JP2009135187A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サイリスタを用いた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device using a thyristor and a method for manufacturing the same.
サイリスタを用い、サイリスタのターンオン、ターンオフ特性をサイリスタ上に実現したゲート電極により制御し、アクセストランジスタと直列に接続したメモリ(特にSRAM向け)が提案されている(以下、T−RAMと呼ぶ)。これは、サイリスタのオフ領域を「0」、オン領域を「1」としてメモリー動作させるものである。 There has been proposed a memory (in particular, for SRAM) in which a thyristor is used and the turn-on and turn-off characteristics of the thyristor are controlled by a gate electrode realized on the thyristor and connected in series with an access transistor (hereinafter referred to as T-RAM). In this case, the memory operation is performed by setting the off region of the thyristor to “0” and the on region to “1”.
サイリスタは基本的に第1p型領域p1と第1n型領域n1と第2p型領域p2と第2n型領域n2とを順に接合したもので、例えば、n型シリコンとp型シリコンとが4層に構成されたものである。
以下、この基本構造をp1/n1/p2/n2と記す。T−RAM社から、2種類の構造が提案されている。
一つは、p1/n1/p2/n2構造をシリコン基板上に縦型に構成したものである。
もう一つは、SOI基板を用いて、p1/n1/p2/n2構造をシリコン層に横型に構成したものである。
いずれの構成においても、n1/p2/n2のp2上にMOS構造を有するゲート電極を設けることで高速動作を可能にしている(例えば、非特許文献1、2、3、特許文献1参照)。
A thyristor is basically a first p-type region p1, a first n-type region n1, a second p-type region p2, and a second n-type region n2, which are sequentially joined. For example, n-type silicon and p-type silicon are arranged in four layers. It is configured.
Hereinafter, this basic structure is referred to as p1 / n1 / p2 / n2. Two types of structures have been proposed by T-RAM.
One is a p1 / n1 / p2 / n2 structure formed vertically on a silicon substrate.
The other is an SOI substrate in which a p1 / n1 / p2 / n2 structure is horizontally formed on a silicon layer.
In any configuration, high-speed operation is enabled by providing a gate electrode having a MOS structure on p1 / n2 / p2 / n2 (see, for example, Non-Patent
サイリスタをプレーナ型でバルクシリコン基板を用いて作製する場合、イオン注入によってp1/n1/p2/n2構造を作製すると、例えば図16に示すように、第1p型領域p1と第1n型領域n1を2重拡散層で形成しなければならない。
しかしながら、2重拡散層を用いる構成では、素子分離の観点から第1p型領域p1と第1n型領域n1のプロセスマージンが大きくとれず、デバイス特性も制限される。
When a thyristor is manufactured using a planar type bulk silicon substrate, when a p1 / n1 / p2 / n2 structure is formed by ion implantation, for example, as shown in FIG. 16, a first p-type region p1 and a first n-type region n1 are formed. It must be formed with a double diffusion layer.
However, in the configuration using the double diffusion layer, the process margin of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 cannot be increased from the viewpoint of element isolation, and the device characteristics are limited.
また、本発明の出願人およびT−RAM社から、選択エピタキシャル成長技術を使う製造方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, a manufacturing method using a selective epitaxial growth technique has been proposed by the applicant of the present invention and T-RAM (see, for example, Patent Document 2).
例えば、図17に示すように、第1p型領域p1と第1n型領域n1のプロセスマージンを大きく確保するために、第1p型領域p1と第1n型領域n1を選択エピタキシャル成長によって形成する方法が提案されている。
選択エピタキシャル成長によって、第1p型領域p1と第1n型領域n1を形成するには、第1p型領域p1と第2p型領域p2との間のショートを抑制すること求められる。
For example, as shown in FIG. 17, in order to secure a large process margin between the first p-type region p1 and the first n-type region n1, a method of forming the first p-type region p1 and the first n-type region n1 by selective epitaxial growth is proposed. Has been.
In order to form the first p-type region p1 and the first n-type region n1 by selective epitaxial growth, it is required to suppress a short circuit between the first p-type region p1 and the second p-type region p2.
しかしながら、図18に示すように、第2p型領域p2上に第1n型領域n1を選択エピタキシャル成長で形成するとき、下地のシリコン基板領域の外側、つまり素子分離領域13へ成長が進まない場合がある。
However, as shown in FIG. 18, when the first n-type region n1 is formed on the second p-type region p2 by selective epitaxial growth, the growth may not proceed to the outside of the underlying silicon substrate region, that is, the
その状態で、さらに第1p型領域p1を形成する選択エピタキシャル成長を行って、図19に示すように、第1n型領域n1上に第1p型領域p1を形成すると、第1n型領域n1のファセット領域の膜厚が薄くなるので、第1n型領域n1の裾部分において第1p型領域p1と第2p型領域p2とが接触して、ショートが発生することになる。
第1p型領域p1と第2p型領域p2との間でショートが発生すると、p1/n1/p2/n2接合は単なるp−n接合と同等となってしまうため、サイリスタ特性が得られずメモリとして動作させることが不可能となる。
したがって、第1p型領域p1と第2p型領域p2の距離を物理的に離してショートを防止する必要がある。
In this state, selective epitaxial growth for further forming the first p-type region p1 is performed to form the first p-type region p1 on the first n-type region n1, as shown in FIG. 19, so that the facet region of the first n-type region n1 is obtained. Therefore, the first p-type region p1 and the second p-type region p2 come into contact with each other at the skirt portion of the first n-type region n1, and a short circuit occurs.
When a short circuit occurs between the first p-type region p1 and the second p-type region p2, the p1 / n1 / p2 / n2 junction becomes equivalent to a simple pn junction, so that thyristor characteristics cannot be obtained and the memory is used. It becomes impossible to operate.
Accordingly, it is necessary to prevent the short by physically separating the distance between the first p-type region p1 and the second p-type region p2.
解決しようとする問題点は、エピタキシャル成長によって、第2p型領域p2上に第1n型領域、第1p型領域を形成した場合、第1n型領域の裾部分において第1p型領域と第2p型領域とが接触して、ショートが発生する点である。 The problem to be solved is that, when the first n-type region and the first p-type region are formed on the second p-type region p2 by epitaxial growth, the first p-type region and the second p-type region are formed at the bottom of the first n-type region. This is a point where a short circuit occurs due to contact.
本発明は、第1p型領域と第1n型領域と第2p型領域と第2n型領域とが順に接合されたサイリスタを有する半導体装置において、第2p型領域上に第1n型領域、第1p型領域を積層して形成しても、第1p型領域と第2p型領域とがショートを起こさないようにすることを可能にする。 The present invention provides a semiconductor device having a thyristor in which a first p-type region, a first n-type region, a second p-type region, and a second n-type region are sequentially joined, and the first n-type region, the first p-type region on the second p-type region. Even when the regions are stacked, the first p-type region and the second p-type region can be prevented from being short-circuited.
本発明の半導体装置(第1半導体装置)は、第1伝導型の第1領域と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型の第2領域と、第1伝導型の第3領域と、第2伝導型の第4領域とが順に接合されたサイリスタが形成された半導体装置であって、前記第3領域は、素子分離領域で分離された半導体基板に形成され、前記第2領域は、前記第3領域の一部上に形成されて、かつ、前記第2領域と前記第3領域との界面の一端部が前記素子分離領域の側壁部に接合するように形成されていることを特徴とする。 The semiconductor device (first semiconductor device) of the present invention includes a first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, and a first conductivity type third region. A semiconductor device having a thyristor in which a region and a fourth region of the second conductivity type are sequentially joined, wherein the third region is formed on a semiconductor substrate separated by an element isolation region; The region is formed on a part of the third region, and is formed so that one end portion of the interface between the second region and the third region is joined to the side wall portion of the element isolation region. It is characterized by that.
本発明の第1半導体装置では、第2領域は前記第3領域の一部上に形成されて、かつ、前記第2領域と前記第3領域との界面の一端部が素子分離領域の側壁部に接合するように形成されていることから、第1領域と第3領域とは第2領域および素子分離領域によって分離されることになる。 In the first semiconductor device of the present invention, the second region is formed on a part of the third region, and one end portion of the interface between the second region and the third region is a side wall portion of the element isolation region. Thus, the first region and the third region are separated by the second region and the element isolation region.
本発明の半導体装置(第2半導体装置)は、第1伝導型の第1領域と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型の第2領域と、第1伝導型の第3領域と、第2伝導型の第4領域とが順に接合されたサイリスタが形成された半導体装置であって、前記第3領域は、素子分離領域で分離された半導体基板に形成され、前記第2領域は、前記第3領域の一部上に形成され、前記第1領域は、前記第2領域上に形成され、かつ前記第1領域が形成される前記第2領域面において前記第1領域の側周囲に前記第2領域が存在するように形成されていることを特徴とする。 A semiconductor device (second semiconductor device) according to the present invention includes a first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, and a first conductivity type third region. A semiconductor device having a thyristor in which a region and a fourth region of the second conductivity type are sequentially joined, wherein the third region is formed on a semiconductor substrate separated by an element isolation region; The region is formed on a part of the third region, the first region is formed on the second region, and the first region is formed on the second region surface where the first region is formed. The second region is formed around the side.
本発明の第2半導体装置では、第1領域は、第2領域上に形成され、かつ第1領域が形成される第2領域面において第1領域の側周囲に第2領域が存在するように形成されていることから、第1領域と第3領域とは第2領域によって分離されることになる。 In the second semiconductor device of the present invention, the first region is formed on the second region, and the second region exists around the side of the first region on the second region surface where the first region is formed. Since it is formed, the first region and the third region are separated by the second region.
本発明の半導体装置の製造方法(第1製造方法)は、第1伝導型の第1領域と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型の第2領域と、第1伝導型の第3領域と、第2伝導型の第4領域とが順に接合されたサイリスタが形成される半導体装置の製造方法であって、半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上にノンドープのエピタキシャル成長層を形成する工程と、前記エピタキシャル成長層および該エピタキシャル成長層の下部の前記第3領域に、前記エピタキシャル成長層の表面から所定の距離をおいてかつ前記素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第2導電型の不純物をイオン注入して前記第2領域を形成する工程と、前記エピタキシャル成長層およびその下部の前記第3領域に、前記素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第1導電型の不純物をイオン注入して前記第2領域の上部に前記第1領域を形成する工程と、前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程とを有することを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention (first manufacturing method) includes a first region of a first conductivity type, a second region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a first conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device in which a thyristor in which the third region and the fourth region of the second conductivity type are sequentially joined is formed, the step of forming an element isolation region on a semiconductor substrate, and the element isolation region Forming the third region on the semiconductor substrate separated by the step, forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film, and forming a sidewall on the side wall of the gate electrode. A step of forming a non-doped epitaxial growth layer on the third region on one side of the gate electrode, and a surface of the epitaxial growth layer on the epitaxial growth layer and the third region below the epitaxial growth layer. Forming a second region by ion-implanting a second conductivity type impurity so that one end is joined to the sidewall of the element isolation region at a predetermined distance, and the epitaxially grown layer and its lower part Forming a first region above the second region by ion-implanting a first conductivity type impurity so that one end of the third region is joined to a side wall of the element isolation region; Forming the fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the electrode.
本発明の第1製造方法では、エピタキシャル成長層およびその下部の第3領域に、エピタキシャル成長層の表面から所定の距離をおいてかつ素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第2導電型の不純物をイオン注入して第2領域を形成する工程と、エピタキシャル成長層および該エピタキシャル成長層の下部の第3領域に、素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第1導電型の不純物をイオン注入して第2領域の上部に前記第1領域を形成する工程とを有することから、第1領域と第3領域とは第2領域および素子分離領域によって分離されるように形成される。 In the first manufacturing method of the present invention, the second conductivity type is formed such that one end of the epitaxial growth layer and the third region under the epitaxial growth layer are joined to the side wall portion of the element isolation region at a predetermined distance from the surface of the epitaxial growth layer. Impurities are ion-implanted into the epitaxial growth layer and the third region below the epitaxial growth layer so that one end of the impurity is ion-implanted to the sidewall portion of the element isolation region. And the step of forming the first region above the second region by implantation, the first region and the third region are formed to be separated by the second region and the element isolation region.
本発明の半導体装置の製造方法(第2製造方法)は、第1伝導型の第1領域と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型の第2領域と、第1伝導型の第3領域と、第2伝導型の第4領域とが順に接合されたサイリスタが形成される半導体装置の製造方法であって、半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上にノンドープのエピタキシャル成長層を形成する工程と、前記ノンドープのエピタキシャル成長層および該ノンドープトのエピタキシャル成長層の下部の前記第3領域に、前記素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第2導電型の不純物をイオン注入して前記第2領域を形成する工程と、選択エピタキシャル成長によって、前記第2領域上に前記第1領域を形成する工程と、前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程とを有することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method (second manufacturing method) including a first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, and a first conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device in which a thyristor in which the third region and the fourth region of the second conductivity type are sequentially joined is formed, the step of forming an element isolation region on a semiconductor substrate, and the element isolation region Forming the third region on the semiconductor substrate separated by the step, forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film, and forming a sidewall on the side wall of the gate electrode. A step of forming a non-doped epitaxial growth layer on the third region on one side of the gate electrode, the non-doped epitaxial growth layer and the third region under the non-doped epitaxial growth layer, Forming the second region by ion implantation of a second conductivity type impurity so that one end is joined to the side wall of the child isolation region, and forming the first region on the second region by selective epitaxial growth And a step of forming the fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the gate electrode.
