JP2010010459A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に横方向拡散型の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a lateral diffusion type semiconductor device.
近年、横方向拡散型MOS(LDMOS:Lateral Diffusion Metal-Oxide-Semiconductor)に対しても、低オン抵抗化、高速化を図るため、CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)同様の微細プロセス、微細設計ルールを適用することが増えてきた。 In recent years, micro-processes and micro-designs similar to CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) have also been implemented in order to achieve low on-resistance and high speed for lateral diffusion MOS (Lateral Diffusion Metal-Oxide-Semiconductor). The application of rules has increased.
しかし、LDMOSにおいては、例えば特許文献1に開示されるように、拡散領域をゲート電極に対して左右非対称に形成するためのマスク端をゲート電極上に形成する必要があるが、これはゲート電極とマスクとの合わせずれのマージンをとる必要があり、ゲート電極の長さ(ゲート長)を短くすることが困難であった。
本発明は、ゲート電極自体のゲート長を短くすることなく、短チャネル化が図れる半導体装置を提供する。 The present invention provides a semiconductor device capable of shortening the channel without shortening the gate length of the gate electrode itself.
本発明の一態様によれば、第2導電型の半導体領域と、前記半導体領域に設けられた第1導電型のソース領域と、前記半導体領域に前記ソース領域と離間して設けられた第1導電型のドレイン領域と、前記半導体領域上で前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記半導体領域と前記ドレイン領域との間で前記ドレイン領域に接して設けられ、前記ドレイン領域よりも不純物濃度が低い第1導電型のドリフト領域と、を備え、前記ドリフト領域における前記ゲート電極側の端部は前記ゲート電極下まで延びており、前記ゲート電極のゲート長をLg、前記ドリフト領域における前記ゲート電極下の部分の長さをLdとすると、Ld<Lg/2であることを特徴とする半導体装置が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a second conductive type semiconductor region, a first conductive type source region provided in the semiconductor region, and a first provided in the semiconductor region spaced apart from the source region. A conductive drain region; an insulating film provided between the source region and the drain region on the semiconductor region; a gate electrode provided on the insulating film; the semiconductor region and the drain region; And a first conductivity type drift region having an impurity concentration lower than that of the drain region, and an end of the drift region on the gate electrode side extends to below the gate electrode. Ld <Lg / 2, where Lg is the length of the gate electrode and the length of the portion under the gate electrode in the drift region is Ld. Location is provided.
本発明によれば、ゲート電極自体のゲート長を短くすることなく、短チャネル化が図れる半導体装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a semiconductor device capable of shortening a channel without shortening the gate length of the gate electrode itself.
以下、図面を参照し本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明するが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても本発明は実現可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the first conductivity type is described as n-type and the second conductivity type is defined as p-type. However, the present invention can be realized even when the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. is there.
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の要部断面構造を例示する模式図である。図2は、図1におけるゲート電極下部分の拡大図である。 FIG. 1 is a schematic view illustrating a cross-sectional structure of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the invention. FIG. 2 is an enlarged view of a lower portion of the gate electrode in FIG.
