JP2009004800A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、MISFET(metal insulator semiconductor field effect transistor)を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having a metal insulator semiconductor field effect transistor (MISFET).
隣接する半導体素子を互いに電気的に分離する素子分離技術の1つに、素子分離領域となる基板に、たとえば0.3〜0.4μm程度の深さの溝を設け、これに絶縁膜を埋め込むことにより形成される溝アイソレーションがある。 As one of element isolation techniques for electrically separating adjacent semiconductor elements from each other, a trench having a depth of about 0.3 to 0.4 μm is provided in a substrate serving as an element isolation region, and an insulating film is embedded therein. There is a groove isolation formed by this.
以下は、本発明者によって検討された溝アイソレーションの形成技術であり、その概要は次のとおりである。 The following is a groove isolation forming technique studied by the present inventors, and the outline thereof is as follows.
まず、基板の表面をエッチングして素子分離領域に深さ0.3〜0.4μm程度の溝を形成する。続いて基板に900℃程度の熱酸化を施した後、溝の内部を含む基板上にCVD(chemical vapor deposition)法で厚さ0.6μm程度の酸化シリコン膜を堆積する。この酸化シリコン膜は、例えば酸素(またはオゾン)とテトラエトキシシラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマCVD法で堆積される。その後、1000℃程度の熱処理を行って膜を緻密化(デンシファイ)する。次に、酸化シリコン膜の表面をCMP(chemical mechanical polishing)法で研磨、平坦化することによって溝の内部を酸化シリコン膜で埋め込み、基板の主面に溝アイソレーションを形成する。 First, the surface of the substrate is etched to form a groove having a depth of about 0.3 to 0.4 μm in the element isolation region. Subsequently, after the substrate is thermally oxidized at about 900 ° C., a silicon oxide film having a thickness of about 0.6 μm is deposited on the substrate including the inside of the groove by a CVD (chemical vapor deposition) method. This silicon oxide film is deposited by a plasma CVD method using, for example, oxygen (or ozone) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas. Thereafter, a heat treatment at about 1000 ° C. is performed to densify the film. Next, the surface of the silicon oxide film is polished and planarized by a CMP (chemical mechanical polishing) method to fill the inside of the groove with a silicon oxide film, thereby forming groove isolation on the main surface of the substrate.
なお、たとえば培風館発行「ULSIプロセス技術」1997年6月10日発行、原央編、P236〜P238(非特許文献1)に、溝素子分離に関する記載がある。
しかしながら、本発明者が検討したところ、最小加工寸法0.14μmのプロセスで製造するCMOS(complementary metal oxide semiconductor)デバイスにおいて、しきい値電圧または駆動電流などにばらつきが生じ、たとえばnチャネルMISFETではしきい値電圧が40〜70mV程度変動することが明らかとなった。 However, as a result of studies by the present inventors, in a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) device manufactured by a process with a minimum processing size of 0.14 μm, variations occur in threshold voltage or driving current. For example, in an n-channel MISFET, It became clear that the threshold voltage fluctuated by about 40 to 70 mV.
この現象は、前記溝アイソレーションの分離幅が約0.35μmよりも狭くなった場合に現れ、さらに分離幅が減少するに伴って顕著となることから、溝の内部に埋め込まれる酸化シリコン膜と基板との熱膨張係数の差に起因して溝の角部に発生する応力の影響によるものと推測された。 This phenomenon appears when the isolation width of the groove isolation becomes narrower than about 0.35 μm, and becomes more prominent as the isolation width decreases. Therefore, the silicon oxide film embedded in the groove and This was presumed to be due to the effect of stress generated at the corner of the groove due to the difference in thermal expansion coefficient with the substrate.
なお、MISFETのしきい値電圧の変動は、たとえば基板の不純物濃度を高くすることによって防ぐことが可能である。しかし、しきい値電圧調整用のイオン打ち込みが必要となることから製造工程数が増加し、さらに基板の高濃度化によって接合電界が強まるという問題を生ずることになる。 Note that fluctuations in the threshold voltage of the MISFET can be prevented, for example, by increasing the impurity concentration of the substrate. However, since ion implantation for adjusting the threshold voltage is required, the number of manufacturing steps increases, and further, the problem arises that the junction electric field is strengthened by increasing the concentration of the substrate.
本発明の目的は、素子分離部の分離幅を調整することによって、所望する特性を有するMISFETを得ることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of obtaining a MISFET having desired characteristics by adjusting the isolation width of an element isolation part.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明は、MISFETが形成された活性領域を囲む素子分離部の少なくともゲート長方向の一方の分離幅を調整することで、MISFETのしきい値電圧または駆動電流を制御するものである。 The present invention controls the threshold voltage or drive current of the MISFET by adjusting at least one isolation width in the gate length direction of the element isolation portion surrounding the active region where the MISFET is formed.
また、本発明は、MISFETが形成された活性領域を囲む素子分離部の少なくともゲート長方向の一方の分離幅を調整することで、所望するしきい値電圧または駆動電流を有するMISFETを形成するものである。 Further, the present invention forms a MISFET having a desired threshold voltage or drive current by adjusting at least one isolation width in the gate length direction of the element isolation portion surrounding the active region where the MISFET is formed. It is.
さらに本願のその他の発明の概要を項に分けて簡単に示す。すなわち、
1.本発明の半導体集積回路装置は、MISFETのゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの少なくとも一方の距離を調整することで、MISFETのしきい値電圧または駆動電流を制御するものである。
2.本発明の半導体集積回路装置は、MISFETが形成された活性領域を囲む素子分離部の少なくともゲート長方向の一方の分離幅、およびMISFETのゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの少なくとも一方の距離を調整することで、MISFETのしきい値電圧または駆動電流を制御するものである。
3.本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、MISFETのゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの少なくとも一方の距離を調整することで、所望するしきい値電圧または駆動電流を有するMISFETを形成するものである。
4.本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、MISFETが形成された活性領域を囲む素子分離部の少なくともゲート長方向の一方の分離幅、および上記MISFETのゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの少なくとも一方の距離を調整することで、所望するしきい値電圧または駆動電流を有するMISFETを形成するものである。
5.本発明の半導体集積回路装置は、基板の主面上にしきい値電圧が互いに異なる第1のMISFETと第2のMISFETとを有し、分離幅が相対的に広い素子分離部で囲まれた第1活性領域に第1のMISFETが形成され、少なくともゲート長方向の一方を分離幅が相対的に狭い素子分離部で囲まれた第2活性領域に第2のMISFETが形成されるものである。
6.本発明の半導体集積回路装置は、基板の主面上にしきい値電圧が互いに異なる第1のMISFETと第2のMISFETとを有し、第1のMISFETが形成される第1活性領域のゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの距離が相対的に大きく、第2のMISFETが形成される第2活性領域のゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの少なくとも一方の距離が相対的に小さいものである。
7.本発明の半導体集積回路装置は、基板の主面上にしきい値電圧が互いに異なる第1のMISFETと第2のMISFETとを有し、分離幅が相対的に広い素子分離部で囲まれた第1活性領域に第1のMISFETが形成され、少なくともゲート長方向の一方を分離幅が相対的に狭い素子分離部で囲まれた第2活性領域に第2のMISFETが形成されており、第1活性領域のゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの距離が相対的に大きく、第2活性領域のゲート電極からゲート長方向の素子分離部までの少なくとも一方の距離が相対的に小さいものである。
Furthermore, the outline of other inventions of the present application is briefly shown in sections. That is,
1. The semiconductor integrated circuit device of the present invention controls the threshold voltage or driving current of the MISFET by adjusting at least one distance from the gate electrode of the MISFET to the element isolation portion in the gate length direction.
2. The semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes at least one isolation width in the gate length direction of the element isolation portion surrounding the active region where the MISFET is formed, and at least one of the isolation region in the gate length direction from the gate electrode of the MISFET. The threshold voltage or drive current of the MISFET is controlled by adjusting the distance.
3. According to the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, a MISFET having a desired threshold voltage or drive current is formed by adjusting at least one distance from the gate electrode of the MISFET to the element isolation portion in the gate length direction To do.