本発明の第2製造方法では、ゲート電極の一方側の前記第3領域上にノンドープのエピタキシャル成長層を形成する工程と、ノンドープのエピタキシャル成長層および該ノンドープトのエピタキシャル成長層の下部の第3領域に、素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第2導電型の不純物をイオン注入して第2領域を形成する工程と、選択エピタキシャル成長によって、第2領域上に前記第1領域を形成する工程とを有することから、第1領域と第3領域とは、第2領域、もしくは第2領域および素子分離領域によって分離されるように形成される。 In the second manufacturing method of the present invention, a step of forming a non-doped epitaxial growth layer on the third region on one side of the gate electrode, and a non-doped epitaxial growth layer and a third region under the non-doped epitaxial growth layer Forming a second region by ion-implanting a second conductivity type impurity so that one end is joined to the side wall of the isolation region; and forming the first region on the second region by selective epitaxial growth; Therefore, the first region and the third region are formed so as to be separated by the second region or the second region and the element isolation region.
本発明の半導体装置の製造方法(第3製造方法)は、第1伝導型の第1領域と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型の第2領域と、第1伝導型の第3領域と、第2伝導型の第4領域とが順に接合されたサイリスタが形成される半導体装置の製造方法であって、半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上に第2導電型の不純物をドーピングしたエピタキシャル成長層を前記素子分離領域と前記第3領域との境界を覆うように形成する工程と、前記エピタキシャル成長層の表面側に第1導電型の不純物をイオン注入して前記第1領域を形成する工程と、前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程とを有し、前記イオン注入は、前記第1領域と前記第3領域との間に前記第2領域が存在し、かつ前記第3領域と前記素子分離領域の境界上を被覆する前記第2領域が維持されるように行うことを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention (third manufacturing method) includes a first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, and a first conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device in which a thyristor in which the third region and the fourth region of the second conductivity type are sequentially joined is formed, the step of forming an element isolation region on a semiconductor substrate, and the element isolation region Forming the third region on the semiconductor substrate separated by the step, forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film, and forming a sidewall on the side wall of the gate electrode. And forming an epitaxial growth layer doped with an impurity of a second conductivity type on the third region on one side of the gate electrode so as to cover the boundary between the element isolation region and the third region, and the epitaxial growth On the surface side of the layer Forming a first region by ion-implanting an impurity of one conductivity type, and forming a fourth region so as to be joined to a third region on the other side of the gate electrode, The implantation is performed so that the second region exists between the first region and the third region, and the second region covering the boundary between the third region and the element isolation region is maintained. It is characterized by performing.
本発明の第3製造方法では、ゲート電極の一方側の第3領域上に第2導電型の不純物をドーピングしたエピタキシャル成長層を素子分離領域と第3領域との境界を覆うように形成する工程と、エピタキシャル成長層の表面側に第1導電型の不純物をイオン注入して第1領域を形成する工程と、ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように第4領域を形成する工程とを有し、イオン注入は、記第1領域と第3領域との間に第2領域が存在し、かつ第3領域と素子分離領域の境界上を被覆する第2領域が維持されるように行うことから、第1領域と第3領域とは第2領域および素子分離領域によって分離される。 In the third manufacturing method of the present invention, an epitaxial growth layer doped with an impurity of the second conductivity type is formed on the third region on one side of the gate electrode so as to cover the boundary between the element isolation region and the third region; A step of forming a first region by ion implantation of a first conductivity type impurity on the surface side of the epitaxial growth layer, and a step of forming a fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the gate electrode. The ion implantation is performed so that the second region exists between the first region and the third region, and the second region covering the boundary between the third region and the element isolation region is maintained. Therefore, the first region and the third region are separated by the second region and the element isolation region.
本発明の半導体装置の製造方法(第4製造方法)は、第1伝導型の第1領域と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型の第2領域と、第1伝導型の第3領域と、第2伝導型の第4領域とが順に接合されたサイリスタが形成される半導体装置の製造方法であって、半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上に前記第2領域を形成する工程と、前記第2領域上を被覆する絶縁膜を形成した後、前記第2領域上の前記絶縁膜に前記第2領域上の内側に収まるように開口部を形成する工程と、選択エピタキシャル成長によって前記開口部の前記第2領域上に前記第1領域を形成する工程と、前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程とを有することを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention (fourth manufacturing method) includes a first region of a first conductivity type, a second region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a first conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device in which a thyristor in which the third region and the fourth region of the second conductivity type are sequentially joined is formed, the step of forming an element isolation region on a semiconductor substrate, and the element isolation region Forming the third region on the semiconductor substrate separated by the step, forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film, and forming a sidewall on the side wall of the gate electrode. And forming the second region on the third region on one side of the gate electrode, forming an insulating film covering the second region, and then forming the insulating film on the second region. Forming an opening so as to fit inside the second region; , Forming the first region on the second region of the opening by selective epitaxial growth, and forming the fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the gate electrode. It is characterized by that.
本発明の第4製造方法では、ゲート電極の一方側の第3領域上に第2領域を形成する工程と、第2領域上を被覆する絶縁膜を形成した後、第2領域上の絶縁膜に第2領域上の内側に収まるように開口部を形成する工程と、選択エピタキシャル成長によって開口部の第2領域上に第1領域を形成する工程とを有することから、第1領域と第3領域とは第2領域によって分離される。 In the fourth manufacturing method of the present invention, the step of forming the second region on the third region on one side of the gate electrode, the insulating film covering the second region being formed, and then the insulating film on the second region And forming a first region on the second region of the opening by selective epitaxial growth, so that the first region and the third region are formed. Are separated by a second region.
本発明の半導体装置は、第1領域と第3領域とは、第2領域および素子分離領域によって分離されていることから、もしくは第2領域によって分離されていることから、第1領域と第3領域とはショートすることはない。よって、第1領域と第2領域と第3領域と第4領域とが順に接合されたサイリスタにおける第1領域と第2領域との接合、第2領域と第3領域との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性が得られる半導体装置を得ることができる。 In the semiconductor device of the present invention, the first region and the third region are separated from each other by the second region and the element isolation region, or separated from each other by the second region. There is no short circuit with the area. Therefore, the junction between the first region and the second region and the junction between the second region and the third region in the thyristor in which the first region, the second region, the third region, and the fourth region are joined in order function. Therefore, a semiconductor device capable of obtaining normal thyristor characteristics can be obtained.
本発明の半導体装置の製造方法は、第1領域と第3領域とは第2領域および素子分離領域によって、もしくは第2領域によって分離するように形成することから、第1領域と第3領域とはショートすることはない。よって、第1領域と第2領域と第3領域と第4領域とが順に接合されたサイリスタにおける第1領域と第2領域との接合、第2領域と第3領域との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性が得られる半導体装置を製造することができる。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first region and the third region are formed so as to be separated by the second region and the element isolation region or by the second region. Will never short. Therefore, the junction between the first region and the second region and the junction between the second region and the third region in the thyristor in which the first region, the second region, the third region, and the fourth region are joined in order function. Therefore, a semiconductor device capable of obtaining normal thyristor characteristics can be manufactured.
本発明の半導体装置(第1半導体装置)に係る一実施の形態(第1実施例)を、図1の概略構成断面図によって説明する。 An embodiment (first example) according to a semiconductor device (first semiconductor device) of the present invention will be described with reference to a schematic sectional view of FIG.
図1に示すように、半導体基板11に、サイリスタT1を形成する素子形成領域12を分離するための素子分離領域13が形成されている。上記半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。上記素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成されたものである。
As shown in FIG. 1, an
この素子形成領域12およびその上部に、第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型(n型)の第1n型領域n1(第2領域)と、第1伝導型(p型)の第2p型領域p2(第3領域)と、第2伝導型(n型)の第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタT1で構成される半導体装置1が形成されている。
ここでは、第1伝導型をp型、第2伝導型をn型として説明するが、逆に第1伝導型をn型、第2伝導型をp型としてもよい。
A first conductivity type (p-type) first p-type region p1 (first region) and a second conductivity type (n-type) opposite to the first conductivity type are formed in the
Here, the first conductivity type is described as p-type and the second conductivity type is described as n-type, but conversely, the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type.
以下、その詳細を説明する。
上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域(図示せず)が形成されていてもよい。さらに、半導体基板11の素子形成領域12の上部に第1伝導型(p型)の領域が形成されている。このp型領域がサイリスタの第2p型領域p2(第3領域)になっている。この第2p型領域p2はホウ素(B)をドーピングして形成され、その濃度は、例えば5×1018cm-3であり、1×1018cm-3から1×1019cm-3程度が望ましい。基本的には、後に説明する第2伝導型(n型)の第1n型領域n1のドーパント濃度より低いことが必要である。また、上記p型ドーパントは、ホウ素(B)の他にインジウム(In)等のp型ドーパントを用いることができる。インジウムを用いたときの濃度はホウ素を用いたときと同等である。
Details will be described below.
For example, an n-well region (not shown) may be formed below the
上記半導体基板11上には、ゲート絶縁膜21が形成されている。このゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜されている。
なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
A
The
上記ゲート絶縁膜21上には、サイリスタゲート電極22が形成されえている。上記サイリスタゲート電極22は、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
A
また、上記サイリスタゲート電極22上にハードマスクとして、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(Si3N4)膜等が形成されていてもよい。
Further, a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, or the like may be formed on the
サイリスタゲート電極22の側壁には、サイドウォール23、24が形成されている。上記サイドウォール23、24は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成してもよい。
Sidewalls 23 and 24 are formed on the side wall of the
上記サイリスタゲート電極22の一方側には、第2伝導型(n型)の第1n型領域n1(第2領域)が形成されている。この第1n型領域n1は、上記第2p型領域p2(第3領域)の一部上およびその下部の上記第2p型領域p2の一部に、上記素子分離領域13(13−2)の表面より深い位置の上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように形成されている。また、上記第2p型領域p2上部分の第1n型領域n1は例えばエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長層で形成されている。
上記第1n型領域n1は、例えば上記第1p型領域p1とともにノンドープのエピタキシャル成長層で形成され、イオン注入により上記ノンドープのエピタキシャル成長層の下層部分および上記第2p型領域p2の一部を、その膜中のリン(P)濃度が例えば1.5×1019cm-3となるようにしている。この濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましいが、上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが必要であり、また下記に説明する第1p型領域p1(第1領域)より低いことが必要である。
また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
また上記第1n型領域n1の膜厚は、例えばエピタキシャル成長層部分の膜厚で50nm〜300nm程度が望ましい。
また、上記第1n型領域n1(第2領域)は、上記サイドウォール24の側壁に接合されている。具体的には、上記第1n型領域n1と上記第2p型領域p2との界面の一端部が上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に接合されていない第1n型領域n1の端部は、上記サイドウォール24の側壁に接合されている。
さらに、上記第1n型領域n1の主要部(上記半導体基板11の主面上に形成されている部分)は、上記半導体基板11表面上に形成されている。もしくは、上記半導体基板11表面上および上記半導体基板11の表面よりも深い位置まで形成されていてもよい。
On one side of the
The first n-type region n1 is formed of, for example, a non-doped epitaxial growth layer together with the first p-type region p1, and a lower layer portion of the non-doped epitaxial growth layer and a part of the second p-type region p2 are formed in the film by ion implantation. The phosphorus (P) concentration is set to 1.5 × 10 19 cm −3 , for example. This concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3, but it needs to be higher than the dopant concentration of the second p-type region p2, and the first p-type region described below It is necessary to be lower than p1 (first region).
Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
The film thickness of the first n-type region n1 is desirably about 50 nm to 300 nm, for example, as the film thickness of the epitaxial growth layer portion.
The first n-type region n1 (second region) is joined to the sidewall of the
Furthermore, the main part of the first n-type region n1 (the part formed on the main surface of the semiconductor substrate 11) is formed on the surface of the
上記第1n型領域n1上には、第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)が形成されている。
この第1p型領域p1は、上記第1n型領域n1上および上記第2p型領域p2の一部に形成され、かつ少なくとも上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように形成されている。すなわち、上記第1n型領域n1は、上記第2p型領域p2の一部上に形成されて、かつ、上記第1n型領域n1と上記第2p型領域p2との界面の一端部が上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に接合するように形成されていればよい。
この第1p型領域p1は、例えば上記第1n型領域n1とともにノンドープのエピタキシャル成長層で形成され、イオン注入により上記ノンドープのエピタキシャル成長層の上層部分を、その膜中のホウ素(B)濃度が例えば1×1020cm-3となるようにしている。上記ドーパント(ホウ素)濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。
また上記膜厚は、例えばエピタキシャル成長層部分の膜厚で50nm〜300nm程度が望ましいが、第1p型領域p1がアノード電極として機能を果たせる範囲であればよい。
また、上記第1p型領域p1は、上記サイドウォール24の側壁に接合されている。
A first p-type region p1 (first region) of the first conductivity type (p-type) is formed on the first n-type region n1.
The first p-type region p1 is formed on the first n-type region n1 and part of the second p-type region p2, and at least one end is joined to the side wall of the element isolation region 13 (13-2). Is formed. That is, the first n-type region n1 is formed on a part of the second p-type region p2, and one end portion of the interface between the first n-type region n1 and the second p-type region p2 is the element isolation. What is necessary is just to be formed so that it may join to the side wall part of the area | region 13 (13-2).
The first p-type region p1 is formed of, for example, a non-doped epitaxial growth layer together with the first n-type region n1, and the boron (B) concentration in the film is, for example, 1 × 10 20 cm −3 . The dopant (boron) concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .
The film thickness of the epitaxial growth layer portion is preferably about 50 nm to 300 nm, for example, as long as the first p-type region p1 can function as an anode electrode.
