JP2010027980A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、例えばサリサイド拡散層を有する高耐圧及び低耐圧のMOS電界効果トランジスタを含む半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, for example, a semiconductor device including a high breakdown voltage and a low breakdown voltage MOS field effect transistor having a salicide diffusion layer, and a manufacturing method thereof.
一般的な半導体記憶装置においては、半導体記憶回路を複数配置し集合させる(メモリセルアレイ)ことで、微細化を達成している。しかし、半導体記憶装置を駆動させる回路(ローデコーダ、センスアンプなど)は半導体記憶回路よりも個々の回路が大きくなるため、メモリセルアレイの周辺に配置する必要がある。このとき、メモリセルアレイ上を横断する配線長が長くなるため、配線抵抗による電圧降下を抑える低抵抗配線が必要となる。半導体記憶装置においては、多くの場合、半導体記憶回路を選択するゲートが直列に使用されるため、シリコン材料のゲートより低抵抗であるシリサイド化合物を利用したゲートを使用することが有利となる。 In a general semiconductor memory device, miniaturization is achieved by arranging and assembling a plurality of semiconductor memory circuits (memory cell array). However, circuits (row decoder, sense amplifier, etc.) for driving the semiconductor memory device are larger in size than individual semiconductor memory circuits, and thus need to be arranged around the memory cell array. At this time, since the wiring length traversing the memory cell array becomes long, a low resistance wiring that suppresses a voltage drop due to wiring resistance is required. In a semiconductor memory device, in many cases, a gate for selecting a semiconductor memory circuit is used in series. Therefore, it is advantageous to use a gate using a silicide compound having a lower resistance than a gate made of silicon material.
FNトンネル電流を応用した、高電圧が必要な不揮発性半導体記憶装置では、サリサイド化合物をソース及びドレインの電極に使用する場合、寄生抵抗の低減が可能になる。しかし、高耐圧が必要なMOSFETにおいては、ゲート電極および、STI(Shallow Trench Isolation)などのフィールド酸化膜からある程度距離を離すことにより、高電圧によるジャンクション破壊を回避する必要がある(例えば、特許文献1参照)。このため、高耐圧が必要なMOSFETの拡散層にサリサイド化合物を形成する場合には、半導体装置の縮小化が困難である。 In a nonvolatile semiconductor memory device using a FN tunnel current and requiring a high voltage, when a salicide compound is used for the source and drain electrodes, parasitic resistance can be reduced. However, in a MOSFET that requires a high breakdown voltage, it is necessary to avoid junction breakdown due to a high voltage by separating the gate electrode and a field oxide film such as STI (Shallow Trench Isolation) to some extent (for example, Patent Documents). 1). For this reason, when a salicide compound is formed in the diffusion layer of a MOSFET that requires high breakdown voltage, it is difficult to reduce the size of the semiconductor device.
不揮発性半導体記憶装置の一種であるNAND型フラッシュメモリでは、低耐圧の仕様を持つ低耐圧(高性能低電圧)MOS電界効果トランジスタ(以下、低耐圧MOSFET)と高耐圧の仕様を持つ高耐圧MOS電界効果トランジスタ(以下、高耐圧MOSFET)が必要である。これらトランジスタでは、配線抵抗を低減するため、ゲート電極、及びソース、ドレイン拡散層をサリサイド化することが必要である。なお、例えば、低耐圧MOSFETは印加電圧が10V以下で使用されるトランジスタであり、高耐圧MOSFETは印加電圧が40V以下で使用されるトランジスタである。 In a NAND flash memory which is a kind of nonvolatile semiconductor memory device, a low breakdown voltage (high performance low voltage) MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a low breakdown voltage MOSFET) having a low breakdown voltage specification and a high breakdown voltage MOS having a high breakdown voltage specification. A field effect transistor (hereinafter referred to as a high voltage MOSFET) is required. In these transistors, it is necessary to salicide the gate electrode and the source and drain diffusion layers in order to reduce the wiring resistance. For example, the low withstand voltage MOSFET is a transistor used at an applied voltage of 10 V or less, and the high withstand voltage MOSFET is a transistor used at an applied voltage of 40 V or less.