4). According to the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, at least one isolation width in the gate length direction of the element isolation portion surrounding the active region where the MISFET is formed, and from the gate electrode of the MISFET to the element isolation portion in the gate length direction. By adjusting at least one of the distances, a MISFET having a desired threshold voltage or drive current is formed.
5). The semiconductor integrated circuit device of the present invention has a first MISFET and a second MISFET having different threshold voltages on the main surface of the substrate, and is surrounded by an element isolation portion having a relatively wide isolation width. A first MISFET is formed in one active region, and a second MISFET is formed in a second active region surrounded by an element isolation portion having a relatively small isolation width at least in the gate length direction.
6). A semiconductor integrated circuit device according to the present invention has a first MISFET and a second MISFET having different threshold voltages on a main surface of a substrate, and a gate electrode of a first active region in which the first MISFET is formed Is relatively large, and the distance between the gate electrode of the second active region where the second MISFET is formed and the element isolation portion in the gate length direction is relatively large. It is a small one.
7). The semiconductor integrated circuit device of the present invention has a first MISFET and a second MISFET having different threshold voltages on the main surface of the substrate, and is surrounded by an element isolation portion having a relatively wide isolation width. A first MISFET is formed in one active region, and a second MISFET is formed in a second active region surrounded by an element isolation portion having a relatively narrow isolation width in at least one of the gate length directions. The distance from the gate electrode in the active region to the element isolation portion in the gate length direction is relatively large and at least one distance from the gate electrode in the second active region to the element isolation portion in the gate length direction is relatively small. is there.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
MISFETを電気的に分離する素子分離部の分離幅を調節することにより、所望する特性を有するMISFETを得ることができる。 By adjusting the isolation width of the element isolation part that electrically isolates the MISFET, a MISFET having desired characteristics can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.
図1は、本発明の一実施の形態を説明するための第1群のnチャネルMISFETのしきい値電圧および第2群のnチャネルMISFETのしきい値電圧を示すグラフ図である。上記第1群のnチャネルMISFETは、分離幅が相対的に広い溝アイソレーションで囲まれた活性領域に形成され、上記第2群のnチャネルMISFETは、分離幅が相対的に狭い溝アイソレーションで囲まれた活性領域に形成されている。 FIG. 1 is a graph showing threshold voltages of a first group of n-channel MISFETs and threshold voltages of a second group of n-channel MISFETs for explaining an embodiment of the present invention. The first group of n-channel MISFETs are formed in an active region surrounded by trench isolation having a relatively wide isolation width, and the second group of n-channel MISFETs are trench isolations having a relatively narrow isolation width. It is formed in the active region surrounded by.
第1群のnチャネルMISFETのしきい値電圧は、0.07〜0.09V程度であるが、第2群のnチャネルMISFETのしきい値電圧は、0.11〜0.14V程度となり、第1群のnチャネルMISFETのしきい値電圧よりも約0.04〜0.05V程度増加する。 The threshold voltage of the first group of n-channel MISFETs is about 0.07 to 0.09V, while the threshold voltage of the second group of n-channel MISFETs is about 0.11 to 0.14V. The threshold voltage of the first group of n-channel MISFETs increases by about 0.04 to 0.05V.
図2は、本発明の一実施の形態を説明するための溝アイソレーションの真性応力と溝アイソレーションの分離幅との関係を示すグラフ図である。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the intrinsic stress of groove isolation and the separation width of groove isolation, for explaining an embodiment of the present invention.
分離幅が約2μmよりも広い溝アイソレーションにおける真性応力はほぼ一定であり、−230MPa程度である。しかし、分離幅が約2μmよりも狭い溝アイソレーションでは、分離幅が狭くなるに従って真性応力は著しく増加し、分離幅が約0.25μmにおける真性応力は−2000MPa程度となる。 The intrinsic stress in the groove isolation having a separation width wider than about 2 μm is almost constant, and is about −230 MPa. However, in the groove isolation whose separation width is narrower than about 2 μm, the intrinsic stress increases remarkably as the separation width becomes narrower, and the intrinsic stress when the separation width is about 0.25 μm is about −2000 MPa.
すなわち、前記図1および図2から、隣接する活性領域を電気的に分離する溝アイソレーションの分離幅が狭くなるに従い、活性領域のチャネル領域に及ぼす応力が増加することにより、MISFETのしきい値電圧が変動すると考えられる。 That is, from FIG. 1 and FIG. 2, the stress applied to the channel region of the active region increases as the isolation width of the trench isolation that electrically isolates the adjacent active regions becomes narrower. The voltage is considered to fluctuate.
図3(a)は、本発明の一実施の形態を説明するためのMISFETのチャネル領域へ及ぼす応力と活性領域に配置されたゲート電極の本数との関係を示すグラフ図である。同図(b)は、ゲート電極の配置を示す基板の要部断面図であり、図中、Aは活性領域、STIは溝アイソレーション、GはMISFETのゲート電極を示す。 FIG. 3A is a graph showing the relationship between the stress exerted on the channel region of the MISFET and the number of gate electrodes arranged in the active region for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view of the main part of the substrate showing the arrangement of the gate electrode, in which A indicates the active region, STI indicates the trench isolation, and G indicates the gate electrode of the MISFET.
活性領域Aを囲む溝アイソレーションSTIの分離幅L1は、ゲート電極の本数に関係なく、いずれも約0.25μmである。また、溝アイソレーションSTIの最も近くに配置されたMISFETのゲート電極の中央部と溝アイソレーションSTIの端部との距離L2は約0.3μmであり、隣接するMISFETは約0.5μm間隔(L3)で配置されている。なお、図3(a)には、MISFETのゲート電極の中央部下のチャネル領域で測定された応力を示し、同図(b)の点線で囲んだ活性領域の中心から一方の溝アイソレーションSTIの端部までの領域における応力を示している。 Groove Isolation separation width L 1 of the STI surrounding the active region A, regardless of the number of the gate electrode, all of which are about 0.25 [mu] m. Further, the distance L 2 is about 0.3μm between the central portion and the groove isolation ends of STI of the gate electrode of the MISFET arranged closest to the groove isolation STI, adjacent MISFET is about 0.5μm intervals (L 3 ). FIG. 3 (a) shows the stress measured in the channel region under the center of the gate electrode of the MISFET, and shows one trench isolation STI from the center of the active region surrounded by the dotted line in FIG. 3 (b). The stress in the region to the end is shown.
活性領域Aに2本のゲート電極Gが配置された場合(図中、2ゲート構造と記す)、溝アイソレーションSTIの端部から約0.3μmに位置するMISFETのチャネル領域の応力は、−800MPa近くまで増加する。 When two gate electrodes G are disposed in the active region A (denoted as a two-gate structure in the figure), the stress in the channel region of the MISFET located approximately 0.3 μm from the end of the trench isolation STI is − It increases to nearly 800 MPa.
しかし、活性領域Aに4本のゲート電極Gが配置された場合(図中、4ゲート構造と記す)、溝アイソレーションSTIの端部から約0.3μmに位置するMISFETのチャネル領域の応力は、約−600MPaであるが、溝アイソレーションSTIの端部から約0.8μmに位置するMISFETのチャネル領域の応力は、約−350MPaまで減少する。 However, when four gate electrodes G are arranged in the active region A (denoted as a four-gate structure in the figure), the stress in the channel region of the MISFET located about 0.3 μm from the end of the trench isolation STI is The stress in the channel region of the MISFET located about 0.8 μm from the end of the trench isolation STI is reduced to about −350 MPa.
さらに、活性領域Aに10本のゲート電極Gが配置された場合(図中、10ゲート構造と記す)および活性領域Aに30本のゲート電極Gが配置された場合(図中、30ゲート構造と記す)、溝アイソレーションSTIの端部から約0.3μmに位置するMISFETのチャネル領域の応力は、約−600MPa、溝アイソレーションSTIの端部から約0.8μmに位置するMISFETのチャネル領域の応力は、約−300MPaであるが、溝アイソレーションSTIの端部から約1.3μm以上離れた活性領域に位置するMISFETのチャネル領域の応力は、約−200MPa以下に減少する。 Further, when 10 gate electrodes G are arranged in the active region A (denoted as 10 gate structure in the drawing) and when 30 gate electrodes G are arranged in the active region A (30 gate structure in the drawing). The stress of the channel region of the MISFET located about 0.3 μm from the end of the trench isolation STI is about −600 MPa, and the channel region of the MISFET located about 0.8 μm from the end of the trench isolation STI However, the stress in the channel region of the MISFET located in the active region separated by about 1.3 μm or more from the end of the trench isolation STI is reduced to about −200 MPa or less.