本実施形態に係る半導体装置は、半導体層1の表層部に、p+型のコンタクト領域13、n+型のソース領域11、n型領域6、p型のチャネル領域2、n−型のドリフト領域8、n+型のドレイン領域12の各不純物拡散領域が形成され、さらにその上にソース電極14、ゲート電極4、ドレイン電極15が設けられた構造を有する。
The semiconductor device according to the present embodiment includes a p + -
半導体層1は、p−型の基板もしくは基板に形成されたp−型のウェル層である。ソース領域11とドレイン領域12とは、横方向(ゲート長方向)に互いに離間して形成されている。
The
ソース領域11とドレイン領域12との間に、ソース領域11側から順に、n型領域6、チャネル領域2、ドリフト領域8が形成されている。n型領域6はソース領域11に接し、チャネル領域2はソース領域11の反対側でn型領域6に接している。n型領域6は、ソース領域11及びドレイン領域12よりも不純物濃度が低い。
Between the
ドリフト領域8は、ソース領域11及びドレイン領域12よりも不純物濃度が低く、ドレイン領域12に接している。ドリフト領域8の横方向の長さは、素子に必要とされる耐圧によって変わってくる。
The
ソース領域11におけるn型領域6と接する部分の反対側にコンタクト領域13が接している。コンタクト領域13は、半導体層1よりも不純物濃度が高い。
A
コンタクト領域13及びソース領域11の表面上にはソース電極14が設けられている。ソース電極14は、コンタクト領域13及びソース領域11とオーミック接触している。コンタクト領域13を介して半導体層1はソース電位とされる。
A
ドレイン領域12の表面上にはドレイン電極15が設けられ、ドレイン電極15はドレイン領域12とオーミック接触している。
A
ソース電極14とドレイン電極15との間における半導体層1表面上には、絶縁膜3を介してゲート電極4が設けられている。ゲート電極4の下には、チャネル領域2と、ドリフト領域8におけるチャネル領域2側の端部8aが存在する。ゲート電極4の下において、ソース側にチャネル領域2が形成され、ドレイン側にドリフト領域8の端部8aが形成されている。
A
絶縁膜3は例えばシリコン酸化膜である。絶縁膜3は、ゲート電極4下を含む、ソース電極14とドレイン電極15との間の半導体層1表面上に形成されている。絶縁膜3においてゲート電極4下の部分の膜厚は略均一である。
The
ゲート電極4におけるゲート長方向の両側壁部にはサイドウォール絶縁膜9が設けられている。サイドウォール絶縁膜9は例えばシリコン窒化膜であり、また複数の絶縁膜から構成されてもよい。
Side
各不純物拡散領域及びゲート電極4は、例えば紙面奥行き方向に延在するストライプ状のパターンで形成されている。あるいは、コンタクト領域13とソース領域11は、紙面奥行き方向に交互もしくはある間隔を保って並んだ構造であってもよい。
Each impurity diffusion region and the
次に、図3〜5を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。 Next, with reference to FIGS. 3 to 5, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
まず、図示はしないが、半導体基板を用意する。ここにイオン注入法でp型不純物を注入して半導体層1を形成する。半導体層1は通常ウェル層である。以下、図面では半導体基板を省略し、半導体層1より上部を記載していく。
図3(a)に示すように、半導体層1の表層部に選択的にp型不純物をイオン注入法で注入し、さらに熱処理を行うことで、チャネル領域2を形成する。
First, although not shown, a semiconductor substrate is prepared. A
As shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、半導体層1の表面上に絶縁膜3を形成し、その絶縁膜3上にゲート電極材を形成し、その後ゲート電極材を所望の位置に残るように所望の形状に加工してゲート電極4を形成する。チャネル領域2の一端部側の一部はゲート電極4下に位置する。
Next, as shown in FIG. 3B, an
次に、図3(c)に示すように、前述したドリフト領域8とドレイン領域12が形成される部分、およびゲート電極4におけるドレイン側の一部をマスク5で覆い、その状態でチャネル領域2にn型不純物をイオン注入法で注入してn型領域6を形成する。n型領域6とチャネル領域2との境界(pn接合部)は、ゲート電極4におけるソース側の端部付近に位置する。
Next, as shown in FIG. 3C, the above-described portion where the
次に、図4(a)に示すように、n型領域6が形成された部分、およびゲート電極4におけるソース側の一部(チャネル領域2上の部分)をマスク7で覆い、その状態でドレイン側の半導体層1表層部に、n型不純物をイオン注入法で注入してドリフト領域8を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, a portion where the n-