高耐圧MOSFETと低耐圧MOSFETとを同一の半導体基板上に形成する場合、ゲート電極を加工した後に、高耐圧MOSFETと低耐圧MOSFETとに対して同時にサリサイド化を行う必要があるため、特に高耐圧MOSFETでは、自己整合技術が利用できず専用工程が増加してしまう。また、自己整合技術を利用するためには、MOSFETのシリコン界面より十分高くしたSTIの段差を利用した側壁酸化膜を準備する必要があるため、電極を加工する前段階で、平坦性が悪化してしまう。
本発明は、ソース領域及びドレイン領域における接合部の耐圧を向上できると共に、寄生バイポーラトランジスタ特性の影響を低減することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can improve the breakdown voltage of the junction in the source region and the drain region and can reduce the influence of parasitic bipolar transistor characteristics, and a method of manufacturing the same.
本発明の一実施態様の半導体装置は、半導体基板に低耐圧トランジスタと高耐圧トランジスタと有する半導体装置において、前記低耐圧トランジスタは、前記半導体基板の第1領域に形成されたソース領域と、前記ソース領域に離隔して前記半導体基板の前記第1領域に形成されたドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記第1領域上に形成された第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極、前記ソース領域上及び前記ドレイン領域上に形成された第1シリサイド層とを備え、前記高耐圧トランジスタは、前記半導体基板の表面が所定の深さ除去された第2領域と、前記第2領域に形成されたソース領域と、前記ソース領域に離隔して前記第2領域に形成されたドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記第2領域上に形成され、前記第1ゲート絶縁膜より膜厚が厚い第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極、前記ソース領域上及び前記ドレイン領域上に形成された第2シリサイド層とを備え、前記所定の深さは前記第2ゲート絶縁膜の厚さと前記第1ゲート絶縁膜の厚さとの差に相当し、
前記第2シリサイド層の上面は、前記半導体基板の前記第2領域と前記第2ゲート絶縁膜との界面より高いことを特徴とする。
The semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a semiconductor device having a low breakdown voltage transistor and a high breakdown voltage transistor on a semiconductor substrate, wherein the low breakdown voltage transistor includes a source region formed in a first region of the semiconductor substrate, and the source A drain region formed in the first region of the semiconductor substrate spaced apart from the region; a first gate insulating film formed on the first region between the source region and the drain region; A first gate electrode formed on one gate insulating film; and a first silicide layer formed on the first gate electrode, the source region, and the drain region, wherein the high breakdown voltage transistor includes the semiconductor A second region from which the surface of the substrate has been removed to a predetermined depth, a source region formed in the second region, and a second region separated from the source region. A drain region, a second gate insulating film formed on the second region between the source region and the drain region, and having a thickness greater than that of the first gate insulating film; and on the second gate insulating film A second silicide layer formed on the second gate electrode, the source region, and the drain region; and the predetermined depth is a thickness of the second gate insulating film. And the thickness of the first gate insulating film,
The upper surface of the second silicide layer is higher than an interface between the second region of the semiconductor substrate and the second gate insulating film.
本発明の一実施態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板に低耐圧トランジスタと高耐圧トランジスタとを形成する半導体装置の製造方法において、前記高耐圧トランジスタを形成する領域に、前記半導体基板の表面から所定の深さ除去した凹部と前記半導体基板の表面の高さを維持した凸部を形成する工程と、前記凹部に第1絶縁膜を形成する工程と、前記低耐圧トランジスタを形成する領域の前記半導体基板上に第2絶縁膜を形成すると共に、前記高耐圧トランジスタを形成する領域の前記第1絶縁膜上及び前記凸部に、前記第2絶縁膜を形成する工程と、前記低耐圧トランジスタを形成する領域と前記高耐圧トランジスタを形成する領域に、素子分離領域を形成する工程と、前記低耐圧トランジスタを形成する領域及び前記高耐圧トランジスタを形成する領域の前記第2絶縁膜上に、ゲート電極となる導電膜を形成する工程と、前記低耐圧トランジスタを形成する領域及び前記高耐圧トランジスタを形成する領域の前記導電膜と前記第2絶縁膜をエッチングして、ゲート電極をそれぞれ形成すると共に、前記第1領域の前記ソース領域及び前記ドレイン領域と、前記第2領域の前記凸部を露出させる工程と、前記ゲート電極上、前記ソース領域上、前記ドレイン領域上、及び前記凸部上に金属膜を形成する工程と、前記ゲート電極、前記ソース領域、前記ドレイン領域、及び前記凸部に、前記金属膜を反応させてシリサイド層を形成する工程とを具備することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a