すなわち、溝アイソレーションSTIの端部から離れるに従い、活性領域Aのチャネル領域に及ぼす応力が減少し、これによりMISFETのしきい値電圧の変化量は小さくなると考えられる。 That is, it is considered that as the distance from the end of the trench isolation STI increases, the stress exerted on the channel region of the active region A decreases, thereby reducing the amount of change in the threshold voltage of the MISFET.
なお、MISFETのしきい値電圧は、チャネル領域へ及ぼす応力の増加によって、応力の影響をほとんど受けないMISFETのしきい値電圧よりも増加または減少すると考えられる。しかし、本発明の実施の形態では、チャネル領域へ及ぼす応力の増加によってMISFETのしきい値電圧は増加するとして、以下、その形態を説明する。 Note that the threshold voltage of the MISFET is considered to increase or decrease from the threshold voltage of the MISFET that is hardly affected by the stress due to an increase in stress applied to the channel region. However, in the embodiment of the present invention, the threshold voltage of the MISFET is increased by an increase in stress applied to the channel region, and the mode will be described below.
図4は、本発明の一実施の形態であるMISFETの第1の配置例を示す要部平面図である。説明には前記図1〜図3において得られた結果を基に配置された第1MISFET〜第5MISFETを用いる。図中、Q1は第1MISFET、Q2は第2MISFET、Q3は第3MISFET、Q4は第4MISFET、Q5は第5MISFETを示す。 FIG. 4 is a main part plan view showing a first arrangement example of MISFETs according to one embodiment of the present invention. The description uses the first MISFET to the fifth MISFET arranged based on the results obtained in FIGS. In the figure, Q 1 is a MISFET, Q 2 is a MISFET, Q 3 is a MISFET, Q 4 is a MISFETs, Q 5 denotes a first 5MISFET.
基板1の主面上に、第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5が配置されており、これら第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5のゲート電極2の幅(ゲート長)Lgはほぼ同じである。上記ゲート長Lgは、たとえば0.14μm程度とすることができる。活性領域3を囲み、第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5を互いに分離する素子分離部4は、たとえば溝アイソレーションによって構成されている。また、これら第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5は、ゲート長方向に配置されており、ゲート電極2の延在方向(ゲート幅方向)に配置されるMISFETについては、素子分離部4の分離幅が0.35μm以上離れているとし、ゲート幅方向の素子分離部4は、第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5への特性、たとえばしきい値電圧または駆動電流には影響を及ぼさないものとする。
The first MISFET Q 1 to the fifth MISFET Q 5 are arranged on the main surface of the substrate 1, and the widths (gate lengths) Lg of the
第1MISFETQ1と第2MISFETQ2とを分離する素子分離部4の分離幅Laおよび第2MISFETQ2と第3MISFETQ3とを分離する素子分離部4の分離幅La’は相対的に狭く設けられている。これにより第2MISFETQ2のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が大きくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に大きくできる。上記分離幅Laは、たとえば0.25μm程度とすることができる。一方、第3MISFETQ3と第4MISFETQ4とを分離する素子分離部4の分離幅Lbおよび第4MISFETQ4と第5MISFETQ5とを分離する素子分離部4の分離幅Lb’は相対的に広く設けられている。これにより第4MISFETQ4のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が小さくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に小さくできる。
The 1MISFETQ 1 and the 2MISFETQ 2 and the separation width of the
ここで、第2MISFETQ2のゲート電極2の第1MISFETQ1側の側壁から素子分離部4の端部までの距離と第4MISFETQ4のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離とは、ほぼ同じ距離Lcである。上記距離Lcは、たとえば0.305μm程度とすることができる。また、第2MISFETQ2のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc’と第4MISFETQ4のゲート電極2の第5MISFETQ5側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc”との関係は任意に選ぶことができる。
Here, the distance the end of the
すなわち、La≦La’
Lb≦Lb’
Lc≦Lc’,Lc”
の時、La<Lbとするならば、第2MISFETQ2のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q2))と第4MISFETQ4のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q4))との関係は、下記式を満たす。
That is, La ≦ La ′
Lb ≦ Lb ′
Lc ≦ Lc ′, Lc ″
At this time, if La <Lb, the amount of change in the threshold voltage of the second MISFET Q 2 (ΔVth (Q 2 )) and the amount of change in the threshold voltage of the fourth MISFET Q 4 (ΔVth (Q 4 )) The relationship satisfies the following formula.
ΔVth(Q2)>ΔVth(Q4)
図5は、本発明の一実施の形態であるMISFETの第2の配置例を示す要部平面図である。前記図1と同様に、説明には第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5を用いる。
ΔVth (Q 2 )> ΔVth (Q 4 )
FIG. 5 is a main part plan view showing a second arrangement example of the MISFET according to the embodiment of the present invention. As in FIG. 1, the first MISFET Q 1 to the fifth MISFET Q 5 are used for the description.
第2MISFETQ2のゲート電極2の第1MISFETQ1側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lcおよび第2MISFETQ2のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc’は相対的に狭く設けられている。これにより第2MISFETQ2のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が大きくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に大きくできる。一方、第4MISFETQ4のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ldおよび第4MISFETQ4のゲート電極2の第5MISFETQ5側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ld’は相対的に広く設けられている。これにより第4MISFETQ4のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が小さくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に小さくできる。
From the distance Lc and the side wall of the first 3MISFETQ 3
ここで、第1MISFETQ1と第2MISFETQ2とを分離する素子分離部4の分離幅と、第3MISFETQ3と第4MISFETQ4とを分離する素子分離部4の分離幅とは、ほぼ同じ分離幅Laである。上記分離幅Laは、たとえば0.25μm程度とすることができる。また、第2MISFETQ2と第3MISFETQ3とを分離する素子分離部4の分離幅と、第4MISFETQ4と第5MISFETQ5とを分離する素子分離部4の分離幅とは、ほぼ同じ分離幅La’である。
Here, the isolation width of the
すなわち、La≦La’
Lc≦Lc’
Ld≦Ld’
の時、Lc<LdおよびLc’<Ld’とするならば、第2MISFETQ2のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q2))と第4MISFETQ4のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q4))との関係は、下記式を満たす。
That is, La ≦ La ′
Lc ≦ Lc ′
Ld ≦ Ld ′
When, if the Lc <Ld and Lc '<Ld', the change amount of the 2MISFETQ 2 threshold voltage (ΔVth (Q 2)) and the amount of change in threshold voltage of the 4MISFETQ 4 (ΔVth ( The relationship with Q 4 )) satisfies the following formula.
ΔVth(Q2)>ΔVth(Q4)
図6は、本発明の一実施の形態であるMISFETの第3の配置例を示す要部平面図である。前記図1と同様に、説明には第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5を用いる。
ΔVth (Q 2 )> ΔVth (Q 4 )
FIG. 6 is a plan view of an essential part showing a third arrangement example of MISFETs according to one embodiment of the present invention. As in FIG. 1, the first MISFET Q 1 to the fifth MISFET Q 5 are used for the description.