The first p-type region p <b> 1 is joined to the side wall of the
したがって、上記素子分離領域13(13−2)の側壁部分における上記第1p型領域p1と上記第1n型領域n1との接合位置は、例えば半導体基板11表面から50nmから200nmの深さの位置、例えば100nmの深さの位置になるように形成されている。
Therefore, the junction position of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 in the side wall portion of the element isolation region 13 (13-2) is, for example, a position having a depth of 50 nm to 200 nm from the surface of the
上記サイリスタゲート電極22の他方側の半導体基板11上には、n型のドーパントを導入してなるエピタキシャル成長層からなる第2n型領域n2(第4領域)が形成されている。
この第2n型領域n2は、例えばドーパントにリン(P)が用いられており、濃度は例えば5×1020cm-3になるように設定されている。この濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましいが、上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが必要であり、またその膜厚は半導体基板11表面から50nmから300nm程度が望ましいが、第2n型領域n2がカソード電極として機能する膜厚を有していることが重要である。
また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
また上記第2n型領域n2は、上記半導体基板11にイオン注入により形成されたものであってもよい。
On the
In the second n-type region n2, for example, phosphorus (P) is used as a dopant, and the concentration is set to 5 × 10 20 cm −3 , for example. This concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3, but it needs to be higher than the dopant concentration of the second p-
Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
The second n-type region n2 may be formed in the
また、上記第1p型領域p1表面、上記第2n型領域n2表面、上記サイリスタゲート電極22上に、低抵抗化のために、金属シリサイド層(図示せず)を形成してもよい。金属シリサイドには、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド等、通常のMOSデバイス等に用いられている金属シリサイドを用いることができる。
In addition, a metal silicide layer (not shown) may be formed on the surface of the first p-type region p1, the surface of the second n-type region n2, and the
上記半導体装置1では、第1n型領域n1は、第2p型領域p2の一部上にエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長層および該エピタキシャル成長層の下部の第2p型領域p2の一部に、素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように形成されていることから、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは第1n型領域n1および素子分離領域13(13−2)によって分離されることになる。したがって、第1p型領域p1と第2p型領域p2とはショートすることはない。
また、第1p型領域p1と第2p型領域p2間に十分な厚さの第1n型領域n1を有することで、例えば、第1n型領域n1がその表面側界面および裏面側界面に生じる空乏層の厚さよりも厚く形成されていることで、第1p型領域p1と第2p型領域p2間のパンチスルーの発生を無くすことができる。
よって、第1p型領域p1と第1n型領域n1と第2p型領域p2と第2n型領域n2とが順に接合されたサイリスタにおける第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合、第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性を得ることができる。
In the
In addition, since the first n-type region n1 having a sufficient thickness is provided between the first p-type region p1 and the second p-type region p2, for example, the depletion layer in which the first n-type region n1 is generated at the front-side interface and the back-side interface. As a result, the occurrence of punch-through between the first p-type region p1 and the second p-type region p2 can be eliminated.
Therefore, the junction of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 in the thyristor in which the first p-type region p1, the first n-type region n1, the second p-type region p2, and the second n-type region n2 are sequentially joined, the first n Since the junction between the type region n1 and the second p-type region p2 can function, normal thyristor characteristics can be obtained.
次に、本発明の半導体装置(第1半導体装置)に係る一実施の形態(第2実施例)を、図2の概略構成断面図によって説明する。 Next, an embodiment (second example) according to the semiconductor device (first semiconductor device) of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.
図2に示すように、半導体基板11に、サイリスタT2を形成する素子形成領域12を分離するための素子分離領域13が形成されている。上記半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。上記素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成されたものである。
As shown in FIG. 2, an
この素子形成領域12およびその上部に、第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型(n型)の第1n型領域n1(第2領域)と、第1伝導型(p型)の第2p型領域p2(第3領域)と、第2伝導型(n型)の第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタT2で構成される半導体装置2が形成されている。
ここでは、第1伝導型をp型、第2伝導型をn型として説明するが、逆に第1伝導型をn型、第2伝導型をp型としてもよい。
A first conductivity type (p-type) first p-type region p1 (first region) and a second conductivity type (n-type) opposite to the first conductivity type are formed in the
Here, the first conductivity type is described as p-type and the second conductivity type is described as n-type, but conversely, the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type.
以下、その詳細を説明する。
上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域(図示せず)が形成されていてもよい。さらに、半導体基板11の素子形成領域12の上部に第1伝導型(p型)の領域が形成されている。このp型領域がサイリスタの第2p型領域p2(第3領域)になっている。この第2p型領域p2はホウ素(B)をドーピングして形成され、その濃度は、例えば5×1018cm-3であり、1×1018cm-3から1×1019cm-3程度が望ましい。基本的には、後に説明する第2伝導型(n型)の第1n型領域n1のドーパント濃度より低いことが必要である。また、上記p型ドーパントは、ホウ素(B)の他にインジウム(In)等のp型ドーパントを用いることができる。インジウムを用いたときの濃度はホウ素を用いたときと同等である。
Details will be described below.
For example, an n-well region (not shown) may be formed below the
上記半導体基板11上には、ゲート絶縁膜21が形成されている。このゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜されている。
なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
A
The
上記ゲート絶縁膜21上には、サイリスタゲート電極22が形成されえている。上記サイリスタゲート電極22は、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
A
また、上記サイリスタゲート電極22上にハードマスクとして、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(Si3N4)膜等が形成されていてもよい。
Further, a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, or the like may be formed on the
サイリスタゲート電極22の側壁には、サイドウォール23、24が形成されている。上記サイドウォール23、24は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成してもよい。
Sidewalls 23 and 24 are formed on the side wall of the
上記サイリスタゲート電極22の一方側には、第2伝導型(n型)の第1n型領域n1(第2領域)が形成されている。この第1n型領域n1は、上記第2p型領域p2(第3領域)の一部上および上記第1n型領域n1の下部の上記第2p型領域p2の一部に、上記素子分離領域13(13−2)の表面より深い位置の上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように形成されている。また、上記第2p型領域p2上部分の第1n型領域n1は例えばエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長層で形成されている。このエピタキシャル成長層は、例えばノンドープトエピタキシャル成長層である。このノンドープトエピタキシャル成長層と上記第2p型領域p2の一部にイオン注入を行うことで、上記第1n型領域n1が形成されている。
上記第1n型領域n1は、濃度は例えば1.5×1019cm-3となっている。この濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましいが、上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが必要であり、また下記に説明する第1p型領域p1(第1領域)より低いことが必要である。また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
また上記第1n型領域n1の膜厚は、例えばエピタキシャル成長層部分の膜厚で50nm〜300nm程度が望ましい。
また、上記第1n型領域n1(第2領域)は、上記サイドウォール24の側壁に接合されている。
On one side of the
The concentration of the first n-type region n1 is, for example, 1.5 × 10 19 cm −3 . This concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3, but it needs to be higher than the dopant concentration of the second p-type region p2, and the first p-type region described below It is necessary to be lower than p1 (first region). Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
The film thickness of the first n-type region n1 is desirably about 50 nm to 300 nm, for example, as the film thickness of the epitaxial growth layer portion.
The first n-type region n1 (second region) is joined to the sidewall of the
上記第1n型領域n1上には、第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)が形成されている。
この第1p型領域p1は、前記エピタキシャル成長層の前記第2領域上および前記エピタキシャル成長層の下部の前記第3領域の一部に形成され、かつ少なくとも上記素子分離領域13(13−2)の表面に一端が接合するように形成されている。
この第1p型領域p1は、例えば選択エピタキシャル成長により形成され、膜中のホウ素(B)濃度が例えば1×1020cm-3となっている。上記ドーパント(ホウ素)濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。
また上記膜厚は、例えばエピタキシャル成長層部分の膜厚で50nm〜300nm程度が望ましいが、第1p型領域p1がアノード電極として機能を果たせる範囲であればよい。
また、上記第1p型領域p1は、上記サイドウォール24の側壁に接合されている。
A first p-type region p1 (first region) of the first conductivity type (p-type) is formed on the first n-type region n1.
The first p-type region p1 is formed on the second region of the epitaxial growth layer and a part of the third region below the epitaxial growth layer, and at least on the surface of the element isolation region 13 (13-2). One end is formed to be joined.
The first p-type region p1 is formed, for example, by selective epitaxial growth, and the boron (B) concentration in the film is, for example, 1 × 10 20 cm −3 . The dopant (boron) concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .
The film thickness of the epitaxial growth layer portion is preferably about 50 nm to 300 nm, for example, as long as the first p-type region p1 can function as an anode electrode.
The first p-type region p <b> 1 is joined to the side wall of the
したがって、上記素子分離領域13の側壁部分における上記第1p型領域p1と上記第1n型領域n1との接合位置は、例えば半導体基板11表面から50nmから200nmの深さの位置、例えば100nmの深さの位置になるように形成されている。
Therefore, the junction position of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 in the side wall portion of the
上記サイリスタゲート電極22の他方側の半導体基板11上には、n型のドーパントを導入してなるエピタキシャル成長層からなる第2n型領域n2(第4領域)が形成されている。
この第2n型領域n2は、例えばドーパントにリン(P)が用いられており、濃度は例えば5×1020cm-3になるように設定されている。この濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましいが、上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが必要であり、またその膜厚は半導体基板11表面から50nmから300nm程度が望ましいが、第2n型領域n2がカソード電極として機能する膜厚を有していることが重要である。
また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
また上記第2n型領域n2は、上記半導体基板11にイオン注入により形成されたものであってもよい。
On the
In the second n-type region n2, for example, phosphorus (P) is used as a dopant, and the concentration is set to 5 × 10 20 cm −3 , for example. This concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3, but it needs to be higher than the dopant concentration of the second p-
Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
The second n-type region n2 may be formed in the
また、上記第1p型領域p1表面、上記第2n型領域n2表面、上記サイリスタゲート電極22上に、低抵抗化のために、金属シリサイド層(図示せず)を形成してもよい。金属シリサイドには、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド等、通常のMOSデバイス等に用いられている金属シリサイドを用いることができる。
In addition, a metal silicide layer (not shown) may be formed on the surface of the first p-type region p1, the surface of the second n-type region n2, and the
上記半導体装置2では、第1n型領域n1は、第2p型領域p2の一部上にエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長層および該エピタキシャル成長層の下部の第2p型領域p2の一部に、素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように形成されていることから、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは第1n型領域n1および素子分離領域13(13−2)によって分離されることになる。したがって、第1p型領域p1と第2p型領域p2とはショートすることはない。
また、第1p型領域p1と第2p型領域p2間に十分な厚さの第1n型領域n1を有することで、例えば、第1n型領域n1がその表面側界面および裏面側界面に生じる空乏層の厚さよりも厚く形成されていることで、第1p型領域p1と第2p型領域p2間のパンチスルーの発生を無くすことができる。
よって、第1p型領域p1と第1n型領域n1と第2p型領域p2と第2n型領域n2とが順に接合されたサイリスタにおける第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合、第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性を得ることができる。
In the
In addition, since the first n-type region n1 having a sufficient thickness is provided between the first p-type region p1 and the second p-type region p2, for example, the depletion layer in which the first n-type region n1 is generated at the front-side interface and the back-side interface. As a result, the occurrence of punch-through between the first p-type region p1 and the second p-type region p2 can be eliminated.
Therefore, the junction of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 in the thyristor in which the first p-type region p1, the first n-type region n1, the second p-type region p2, and the second n-type region n2 are sequentially joined, the first n Since the junction between the type region n1 and the second p-type region p2 can function, normal thyristor characteristics can be obtained.
次に、本発明の半導体装置(第2半導体装置)に係る一実施の形態(実施例)を、図3の概略構成断面図によって説明する。 Next, an embodiment (example) according to the semiconductor device (second semiconductor device) of the present invention will be described with reference to the schematic configuration cross-sectional view of FIG.
図3に示すように、半導体基板11に、サイリスタT3を形成する素子形成領域12を分離するための素子分離領域13が形成されている。上記半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。上記素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成されたものである。
As shown in FIG. 3, an
この素子形成領域12およびその上部に、第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型(n型)の第1n型領域n1(第2領域)と、第1伝導型(p型)の第2p型領域p2(第3領域)と、第2伝導型(n型)の第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタT4で構成される半導体装置3が形成されている。
ここでは、第1伝導型をp型、第2伝導型をn型として説明するが、逆に第1伝導型をn型、第2伝導型をp型としてもよい。
A first conductivity type (p-type) first p-type region p1 (first region) and a second conductivity type (n-type) opposite to the first conductivity type are formed in the
Here, the first conductivity type is described as p-type and the second conductivity type is described as n-type, but conversely, the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type.
以下、その詳細を説明する。
上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域(図示せず)が形成されていてもよい。さらに、半導体基板11の素子形成領域12の上部に第1伝導型(p型)の領域が形成されている。このp型領域がサイリスタの第2p型領域p2(第3領域)になっている。この第2p型領域p2はホウ素(B)をドーピングして形成され、その濃度は、例えば5×1018cm-3であり、1×1018cm-3から1×1019cm-3程度が望ましい。基本的には、後に説明する第2伝導型(n型)の第1n型領域n1のドーパント濃度より低いことが必要である。また、上記p型ドーパントは、ホウ素(B)の他にインジウム(In)等のp型ドーパントを用いることができる。インジウムを用いたときの濃度はホウ素を用いたときと同等である。
Details will be described below.
For example, an n-well region (not shown) may be formed below the
上記半導体基板11上には、ゲート絶縁膜21が形成されている。このゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜されている。
なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
A
The
上記ゲート絶縁膜21上には、サイリスタゲート電極22が形成されえている。上記サイリスタゲート電極22は、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
A
また、上記サイリスタゲート電極22上にハードマスクとして、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(Si3N4)膜等が形成されていてもよい。
Further, a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, or the like may be formed on the
サイリスタゲート電極22の側壁には、サイドウォール23、24が形成されている。上記サイドウォール23、24は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成してもよい。
Sidewalls 23 and 24 are formed on the side wall of the
上記サイリスタゲート電極22の一方側には、第2伝導型(n型)の第1n型領域n1(第2領域)が形成されている。この第1n型領域n1は、上記第2p型領域p2(第3領域)の一部上にエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長層で形成されている。
上記第1n型領域n1は、濃度は例えば1.5×1019cm-3となっている。この濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましいが、上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが必要であり、また下記に説明する第1p型領域p1(第1領域)より低いことが必要である。また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
また上記第1n型領域n1の膜厚は、例えばエピタキシャル成長層部分の膜厚で50nm〜300nm程度が望ましい。
また、上記第1n型領域n1(第2領域)は、上記サイドウォール24の側壁に接合されている。
On one side of the
The concentration of the first n-type region n1 is, for example, 1.5 × 10 19 cm −3 . This concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3, but it needs to be higher than the dopant concentration of the second p-type region p2, and the first p-type region described below It is necessary to be lower than p1 (first region). Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
The film thickness of the first n-type region n1 is desirably about 50 nm to 300 nm, for example, as the film thickness of the epitaxial growth layer portion.