low breakdown voltage transistor and a high breakdown voltage transistor on a semiconductor substrate; A step of forming a recess having a predetermined depth removed from the substrate and a protrusion maintaining the height of the surface of the semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film in the recess, and a region for forming the low breakdown voltage transistor Forming a second insulating film on the semiconductor substrate and forming the second insulating film on the first insulating film and on the convex portion in a region where the high breakdown voltage transistor is to be formed; and the low breakdown voltage transistor Forming a device isolation region in a region for forming the high breakdown voltage transistor and a region for forming the high breakdown voltage transistor, a region for forming the low breakdown voltage transistor, and the high breakdown voltage transistor Forming a conductive film to be a gate electrode on the second insulating film in a region where a transistor is to be formed; a region in which the low breakdown voltage transistor is to be formed; a region in which the high breakdown voltage transistor is to be formed; Etching the two insulating films to form gate electrodes, exposing the source region and the drain region of the first region, and the convex portion of the second region; and on the gate electrode, Forming a metal film on the source region, the drain region, and the convex portion; and reacting the metal film with the gate electrode, the source region, the drain region, and the convex portion to form a silicide layer Forming the step.
本発明によれば、ソース領域及びドレイン領域における接合部の耐圧を向上できると共に、寄生バイポーラトランジスタ特性の影響を低減することができる半導体装置及びその製造方法を提供することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of improving the breakdown voltage of the junction in the source region and the drain region and reducing the influence of the parasitic bipolar transistor characteristics, and a method for manufacturing the same.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
本発明の実施形態の半導体装置として、不揮発性半導体記憶装置の一種であるNAND型フラッシュメモリを例に取り説明する。NAND型フラッシュメモリの周辺回路では、低耐圧MOSFETと高耐圧MOSFETとが同一の半導体基板上に形成されており、これらトランジスタでは配線抵抗を低減するために、トランジスタのゲート電極、ソース拡散層及びドレイン拡散層をサリサイド化することが必要である。 As a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a NAND flash memory which is a kind of nonvolatile semiconductor memory device will be described as an example. In the peripheral circuit of the NAND flash memory, the low breakdown voltage MOSFET and the high breakdown voltage MOSFET are formed on the same semiconductor substrate. In order to reduce the wiring resistance in these transistors, the gate electrode, the source diffusion layer, and the drain of the transistor It is necessary to salicide the diffusion layer.
図1(a)は実施形態の低耐圧MOSFETの構成を示す平面図であり、図1(b)は高耐圧MOSFETの構成を示す平面図である。図2(a)及び図2(b)は図1に示した2a−2b線に沿った低耐圧MOSFET及び高耐圧MOSFETのそれぞれの断面図である。
FIG. 1A is a plan view showing the configuration of the low voltage MOSFET according to the embodiment, and FIG. 1B is a plan view showing the configuration of the high voltage MOSFET. 2A and 2B are cross-sectional views of the low breakdown voltage MOSFET and the high breakdown voltage MOSFET taken along the
まず、図2(a)を参照して低耐圧MOSFETの構造を述べる。 First, the structure of the low breakdown voltage MOSFET will be described with reference to FIG.