ゲート電極4下の半導体層1表層部においてチャネル領域2が形成されていない部分1aのp型不純物濃度は比較的低くされており、ドリフト領域8形成時のイオン注入及びその後の熱処理により、n型不純物がゲート電極4下の上記部分1aにまで拡散する。これにより、ドリフト領域8におけるゲート電極4側の端部8aがゲート電極4下にまで延びて形成される。
The p-type impurity concentration of the
ドリフト領域8におけるゲート電極4下の端部8aは、ゲート電極4とドレイン領域12との間の部分8bよりも厚みが薄い(表面側からの深さが浅い)。本実施形態では、このようなドリフト領域8を、複数段階に分けたイオン注入ではなく、1回のイオン注入で形成することができ、工程数の増大をまねかない。
これは半導体層1が拡散層でできており、かつ表面近傍の不純物濃度が下がるような濃度プロファイルをもっているため、この表面近傍の濃度が低い部分にドリフト領域8の拡散が入り込み、図4のようなドリフト領域端部8aの形状が形成される。
The
This is because the
次に、図4(b)に示すように、ゲート電極4におけるゲート長方向の両側壁部にサイドウォール絶縁膜9を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B,
次に、図5(a)に示すように、n型領域6の一部、ゲート電極4におけるドリフト領域8側の一部、ドリフト領域8側のサイドウォール絶縁膜9、およびドリフト領域8の一部をマスク10で覆う。そして、マスク10で覆われていないn型領域6およびドリフト領域8にn型不純物をイオン注入法で注入して、図5(b)に示すようにソース領域11及びドレイン領域12を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, a part of the n-
その後、図示しないマスクで必要な部分を覆った上で、ソース領域11中にp型不純物の選択的イオン注入を行い、コンタクト領域13を形成する。さらに、ソース電極14及びドレイン電極15を形成して、図1に示す構造が得られる。
Thereafter, a necessary portion is covered with a mask (not shown), and then selective ion implantation of p-type impurities is performed in the
ゲート電極4に所定のゲート電圧が印加されると、チャネル領域2に反転層が形成され、ソース領域11、n型領域6、反転層、ドリフト領域8、ドレイン領域12を介して、ソース電極14とドレイン電極15間が導通し、オン状態とされる。チャネル領域2の不純物濃度の制御により、しきい値電圧が調整される。
When a predetermined gate voltage is applied to the
また、本実施形態に係る半導体装置は、横方向拡散型MOS(LDMOS:Lateral Diffusion Metal-Oxide-Semiconductor)構造を有し、比較的不純物濃度が低いドリフト領域8(またはRESURF(REduced SURface Field)とも呼ばれる)を設けることで、ドレインとソース間に逆バイアスが印加された場合、ドリフト領域8が空乏化することで電界を緩和し、素子耐圧を維持する。さらに、素子に必要とされる耐圧に応じて、ドリフト領域8の不純物濃度と横方向長さを調整することで、所望の耐圧を実現できる。
The semiconductor device according to the present embodiment has a lateral diffusion metal-oxide-semiconductor (LDMOS) structure and a drift region 8 (or RESURF (REduced SURface Field)) having a relatively low impurity concentration. When a reverse bias is applied between the drain and the source, the
また、本発明の実施形態によれば、ドリフト領域8の一部がゲート電極4下にまで延びて形成されていることで、ゲート電極4自体の長さ(ゲート長)はそれほど微細化せずとも、実効チャネル長を短くできる。すなわち、チャネル領域2の長さ(ゲート長方向の長さ)が実効チャネル長となる。実効チャネル長を短くすることで、オン抵抗を下げることができ、また高速スイッチングが可能となる。
Further, according to the embodiment of the present invention, a part of the
ゲート電極4自体の長さはある程度大きくできることから、前述した図3(c)、図4(a)、図5(a)に示すように、拡散領域をゲート電極4に対して左右非対称に形成するためのマスク5、7、10をゲート電極4上に形成することができ、プロセス難易度の増大をまねかない。
Since the length of the
短チャネル長のLDMOSを実現できることで、微細CMOSとLDMOSとを混載(モノリシック化)した回路設計も可能となる。 By realizing an LDMOS with a short channel length, it is possible to design a circuit in which a fine CMOS and an LDMOS are mixed (monolithic).