The first n-type region n1 (second region) is joined to the sidewall of the
上記第1n型領域n1上には、第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)が形成されている。
この第1p型領域p1は、上記第1n型領域n1上に形成され、かつ上記第1p型領域p1が形成される上記第1n型領域n1面において上記第1p型領域p1の側周囲に上記第1n型領域n1が存在するように形成されている。
この第1p型領域p1は、例えば選択エピタキシャル成長により形成され、膜中のホウ素(B)濃度が例えば1×1020cm-3となっている。上記ドーパント(ホウ素)濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。
また上記膜厚は、例えばエピタキシャル成長層部分の膜厚で50nm〜300nm程度が望ましいが、第1p型領域p1がアノード電極として機能を果たせる範囲であればよい。
したがって、上記第1p型領域p1は上記サイドウォール24の側壁に接合されていない。なお、上記第1n型領域n1が上記サイドウォール24の側壁に接合されているならば、上記第1p型領域p1は上記サイドウォール24の側壁に接合されていてもよい。
A first p-type region p1 (first region) of the first conductivity type (p-type) is formed on the first n-type region n1.
The first p-type region p1 is formed on the first n-type region n1 and the first n-type region n1 surface on which the first p-type region p1 is formed has a first p-type region p1 around the side of the first p-type region p1. The 1n-type region n1 is formed.
The first p-type region p1 is formed, for example, by selective epitaxial growth, and the boron (B) concentration in the film is, for example, 1 × 10 20 cm −3 . The dopant (boron) concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .
The film thickness of the epitaxial growth layer portion is preferably about 50 nm to 300 nm, for example, as long as the first p-type region p1 can function as an anode electrode.
Therefore, the first p-type region p1 is not joined to the sidewall of the
上記サイリスタゲート電極22の他方側の半導体基板11上には、n型のドーパントを導入してなるエピタキシャル成長層からなる第2n型領域n2(第4領域)が形成されている。
この第2n型領域n2は、例えばドーパントにリン(P)が用いられており、濃度は例えば5×1020cm-3になるように設定されている。この濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましいが、上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが必要であり、またその膜厚は半導体基板11表面から50nmから300nm程度が望ましいが、第2n型領域n2がカソード電極として機能する膜厚を有していることが重要である。
また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
また上記第2n型領域n2は、上記半導体基板11にイオン注入により形成されたものであってもよい。
On the
In the second n-type region n2, for example, phosphorus (P) is used as a dopant, and the concentration is set to 5 × 10 20 cm −3 , for example. This concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3, but it needs to be higher than the dopant concentration of the second p-
Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
The second n-type region n2 may be formed in the
また、上記第1p型領域p1表面、上記第2n型領域n2表面、上記サイリスタゲート電極22上に、低抵抗化のために、金属シリサイド層(図示せず)を形成してもよい。金属シリサイドには、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド等、通常のMOSデバイス等に用いられている金属シリサイドを用いることができる。
In addition, a metal silicide layer (not shown) may be formed on the surface of the first p-type region p1, the surface of the second n-type region n2, and the
上記半導体装置4では、上記第1p型領域p1は、第1n型領域n1上に形成され、かつ第1p型領域p1が形成される第1n型領域n1面において第1p型領域p1の側周囲に第1n型領域n1が存在するように形成されていることから、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは第1n型領域n1によって分離されることになる。したがって、第1p型領域p1と第2p型領域p2とはショートすることはない。
また、第1p型領域p1と第2p型領域p2間に十分な厚さの第1n型領域n1を有することで、例えば、第1n型領域n1がその表面側界面および裏面側界面に生じる空乏層の厚さよりも厚く形成されていることで、第1p型領域p1と第2p型領域p2間のパンチスルーの発生を無くすことができる。
よって、第1p型領域p1と第1n型領域n1と第2p型領域p2と第2n型領域n2とが順に接合されたサイリスタにおける第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合、第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性を得ることができる。
In the
In addition, since the first n-type region n1 having a sufficient thickness is provided between the first p-type region p1 and the second p-type region p2, for example, the depletion layer in which the first n-type region n1 is generated at the front-side interface and the back-side interface. As a result, the occurrence of punch-through between the first p-type region p1 and the second p-type region p2 can be eliminated.
Therefore, the junction of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 in the thyristor in which the first p-type region p1, the first n-type region n1, the second p-type region p2, and the second n-type region n2 are sequentially joined, the first n Since the junction between the type region n1 and the second p-type region p2 can function, normal thyristor characteristics can be obtained.
さらに上記半導体装置2では、エピタキシャル成長で欠陥の生じやすい第1p型領域p1と第1n型領域n1のそれぞれのファセット領域が接触することがないため、第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合リーク電流を減少させることができる。その結果、サイリスタ電気特性のバラつきやオフ(off)電流の増大を抑制することができる。
Further, in the
次に、本発明の半導体装置の製造方法(第1製造方法)に係る一実施の形態(実施例)を、図4〜図6の製造工程断面図によって説明する。この第1製造方法は、前記第1半導体装置の第1実施例の半導体装置1を製造する方法の一例である。
Next, an embodiment (example) according to the method for manufacturing a semiconductor device (first manufacturing method) of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS. This first manufacturing method is an example of a method for manufacturing the
図4(1)に示すように、半導体基板11を用意する。この半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。そして上記半導体基板11に素子形成領域12を分離する素子分離領域13を形成する。この素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成される。上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域(図示せず)が形成されていてもよい。
As shown in FIG. 4A, a
その後、半導体基板11の素子形成領域12の上部を第1伝導型(p型)の領域に形成する。このp型領域がサイリスタの第2p型領域p2(第3領域)になる。このイオン注入条件の一例としては、ドーパントにp型ドーパントであるホウ素(B)を用い、濃度は、例えば5×1018cm-3であり、1×1018cm-3から1×1019cm-3程度が望ましい。基本的には、後に形成される第2伝導型(n型)の第1n型領域のドーパント濃度より低いことが必要である。
また、上記p型ドーパントは、ホウ素(B)の他にインジウム(In)等のp型ドーパントを用いることができる。インジウムを用いたときの濃度はホウ素を用いたときと同等である。
Thereafter, the upper portion of the
The p-type dopant may be a p-type dopant such as indium (In) in addition to boron (B). The concentration when using indium is the same as when using boron.
次に、図4(2)に示すように、上記半導体基板11上にゲート絶縁膜21を形成する。このゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜される。なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 4B, a
次に、上記ゲート絶縁膜21上にサイリスタゲート電極22を形成する。上記サイリスタゲート電極22は、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
Next, a
上記サイリスタゲート電極22は、例えば、上記ゲート絶縁膜21上にゲート電極形成膜を成膜した後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によるエッチングマスクの形成、そのエッチングマスクを用いたエッチング技術により、上記ゲート電極形成膜をエッチング加工されて形成される。このエッチング技術には、通常のドライエッチング技術を用いることができる。もしくはウエットエッチングにより形成することも可能である。また、ゲート電極形成膜上にハードマスクとして、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(Si3N4)膜等を形成してもよい。
The
次に、上記サイリスタゲート電極22の側壁にサイドウォール23、24を形成する。例えば、サイリスタゲート電極22を被覆するようにサイドウォール形成膜を成膜した後、このサイドウォール形成膜をエッチバックすることで、サイリスタゲート電極22の側壁に上記サイドウォール23、24を形成することができる。上記サイドウォール23、24は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成してもよい。
続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。
Next, sidewalls 23 and 24 are formed on the sidewalls of the
Subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to 900 ° C., for example, spike annealing is performed in which the cooling process is started in less than 1 second after heating to 900 ° C., for example.
次に、図4(3)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部32を有する第1エピタキシャル成長マスク31を形成する。
この第1エピタキシャル成長マスク31を形成するには、例えば、上記サイリスタゲート電極22、サイドウォール23、24等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記第1エピタキシャル成長マスク31を形成する。これによって、第1n型領域が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第1エピタキシャル成長マスク31には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Next, as shown in FIG. 4 (3), a first
In order to form the first
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on one side of the
As the first
次に、図5(4)に示すように、上記第1エピタキシャル成長マスク31を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部32の半導体基板11(第2p型領域p2)上にノンドープのエピタキシャル成長層33を形成する。
このエピタキシャル成長層33は、これに形成される第1n型領域n1および第1p型領域p1を合わせた膜厚に形成される。例えば、第1p型領域p1の厚さを100nm、第1n型領域n1の厚さを100nmとしたい場合、エピタキシャル成長層33の膜厚は200nmとする。このエピタキシャル成長層33の膜厚は100nmから600nmが望ましい。
また、後述する第1p型領域p1を形成するイオン注入のときに第1p型領域p1と第2p型領域p2とがつながらないようにするため、この選択エピタキシャル成長はサイドウォール24の側壁に沿って成長するように行う。
Next, as shown in FIG. 5 (4), a non-doped
The
Further, in order to prevent the first p-type region p1 and the second p-type region p2 from being connected at the time of ion implantation for forming the first p-type region p1 described later, this selective epitaxial growth is performed along the side wall of the
次に、図5(5)に示すように、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術により、上記サイリスタゲート電極22と素子形成領域13(13−2)との間の第2p型領域p2(エピタキシャル成長層33)上を開口したイオン注入マスク(図示せず)を形成する。
次いで、上記イオン注入マスクを用いたイオン注入技術により、上記エピタキシャル成長層33の表面から所定の距離をおいてかつ上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように第2導電型(n型)の不純物をイオン注入して上記第1n型領域n1(第2領域)を形成する。この第1n型領域n1の他端はサイドウォール24の側壁に接合されている。
Next, as shown in FIG. 5 (5), the second p-type region p2 (epitaxial growth layer 33) between the
Next, by an ion implantation technique using the ion implantation mask, a second distance is formed so that one end is bonded to the side wall portion of the element isolation region 13 (13-2) at a predetermined distance from the surface of the
上記イオン注入条件は、例えばドーパントにリン(P)を用い、濃度が例えば1.5×1019cm-3になるように設定する。このような濃度にイオン注入するには、例えば、リンを用いる場合、注入エネルギーを100keV、注入量を5×1013cm-2に設定する。この濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましく、次に形成される第1p型領域p1のドーパント濃度より低いことが必要である。また上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが好ましい。
また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
The ion implantation conditions are set so that, for example, phosphorus (P) is used as a dopant and the concentration is, for example, 1.5 × 10 19 cm −3 . In order to implant ions at such a concentration, for example, when phosphorus is used, the implantation energy is set to 100 keV and the implantation amount is set to 5 × 10 13 cm −2 . This concentration is desirably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 and needs to be lower than the dopant concentration of the first p-type region p1 to be formed next. Further, it is preferably higher than the dopant concentration of the second p-type region p2.
Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
次に、図6(6)に示すように、上記イオン注入マスク(図示せず)を用いたイオン注入技術により、上記エピタキシャル成長層33および該エピタキシャル成長層33の下部の上記第2p型領域p2に、上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように第1導電型(p型)の不純物をイオン注入して上記第1n型領域n1の上部に上記第1p型領域p1(第1領域)を形成する。
このイオン注入条件は、例えばドーパントにホウ素、インジウム等のp型不純物を用い、濃度は例えば1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。例えば、ホウ素を用いたイオン注入の場合、例えば、注入エネルギーを5keV、注入量を1×1015cm-2に設定する。
そして、上記第1p型領域p1と上記第1n型領域n1の接合は、例えばエピタキシャル成長層33表面から100nmの位置に形成されるように、上記第1p型領域p1と上記第1n型領域n1のイオン注入エネルギーを調整する。接合深さは上記第1n型領域n1の空乏層幅よりも、半導体基板11から接合位置の距離が大きくなるように設計し、半導体基板11表面から50nmから200nm程度の位置になることが望ましい。
その後、上記イオン注入マスクを除去する。
Next, as shown in FIG. 6 (6), by the ion implantation technique using the ion implantation mask (not shown), the
As for the ion implantation conditions, for example, a p-type impurity such as boron or indium is used as a dopant, and the concentration is desirably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 . For example, in the case of ion implantation using boron, for example, the implantation energy is set to 5 keV and the implantation amount is set to 1 × 10 15 cm −2 .
The junction between the first p-type region p1 and the first n-type region n1 is, for example, an ion of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 so as to be formed at a position of 100 nm from the surface of the
Thereafter, the ion implantation mask is removed.
続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。このときの条件はドーパントの活性化が行える範囲でよい。
また、第1p型領域p1と第1n型領域n1のイオン注入の順序はどちらが先でもよい。
Subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to 900 ° C., for example, spike annealing is performed in which the cooling process is started in less than 1 second after heating to 900 ° C., for example. The conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
Moreover, whichever may be the first ion implantation order of the first p-type region p1 and the first n-type region n1.