図2(a)に示すように、シリコン半導体基板11には、素子分離領域12が形成されている。素子分離領域12は、例えば、半導体基板11に形成されたトレンチ内にシリコン酸化膜などを埋め込んだSTI(Shallow Trench Isolation)からなり、半導体基板11上に形成される低耐圧MOSFET(素子)間を電気的に絶縁分離して、低耐圧MOSFETが形成される素子領域を定める。
As shown in FIG. 2A, an
素子領域における半導体基板11の表面領域には、LDD(lightly doped diffusion)構造を有するソース領域(拡散層)13及びドレイン領域(拡散層)14が離隔して形成されている。ソース領域13とドレイン領域14の上層部分には、サリサイド層(シリサイド化合物層)13A,14Aがそれぞれ形成されている。
A source region (diffusion layer) 13 and a drain region (diffusion layer) 14 having an LDD (lightly doped diffusion) structure are formed separately on the surface region of the
ソース領域13とドレイン領域14との間の半導体基板11上には、第1のゲート絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜)15が形成されている。第1のゲート絶縁膜15上には、ゲート電極(例えば、ポリシリコン膜)16が形成されている。このゲート電極16はサリサイド層を含んでいる。さらに、ゲート電極16の側壁には、ゲート側壁絶縁膜17が形成されている。このゲート側壁絶縁膜17は、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜の少なくともいずれかを含む膜からなる。
A first gate insulating film (for example, silicon oxide film) 15 is formed on the
ゲート電極16上、ソース領域13上、ドレイン領域14上、及び素子分離領域12上には、サリサイド層を保護するバリア絶縁膜18が形成されている。バリア絶縁膜18上には、層間絶縁膜19,20が形成されている。そして、サリサイド層13A,14A上のバリア絶縁膜18内及び層間絶縁膜19,20内には、サリサイド層13A,14Aにそれぞれ電気的に接続された埋め込みコンタクト21が形成されている。さらに、コンタクト21上には配線31が形成されている。
A
次に、図2(b)を参照して高耐圧MOSFETの構造を述べる。 Next, the structure of the high voltage MOSFET will be described with reference to FIG.
図2(b)に示すように、シリコン半導体基板11には、素子分離領域12が形成されている。素子分離領域12は、例えばSTIからなり、半導体基板11上に形成される高耐圧MOSFET(素子)間を電気的に絶縁分離して、高耐圧MOSFETが形成される素子領域を定める。
As shown in FIG. 2B, an
素子領域における半導体基板11の表面領域には、LDD(lightly doped diffusion)構造を有するソース領域23及びドレイン領域24が離隔して形成されている。ソース領域23とドレイン領域24の上層部分には、サリサイド層(シリサイド化合物層)23A,24Aがそれぞれ形成されている。
A
ソース領域23とドレイン領域24との間の半導体基板11上には、絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜)25Aが形成され、絶縁膜25A上には第1のゲート絶縁膜15が形成されている。絶縁膜25Aと第1のゲート絶縁膜15との積層構造により、第2のゲート絶縁膜25が構成されている。第2のゲート絶縁膜25上には、ゲート電極(例えば、ポリシリコン膜)16が形成されている。ゲート電極16はサリサイド層を含んでいる。さらに、ゲート電極16の側壁には、ゲート側壁絶縁膜17が形成されている。このゲート側壁絶縁膜17は、前述したように、例えばシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜の少なくともいずれかを含む膜からなる。
An insulating film (for example, a silicon oxide film) 25A is formed on the
ソース領域23上及びドレイン領域24上には、開口部を有する絶縁膜25Aが形成されている。これらの絶縁膜25Aの開口部内には、サリサイド層(シリサイド化合物層)23A,24Aと、ソース領域23及びドレイン領域24の一部がそれぞれ形成されている。詳述すると、ソース領域23上の絶縁膜25Aの開口部内には、絶縁膜25Aの上面の高さから絶縁膜25Aの厚さの途中までサリサイド層23Aが形成され、このサリサイド層23A下にはソース領域23が形成されている。ドレイン領域24上の絶縁膜25Aの開口部内には、絶縁膜25Aの上面の高さから絶縁膜25Aの厚さの途中までサリサイド層24Aが形成され、このサリサイド層24A下にはドレイン領域24が形成されている。
On the
ゲート電極16上、サリサイド層23A,24A上、及び素子分離領域12上には、サリサイド層を保護するバリア絶縁膜18が形成されている。バリア絶縁膜18上には、層間絶縁膜19,20が形成されている。そして、サリサイド層23A,24A上のバリア絶縁膜18内及び層間絶縁膜19,20内には、サリサイド層23A,24Aにそれぞれ電気的に接続された埋め込みコンタクト21が形成されている。さらに、コンタクト21上には配線31が形成されている。
A
次に、本発明の実施形態の低耐圧MOSFET及び高耐圧MOSFETの製造方法について説明する。 Next, a manufacturing method of the low breakdown voltage MOSFET and the high breakdown voltage MOSFET according to the embodiment of the present invention will be described.