ドリフト領域8の一部がゲート電極4下に存在すると、ゲート−ドリフト間容量Cgdの増大が懸念される。
If a part of the
しかし、ドリフト領域8におけるゲート電極4下の端部8aの厚さ(深さ)や、不純物濃度(ドリフト領域端部8aがpn接合する領域1aの不純物濃度との関係で決まる不純物濃度)を制御することにより、ゲート電極4下のドリフト領域端部8aはオフ状態で空乏化し容量Cgdには実質寄与しない。
However, the thickness (depth) of the
また、上記Ld<Lg/2の関係を満たすようにすることで、オフ状態におけるドレイン−ソース間のリーク電流(オフリーク)を抑えることができる。 Further, by satisfying the relationship of Ld <Lg / 2, the drain-source leakage current (off leakage) in the off state can be suppressed.
図6は、ゲート電極4下のドリフト領域端部8aの長さLdと、オフ状態におけるドレイン−ソース間リーク電流との関係を示すグラフである。図1において紙面奥行き方向の素子サイズは1μmに設定した。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the length Ld of the
この図6の結果より、Ldを、Lg/2より小さくすることで、Lg/2以上とした場合に比べて、リーク電流を2桁以上低く抑えることができる。 From the result of FIG. 6, by making Ld smaller than Lg / 2, the leakage current can be suppressed by two orders of magnitude or more compared to the case where Ld / 2 or more.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to them, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
半導体材料としては例えばシリコンを用いることができるが、これに限らず、他の半導体材料を用いてもよい。また、単元素の半導体に限らず、化合物半導体を用いてもよい。 For example, silicon can be used as the semiconductor material, but not limited to this, other semiconductor materials may be used. Further, not only a single element semiconductor but also a compound semiconductor may be used.
2…チャネル領域、3…絶縁膜、4…ゲート電極、8…ドリフト領域、11…ソース領域、12…ドレイン領域、13…コンタクト領域、14…ソース電極、15…ドレイン電極 2 ... channel region, 3 ... insulating film, 4 ... gate electrode, 8 ... drift region, 11 ... source region, 12 ... drain region, 13 ... contact region, 14 ... source electrode, 15 ... drain electrode
Claims (5)
前記半導体領域に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記半導体領域に前記ソース領域と離間して設けられた第1導電型のドレイン領域と、
前記半導体領域上で前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域と前記ドレイン領域との間で前記ドレイン領域に接して設けられ、前記ドレイン領域よりも不純物濃度が低い第1導電型のドリフト領域と、
を備え、
前記ドリフト領域における前記ゲート電極側の端部は前記ゲート電極下まで延びており、前記ゲート電極のゲート長をLg、前記ドリフト領域における前記ゲート電極下の部分の長さをLdとすると、Ld<Lg/2であることを特徴とする半導体装置。 A second conductivity type semiconductor region;
A source region of a first conductivity type provided in the semiconductor region;
A drain region of a first conductivity type provided in the semiconductor region apart from the source region;
An insulating film provided between the source region and the drain region on the semiconductor region;
A gate electrode provided on the insulating film;
A drift region of a first conductivity type provided in contact with the drain region between the semiconductor region and the drain region and having a lower impurity concentration than the drain region;
With
The end of the drift region on the gate electrode side extends to the bottom of the gate electrode, where Lg is the gate length of the gate electrode and Ld is the length of the portion of the drift region under the gate electrode. A semiconductor device characterized by being Lg / 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008168790A JP2010010459A (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8878261B2 (en) | 2012-05-29 | 2014-11-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
2008
- 2008-06-27 JP JP2008168790A patent/JP2010010459A/en active Pending
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US8878261B2 (en) | 2012-05-29 | 2014-11-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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