第1MISFETQ1と第2MISFETQ2とを分離する素子分離部4の分離幅Laおよび第2MISFETQ2と第3MISFETQ3とを分離する素子分離部4の分離幅La’は相対的に狭く設けられている。上記分離幅Laは、たとえば0.25μm程度とすることができる。さらに、第2MISFETQ2のゲート電極2の第1MISFETQ1側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lcおよび第2MISFETQ2のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc’は相対的に狭く設けられている。これにより第2MISFETQ2のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が大きくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に大きくできる。
The 1MISFETQ 1 and the 2MISFETQ 2 and the separation width of the
一方、第3MISFETQ3と第4MISFETQ4とを分離する素子分離部4の分離幅Lbは相対的に広く設けられている。さらに、第4MISFETQ4のゲート電極2の第5MISFETQ5側の側壁から素子分離溝4の端部までの距離Ldは相対的に広く設けられている。これにより第4MISFETQ4のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が小さくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に小さくできる。
On the other hand, the isolation width Lb of the
すなわち、La≦La’
Lc≦Lc’
の時、La<Lb、Lc’<Ldとするならば、第2MISFETQ2のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q2))と第4MISFETQ4のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q4))との関係は、下記式を満たす。
That is, La ≦ La ′
Lc ≦ Lc ′
When, La <Lb, Lc '<if the Ld, the change amount of the 2MISFETQ 2 threshold voltage (ΔVth (Q 2)) and the amount of change in threshold voltage of the 4MISFETQ 4 (ΔVth (Q 4 )) satisfies the following formula.
ΔVth(Q2)>ΔVth(Q4)
図7は、本発明の一実施の形態であるMISFETの第4の配置例を示す要部平面図である。説明には前記図1〜図3において得られた結果を基に配置された第1MISFETQ1〜第4MISFETQ4を用いる。第1MISFETQ1が配置された活性領域の両側には、これに隣接してダミー活性領域DA1,DA2が配置されている。このダミー活性領域DA1,DA2は、たとえば給電などに用いることができる。
ΔVth (Q 2 )> ΔVth (Q 4 )
FIG. 7 is a main part plan view showing a fourth arrangement example of MISFETs according to one embodiment of the present invention. In the description, the first MISFET Q 1 to the fourth MISFET Q 4 arranged based on the results obtained in FIGS. 1 to 3 are used. Dummy active regions DA 1 and DA 2 are disposed adjacent to both sides of the active region where the first MISFET Q 1 is disposed. The dummy active regions DA 1 and DA 2 can be used for power supply, for example.
第1MISFETQ1と一方のダミー活性領域DA1とを分離する素子分離部4の分離幅Laおよび第1MISFETQ1と他方のダミー活性領域DA2とを分離する素子分離部4の分離幅La’は相対的に狭く設けられている。これにより第1MISFETQ1のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が大きくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に大きくできる。上記分離幅Laは、たとえば0.25μm程度とすることができる。一方、第2MISFETQ2と第3MISFETQ3とを分離する素子分離部4の分離幅Lbおよび第3MISFETQ3と第4MISFETQ4とを分離する素子分離部4の分離幅Lb’は相対的に広く設けられている。これにより第3MISFETQ3のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が小さくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に小さくできる。
The 1MISFETQ 1 and one of the separation width of the dummy active regions DA 1 and the
ここで、第1MISFETQ1のゲート電極2のダミー活性領域DA1側の側壁から素子分離部4の端部までの距離と第3MISFETQ3のゲート電極2の第2MISFETQ2側の側壁から素子分離部4の端部までの距離とは、ほぼ同じ距離Lcである。また、第1MISFETQ1のゲート電極2のダミー活性領域DA2側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc’と第3MISFETQ3のゲート電極2の第4MISFETQ4側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc”との関係は任意に選ぶことができる。
Here, the distance from the side wall on the dummy active region DA 1 side of the
すなわち、La≦La’
Lb≦Lb’
Lc≦Lc’,Lc”
の時、La<Lbとするならば、第1MISFETQ2のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q1))と第3MISFETQ3のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q3))との関係は、下記式を満たす。
That is, La ≦ La ′
Lb ≦ Lb ′
Lc ≦ Lc ′, Lc ″
When, La <if the Lb, between the change amount of the 1MISFETQ 2 threshold voltage (ΔVth (Q 1)) and the amount of change in threshold voltage of the 3MISFETQ 3 (ΔVth (Q 3) ) The relationship satisfies the following formula.
ΔVth(Q1)>ΔVth(Q3)
図8は、本発明の一実施の形態であるMISFETの第5の配置例を示す要部平面図である。前記図7と同様に、説明には第1MISFETQ1〜第4MISFETQ4およびダミー活性領域DA1,DA2を用いる。
ΔVth (Q 1 )> ΔVth (Q 3 )
FIG. 8 is a plan view of a principal part showing a fifth arrangement example of MISFETs according to one embodiment of the present invention. As in FIG. 7, the first MISFET Q 1 to the fourth MISFET Q 4 and the dummy active regions DA 1 and DA 2 are used for the description.
第1MISFETQ1のゲート電極2のダミー活性領域DA1側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lcおよび第1MISFETQ1のゲート電極2のダミー活性領域DA2側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc’は相対的に狭く設けられている。これにより第1MISFETQ1のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が大きくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に大きくできる。一方、第3MISFETQ3のゲート電極2の第2MISFETQ2側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ldおよび第3MISFETQ3のゲート電極2の第4MISFETQ4側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ld’は相対的に広く設けられている。これにより第3MISFETQ3のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が小さくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に小さくできる。
The distance Lc from the side wall on the dummy active region DA 1 side of the
ここで、第1MISFETQ1と一方のダミー活性領域DA1とを分離する素子分離部4の分離幅と、第2MISFETQ2と第3MISFETQ3とを分離する素子分離部4の分離幅とは、ほぼ同じ分離幅Laである。また、第1MISFETQ1と他方のダミー活性領域DA2とを分離する素子分離部4の分離幅と、第3MISFETQ3と第4MISFETQ4とを分離する素子分離部4の分離幅とは、ほぼ同じ分離幅La’である。
Here, the isolation width of the
すなわち、La≦La’
Lc≦Lc’
Ld≦Ld’
の時、Lc<LdおよびLc’<Ld’とするならば、第1MISFETQ1のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q1))と第3MISFETQ3のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q3))との関係は、下記式を満たす。
That is, La ≦ La ′
Lc ≦ Lc ′
Ld ≦ Ld ′
At this time, if Lc <Ld and Lc ′ <Ld ′, the amount of change in the threshold voltage of the first MISFET Q1 (ΔVth (Q 1 )) and the amount of change in the threshold voltage of the third MISFETQ3 (ΔVth ( The relationship with Q 3 )) satisfies the following formula.
ΔVth(Q1)>ΔVth(Q3)
図9は、本発明の一実施の形態であるMISFETの第6の配置例を示す要部平面図である。説明には前記図1〜図3において得られた結果を基に配置された第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5を用いる。
ΔVth (Q 1 )> ΔVth (Q 3 )
FIG. 9 is a main part plan view showing a sixth arrangement example of MISFETs according to one embodiment of the present invention. The description uses the first MISFET Q 1 to the fifth MISFET Q 5 arranged based on the results obtained in FIGS.
第2MISFETQ2のゲート電極2の第1MISFETQ1側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lcは相対的に狭く設けられている。これにより第2MISFETQ2のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が大きくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に大きくできる。この際、第2MISFETQ2のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc’の活性領域3にダミーゲート電極DG1を配置することができる。上記ダミーゲート電極DG1は電気的に使用できるが、第2MISFETQ2の特性に影響を及ぼすことはない。
Distance Lc from the side wall of the 1MISFETQ 1 side of the
一方、第4MISFETQ4のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ldおよび第4MISFETQ4のゲート電極2の第5MISFETQ5側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ld’は相対的に広く設けられている。これにより第4MISFETQ4のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が小さくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に小さくできる。この際、第4MISFETQ4のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ldの活性領域3にダミーゲート電極DG2を配置することができる。同様に、第4MISFETQ4のゲート電極2の第5MISFETQ5側の側壁から素子分離部4の端部までの距離距離Ld’の活性領域3にダミーゲート電極DG3を配置することができる。上記ダミーゲート電極DG2,DG3は電気的に使用できるが、第4MISFETQ4の特性に影響を及ぼすことはない。
On the other hand, the distance Ld from the sidewall of the
ここで、第1MISFETQ1と第2MISFETQ2とを分離する素子分離部4の分離幅と、第3MISFETQ3と第4MISFETQ4とを分離する素子分離部4の分離幅とは、ほぼ同じ分離幅Laである。また、第2MISFETQ2と第3MISFETQ3とを分離する素子分離部4の分離幅と、第4MISFETQ4と第5MISFETQ5とを分離する素子分離部4の分離幅とは、ほぼ同じ分離幅La’である。
Here, the isolation width of the
すなわち、La≦La’
Lc≦Lc’
Ld≦Ld’
の時、Lc<LdおよびLc’<Ld’とするならば、第2MISFETQ2のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q2))と第4MISFETQ4のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q4))との関係は、下記式を満たす。
That is, La ≦ La ′
Lc ≦ Lc ′
Ld ≦ Ld ′
When, if the Lc <Ld and Lc '<Ld', the change amount of the 2MISFETQ 2 threshold voltage (ΔVth (Q 2)) and the amount of change in threshold voltage of the 4MISFETQ 4 (ΔVth ( The relationship with Q 4 )) satisfies the following formula.