図3〜図9は、実施形態の低耐圧MOSFET及び高耐圧MOSFETの製造方法を示す各工程の断面図である。各図の(a)は低耐圧MOSFETの製造工程の断面図であり、各図の(b)は高耐圧MOSFETの製造工程の断面図である。 3 to 9 are cross-sectional views of each process showing the method of manufacturing the low breakdown voltage MOSFET and the high breakdown voltage MOSFET of the embodiment. (A) of each figure is sectional drawing of the manufacturing process of low voltage | pressure-resistant MOSFET, (b) of each figure is sectional drawing of the manufacturing process of high voltage | pressure-resistant MOSFET.
まず、低耐圧MOSFETを形成する領域では、図3(a)に示すように、半導体基板11上をレジスト膜32で覆う。一方、高耐圧MOSFETを形成する領域では、図3(b)に示すように、半導体基板11上にレジスト膜32を形成し、半導体基板11の表面のうち、レジスト膜32で覆われている所定部分11Aを残してその他の部分を、例えばRIE(Reactive Ion Etching)によりエッチングする。所定部分(凸部)11Aは、後の工程でサリサイド層が形成される領域である。言い換えると、高耐圧MOSFETを形成する領域の半導体基板面を、低耐圧MOSFETを形成する領域の半導体基板面より低くする。このとき、高耐圧MOSFETを形成する領域(凹部)では、後の工程においてソース及びドレイン領域のサリサイド層となる部分(凸部)を、レジスト膜32によりマスクしてエッチングされないようにする。
First, in the region where the low breakdown voltage MOSFET is formed, the
次に、レジスト膜32を剥離した後、図4(a)及び図4(b)に示すように、例えば熱酸化法により半導体基板11上に絶縁膜(シリコン酸化膜)25Aを形成する。このとき、絶縁膜25Aの厚さは、高耐圧MOSFETを形成する領域に形成された所定部分11Aの高さとほぼ同じ高さとする。その後、低耐圧MOSFETを形成する領域では、図4(a)に示すように、レジスト膜で覆うことなく、例えばRIEにより半導体基板11上の絶縁膜25Aを除去する。このとき、高耐圧MOSFETを形成する領域では、図4(b)に示すように、絶縁膜25Aをレジスト膜33で保護し、例えばRIEにより絶縁膜25Aがエッチングされないようにする。すなわち、低耐圧MOSFETを形成する領域に形成された絶縁膜25Aだけを除去する。
Next, after removing the resist
その後、レジスト膜33を剥離した後、低耐圧MOSFETを形成する領域では、図5(a)に示すように、例えば熱酸化法により半導体基板11上に絶縁膜(シリコン酸化膜)15を形成する。このとき、高耐圧MOSFETを形成する領域では、図5(b)に示すように、前記熱酸化法により絶縁膜25A上及び半導体基板11の前記所定部分11A上に絶縁膜15を形成する。なお、低耐圧MOSFETを形成する領域では、絶縁膜15が低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を構成し、高耐圧MOSFETを形成する領域では、絶縁膜25Aと絶縁膜15の積層膜が高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を構成する。
Thereafter, after the resist
次に、図6(a)及び図6(b)に示すように、半導体基板11にSTIなどの素子分離領域12をそれぞれ形成する。続いて、絶縁膜15上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)によりポリシリコン膜16を形成する。その後、図7(a)及び図7(b)に示すように、例えばRIEによりポリシリコン膜16をパターニングしてゲート電極16を形成する。続いて、ゲート電極16下以外の絶縁膜15を除去する。さらに、イオン注入法によりゲート電極16の両側の半導体基板中に不純物イオンを導入して、ソース領域13及びドレイン領域14とソース領域23及びドレイン領域24を形成する。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B,
続いて、ゲート電極16上、ソース領域13上、ドレイン領域14上、ソース領域23上、及びドレイン領域24上に、例えばCVDにより絶縁膜17を形成する。そして、RIEにより絶縁膜17をエッチングして、ゲート電極16の側面のみにゲート側壁絶縁膜17を残す。
Subsequently, an insulating
このとき、図7(b)に示すように、ソース領域23上及びドレイン領域24上の絶縁膜25Aに開口部が形成されているため、サリサイド層形成のためのシリコン基板(所定部分11A)が露出している。ここで、例えば通常用いられている製造方法では、図14(b)に示すように、高耐圧MOSFETを形成する領域において、ゲート側壁絶縁膜17を形成した後、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜36を形成しソース領域23上及びドレイン領域24上の絶縁膜25Aをエッチングして、サリサイド層形成のための開口部を形成する工程が必要である。しかし、本実施形態の製造方法では、前述したように、ゲート側壁絶縁膜17の形成が終了したとき、ソース領域23上及びドレイン領域24上の絶縁膜25Aの開口部から既にシリコン基板11が露出しているため、前述した工程が不要となり工程が削減できる。