次に、図6(7)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部35を有する第2エピタキシャル成長マスク34を形成する。
この第2エピタキシャル成長マスク34は、例えば、上記第1エピタキシャル成長マスク31、第1p型領域p1等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (7), a second
For the second
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記第2エピタキシャル成長マスク34を形成する。なお、第2エピタキシャル成長マスク34に形成される上記開口部35は、その下層の上記第1エピタキシャル成長マスク31にも形成される。これによって、第2n型領域が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第2エピタキシャル成長マスク34には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on the other side of the
As the second
次に、上記第2エピタキシャル成長マスク34を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部35の半導体基板11(第2p型領域p2)上にn型不純物(例えば、リン、ヒ素等)をドーピングしたエピタキシャル成長層からなる第2n型領域n2(第4領域)を形成する。このエピタキシャル成長におけるドーピングガスには、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)や有機ソースなど、n型不純物を含むガスを用いることができる。
また、このときのドーパント濃度は、例えば1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。また、第2n型領域n2の膜厚は、50nmから300nmが望ましく、第2n型領域n2がカソード電極として機能を果たせる範囲の膜厚であればよい。
Next, an epitaxial growth layer in which an n-type impurity (for example, phosphorus, arsenic, etc.) is doped on the semiconductor substrate 11 (second p-type region p2) of the
Further, the dopant concentration at this time is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , for example. Further, the film thickness of the second n-type region n2 is preferably 50 nm to 300 nm, and may be a film thickness within a range where the second n-type region n2 can function as a cathode electrode.
上記第2n型領域n2は、上記第1エピタキシャル成長マスク34、第1エピタキシャル成長層33を形成する前に行うことも可能である。この場合、先に第2エピタキシャル成長マスク34を形成して第2n型領域n2を形成し、その後、第1エピタキシャル成長マスク31、第1エピタキシャル成長層33を形成し、イオン注入により第1n型領域n1と第1p型領域p1とを形成すればよい。
また、上記第1n型領域n1と第1p型領域p1とはどちらを先に形成してもよい。
The second n-type region n2 can be performed before the first
Either the first n-type region n1 or the first p-type region p1 may be formed first.
また、上記実施例では、第1p型領域p1、第2n型領域n2の順で作製したが、第2n型領域n2、第1p型領域p1の順に形成してもよい。
また、必要に応じて、第1p型領域p1または第2n型領域n2を形成した後、いずれかまたは両方において活性化アニールを行ってもよい。活性化のアニールとして例えば加熱を1050℃まで行った後、直ぐに冷却工程に入るスパイクアニールを行う。このときのアニール条件は上記ドーパントの活性化が行える範囲でよい。
Moreover, in the said Example, although produced in order of the 1st p-type area | region p1 and the 2nd n-type area | region n2, you may form in order of the 2nd n-type area | region n2 and the 1st p-type area | region p1.
Further, if necessary, activation annealing may be performed in one or both of the first p-type region p1 and the second n-type region n2. As the activation annealing, for example, after heating up to 1050 ° C., spike annealing that immediately enters the cooling step is performed. The annealing conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
次に、図示はしないが、各サイリスタゲート電極22、各第1p型領域p1と第2n型領域n2を露出させるため、各領域上の上記第1エピタキシャル成長マスク31、第2エピタキシャル成長マスク34を除去する。そして、層間絶縁膜(図示せず)を形成する前に、各露出された第1p型領域p1、第2n型領域n2、サイドウォールゲート電極22上に、サリサイド工程によって金属シリサイド層を形成する。この金属シリサイド層は、例えばチタンシリサイド、コバルトシリサイドもしくはニッケルシリサイドで形成する。その後、層間絶縁膜を形成し、通常のCMOS工程と同様の配線工程を行う。
Next, although not shown, in order to expose each
上記半導体装置の製造方法(第1製造方法)では、第1n型領域n1は、第2p型領域p2の一部上にエピタキシャル成長させた第1エピタキシャル成長層33および該第1エピタキシャル成長層33の下部の第2p型領域p2の一部に、素子分離領域13の側壁部に一端が接合するように形成されていることから、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは、第1n型領域n1および素子分離領域13によって分離されるように形成される。
このため、第1p型領域p1と第2p型領域p2とのショートを防止することができる。さらにパンチスルーの発生も防止することができる。
よって、第1p型領域p1(第1領域)と第1n型領域n1(第2領域)と第2p型領域p2(第3領域)と第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタにおける第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合、第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性を得ることができる。
In the semiconductor device manufacturing method (first manufacturing method), the first n-type region n1 includes the first
For this reason, a short circuit between the first p-type region p1 and the second p-type region p2 can be prevented. Furthermore, the occurrence of punch-through can be prevented.
Therefore, the first p-type region p1 (first region), the first n-type region n1 (second region), the second p-type region p2 (third region), and the second n-type region n2 (fourth region) are sequentially joined. Since the junction between the first p-type region p1 and the first n-type region n1 and the junction between the first n-type region n1 and the second p-type region p2 in the thyristor can function, normal thyristor characteristics can be obtained.
次に、本発明の半導体装置の製造方法(第2製造方法)に係る一実施の形態(実施例)を、図7〜図9の製造工程断面図によって説明する。この第2製造方法は、前記第1半導体装置の第2実施例の半導体装置2を製造する方法の一例である。
Next, an embodiment (Example) according to the method for manufacturing a semiconductor device (second manufacturing method) of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS. This second manufacturing method is an example of a method for manufacturing the
図7(1)に示すように、半導体基板11を用意する。この半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。そして上記半導体基板11に素子形成領域12を分離する素子分離領域13を形成する。この素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成される。上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域(図示せず)が形成されていてもよい。
As shown in FIG. 7A, a
その後、半導体基板11の素子形成領域12の上部を第1伝導型(p型)の領域に形成する。このp型領域がサイリスタの第2p型領域p2(第3領域)になる。このイオン注入条件の一例としては、ドーパントにp型ドーパントであるホウ素(B)を用い、濃度は、例えば5×1018cm-3であり、1×1018cm-3から1×1019cm-3程度が望ましい。基本的には、後に形成される第2伝導型(n型)の第1n型領域のドーパント濃度より低いことが必要である。
また、上記p型ドーパントは、ホウ素(B)の他にインジウム(In)等のp型ドーパントを用いることができる。インジウムを用いたときの濃度はホウ素を用いたときと同等である。
Thereafter, the upper portion of the
The p-type dopant may be a p-type dopant such as indium (In) in addition to boron (B). The concentration when using indium is the same as when using boron.
次に、図7(2)に示すように、上記半導体基板11上にゲート絶縁膜21を形成する。このゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜される。なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、上記ゲート絶縁膜21上にサイリスタゲート電極22を形成する。上記サイリスタゲート電極22は、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
Next, a
上記サイリスタゲート電極22は、例えば、上記ゲート絶縁膜21上にゲート電極形成膜を成膜した後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によるエッチングマスクの形成、そのエッチングマスクを用いたエッチング技術により、上記ゲート電極形成膜をエッチング加工されて形成される。このエッチング技術には、通常のドライエッチング技術を用いることができる。もしくはウエットエッチングにより形成することも可能である。また、ゲート電極形成膜上にハードマスクとして、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(Si3N4)膜等を形成してもよい。
The
次に、上記サイリスタゲート電極22の側壁にサイドウォール23、24を形成する。例えば、サイリスタゲート電極22を被覆するようにサイドウォール形成膜を成膜した後、このサイドウォール形成膜をエッチバックすることで、サイリスタゲート電極22の側壁に上記サイドウォール23、24を形成することができる。上記サイドウォール23、24は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成してもよい。
Next, sidewalls 23 and 24 are formed on the sidewalls of the
続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。 Subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to 900 ° C., for example, spike annealing is performed in which the cooling process is started in less than 1 second after heating to 900 ° C., for example.
次に、図7(3)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部37を有する第1エピタキシャル成長マスク36を形成する。ここで、上記開口部37の素子分離領域13(13−2)側は、第2p型領域p2と素子分離領域13(13−2)との境界を露出させるように形成される。
この第1エピタキシャル成長マスク36を形成するには、例えば、上記サイリスタゲート電極22、サイドウォール23、24等を被覆するように、マスク形成膜を例えば絶縁膜で形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記開口部37を有する第1エピタキシャル成長マスク37を形成する。これによって、第1n型領域が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第1エピタキシャル成長マスク36には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Next, as shown in FIG. 7 (3), a first
In order to form the first
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on one side of the
As the first
次に、図8(4)に示すように、上記第1エピタキシャル成長マスク36を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部37の半導体基板11(第2p型領域p2)上にノンドープのエピタキシャル成長層38を形成する。
このエピタキシャル成長層38は、これに形成される第1n型領域の膜厚に形成される。例えば、第1p型領域p1の厚さを100nmとしたい場合、エピタキシャル成長層38の膜厚は100nmとする。このエピタキシャル成長層38の膜厚は50nmから300nmが望ましい。
また、後述する第1p型領域を形成するときに第1p型領域と第2p型領域p2とがつながらないようにするため、この選択エピタキシャル成長はサイドウォール24の側壁に沿って成長するように行う。
Next, as shown in FIG. 8D, a non-doped
The
Further, this selective epitaxial growth is performed so as to grow along the side wall of the
次に、図8(5)に示すように、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術により、上記サイリスタゲート電極22と素子分離領域13(13−2)との間の第2p型領域p2(エピタキシャル成長層38)上を開口したイオン注入マスク(図示せず)を形成する。
次いで、上記イオン注入マスクを用いたイオン注入技術により、上記エピタキシャル成長層38および該エピタキシャル成長層38の下部の第2p型領域p2の一部に、上記素子分離領域13(13−2)の側壁部に一端が接合するように第2導電型(n型)の不純物をイオン注入して上記第1n型領域n1(第2領域)を形成する。この第1n型領域n1の他端はサイドウォール24の側壁に接合されている。
Next, as shown in FIG. 8 (5), the second p-type region p2 (epitaxial growth layer 38) between the
Next, by the ion implantation technique using the ion implantation mask, the
上記イオン注入条件は、例えばドーパントにリン(P)を用い、濃度が例えば1.5×1019cm-3になるように設定する。このような濃度にイオン注入するには、例えば、リンを用いる場合、注入エネルギーを20keV、注入量を1×1013cm-2に設定する。この濃度は、1×1018cm-3から1×1020cm-3程度が望ましく、次に形成される第1p型領域p1のドーパント濃度より低いことが必要である。また上記第2p型領域p2のドーパント濃度より高いことが好ましい。
また、リンの代わりにヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いることもできる。ヒ素、アンチモン等のn型ドーパントを用いたときの濃度はリンを用いたときと同等である。
このように、素子分離領域13(13−2)の側壁における第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合位置は、半導体基板11とエピタキシャル成長層38との境界よりも半導体基板11側に入り込んだ位置に形成されるように、第1n型領域n1が形成されるイオン注入エネルギーを調整する。
その後、上記イオン注入マスクを除去する。
The ion implantation conditions are set so that, for example, phosphorus (P) is used as a dopant and the concentration is, for example, 1.5 × 10 19 cm −3 . In order to perform ion implantation at such a concentration, for example, when phosphorus is used, the implantation energy is set to 20 keV and the implantation amount is set to 1 × 10 13 cm −2 . This concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3, and needs to be lower than the dopant concentration of the first p-type region p1 to be formed next. Further, it is preferably higher than the dopant concentration of the second p-type region p2.
Further, n-type dopants such as arsenic and antimony can be used instead of phosphorus. The concentration when n-type dopants such as arsenic and antimony are used is equivalent to that when phosphorus is used.
Thus, the junction position between the first n-type region n1 and the second p-type region p2 on the side wall of the element isolation region 13 (13-2) is closer to the
Thereafter, the ion implantation mask is removed.
続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。このときの条件はドーパントの活性化が行える範囲でよい。 Subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to 900 ° C., for example, spike annealing is performed in which the cooling process is started in less than 1 second after heating to 900 ° C., for example. The conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
次に、図9(6)に示すように、上記第1n型領域n1上の上記開口部37に第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)を形成する。このとき、第1p型領域p1の一端が素子分離領域13(13−2)表面に接合されるように形成されてもよい。
この第1p型領域p1は、例えば選択エピタキシャル成長により形成され、膜中のホウ素(B)濃度が1×1020cm-3となるようにした。このときの選択エピタキシャル成長条件は、例えばシラン系ガスとともにドーパントの原料ガスにジボラン(B2H6)ガスを用い、成膜時の基板温度を例えば750℃に設定するとともに、原料ガスの供給量、成膜雰囲気の圧力等を調整して、膜厚は例えば200nmとした。上記ドーパント(ホウ素)濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。また上記膜厚は50nm〜300nm程度が望ましいが、第1p型領域p1がアノード電極として機能を果たせる範囲であればよい。
上記ドーパントに用いるガスは、p型不純物を含むものであればよく、p型不純物を含む有機ソースなどを用いることもできる。
また、このとき必要に応じて、エピタキシャル成長表面をフッ酸(HF)などの薬液や水素(H2)ガスなどを用いてクリーニングを行ってもよい。
また、必要に応じて、続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。このときの条件はドーパントの活性化が行える範囲でよい。
Next, as shown in FIG. 9 (6), a first conductivity type (p-type) first p-type region p1 (first region) is formed in the
The first p-type region p1 was formed by selective epitaxial growth, for example, so that the boron (B) concentration in the film was 1 × 10 20 cm −3 . The selective epitaxial growth conditions at this time are, for example, using diborane (B 2 H 6 ) gas as a dopant source gas together with a silane-based gas, setting the substrate temperature at the time of film formation to 750 ° C., for example, The film thickness was set to 200 nm, for example, by adjusting the pressure of the film forming atmosphere. The dopant (boron) concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 . The film thickness is preferably about 50 nm to 300 nm, but may be in a range where the first p-type region p1 can function as an anode electrode.
The gas used for the dopant may be any gas containing p-type impurities, and an organic source containing p-type impurities can also be used.
At this time, if necessary, the epitaxially grown surface may be cleaned using a chemical solution such as hydrofluoric acid (HF) or hydrogen (H 2 ) gas.