ΔVth(Q2)>ΔVth(Q4)
図10は、本発明の一実施の形態であるMISFETの第7の配置例を示す要部平面図である。前記図9と同様に、説明には第1MISFETQ1〜第5MISFETQ5を用いる。
ΔVth (Q 2 )> ΔVth (Q 4 )
FIG. 10 is a main part plan view showing a seventh arrangement example of MISFETs according to one embodiment of the present invention. As in FIG. 9, the description uses the first MISFET Q 1 to the fifth MISFET Q 5 .
第1MISFETQ1と第2MISFETQ2とを分離する素子分離部4の分離幅Laおよび第2MISFETQ2と第3MISFETQ3とを分離する素子分離部4の分離幅La’は相対的に狭く設けられている。また、第2MISFETQ2のゲート電極2の第1MISFETQ1側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lcは相対的に狭く設けられている。これにより第2MISFETQ2のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が大きくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に大きくできる。この際、第2MISFETQ2のゲート電極2の第3MISFETQ3側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Lc’の活性領域3にダミーゲート電極DG4を配置することができる。上記ダミーゲート電極DG4は電気的に使用できるが、第2MISFETQ2の特性に影響を及ぼすことはない。
The 1MISFETQ 1 and the 2MISFETQ 2 and the separation width of the
一方、第3MISFETQ3と第4MISFETQ4とを分離する素子分離部4の分離幅Lbは相対的に広く設けられている。また、第4MISFETQ4のゲート電極2の第5MISFETQ5側の側壁から素子分離溝4の端部までの距離Ldは相対的に広く設けられている。これにより第4MISFETQ4のチャネル領域へ及ぼす応力の影響が小さくなり、応力に起因したしきい値電圧の変化を相対的に小さくできる。この際、第4MISFETQ2のゲート電極2の第5MISFETQ5側の側壁から素子分離部4の端部までの距離Ldの活性領域3にダミーゲート電極DG5,DG6を配置することができる。上記ダミーゲート電極DG5,DG6は電気的に使用できるが、第4MISFETQ4の特性に影響を及ぼすことはない。
On the other hand, the isolation width Lb of the
すなわち、La≦La’
Lc≦Lc’
の時、La<Lb、Lc’<Ldとするならば、第2MISFETQ2のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q2))と第4MISFETQ4のしきい値電圧の変化量(ΔVth(Q4))との関係は、下記式を満たす。
That is, La ≦ La ′
Lc ≦ Lc ′
When, La <Lb, Lc '<if the Ld, the change amount of the 2MISFETQ 2 threshold voltage (ΔVth (Q 2)) and the amount of change in threshold voltage of the 4MISFETQ 4 (ΔVth (Q 4 )) satisfies the following formula.
ΔVth(Q2)>ΔVth(Q4)
図11は、本発明の一実施の形態である半導体チップ上に配置されたMISFETの配置領域の一例を示す平面概略図である。図には、異なるしきい値電圧を有する3種類のMISFETが配置されたそれぞれの領域を示す。領域LAは、相対的に低いしきい値電圧(低Vth)を有するMISFETの配置領域、領域HAは、相対的に高いしきい値電圧(高Vth)を有するMISFETの配置領域、領域MAは、標準のしきい値電圧(標準Vth)を有するMISFETの配置領域を示し、それぞれの領域に配置されたMISFETのしきい値電圧は、低Vth<標準Vth<高Vthの関係を成している。
ΔVth (Q 2 )> ΔVth (Q 4 )
FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of an arrangement region of MISFETs arranged on a semiconductor chip according to an embodiment of the present invention. In the figure, respective regions where three types of MISFETs having different threshold voltages are arranged are shown. The region LA is a MISFET placement region having a relatively low threshold voltage (low Vth), the region HA is a MISFET placement region having a relatively high threshold voltage (high Vth), and the region MA is The arrangement regions of MISFETs having a standard threshold voltage (standard Vth) are shown, and the threshold voltages of MISFETs arranged in the respective regions have a relationship of low Vth <standard Vth <high Vth.
領域LAは、たとえば高速動作が要求される回路領域とすることができる。この領域LAでは、素子分離部の分離幅を相対的に広くすることでMISFETへ及ぼす応力の影響を小さくして、相対的に低いしきい値電圧を有するMISFETを形成する。 The region LA can be a circuit region where high speed operation is required, for example. In this region LA, the effect of stress on the MISFET is reduced by relatively widening the isolation width of the element isolation portion, and a MISFET having a relatively low threshold voltage is formed.
領域HAは、たとえばメモリセル部等とすることができる。この領域HAでは、素子分離部の分離幅を相対的に狭くすることでMISFETへ及ぼす応力の影響を大きくして、相対的に高いしきい値電圧を有するMISFETを形成する。 Region HA can be, for example, a memory cell portion. In this region HA, the effect of stress on the MISFET is increased by relatively narrowing the isolation width of the element isolation portion, and a MISFET having a relatively high threshold voltage is formed.
領域MAは、たとえばゲートアレイ部、一般論理回路部等とすることができる。この領域MAでは、素子分離部の分離幅を上記領域LAに形成される素子分離部の分離幅よりも狭く、かつ上記領域HAに形成される素子分離部の分離幅よりも広くすることで、MISFETへ及ぼす応力の影響を上記領域LAと上記領域HAとの中程度とすることで、標準となるしきい値電圧を有するMISFETを形成する。 The area MA can be, for example, a gate array part, a general logic circuit part, or the like. In this region MA, by making the isolation width of the element isolation part narrower than the isolation width of the element isolation part formed in the area LA and wider than the isolation width of the element isolation part formed in the area HA, By setting the influence of stress on the MISFET to be moderate between the region LA and the region HA, a MISFET having a standard threshold voltage is formed.
図12は、本発明の一実施の形態である半導体チップ上に配置されたゲートアレイを構成する複数のMISFETの配置領域の一例を示す平面概略図である。図には、MISFETが形成された領域を矩形で示す。 FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of an arrangement region of a plurality of MISFETs constituting a gate array arranged on a semiconductor chip according to an embodiment of the present invention. In the figure, the region where the MISFET is formed is indicated by a rectangle.
領域GA1には、相対的に広い素子分離部の分離幅によって周期的にセル列が設けられており、相対的に低いしきい値電圧が必要な回路は、この領域GA1に形成される。また、領域GA2には、相対的に狭い素子分離部の分離幅によって周期的にセル列が設けられており、相対的に高いしきい値電圧が必要な回路は、この領域GA2に形成される。 In the region GA 1 , cell rows are periodically provided according to a relatively wide isolation width of the element isolation portion, and a circuit that requires a relatively low threshold voltage is formed in this region GA 1. . In the region GA 2 , cell rows are periodically provided according to the relatively narrow isolation width of the element isolation portion, and a circuit that requires a relatively high threshold voltage is formed in this region GA 2 . Is done.
