)著、“リアライゼイション・オブ・ハイ・ブレイクダウン・ボルテージ(>700V)・イン・ティン・SOIデバイス(Realizatin of High breakdown voltage (>700V) in thin SOI device)”、プロシーディング・オブ・サード・インターナショナル・シンポジウム・セミコンダクターデバイス&IC(Proc. 3rd Int. Symp. On Power Semiconductor devices&ICs)、1991年、p.31−35.
つぎに、半導体装置100の製造方法の一例について説明する。なお、半導体装置100の製造方法は、以下に説明するプロセスに限定されるものではない。
図15〜図17は、横エピタキシャル成長方式による部分SOI基板の製造工程を示す図である。まず、図15に示すように、p-基板301の表面層に酸化膜302を堆積または成長させ、パターニングする。また、BOX領域102(図1参照)となる酸化膜303を堆積または成長させ、パターンニングして、エピタキシャル成長窓304を形成する。つぎに、図16に示すように、選択エピタキシャル成長および横エピタキシャル成長によって、バルクエピ層およびSOI層305を形成する。
図18〜図21は、トレンチエピタキシャル成長方式による部分SOI基板の製造工程を示す図である。まず、図18に示すように、p-基板311にBOX層312およびSOI層313が堆積されたSOIウェハ310を用意する。つぎに、図19に示すように、SOI層313側から順に二酸化シリコン、多結晶シリコン、二酸化シリコン(SiO2,Poly−Si,SiO2)によって形成される複合ハードマスク314を、SOIウェハ310の表面層に形成し、フォトリソグラフィとRIEによってトレンチ形成用のエッチングマスクを形成する。
図22および図23は、部分SIMOX方式による部分SOI基板の製造工程を示す図である。まず、図22に示すように、p-基板321に対して部分的にマスク酸化膜322を形成する。マスク酸化膜322の形成には、任意の公知技術を用いることができる。つぎに、p-基板321に対して、酸素イオン(O+)をドーズ量0.7×1018〜1.8×1018cm-2、加速エネルギー100〜160KeVで注入する。。
つづいて、半導体装置の特性100について説明する。図24は、実施の形態1にかかる半導体装置の耐圧特性を示すグラフである。また、図25は、完全SOI基板を用いた従来構造の半導体装置および実施の形態1にかかる半導体装置のカットオフ周波数のシミュレーション結果を示すグラフである。ここで、完全SOI基板とは、図35に示す従来の薄膜SOIデバイスにおける基板のように、デバイスの全面にわたってBOX領域が設けられている基板のことである。
図31は、実施の形態2にかかる半導体装置の構成を示す図である。以下、図31に示す半導体装置400の構成のうち、実施の形態1にかかる半導体装置100と異なる点について説明する。半導体装置400では、拡張ドレイン領域が2つ設けられている。たとえば、ゲート電極110に近い拡張ドレイン領域を第1拡張ドレイン領域103a、n+ドレイン領域109に近い拡張ドレイン領域を第2拡張ドレイン領域103bとする。第2拡張ドレイン領域103bの抵抗率は、第1拡張ドレイン領域103aの抵抗率より低くなっている。
図32は、実施の形態3にかかる半導体装置の構成を示す図である。以下、図32に示す半導体装置500の構成のうち、実施の形態1にかかる半導体装置100と異なる点について説明する。まず、半導体装置500では、抵抗率の低いp+基板116上に抵抗率の高いp-領域(p-基板)101が設けられており、そのp-領域101の表面層の一部に、BOX領域102が設けられている。
図33は、実施の形態4にかかる半導体装置の構成を示す図である。以下、図33に示す半導体装置600の構成のうち、実施の形態1にかかる半導体装置100と異なる点について説明する。まず、半導体装置600は、実施の形態3にかかる半導体装置500と同様に、抵抗率の低いp+基板116上に抵抗率の高いp-領域(p-基板)101が設けられており、そのp-領域101の表面層の一部に、BOX領域102が設けられている。
(参考文献2)シー・エス・キム(C.S.Kim)、ジェイ・パーク(J.Park)、エイチ・ケイ・ユー(H.K.Yu)著、”トレンチド・シンカー・LDMOSFET(TS−LDMOS)ストラクチャー・フォー・ハイパワーアンプリファー・アプリケーション・アバーブ・2GHz(Trenched sinker LDMOSFET(TS−LDMOS) structure for high power amplifier application above 2GHz)”IEDM Tech.Dig,2001年12月、p.887−890,
(参考文献3)米国特許第5869875号明細書
101 p-基板(p-領域)
102 BOX領域(埋め込み絶縁領域)
103 拡張ドレイン領域(第2の半導体領域)
103a 第1拡張ドレイン領域(第2の半導体領域)
103b 第2拡張ドレイン領域(第4の半導体領域)
105 pボディ領域(第1の半導体領域)
106a ソース領域
106b プラグ領域
107 p+埋め込み領域(第3の半導体領域)
108 p+ボディコンタクト領域(低抵抗領域、第1の低抵抗領域)
109 ドレイン領域
110 ゲート電極
111 ソース電極
112 ドレイン電極
113 裏面電極
114 ゲート絶縁膜
115 p+プラグ領域(第2の低抵抗領域)
116 p+基板
117 p+拡散領域(第3の低抵抗領域)
118 層間酸化膜
Claims (7)
- 第1導電型の高抵抗率半導体基板と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に設けられた埋め込み絶縁領域と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に、前記埋め込み絶縁領域の側面および表面層の一部と接して設けられた、前記高抵抗率半導体基板よりも抵抗率の低い第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域の表面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記埋め込み絶縁領域の表面層の一部に、前記第1の半導体領域および前記高抵抗率半導体基板と離れて設けられた第2導電型の低抵抗率ドレイン領域と、