Further, if necessary, subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to, for example, 900 ° C., and then, for example, heating to 900 ° C. and entering the cooling process in less than 1 second. The conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
次に、図9(7)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部40を有する第2エピタキシャル成長マスク39を形成する。
この第2エピタキシャル成長マスク39は、例えば、上記第1エピタキシャル成長マスク36、第1p型領域p1等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
Next, as shown in FIG. 9 (7), a second
For the second
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記開口部40を有する第2エピタキシャル成長マスク39を形成する。このエッチングでは、第1エピタキシャル成長マスク36にも開口部40が形成される。これによって、第2n型領域n2が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第2エピタキシャル成長マスク39には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on the other side of the
As the second
次に、上記第2エピタキシャル成長マスク39を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部40の半導体基板11(第2p型領域p2)上にn型不純物(例えば、リン、ヒ素等)をドーピングしたエピタキシャル成長層からなる第2n型領域n2(第4領域)を形成する。このエピタキシャル成長におけるドーピングガスには、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)や有機ソースなど、n型不純物を含むガスを用いることができる。
また、このときのドーパント濃度は、例えば1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。また、第2n型領域n2の膜厚は、50nmから300nmが望ましく、第2n型領域n2がカソード電極として機能を果たせる範囲の膜厚であればよい。
Next, an epitaxial growth layer in which an n-type impurity (for example, phosphorus, arsenic, etc.) is doped on the semiconductor substrate 11 (second p-type region p2) of the
Further, the dopant concentration at this time is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , for example. Further, the film thickness of the second n-type region n2 is preferably 50 nm to 300 nm, and may be a film thickness within a range where the second n-type region n2 can function as a cathode electrode.
上記第2n型領域n2は、上記第1エピタキシャル成長マスク36、第1n型領域n1と第1p型領域p1を形成する前に行うことも可能である。この場合、先に第2エピタキシャル成長マスク39を形成して第2n型領域n2を形成し、その後、第1エピタキシャル成長マスク36、第1n型領域n1と第1p型領域p1を形成すればよい。
The second n-type region n2 can be performed before forming the first
また、必要に応じて、第1p型領域p1または第2n型領域n2を形成した後、いずれかまたは両方において活性化アニールを行ってもよい。活性化のアニールとして例えば加熱を1050℃まで行った後、直ぐに冷却工程に入るスパイクアニールを行う。このときのアニール条件は上記ドーパントの活性化が行える範囲でよい。 Further, if necessary, activation annealing may be performed in one or both of the first p-type region p1 and the second n-type region n2. As the activation annealing, for example, after heating up to 1050 ° C., spike annealing that immediately enters the cooling step is performed. The annealing conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
次に、図示はしないが、サイリスタゲート電極22、第1p型領域p1と第2n型領域n2を露出させるため、各領域上の上記第1エピタキシャル成長マスク36、第2エピタキシャル成長マスク39を除去する。そして、層間絶縁膜(図示せず)を形成する前に、各露出された第1p型領域p1、第2n型領域n2、サイドウォールゲート電極22上に、サリサイド工程によって金属シリサイド層を形成する。この金属シリサイド層は、例えばチタンシリサイド、コバルトシリサイドもしくはニッケルシリサイドで形成する。その後、層間絶縁膜を形成し、通常のCMOS工程と同様の配線工程を行う。
Next, although not shown, in order to expose the
上記半導体装置の製造方法(第2製造方法)では、サイリスタゲート電極22の一方側の第2p型領域p2の一部上にノンドープの第1エピタキシャル成長層38を形成して、このノンドープの第1エピタキシャル成長層38および該第1エピタキシャル成長層38の下部の第2p型領域p2の一部に、素子分離領域13の側壁部に一端が接合するように、n型の不純物をイオン注入して第1n型領域n1を形成する。さらに、選択エピタキシャル成長によって、第1n型領域n1上に第1p型領域p1を形成することから、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは第1n型領域n1および素子分離領域13によって分離されるように形成される。
このため、第1p型領域p1と第2p型領域p2とのショートを防止することができる。さらにパンチスルーの発生も防止することができる。
よって、第1p型領域p1(第1領域)と第1n型領域n1(第2領域)と第2p型領域p2(第3領域)と第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタにおける第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合、第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性を得ることができる。
In the semiconductor device manufacturing method (second manufacturing method), a non-doped first
For this reason, a short circuit between the first p-type region p1 and the second p-type region p2 can be prevented. Furthermore, the occurrence of punch-through can be prevented.
Therefore, the first p-type region p1 (first region), the first n-type region n1 (second region), the second p-type region p2 (third region), and the second n-type region n2 (fourth region) are sequentially joined. Since the junction between the first p-type region p1 and the first n-type region n1 and the junction between the first n-type region n1 and the second p-type region p2 in the thyristor can function, normal thyristor characteristics can be obtained.
次に、本発明の半導体装置の製造方法(第3製造方法)に係る一実施の形態(実施例)を、図10〜図11の製造工程断面図によって説明する。 Next, an embodiment (Example) according to the method for manufacturing a semiconductor device (third manufacturing method) of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS.
図10(1)に示すように、半導体基板11を用意する。この半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。そして上記半導体基板11に素子形成領域12を分離する素子分離領域13を形成する。この素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成される。上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域(図示せず)が形成されていてもよい。
その後、半導体基板11の素子形成領域12の上部を第1伝導型(p型)の領域に形成する。このp型領域がサイリスタの第2p型領域p2(第3領域)になる。このイオン注入条件の一例としては、ドーパントにp型ドーパントであるホウ素(B)を用い、濃度は、例えば5×1018cm-3であり、1×1018cm-3から1×1019cm-3程度が望ましい。基本的には、後に形成される第2伝導型(n型)の第1n型領域のドーパント濃度より低いことが必要である。
また、上記p型ドーパントは、ホウ素(B)の他にインジウム(In)等のp型ドーパントを用いることができる。インジウムを用いたときの濃度はホウ素を用いたときと同等である。
As shown in FIG. 10A, a
Thereafter, the upper portion of the
The p-type dopant may be a p-type dopant such as indium (In) in addition to boron (B). The concentration when using indium is the same as when using boron.
次に、図10(2)に示すように、上記半導体基板11上にゲート絶縁膜21を形成する。このゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜される。なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 10B, a
次に、上記ゲート絶縁膜21上にサイリスタゲート電極22を形成する。上記サイリスタゲート電極22は、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
Next, a
上記サイリスタゲート電極22は、例えば、上記ゲート絶縁膜21上にゲート電極形成膜を成膜した後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によるエッチングマスクの形成、そのエッチングマスクを用いたエッチング技術により、上記ゲート電極形成膜をエッチング加工されて形成される。このエッチング技術には、通常のドライエッチング技術を用いることができる。もしくはウエットエッチングにより形成することも可能である。また、ゲート電極形成膜上にハードマスクとして、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(Si3N4)膜等を形成してもよい。
The
次に、上記サイリスタゲート電極22の側壁にサイドウォール23、24を形成する。例えば、サイリスタゲート電極22を被覆するようにサイドウォール形成膜を成膜した後、このサイドウォール形成膜をエッチバックすることで、サイリスタゲート電極22の側壁に上記サイドウォール23、24を形成することができる。上記サイドウォール23、24は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成してもよい。
Next, sidewalls 23 and 24 are formed on the sidewalls of the
続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。 Subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to 900 ° C., for example, spike annealing is performed in which the cooling process is started in less than 1 second after heating to 900 ° C., for example.
次に、図10(3)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部42を有する第1エピタキシャル成長マスク41を形成する。
この第1エピタキシャル成長マスク41を形成するには、例えば、上記サイリスタゲート電極22、サイドウォール23、24等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記第1エピタキシャル成長マスク41を形成する。これによって、第1n型領域が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第1エピタキシャル成長マスク41には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Next, as shown in FIG. 10 (3), a first
In order to form the first
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on one side of the
As the first
次に、図11(4)に示すように、上記第1エピタキシャル成長マスク41を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部42の半導体基板11(第2p型領域p2)上にn型不純物(例えば、リン、ヒ素等)をドーピングしたエピタキシャル成長層43を、上記素子分離領域13と上記第2p型領域p2との境界を覆うように形成する。
このエピタキシャル成長層43は、これに形成される第1n型領域および第1p型領域を合わせた膜厚に形成される。例えば、第1p型領域の厚さを100nm、第1n型領域の厚さを100nmとしたい場合、エピタキシャル成長層43の膜厚は200nmとする。このエピタキシャル成長層43の膜厚は100nmから600nmが望ましい。
また、後述する第1p型領域を形成するときに第1p型領域と第2p型領域p2とがつながらないようにするため、この選択エピタキシャル成長はサイドウォール24の側壁に沿って成長するように行う。
Next, as shown in FIG. 11 (4), an n-type impurity (for example, on the semiconductor substrate 11 (second p-type region p2) in the
The
Further, this selective epitaxial growth is performed so as to grow along the side wall of the
このエピタキシャル成長におけるドーピングガスには、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)や有機ソースなど、n型不純物を含むガスを用いることができる。
また、このときのドーパント濃度は、例えば1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。
As a doping gas in this epitaxial growth, a gas containing an n-type impurity such as phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), or an organic source can be used.
Further, the dopant concentration at this time is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , for example.
次に、図11(5)に示すように、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術により、上記サイリスタゲート電極22と素子形成領域13(13−2)との間の第2p型領域p2(エピタキシャル成長層43)上を開口したイオン注入マスク(図示せず)を形成する。
次いで、上記イオン注入マスクを用いたイオン注入技術により、上記エピタキシャル成長層43の表面側に、上記素子分離領域13(13−2)の表面に一端が接合するように第1導電型(p型)の不純物をイオン注入して、上記第1p型領域p1(第1領域)を形成する。このとき、第1p型領域p1の他端はサイドウォール24の側壁に接合されるようにイオン注入されている。また、上記第2p型領域p2と素子形成領域13(13−2)との境界上を上記第1n型領域n1で被覆するように、上記第1n型領域n1を残す。
したがって、上記イオン注入では、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは第1n型領域n1および素子分離領域13によって分離されるように形成される。
Next, as shown in FIG. 11 (5), the second p-type region p2 (epitaxial growth layer 43) between the
Next, by the ion implantation technique using the ion implantation mask, the first conductivity type (p-type) is formed so that one end is bonded to the surface of the element isolation region 13 (13-2) on the surface side of the
Therefore, in the ion implantation, the first p-type region p1 and the second p-type region p2 are formed so as to be separated by the first n-type region n1 and the
また、上記第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合深さは、第1n型領域n1の空乏層幅よりも、エピタキシャル成長層43の表面から接合位置の距離が大きくなるように設計し、エピタキシャル成長層43の膜厚によって、その表面から50nmから200nm程度の位置になることが望ましい。
このときのドーパント濃度は例えばボロンを用い、その濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましく、例えば1×1019cm-3とする。また、ドーパントはインジウム等のp型不純物であればよい。
上記イオン注入は、一例として、上記エピタキシャル成長層43の膜厚が200nmの場合、第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合位置がエピタキシャル成長層43の表面から100nmの位置に形成されるようにイオン注入エネルギーを調整する。例えば、ホウ素を用いた場合、注入エネルギーを5keV、注入量を1×1015cm-2に設定する。
The junction depth between the first p-type region p1 and the first n-type region n1 is designed so that the distance from the surface of the
The dopant concentration at this time is, for example, boron, and the concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , for example, 1 × 10 19 cm −3 . The dopant may be a p-type impurity such as indium.
For example, when the film thickness of the
次に、図11(6)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部45を有する第2エピタキシャル成長マスク44を形成する。
この第2エピタキシャル成長マスク44を形成するには、例えば、上記第1エピタキシャル成長マスク41、第1p型領域p1等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (6), a second
In order to form the second
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記開口部45を有する第2エピタキシャル成長マスク44を形成する。この開口部45は、上記第1エピタキシャル成長マスク41にも形成される。これによって、第2n型領域n2が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第2エピタキシャル成長マスク44には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on the other side of the
As the second
次に、上記第2エピタキシャル成長マスク44を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部45の半導体基板11(第2p型領域p2)上にn型不純物(例えば、リン、ヒ素等)をドーピングしたエピタキシャル成長層からなる第2n型領域n2(第4領域)を形成する。このエピタキシャル成長におけるドーピングガスには、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)や有機ソースなど、n型不純物を含むガスを用いることができる。
また、このときのドーパント濃度は、例えば1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。また、第2n型領域n2の膜厚は、50nmから300nmが望ましく、第2n型領域n2がカソード電極として機能を果たせる範囲の膜厚であればよい。
Next, an epitaxial growth layer in which an n-type impurity (for example, phosphorus, arsenic, etc.) is doped on the semiconductor substrate 11 (second p-type region p2) of the
Further, the dopant concentration at this time is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , for example. Further, the film thickness of the second n-type region n2 is preferably 50 nm to 300 nm, and may be a film thickness within a range where the second n-type region n2 can function as a cathode electrode.