次に、本発明の一実施の形態であるインバータ回路の平面概略図を図13〜図20に示す。図中、領域PMOSはpチャネルMISFETが形成された領域、領域NMOSはnチャネルMISFETが形成された領域を示し、5は素子分離部、6は活性領域、7はゲート電極(網掛けのハッチングで示す)、8はVDD電源配線、9はVSS電源配線、10は入力信号配線、11は出力信号配線、12は活性領域と配線とを接続するコンタクトホール、13はダミー活性領域、14はダミーゲート電極を示す。 Next, schematic plan views of an inverter circuit according to an embodiment of the present invention are shown in FIGS. In the figure, a region PMOS is a region where a p-channel MISFET is formed, a region NMOS is a region where an n-channel MISFET is formed, 5 is an element isolation portion, 6 is an active region, 7 is a gate electrode (shaded hatching) 8 is a V DD power supply wiring, 9 is a VSS power supply wiring, 10 is an input signal wiring, 11 is an output signal wiring, 12 is a contact hole connecting the active region and the wiring, 13 is a dummy active region, and 14 is A dummy gate electrode is shown.
図13は、素子分離部5の分離幅を相対的に狭く(La)することで相対的に高いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図であり、図14は、素子分離部5の分離幅を相対的に広く(Lb)することで相対的に低いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図である。
FIG. 13 is a plan view of an inverter circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing (La) the isolation width of the
図15は、ダミー活性領域13を設けることで相対的に高いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図であり、図16は、ダミー活性領域を設けず、素子分離部5の分離幅を相対的に広く(Lb)することで相対的に低いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図である。
FIG. 15 is a plan view of an inverter circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by providing the dummy
図17は、活性領域6の幅を相対的に狭く(Lc)することで相対的に高いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図であり、図18は、活性領域6の幅を相対的に広く(Ld)することで相対的に低いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図である。なお、活性領域6の幅を相対的に広く(Ld)した場合、この活性領域6にダミーゲート電極14を設けることができる。
FIG. 17 is a plan view of an inverter circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing (Lc) the width of the
図19は、素子分離部5の分離幅を相対的に狭く(La)し、かつ活性領域6の幅を相対的に狭く(Lc)することで相対的に高いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図であり、図20は、素子分離部5の一方の分離幅を相対的に広く(Lb)し、かつ素子分離部5の他方に接する活性領域6の幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られるインバータ回路の平面図である。なお、活性領域6の幅を相対的に広く(Ld)した場合、この活性領域6にダミーゲート電極14を設けることができる。
FIG. 19 shows an inverter in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing (La) the isolation width of the
次に、本発明の一実施の形態である2入力NAND回路の平面概略図を図21〜図28に示す。 Next, schematic plan views of a two-input NAND circuit according to an embodiment of the present invention are shown in FIGS.
図21は、素子分離部5の分離幅を相対的に狭くすることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図であり、図22は、素子分離部5の分離幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図である。
FIG. 21 is a plan view of a two-input NAND circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing the isolation width of the
図23は、ダミー活性領域13を設けることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図であり、図24は、ダミー活性領域を設けず、素子分離部5の分離幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図である。
FIG. 23 is a plan view of a two-input NAND circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by providing the dummy
図25は、活性領域6の幅を相対的に狭くすることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図であり、図26は、活性領域6の幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図である。なお、活性領域6の幅を相対的に広くした場合、この活性領域6にダミーゲート電極14を設けることができる。
FIG. 25 is a plan view of a two-input NAND circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing the width of the
図27は、素子分離部5の分離幅を相対的に狭くし、かつ活性領域6の幅を相対的に狭くすることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図であり、図28は、素子分離部5の一方の分離幅を相対的に広くし、かつ素子分離部5の他方に接する活性領域6の幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NAND回路の平面図である。なお、活性領域6の幅を相対的に広くした場合、この活性領域6にダミーゲート電極14を設けることができる。
FIG. 27 is a plan view of a 2-input NAND circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing the isolation width of the
次に、本発明の一実施の形態である2入力NOR回路の平面概略図を図29〜図36に示す。 Next, schematic plan views of a 2-input NOR circuit according to an embodiment of the present invention are shown in FIGS.
図29は、素子分離部5の分離幅を相対的に狭くすることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図であり、図30は、素子分離部5の分離幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図である。
FIG. 29 is a plan view of a two-input NOR circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing the isolation width of the
図31は、ダミー活性領域13を設けることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図であり、図32は、ダミー活性領域を設けず、素子分離部5の分離幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図である。
FIG. 31 is a plan view of a two-input NOR circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by providing the dummy
図33は、活性領域6の幅を相対的に狭くすることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図であり、図34は、活性領域6の幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図である。なお、活性領域6の幅を相対的に広くした場合、この活性領域6にダミーゲート電極14を設けることができる。
FIG. 33 is a plan view of a 2-input NOR circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing the width of the
図35は、素子分離部5の分離幅を相対的に狭くし、かつ活性領域6の幅を相対的に狭くすることで相対的に高いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図であり、図36は、素子分離部5の一方の分離幅を相対的に広くし、かつ素子分離部5の他方に接する活性領域6の幅を相対的に広くすることで相対的に低いしきい値電圧が得られる2入力NOR回路の平面図である。なお、活性領域6の幅を相対的に広くした場合、この活性領域6にダミーゲート電極14を設けることができる。
FIG. 35 is a plan view of a 2-input NOR circuit in which a relatively high threshold voltage can be obtained by relatively narrowing the isolation width of the
次に、本発明の実施の形態であるCMOSデバイスの製造方法の一例を図37〜図47を用いて工程順に説明する。図中、領域A1は、ゲート絶縁膜の膜厚が相対的に薄く、かつしきい値電圧が相対的に高いCMOSデバイスが形成される領域、領域A2は、ゲート絶縁膜の膜厚が相対的に薄く、かつしきい値電圧が相対的に低いCMOSデバイスが形成される領域、領域A3は、ゲート絶縁膜の膜厚が相対的に厚いCMOSデバイスが形成される領域を示す。 Next, an example of the manufacturing method of the CMOS device which is embodiment of this invention is demonstrated in order of a process using FIGS. 37-47. In the figure, a region A1 is a region where a CMOS device having a relatively thin gate insulating film and a relatively high threshold voltage is formed, and a region A2 is a relatively thin gate insulating film. A region A3 in which a CMOS device having a relatively thin threshold voltage is formed, and region A3 represents a region in which a CMOS device having a relatively thick gate insulating film is formed.