前記埋め込み絶縁領域の表面層の一部に、前記高抵抗率半導体基板と離れるとともに前記第1の半導体領域および前記低抵抗率ドレイン領域と接するように設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に前記第1の半導体領域と離れて設けられた第1導電型の低抵抗領域と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に、前記第1の半導体領域および前記低抵抗領域と接するように設けられた第2導電型の低抵抗率ソース領域と、
前記低抵抗率ドレイン領域の一部、前記第2の半導体領域、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、および前記低抵抗率ソース領域の一部を覆う層間酸化膜と、
前記低抵抗率ドレイン領域に接するドレイン電極と、
前記低抵抗率ソース領域および前記低抵抗領域に接するソース電極と、
前記高抵抗率半導体基板の裏面に設けられた裏面電極と、を備え、
前記低抵抗率ドレイン領域および前記第2の半導体領域の厚さは150nm〜300nmのいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 第1導電型の低抵抗率半導体基板上に設けられた第1導電型の高抵抗率領域と、
前記高抵抗率領域の表面層の一部に設けられた埋め込み絶縁領域と、
前記高抵抗率領域の表面層の一部に、前記埋め込み絶縁領域の側面および表面層の一部と接して設けられた、前記高抵抗率領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域の表面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記埋め込み絶縁領域の表面層の一部に、前記第1の半導体領域および前記高抵抗率領域と離れて設けられた第2導電型の低抵抗率ドレイン領域と、
前記埋め込み絶縁領域の表面層の一部に、前記高抵抗率領域と離れるとともに前記第1の半導体領域および前記低抵抗率ドレイン領域と接するように設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、
前記高抵抗率半導体領域の表面層の一部に前記第1の半導体領域と離れて設けられた第1導電型の第1の低抵抗領域と、
前記高抵抗率半導体領域の表面層の一部に、前記第1の半導体領域および前記第1の低抵抗領域と接するように設けられた第2導電型の低抵抗率ソース領域と、
前記低抵抗率ソース領域の下部に設けられた第2導電型のプラグ領域と、
前記高抵抗率半導体領域の表面層の一部に接して前記プラグ領域の下部に設けられた、前記プラグ領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第1の低抵抗領域、前記高抵抗率領域を貫き前記低抵抗率半導体基板に至るトレンチ内に設けられた第1導電型の第2の低抵抗領域と、
前記第2の低抵抗領域の周囲を覆う第1導電型の第3の低抵抗領域と、
前記低抵抗率ドレイン領域の一部、前記第2の半導体領域、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、および前記低抵抗率ソース領域の一部を覆う層間酸化膜と、
前記低抵抗率ドレイン領域に接するドレイン電極と、
前記低抵抗率ソース領域、前記第1の低抵抗領域、前記第2の低抵抗領域および前記第3の低抵抗領域に接するソース電極と、
前記低抵抗率半導体基板の裏面に設けられた裏面電極と、を備え、
前記低抵抗率ドレイン領域および前記第2の半導体領域の厚さは150nm〜300nmのいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 前記低抵抗率ドレイン領域と前記第2の半導体領域との間に前記第2の半導体領域よりも抵抗率の低い第2導電型の第4の半導体領域を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記埋め込み絶縁領域は二酸化シリコンで形成されており、前記埋め込み絶縁領域の厚さは400nm以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極の中心部側よりも前記ゲート電極の端部側の方が厚いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体領域は、前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜の側面に形成されたスペーサをマスクとしてイオン注入をおこなうことによって形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 第1導電型の高抵抗率半導体基板と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に設けられた埋め込み絶縁領域と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に、前記埋め込み絶縁領域の側面および表面層の一部と接して設けられた、前記高抵抗率半導体基板よりも抵抗率の低い第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域の表面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記埋め込み絶縁領域の表面層の一部に、前記第1の半導体領域および前記高抵抗率半導体基板と離れて設けられた第2導電型の低抵抗率ドレイン領域と、
前記埋め込み絶縁領域の表面層の一部に、前記高抵抗率半導体基板と離れるとともに前記第1の半導体領域および前記低抵抗率ドレイン領域と接するように設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に前記第1の半導体領域と離れて設けられた第1導電型の低抵抗領域と、
前記高抵抗率半導体基板の表面層の一部に、前記第1の半導体領域および前記低抵抗領域と接するように設けられた第2導電型の低抵抗率ソース領域と、
前記低抵抗率ドレイン領域の一部、前記第2の半導体領域、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、および前記低抵抗率ソース領域の一部を覆う層間酸化膜と、
前記低抵抗率ドレイン領域に接するドレイン電極と、
前記低抵抗率ソース領域および前記低抵抗領域に接するソース電極と、
前記高抵抗率半導体基板の裏面に設けられた裏面電極と、を備え、
前記ゲート絶縁領域が前記ゲート電極と重なる位置まで伸長していることを特徴とする半導体装置。
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