上記第2n型領域n2は、上記第1エピタキシャル成長マスク41、第1n型領域n1と第1p型領域p1を形成する前に行うことも可能である。この場合、先に第2エピタキシャル成長マスク44を形成して第2n型領域n2を形成し、その後、第1エピタキシャル成長マスク41、第1n型領域n1と第1p型領域p1を形成すればよい。
The second n-type region n2 may be performed before the first
また、必要に応じて、第1p型領域p1または第2n型領域n2を形成した後、いずれかまたは両方において活性化アニールを行ってもよい。活性化のアニールとして例えば加熱を1050℃まで行った後、直ぐに冷却工程に入るスパイクアニールを行う。このときのアニール条件は上記ドーパントの活性化が行える範囲でよい。 Further, if necessary, activation annealing may be performed in one or both of the first p-type region p1 and the second n-type region n2. As the activation annealing, for example, after heating up to 1050 ° C., spike annealing that immediately enters the cooling step is performed. The annealing conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
次に、図示はしないが、サイリスタゲート電極22、第1p型領域p1と第2n型領域n2を露出させるため、各領域上の上記第1エピタキシャル成長マスク41、第2エピタキシャル成長マスク44を除去する。そして、層間絶縁膜(図示せず)を形成する前に、各露出された第1p型領域p1、第2n型領域n2、サイドウォールゲート電極22上に、サリサイド工程によって金属シリサイド層を形成する。この金属シリサイド層は、例えばチタンシリサイド、コバルトシリサイドもしくはニッケルシリサイドで形成する。その後、層間絶縁膜を形成し、通常のCMOS工程と同様の配線工程を行う。
Next, although not shown, in order to expose the
上記半導体装置の製造方法(第3製造方法)では、サイリスタゲート電極22の一方側の第2p型領域p2上に第2導電型の不純物をドーピングしたエピタキシャル成長層43を素子分離領域13と第2p型領域p2との境界を覆うように形成し、エピタキシャル成長層43の表面側にp型の不純物をイオン注入して第1p型領域p1を形成するときに、上記イオン注入は、上記第1p型領域p1と第2p型領域p2との間に第1n型領域n1が存在し、かつ第2p型領域p2と素子分離領域13の境界上を被覆する第1n型領域n1が維持されるように行うことから、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは第1n型領域n1および素子分離領域13によって分離されるよう形成される。
このため、第1p型領域p1と第2p型領域p2とのショートを防止することができる。さらにパンチスルーの発生も防止することができる。
よって、第1p型領域p1(第1領域)と第1n型領域n1(第2領域)と第2p型領域p2(第3領域)と第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタにおける第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合、第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性を得ることができる。
In the semiconductor device manufacturing method (third manufacturing method), the
For this reason, a short circuit between the first p-type region p1 and the second p-type region p2 can be prevented. Furthermore, the occurrence of punch-through can be prevented.
Therefore, the first p-type region p1 (first region), the first n-type region n1 (second region), the second p-type region p2 (third region), and the second n-type region n2 (fourth region) are sequentially joined. Since the junction between the first p-type region p1 and the first n-type region n1 and the junction between the first n-type region n1 and the second p-type region p2 in the thyristor can function, normal thyristor characteristics can be obtained.
次に、本発明の半導体装置の製造方法(第4製造方法)に係る一実施の形態(実施例)を、図12〜図14の製造工程断面図によって説明する。この第4製造方法は、前記第2半導体装置の実施例の半導体装置3を製造する方法の一例である。
Next, an embodiment (Example) according to the method for manufacturing a semiconductor device (fourth manufacturing method) of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS. This fourth manufacturing method is an example of a method for manufacturing the
図12(1)に示すように、半導体基板11を用意する。この半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。そして上記半導体基板11に素子形成領域12を分離する素子分離領域13を形成する。この素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成される。上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域(図示せず)が形成されていてもよい。
その後、半導体基板11の素子形成領域12の上部を第1伝導型(p型)の領域に形成する。このp型領域がサイリスタの第2p型領域p2(第3領域)になる。このイオン注入条件の一例としては、ドーパントにp型ドーパントであるホウ素(B)を用い、濃度は、例えば5×1018cm-3であり、1×1018cm-3から1×1019cm-3程度が望ましい。基本的には、後に形成される第2伝導型(n型)の第1n型領域のドーパント濃度より低いことが必要である。
また、上記p型ドーパントは、ホウ素(B)の他にインジウム(In)等のp型ドーパントを用いることができる。インジウムを用いたときの濃度はホウ素を用いたときと同等である。
As shown in FIG. 12A, a
Thereafter, the upper portion of the
The p-type dopant may be a p-type dopant such as indium (In) in addition to boron (B). The concentration when using indium is the same as when using boron.
次に、図12(2)に示すように、上記半導体基板11上にゲート絶縁膜21を形成する。このゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜される。なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 12B, a
次に、上記ゲート絶縁膜21上にサイリスタゲート電極22を形成する。上記サイリスタゲート電極22は、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
Next, a
上記サイリスタゲート電極22は、例えば、上記ゲート絶縁膜21上にゲート電極形成膜を成膜した後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によるエッチングマスクの形成、そのエッチングマスクを用いたエッチング技術により、上記ゲート電極形成膜をエッチング加工されて形成される。このエッチング技術には、通常のドライエッチング技術を用いることができる。もしくはウエットエッチングにより形成することも可能である。また、ゲート電極形成膜上にハードマスクとして、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(Si3N4)膜等を形成してもよい。
The
次に、上記サイリスタゲート電極22の側壁にサイドウォール23、24を形成する。例えば、サイリスタゲート電極22を被覆するようにサイドウォール形成膜を成膜した後、このサイドウォール形成膜をエッチバックすることで、サイリスタゲート電極22の側壁に上記サイドウォール23、24を形成することができる。上記サイドウォール23、24は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成してもよい。
Next, sidewalls 23 and 24 are formed on the sidewalls of the
続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。 Subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to 900 ° C., for example, spike annealing is performed in which the cooling process is started in less than 1 second after heating to 900 ° C., for example.
次に、図12(3)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部47を有する第1エピタキシャル成長マスク46を形成する。
この第1エピタキシャル成長マスク46は、例えば、上記サイリスタゲート電極22、サイドウォール23、24等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の一方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記開口部47を有する第1エピタキシャル成長マスク46を形成する。これによって、第1n型領域が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第1エピタキシャル成長マスク46には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Next, as shown in FIG. 12 (3), a first
For the first
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on one side of the
As the first
次に、図13(4)に示すように、上記第1エピタキシャル成長マスク46を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部47の半導体基板11(第2p型領域p2)上にn型不純物(例えば、リン、ヒ素等)をドーピングしたエピタキシャル成長層からなる第1n型領域n1を形成する。例えば、第1n型領域n1の厚さを100nmとした。このエピタキシャル成長層からなる第1n型領域n1の膜厚は50nmから300nmが望ましい。
Next, as shown in FIG. 13 (4), an n-type impurity (for example, on the semiconductor substrate 11 (second p-type region p2) of the
このエピタキシャル成長におけるドーピングガスには、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)や有機ソースなど、n型不純物を含むガスを用いることができる。
また、このときのドーパント濃度は、例えば1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。
As a doping gas in this epitaxial growth, a gas containing an n-type impurity such as phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), or an organic source can be used.
Further, the dopant concentration at this time is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , for example.
次に、図13(5)に示すように、上記第1n型領域n1上に開口部49を有する第2エピタキシャル成長マスク48を絶縁膜で形成する。
この第2エピタキシャル成長マスク48は、例えば、上記第1エピタキシャル成長マスク46、第1n型領域n1等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記第1n型領域n1上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記第1n型領域n1上の内側に収まるように開口部49が形成された上記第2エピタキシャル成長マスク48を形成する。これによって、第1n型領域n1上が露出される。
上記第2エピタキシャル成長マスク48には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Next, as shown in FIG. 13 (5), a second
For the second
Thereafter, a mask (not shown) made of a resist having an opening is formed on the first n-type region n1 by ordinary resist coating and lithography techniques, and is used as an etching mask to form the first n-type region n1. The second
As the second
次に、図14(6)に示すように、上記第1n型領域n1上の上記開口部49に第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)を形成する。このとき、第1p型領域p1は、上記第1n型領域n1上に形成され、かつ第1p型領域p1が形成される上記第1n型領域n1面において第1p型領域p1の側周囲に上記第1n型領域n1が存在するように形成されている。
この第1p型領域p1は、例えば選択エピタキシャル成長により形成され、膜中のホウ素(B)濃度が1×1020cm-3となるようにした。このときの選択エピタキシャル成長条件は、例えばシラン系ガスとともにドーパントの原料ガスにジボラン(B2H6)ガスを用い、成膜時の基板温度を例えば750℃に設定するとともに、原料ガスの供給量、成膜雰囲気の圧力等を調整して、膜厚は例えば100nmとした。上記ドーパント(ホウ素)濃度は、1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。また上記膜厚は50nm〜300nm程度が望ましいが、第1p型領域p1がアノード電極として機能を果たせる範囲であればよい。
上記ドーパントに用いるガスは、p型不純物を含むものであればよく、p型不純物を含む有機ソースなどを用いることもできる。
また、このとき必要に応じて、エピタキシャル成長表面をフッ酸(HF)などの薬液や水素(H2)ガスなどを用いてクリーニングを行ってもよい。
また、必要に応じて、続いて、活性化のアニールとして例えば900℃に加熱した後直ちに冷却過程に入る、例えば900℃に加熱した後1秒未満で冷却過程に入るスパイクアニールを行う。このときの条件はドーパントの活性化が行える範囲でよい。
Next, as shown in FIG. 14 (6), a first p-type region p1 (first region) of the first conductivity type (p-type) is formed in the
The first p-type region p1 was formed by selective epitaxial growth, for example, so that the boron (B) concentration in the film was 1 × 10 20 cm −3 . The selective epitaxial growth conditions at this time are, for example, using diborane (B 2 H 6 ) gas as a dopant source gas together with a silane-based gas, setting the substrate temperature at the time of film formation to 750 ° C., for example, The film thickness was set to 100 nm, for example, by adjusting the pressure of the film forming atmosphere. The dopant (boron) concentration is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 . The film thickness is preferably about 50 nm to 300 nm, but may be in a range where the first p-type region p1 can function as an anode electrode.
The gas used for the dopant may be any gas containing p-type impurities, and an organic source containing p-type impurities can also be used.
At this time, if necessary, the epitaxially grown surface may be cleaned using a chemical solution such as hydrofluoric acid (HF) or hydrogen (H 2 ) gas.
Further, if necessary, subsequently, as annealing for activation, for example, spike annealing is performed immediately after heating to, for example, 900 ° C., and then, for example, heating to 900 ° C. and entering the cooling process in less than 1 second. The conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
次に、図14(7)に示すように、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部52を有する第3エピタキシャル成長マスク51を形成する。
この第3エピタキシャル成長マスク51を形成するには、例えば、上記第2エピタキシャル成長マスク48、第1p型領域p1等を被覆するように、マスク形成膜を形成する。このマスク形成膜は、例えば窒化シリコン膜を20nmの厚さに堆積して形成する。
Next, as shown in FIG. 14 (7), a third
In order to form the third
その後、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、上記サイリスタゲート電極22の他方側の上記第2p型領域p2上に開口部を有するレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、上記開口部52を有する第3エピタキシャル成長マスク51を形成する。この開口部52は、上記第1エピタキシャル成長マスク46、第2エピタキシャル成長マスク48にも形成される。これによって、第2n型領域n2が形成される領域の上記第2p型領域p2が露出される。
上記第5エピタキシャル成長マスク51には、一例として窒化シリコン膜を用いたが、エピタキシャル成長時に選択性が維持できる膜種であれば、窒化シリコン以外の膜種、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
Thereafter, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the second p-type region p2 on the other side of the
As the fifth
次に、上記第3エピタキシャル成長マスク51を用いた選択エピタキシャル成長技術により、上記開口部52の半導体基板11(第2p型領域p2)上にn型不純物(例えば、リン、ヒ素等)をドーピングしたエピタキシャル成長層からなる第2n型領域n2(第4領域)を形成する。このエピタキシャル成長におけるドーピングガスには、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)や有機ソースなど、n型不純物を含むガスを用いることができる。
また、このときのドーパント濃度は、例えば1×1018cm-3から1×1021cm-3程度が望ましい。また、第2n型領域n2の膜厚は、50nmから300nmが望ましく、第2n型領域n2がカソード電極として機能を果たせる範囲の膜厚であればよい。
Next, an epitaxial growth layer in which an n-type impurity (for example, phosphorus, arsenic, etc.) is doped on the semiconductor substrate 11 (second p-type region p2) of the
Further, the dopant concentration at this time is preferably about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , for example. Further, the film thickness of the second n-type region n2 is preferably 50 nm to 300 nm, and may be a film thickness within a range where the second n-type region n2 can function as a cathode electrode.
上記第2n型領域n2は、上記第1n型領域n1と第1p型領域p1を形成する前に行うことも可能である。 The second n-type region n2 can be performed before the first n-type region n1 and the first p-type region p1 are formed.
また、必要に応じて、第1p型領域p1または第2n型領域n2を形成した後、いずれかまたは両方において活性化アニールを行ってもよい。活性化のアニールとして例えば加熱を1050℃まで行った後、直ぐに冷却工程に入るスパイクアニールを行う。このときのアニール条件は上記ドーパントの活性化が行える範囲でよい。 Further, if necessary, activation annealing may be performed in one or both of the first p-type region p1 and the second n-type region n2. As the activation annealing, for example, after heating up to 1050 ° C., spike annealing that immediately enters the cooling step is performed. The annealing conditions at this time may be within a range where the dopant can be activated.
次に、図示はしないが、サイリスタゲート電極22、第1p型領域p1と第2n型領域n2を露出させるため、各領域上の上記第1エピタキシャル成長マスク46、第2エピタキシャル成長マスク48、第3エピタキシャル成長マスク51を除去する。そして、層間絶縁膜(図示せず)を形成する前に、各露出された第1p型領域p1、第2n型領域n2、サイドウォールゲート電極22上に、サリサイド工程によって金属シリサイド層を形成する。この金属シリサイド層は、例えばチタンシリサイド、コバルトシリサイドもしくはニッケルシリサイドで形成する。その後、層間絶縁膜を形成し、通常のCMOS工程と同様の配線工程を行う。
Next, although not shown, in order to expose the
上記半導体装置の製造方法(第4製造方法)では、サイリスタゲート電極22の一方側の第2p型領域p2上に第1n型領域n1を形成する工程と、第1n型領域n1上を被覆する第2エピタキシャル成長マスク48を形成した後、第1n型領域n1上の第2エピタキシャル成長マスク48に第1n型領域n1上の内側に収まるように開口部49を形成する工程と、選択エピタキシャル成長によって開口部49内の第1n型領域n1上に第1p型領域p1を形成する工程とを有することから、第1p型領域p1と第2p型領域p2とは第1n型領域n1によって分離されるようになる。
このため、第1p型領域p1と第2p型領域p2とのショートを防止することができる。さらにパンチスルーの発生も防止することができる。
よって、第1p型領域p1(第1領域)と第1n型領域n1(第2領域)と第2p型領域p2(第3領域)と第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタにおける第1p型領域p1と第1n型領域n1との接合、第1n型領域n1と第2p型領域p2との接合が機能することができるので、正常なサイリスタ特性を得ることができる。
In the semiconductor device manufacturing method (fourth manufacturing method), the step of forming the first n-type region n1 on the second p-type region p2 on one side of the
For this reason, a short circuit between the first p-type region p1 and the second p-type region p2 can be prevented. Furthermore, the occurrence of punch-through can be prevented.