まず、図37に示すように、比抵抗が10Ωcm程度のシリコン単結晶で構成される半導体基板21を用意し、この半導体基板21の主面に浅溝22を形成する。その後、半導体基板21に熱酸化処理を施し、図示はしないが、酸化シリコン膜を形成する、さらに酸化シリコン膜23を堆積した後、これをCMP法で研磨して浅溝22内にのみ酸化シリコン膜23を残すことにより素子分離部を形成する。この際、領域A1に形成される素子分離部の分離幅(LH)は相対的に狭く、領域A2に形成される素子分離部の分離幅(LL)は相対的に広く形成される。
First, as shown in FIG. 37, a
次に、図38に示すように、パターニングされたレジスト膜24をマスクにして、領域A1および領域A2のnチャネルMISFETを形成する領域にp型不純物、たとえばボロン(B)をイオン打ち込みしてp型ウェル25を形成し、続いて上記nチャネルMISFETのしきい値電圧を調整するための不純物をイオン打ち込みしてしきい値電圧制御層26を形成する。
Next, as shown in FIG. 38, using the patterned resist
次に、図39に示すように、上記レジスト膜24を除去した後、パターニングされたレジスト膜27をマスクにして、領域A1および領域A2のpチャネルMISFETを形成する領域にn型不純物、たとえばリン(P)をイオン打ち込みしてn型ウェル28を形成し、続いて上記pチャネルMISFETのしきい値電圧を調整するための不純物をイオン打ち込みしてしきい値電圧制御層29を形成する。
Next, as shown in FIG. 39, after removing the resist
次に、図40に示すように、上記レジスト膜27を除去した後、パターニングされたレジスト膜30をマスクにして、領域A3のnチャネルMISFETを形成する領域にp型不純物、たとえばボロンをイオン打ち込みしてp型ウェル31を形成し、続いて上記nチャネルMISFETのしきい値電圧を調整するための不純物をイオン打ち込みしてしきい値電圧制御層32を形成する。
Next, as shown in FIG. 40, after removing the resist
次に、図41に示すように、上記レジスト膜30を除去した後、パターニングされたレジスト膜33をマスクにして、領域A3のpチャネルMISFETを形成する領域にn型不純物、たとえばリンをイオン打ち込みしてn型ウェル34を形成し、続いて上記pチャネルMISFETのしきい値電圧を調整するための不純物をイオン打ち込みしてしきい値電圧制御層35を形成する。
Next, as shown in FIG. 41, after removing the resist
次に、上記レジスト膜33を除去した後、領域A1,A2の半導体基板21の表面に相対的に薄いゲート絶縁膜を形成し、領域A3の半導体基板1の表面に相対的に厚いゲート絶縁膜を形成する。上記ゲート絶縁膜の形成方法として、たとえば以下の方法を例示することができる。
Next, after removing the resist
まず、半導体基板21の表面をフッ酸(HF)系の水溶液を用いて洗浄した後、半導体基板21に熱酸化処理を施して半導体基板21の表面に6〜7nm程度の厚さの酸化シリコン膜36を形成する。次いで、パターニングされたレジスト膜をマスクにして、領域A1,A2の酸化シリコン膜36を除去することにより、図42に示すように、領域A3に酸化シリコン膜36を残す。
First, after cleaning the surface of the
次に、図43に示すように、半導体基板21に熱酸化処理を施すことにより、領域A1,A2の半導体基板21の表面にゲート絶縁膜37aを構成する3〜4nm程度の酸化シリコン膜を形成し、同時に、領域A3の半導体基板21の表面にゲート絶縁膜37bを構成する8nm程度の酸化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 43, by subjecting the
次に、図44に示すように、半導体基板21上に、たとえば不純物が添加された多結晶シリコン膜をCVD法で堆積した後、パターニングされたレジスト膜をマスクにして、この多結晶シリコン膜をエッチングし、多結晶シリコン膜によって構成されるゲート電極38を形成する。
Next, as shown in FIG. 44, for example, a polycrystalline silicon film to which an impurity is added is deposited on the
次に、図45に示すように、n型ウェル28,34をレジスト膜(図示せず)で覆い、nチャネルMISFETのゲート電極38をマスクにしてp型ウェル25,31にn型不純物、たとえばヒ素(As)をイオン注入し、nチャネルMISFETのソース、ドレインを構成する低濃度のn−型半導体領域39を形成する。同様に、p型ウェル25,31をレジスト膜(図示せず)で覆い、pチャネルMISFETのゲート電極38をマスクにしてn型ウェル28,34にp型不純物、たとえばフッ化ボロン(BF2)をイオン注入し、pチャネルMISFETのソース、ドレインを構成する低濃度のp−型半導体領域40を形成する。
Next, as shown in FIG. 45, the n-
次いで、図46に示すように、半導体基板21上にCVD法で堆積した酸化シリコン膜をRIE(reactive ion etching)法で異方性エッチングして、ゲート電極38の側壁にサイドウォールスペーサ41を形成する。
Next, as shown in FIG. 46, a silicon oxide film deposited on the
続いて、n型ウェル28,34をレジスト膜(図示せず)で覆い、nチャネルMISFETのゲート電極38およびサイドウォールスペーサ41をマスクにしてp型ウェル25,31にn型不純物、たとえばヒ素をイオン注入し、nチャネルMISFETのソース、ドレインを構成する低濃度のn+型半導体領域42を形成する。同様に、p型ウェル25,31をレジスト膜(図示せず)で覆い、pチャネルMISFETのゲート電極38およびサイドウォールスペーサ41をマスクにしてn型ウェル28,34にp型不純物、たとえばフッ化ボロンをイオン注入し、pチャネルMISFETのソース、ドレインを構成する低濃度のp+型半導体領域43を形成する。この後、半導体基板21に、たとえば1000℃、5秒程度の熱処理を施して、半導体基板21に注入したn型不純物およびp型不純物を活性化させる。
Subsequently, the n-
次に、図47に示すように、半導体基板21上に層間絶縁膜44を形成した後、パターニングされたレジスト膜をマスクにして層間絶縁膜44をエッチングし、nチャネルMISFETのソース、ドレインに達するコンタクトホール45nおよびpチャネルMISFETのソース、ドレインに達するコンタクトホール45pを形成する。なお、図示はしないが、同時にnチャネルMISFETおよびpチャネルMISFETのゲート電極38に達するコンタクトホールが形成される。
Next, as shown in FIG. 47, after forming an interlayer insulating film 44 on the
次いで、層間絶縁膜44の上層に金属膜、たとえばタングステン(W)を堆積し、たとえばCMP法でこの金属膜の表面を平坦化することによって、上記コンタクトホール45n,45pの内部に金属膜を埋め込みプラグ46を形成する。その後、層間絶縁膜44の上層に堆積した金属膜をエッチングして配線層47を形成することにより、CMOSデバイスが略完成する。
Next, a metal film, for example, tungsten (W) is deposited on the interlayer insulating film 44, and the metal film is buried in the
このように、領域A1に形成される素子分離部の分離幅(LH)を相対的に狭く、領域A2に形成される素子分離部の分離幅(LL)を相対的に広く形成することにより、領域A1および領域A2において、nチャネルMISFETのp型ウェル25、nチャネルMISFETのしきい値電圧制御層26、pチャネルMISFETのn型ウェル28およびpチャネルMISFETのしきい値電圧制御層29の形成をそれぞれ同一工程で行っても、たとえば領域A1のnチャネルMISFETのしきい値電圧を相対的に高く、領域A2のnチャネルMISFETのしきい値電圧を相対的に低くすることができる。従って、領域A1に形成される素子分離部の分離幅と領域A2に形成される素子分離部の分離幅とを同じとする製造方法と比して、リソグラフィ工程を含めて6工程の工程削減ができ、2枚のリソグラフィ用のマスクを削減することができる。
In this manner, the isolation width (L H ) of the element isolation portion formed in the region A1 is relatively narrow, and the isolation width (L L ) of the element isolation portion formed in the region A2 is relatively wide. Thus, in the regions A1 and A2, the p-type well 25 of the n-channel MISFET, the threshold
このように、本実施の形態によれば、MISFETを電気的に分離する素子分離部の分離幅、MISFETのゲート電極から素子分離部までの距離、またはこれら両者を調整することにより、MISFETを構成する要素、たとえばゲート長、ゲート絶縁膜の膜厚または基板に導入される不純物の濃度などを同じとしても、複数のMISFETにおいて、それぞれに所望する特性、たとえばしきい値電圧または駆動電流を得ることができる。さらに、リソグラフィ工程やイオン打ち込み工程などの製造工程を削減することができるので、製造コストを低減することができる。 Thus, according to the present embodiment, the MISFET is configured by adjusting the isolation width of the element isolation part for electrically isolating the MISFET, the distance from the gate electrode of the MISFET to the element isolation part, or both. To obtain desired characteristics, for example, threshold voltage or drive current, in each of a plurality of MISFETs even if the elements to be operated, for example, the gate length, the film thickness of the gate insulating film or the concentration of impurities introduced into the substrate are the same Can do. Furthermore, since manufacturing processes such as a lithography process and an ion implantation process can be reduced, manufacturing costs can be reduced.
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
たとえば、前記実施の形態では、チャネル領域へ及ぼす応力の増加によって、MISFETのしきい値電圧が増加する場合について説明したが、しきい値電圧が減少することも可能であり、標準のしきい値電圧に対してMISFETのしきい値電圧を高くまたは低く調整することができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the threshold voltage of the MISFET increases due to an increase in the stress applied to the channel region has been described. The threshold voltage of the MISFET can be adjusted higher or lower than the voltage.
また、前記実施の形態では、素子分離部を溝アイソレーションで構成したが、これに限定されるものではなく、たとえばLOCOS(local oxidation of silicon)で構成してもよく、同様な効果が得られる。 Further, in the above-described embodiment, the element isolation portion is configured by trench isolation, but is not limited thereto, and may be configured by, for example, LOCOS (local oxidation of silicon), and the same effect can be obtained. .
また、前記実施の形態では、応力によって変動するMISFETの特性として、主としてしきい値電圧を例示したが、その他の特性、たとえば駆動電流も応力によって変動させることが可能である。 In the above embodiment, the threshold voltage is mainly exemplified as the characteristic of the MISFET that varies depending on the stress. However, other characteristics such as the drive current can also be varied depending on the stress.
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、MISFETを有する半導体集積回路装置の製造工程に適用することができる。 The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention can be applied to a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device having a MISFET.
1 基板
2 ゲート電極
3 活性領域
4 素子分離部
5 素子分離部
6 活性領域
7 ゲート電極
8 VDD電源配線
9 VSS電源配線
10 入力信号配線
11 出力信号配線
12 コンタクトホール
13 ダミー活性領域
14 ダミーゲート電極
21 半導体基板
22 浅溝
23 酸化シリコン膜
24 レジスト膜
25 p型ウェル
26 しきい値電圧制御層
27 レジスト膜
28 n型ウェル
29 しきい値電圧制御層
30 レジスト膜
31 p型ウェル
32 しきい値電圧制御層
33 レジスト膜
34 n型ウェル
35 しきい値電圧制御層
36 酸化シリコン膜
37a ゲート絶縁膜
37b ゲート絶縁膜
38 ゲート電極
39 n−型半導体領域
40 p−型半導体領域
41 サイドウォールスペーサ
42 n+型半導体領域
43 p+型半導体領域
44 層間絶縁膜
45n コンタクトホール
45p コンタクトホール
46 プラグ
47 配線層
A 活性領域
STI 溝アイソレーション
G ゲート電極
L1 分離幅
L2 距離
L3 間隔
Q1 第1MISFET
Q2 第2MISFET
Q3 第3MISFET
Q4 第4MISFET
Q5 第5MISFET
Lg ゲート長
La 分離幅
La’ 分離幅
Lb 分離幅
Lb’ 分離幅
Lc 距離
Lc’ 距離
Lc” 距離
Ld 距離
Ld’ 距離
DA1 ダミー活性領域
DA2 ダミー活性領域
DG1 ダミーゲート電極
DG2 ダミーゲート電極
DG3 ダミーゲート電極
DG4 ダミーゲート電極
DG5 ダミーゲート電極
DG6 ダミーゲート電極
HA 領域
MA 領域
LA 領域
GA1 領域
GA2 領域
PMOS 領域
NMOS 領域
A1 領域
A2 領域
A3 領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Q 2 2nd MISFET
Q 3 3rd MISFET
Q 4 4th MISFET
Q 5 5th MISFET
Lg Gate length La Separation width La ′ Separation width Lb Separation width Lb ′ Separation width Lc Distance Lc ′ Distance Lc ″ Distance Ld Distance Ld ′ Distance DA 1 dummy active region DA 2 dummy active region DG 1 dummy gate electrode DG 2 dummy gate electrode DG 3 dummy gate electrode DG 4 dummy gate electrode DG 5 dummy gate electrode DG 6 dummy gate electrode HA region MA region LA region GA 1 region GA 2 region PMOS region NMOS region A1 region A2 region A3 region
Claims (8)
前記素子分離部によって規定された第1、第2、第3、第4、第5及び第6活性領域と、
前記第2活性領域に形成されたnチャネル型の第1MISFETと、
前記第5活性領域に形成されたnチャネル型の第2MISFETとを有し、
前記第1MISFETのゲート長方向において、前記第2活性領域は、前記第1および第3活性領域と隣り合うように配置されており、
前記第2MISFETのゲート長方向において、前記第5活性領域は、前記第4および第6活性領域と隣り合うように配置されており、
前記第1活性領域と前記第2活性領域との間隔、前記第2活性領域と前記第3活性領域との間隔、前記第4活性領域と前記第5活性領域との間隔、および前記第5活性領域と前記第6活性領域との間隔は、それぞれ2μm以下であり、
前記第1MISFETのゲート長方向における前記第1MISFETのゲート電極の一方の端部から前記第1活性領域側の前記第2活性領域端部までの幅、および前記第1MISFETのゲート長方向における前記第1MISFETのゲート電極の他方の端部から前記第3活性領域側の前記第2活性領域端部までの幅を、それぞれ前記第2MISFETのゲート長方向における前記第2MISFETのゲート電極の一方の端部から前記第4活性領域側の前記第5活性領域端部までの幅、および前記第2MISFETのゲート長方向における前記第2MISFETのゲート電極の他方の端部から前記第6活性領域側の前記第5活性領域端部までの幅よりも小さくすることで、前記第1MISFETのチャネル領域に発生する応力を、前記第2MISFETのチャネル領域に発生する応力よりも大きくしたことを特徴とする半導体集積回路装置。 An element isolation portion in which an insulating film is embedded in a groove formed in a semiconductor substrate;
First, second, third, fourth, fifth and sixth active regions defined by the device isolation part;
An n-channel first MISFET formed in the second active region;
An n-channel second MISFET formed in the fifth active region,
In the gate length direction of the first MISFET, the second active region is disposed adjacent to the first and third active regions,
In the gate length direction of the second MISFET, the fifth active region is disposed adjacent to the fourth and sixth active regions,
An interval between the first active region and the second active region, an interval between the second active region and the third active region, an interval between the fourth active region and the fifth active region, and the fifth active region The distance between the region and the sixth active region is 2 μm or less,
The width from one end of the gate electrode of the first MISFET in the gate length direction of the first MISFET to the end of the second active region on the first active region side, and the first MISFET in the gate length direction of the first MISFET The width from the other end of the gate electrode of the second MISFET to the end of the second active region on the side of the third active region is determined from the one end of the gate electrode of the second MISFET in the gate length direction of the second MISFET, respectively. The width of the fourth active region to the end of the fifth active region, and the fifth active region on the sixth active region side from the other end of the gate electrode of the second MISFET in the gate length direction of the second MISFET By making the width smaller than the width to the end, the stress generated in the channel region of the first MISFET is reduced to the second M The semiconductor integrated circuit device being characterized in that larger than the stress generated in the channel region of the SFET.
前記第1MISFETのチャネル領域に発生する応力によって変化する前記第1MISFETのしきい値電圧の変化量は、前記第2MISFETのチャネル領域に発生する応力によって変化する前記第2MISFETのしきい値電圧の変化量よりも大きいことを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
The amount of change in the threshold voltage of the first MISFET that changes due to the stress generated in the channel region of the first MISFET is the amount of change in the threshold voltage of the second MISFET that changes due to the stress generated in the channel region of the second MISFET. A semiconductor integrated circuit device characterized by being larger than
前記第1MISFETのしきい値電圧は、前記第2MISFETのしきい値電圧よりも大きいことを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 2.
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a threshold voltage of the first MISFET is larger than a threshold voltage of the second MISFET.
前記第1MISFETの駆動電流と、前記第2MISFETの駆動電流とは、異なっていることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a driving current of the first MISFET is different from a driving current of the second MISFET.
前記第1活性領域と前記第2活性領域との間隔、および前記第2活性領域と前記第3活性領域との間隔は、それぞれ前記第4活性領域と前記第5活性領域との間隔、および前記第5活性領域と前記第6活性領域との間隔と同じであることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 4,
The interval between the first active region and the second active region and the interval between the second active region and the third active region are respectively the interval between the fourth active region and the fifth active region, and A semiconductor integrated circuit device, wherein the distance between the fifth active region and the sixth active region is the same.
前記第1MISFETのゲート長方向における前記第1MISFETのゲート電極の長さは、前記第2MISFETのゲート長方向における前記第2MISFETのゲート電極の長さと同じであることを特徴とする半導体集積回路装置。 In the semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
The length of the gate electrode of the first MISFET in the gate length direction of the first MISFET is the same as the length of the gate electrode of the second MISFET in the gate length direction of the second MISFET.
前記第1MISFETのゲート絶縁膜の厚さは、前記第2MISFETのゲート絶縁膜の厚さと同じであることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 6,
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a thickness of the gate insulating film of the first MISFET is the same as a thickness of the gate insulating film of the second MISFET.
前記第1または第3活性領域は、MISFETが形成されないダミー領域であることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 7,
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the first or third active region is a dummy region in which a MISFET is not formed.
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