Therefore, the first p-type region p1 (first region), the first n-type region n1 (second region), the second p-type region p2 (third region), and the second n-type region n2 (fourth region) are sequentially joined. Since the junction between the first p-type region p1 and the first n-type region n1 and the junction between the first n-type region n1 and the second p-type region p2 in the thyristor can function, normal thyristor characteristics can be obtained.
また、上記第4製造方法では、欠陥の生じやすい第1p型領域p1、第1n型領域n1それぞれのファセット領域が接触することがないため、第1p型領域p1と第1n型領域n1との間の接合リーク電流を減少させることができ、その結果、サイリスタ電気特性のバラつきやoff電流の増大を抑制することができる。 Further, in the fourth manufacturing method, since the facet regions of the first p-type region p1 and the first n-type region n1 that are likely to cause defects do not contact each other, the first p-type region p1 and the first n-type region n1 are not in contact. Junction leakage current can be reduced, and as a result, variation in thyristor electrical characteristics and increase in off current can be suppressed.
次に、上記半導体装置に選択トランジスタを搭載した一例を、図15の概略構成断面図によって説明する。図15では、一例として、前記第1半導体装置に選択トランジスタを搭載した一例を示す。 Next, an example in which a selection transistor is mounted on the semiconductor device will be described with reference to a schematic sectional view of FIG. FIG. 15 shows an example in which a selection transistor is mounted on the first semiconductor device as an example.
図15に示すように、半導体基板11を用意する。この半導体基板11には例えばシリコン基板を用いる。そして上記半導体基板11にサイリスタT1を形成する素子形成領域12と、選択トランジスタTrを形成する素子形成領域14を分離する素子分離領域13を形成する。この素子分離領域13は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)などの技術により形成される。上記素子形成領域12の下部には、例えばnウエル領域18が形成されている。
As shown in FIG. 15, a
この素子形成領域12およびその上部に、第1伝導型(p型)の第1p型領域p1(第1領域)と、前記第1伝導型とは逆伝導の第2伝導型(n型)の第1n型領域n1(第2領域)と、第1伝導型(p型)の第2p型領域p2(第3領域)と、第2伝導型(n型)の第2n型領域n2(第4領域)とが順に接合されたサイリスタT1で構成される上記半導体装置1が形成されている。この詳細は、前記図1によって説明したとおりである。
A first conductivity type (p-type) first p-type region p1 (first region) and a second conductivity type (n-type) opposite to the first conductivity type are formed in the
一方、上記素子形成領域14にはp型ウエル領域60が形成されている。このp型ウエル領域60は、既知のMOSプロセスで形成されるp型ウエル領域と同様に形成することができる。
On the other hand, a p-
上記素子形成領域14上には、上記サイリスタT1が形成される素子形成領域12上と同様なゲート絶縁膜61が形成されている。このゲート絶縁膜61は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、1nm〜10nm程度の厚さに成膜される。なお、上記ゲート絶縁膜21は、酸化シリコン(SiO2)に限らず、窒化酸化シリコン(SiON)はもちろんのこと、酸化ハフニウム(HfO2)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)、酸化ランタン(La2O3)など通常のCMOSにおいて検討されているゲート絶縁膜材料を用いることもできる。
On the
上記ゲート絶縁膜61上にはゲート電極62が形成されている。このゲート電極62は上記サイリスタゲート電極22と同様に、通常多結晶シリコンで形成されている。または金属ゲート電極とすることもでき、またシリコンゲルマニウム(SiGe)などで形成することもできる。
A
上記ゲート電極62の側壁にはサイドウォール63、64が形成されている。このサイドウォール63、64は、上記サイリスタゲート電極22の側壁に形成されるサイドウォール23、24と同時に形成できる。上記サイドウォール23、24、サイドウォール63、64は、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4)のどちらで形成してもよく、またそれらの積層膜で形成されていてもよい。
上記ゲート電極62の両側の素子形成領域14にはソース・ドレイン領域73、74が形成されている。
なお、上記サイドウォール63、64を形成する前に、ゲート電極62の両側の素子形成領域14に、エクステンション領域(もしくはLDD領域)71、72が形成されていることが好ましい。
Source /
Before forming the
また、上記サイリスタゲート電極22、第1p型領域p1と第2n型領域n2、ソース・ドレイン領域73、74等の表面に、サリサイド工程によってシリサイド層(図示せず)が、例えばチタンシリサイド、コバルトシリサイドもしくはニッケルシリサイドで形成されていてもよい。
A silicide layer (not shown) is formed on the surface of the
そして、上記第1p型領域p1にアノードセンサAが接続され、第2n型領域n2にカソード側が接続され、上記選択トランジスタTrの一方のソース・ドレイン領域74に接続されている。また、上記選択トランジスタTrの他方のソース・ドレイン領域73にはビット線Bが接続されている。
The anode sensor A is connected to the first p-type region p1, the cathode side is connected to the second n-type region n2, and is connected to one source /
このようなサイリスタT1と選択トランジスタTrからなるメモリ素子を配列することにより、サイリスタRAMのメモリ部の主要部が構成されている。
上記例は一例であって、サイリスタT1には、上記半導体装置2、3、4等の構成のものを採用することもできる。
By arranging such memory elements including the thyristor T1 and the selection transistor Tr, a main part of the memory part of the thyristor RAM is configured.
The above example is merely an example, and the
1…半導体装置、11…半導体基板、13…素子分離領域、p1…第1p型領域(第1領域)、n1…第1n型領域(第2領域)、p2…第1p型領域(第3領域)、n2…第2n型領域(第4領域)、T1…サイリスタ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第3領域は、素子分離領域で分離された半導体基板に形成され、
前記第2領域は、前記第3領域の一部上に形成されて、かつ、前記第2領域と前記第3領域との界面の一端部が前記素子分離領域の側壁部に接合するように形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, a first conductivity type third region, and a second conductivity type fourth region. A semiconductor device in which a thyristor bonded in order is formed,
The third region is formed on a semiconductor substrate separated by an element isolation region,
The second region is formed on a part of the third region, and is formed so that one end portion of an interface between the second region and the third region is joined to a side wall portion of the element isolation region. A semiconductor device characterized by that.
前記ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールを有し、
前記第2領域は、前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上に形成されて、かつ、前記第2領域と前記第3領域との界面の一端部が前記素子分離領域の側壁部に接合され、前記素子分離領域に接合されていない前記第2領域の端部が前記ゲート電極の一方側のサイドウォールの側壁部に接合されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 A gate electrode formed on the third region via a gate insulating film;
Having a sidewall formed on the sidewall of the gate electrode;
The second region is formed on the third region on one side of the gate electrode, and one end of the interface between the second region and the third region is bonded to the side wall of the element isolation region. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of the second region that is not bonded to the element isolation region is bonded to a side wall portion of one side wall of the gate electrode.
前記第1領域は、前記第2領域上の前記エピタキシャル成長層および前記第3領域の一部に形成され、少なくとも前記素子分離領域の側壁部に一端が接合するように形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The second region is formed in a lower layer of the epitaxial growth layer epitaxially grown on a part of the third region and a part of the third region below the epitaxial growth layer at a position deeper than the surface of the element isolation region. One end is formed to be joined to the side wall of the separation region,
The first region is formed in a part of the epitaxial growth layer and the third region on the second region, and is formed so that one end is joined to at least a side wall portion of the element isolation region. The semiconductor device according to claim 1.
前記第1領域は、前記第2領域上にエピタキシャル成長させた前記エピタキシャル成長層で形成され、かつ少なくとも前記素子分離領域の表面に一端が接合するように形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The second region has an epitaxial growth layer epitaxially grown on a part of the third region and a part of the third region below the epitaxial growth layer so that one end is joined to a side wall portion of the element isolation region. Formed,
The first region is formed by the epitaxial growth layer epitaxially grown on the second region, and is formed so that at least one end is bonded to the surface of the element isolation region. Semiconductor device.
前記第3領域は、素子分離領域で分離された半導体基板に形成され、
前記第2領域は、前記第3領域の一部上に形成され、
前記第1領域は、前記第2領域上に形成され、かつ前記第1領域が形成される前記第2領域面において前記第1領域の側周囲に前記第2領域が存在するように形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, a first conductivity type third region, and a second conductivity type fourth region. A semiconductor device in which a thyristor bonded in order is formed,
The third region is formed on a semiconductor substrate separated by an element isolation region,
The second region is formed on a part of the third region,
The first region is formed on the second region, and is formed such that the second region exists around the side of the first region on the second region surface where the first region is formed. A semiconductor device characterized by comprising:
半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、
前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、
前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上にノンドープのエピタキシャル成長層を形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層および該エピタキシャル成長層の下部の前記第3領域に、前記エピタキシャル成長層の表面から所定の距離をおいてかつ前記素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第2導電型の不純物をイオン注入して前記第2領域を形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層およびその下部の前記第3領域に、前記素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第1導電型の不純物をイオン注入して前記第2領域の上部に前記第1領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, a first conductivity type third region, and a second conductivity type fourth region. A method of manufacturing a semiconductor device in which thyristors bonded in order are formed,
Forming an element isolation region in a semiconductor substrate;
Forming the third region in the semiconductor substrate separated by the element isolation region;
Forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film;
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Forming a non-doped epitaxial growth layer on the third region on one side of the gate electrode;
Impurities of the second conductivity type are added to the epitaxial growth layer and the third region below the epitaxial growth layer at a predetermined distance from the surface of the epitaxial growth layer and so that one end is joined to the side wall portion of the element isolation region. Forming a second region by ion implantation;
An impurity of a first conductivity type is ion-implanted into the epitaxial growth layer and the third region below the first region so that one end is joined to a side wall portion of the element isolation region, and the first region is formed above the second region. Forming, and
And a step of forming the fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the gate electrode.
半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、
前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、
前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上にノンドープのエピタキシャル成長層を形成する工程と、
前記ノンドープのエピタキシャル成長層および該ノンドープトのエピタキシャル成長層の下部の前記第3領域に、前記素子分離領域の側壁部に一端が接合するように第2導電型の不純物をイオン注入して前記第2領域を形成する工程と、
選択エピタキシャル成長によって、前記第2領域上に前記第1領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, a first conductivity type third region, and a second conductivity type fourth region. A method of manufacturing a semiconductor device in which thyristors bonded in order are formed,
Forming an element isolation region in a semiconductor substrate;
Forming the third region in the semiconductor substrate separated by the element isolation region;
Forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film;
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Forming a non-doped epitaxial growth layer on the third region on one side of the gate electrode;
Impurities of the second conductivity type are ion-implanted into the non-doped epitaxial growth layer and the third region below the non-doped epitaxial growth layer so that one end is joined to the side wall portion of the element isolation region. Forming, and
Forming the first region on the second region by selective epitaxial growth;
And a step of forming the fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the gate electrode.
半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、
前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、
前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上に第2導電型の不純物をドーピングしたエピタキシャル成長層を前記素子分離領域と前記第3領域との境界を覆うように形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層の表面側に第1導電型の不純物をイオン注入して前記第1領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程とを有し、
前記イオン注入は、前記第1領域と前記第3領域との間に前記第2領域が存在し、かつ前記第3領域と前記素子分離領域の境界上を被覆する前記第2領域が維持されるように行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, a first conductivity type third region, and a second conductivity type fourth region. A method of manufacturing a semiconductor device in which thyristors bonded in order are formed,
Forming an element isolation region in a semiconductor substrate;
Forming the third region in the semiconductor substrate separated by the element isolation region;
Forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film;
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Forming an epitaxial growth layer doped with a second conductivity type impurity on the third region on one side of the gate electrode so as to cover a boundary between the element isolation region and the third region;
Forming a first region by ion-implanting a first conductivity type impurity on the surface side of the epitaxial growth layer;
Forming the fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the gate electrode,
In the ion implantation, the second region exists between the first region and the third region, and the second region covering the boundary between the third region and the element isolation region is maintained. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、
前記素子分離領域で分離された前記半導体基板に前記第3領域を形成する工程と、
前記第3領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極の一方側の前記第3領域上に前記第2領域を形成する工程と、
前記第2領域上を被覆する絶縁膜を形成した後、前記第2領域上の前記絶縁膜に前記第2領域上の内側に収まるように開口部を形成する工程と、
選択エピタキシャル成長によって前記開口部の前記第2領域上に前記第1領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の他方側の第3領域に接合するように前記第4領域を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first conductivity type first region, a second conductivity type second region opposite to the first conductivity type, a first conductivity type third region, and a second conductivity type fourth region. A method of manufacturing a semiconductor device in which thyristors bonded in order are formed,
Forming an element isolation region in a semiconductor substrate;
Forming the third region in the semiconductor substrate separated by the element isolation region;
Forming a gate electrode on the third region through a gate insulating film;
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Forming the second region on the third region on one side of the gate electrode;
After forming an insulating film covering the second region, forming an opening in the insulating film on the second region so as to fit inside the second region;
Forming the first region on the second region of the opening by selective epitaxial growth;
And a step of forming the fourth region so as to be joined to the third region on the other side of the gate electrode.
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