At this time, as shown in FIG. 7B, since openings are formed in the insulating
その後、図8(a)及び図8(b)に示すように、ゲート電極16上、ソース領域13,23上及びドレイン領域14,24上に、サリサイド層を形成するための反応材である金属膜34、例えばニッケル(Ni)あるいはコバルト(Co)を堆積する。続いて、図8(a)及び図8(b)に示した半導体基板11に対して熱処理を行い、ゲート電極16、ソース領域13,23、及びドレイン領域14,24のシリコンと金属膜34とを反応させる。そして、未反応の金属膜34を除去し、低耐圧MOSFETを形成する領域では、図9(a)に示すように、ゲート電極16、ソース領域13、及びドレイン領域14に、サリサイド層16,13A,14Aを形成し、高耐圧MOSFETを形成する領域では、図9(b)に示すように、ソース領域23上及びドレイン領域24上の絶縁膜25Aの開口部内とゲート電極16にサリサイド層23A,24A,16を形成する。
Thereafter, as shown in FIGS. 8A and 8B, a metal which is a reaction material for forming a salicide layer on the
次に、図2(a)及び図2(b)に示すように、ゲート電極16上、ソース領域13,23上及びドレイン領域14,24上のサリサイド層上に、サリサイド層を保護するためのバリア絶縁膜18を形成する。続いて、層間絶縁膜19,20を形成し、サリサイド層13A,14A,23A,24A上の層間絶縁膜19,20内及びバリア絶縁膜18内にコンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホール内に金属材を埋め込んで埋め込みコンタクト21を形成する。さらに、埋め込みコンタクト21上に配線31を形成する。以上により、本実施形態の半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIGS. 2A and 2B, the salicide layer is protected on the salicide layer on the
次に、図10及び図11を参照して、実施形態の高耐圧MOSFETの詳細な構造とその効果について説明する。 Next, with reference to FIG. 10 and FIG. 11, the detailed structure and effect of the high voltage MOSFET according to the embodiment will be described.
図10は、図2に示した高耐圧MOSFETにおけるサリサイド層が形成された部分を拡大した断面図である。図11は、比較例としての高耐圧MOSFETにおけるサリサイド層が形成された部分を拡大した断面図である。また図12は、実施形態の高耐圧MOSFETの回路図であり、図13は高耐圧MOSFETにおけるソース−ドレイン間の電流−電圧特性を示す図である。 FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a portion where the salicide layer is formed in the high voltage MOSFET shown in FIG. FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a portion where a salicide layer is formed in a high voltage MOSFET as a comparative example. FIG. 12 is a circuit diagram of the high voltage MOSFET according to the embodiment, and FIG. 13 is a diagram showing current-voltage characteristics between the source and drain in the high voltage MOSFET.
この実施形態では、前述したように、予め、ソース領域23及びドレイン領域24上のサリサイド層となるシリコン基板領域を残し、その他の領域を掘り下げることにより、サリサイド層23A,24Aの深さ(底面)とソース領域23及びドレイン領域24の深さ(底面)との差が大きくなるように形成する。これにより、ソース領域23及びドレイン領域24の接合部における高電圧に対する耐圧(図13の(1))を向上させることができる。すなわち、図10において、ドレイン領域24の厚さXj3からサリサイド層24Aの厚さXj2を引いた距離が、図11においてドレイン領域35の厚さXj1からサリサイド層35Aの厚さXj2を引いた距離に比べて大きくなるため、ドレイン領域24とシリコン基板11との接合部の耐圧を向上させることができる。言い換えると、サリサイド層24Aの底面が、シリコン基板11とゲート絶縁膜25Aとの界面より上に形成された構造とすることにより、サリサイド層24Aの深さとソース/ドレイン拡散層(LDD拡散層)の深さとの差が大きくなり、高電圧印加における接合部の耐圧を向上させることができる。
In this embodiment, as described above, the depth (bottom surface) of the salicide layers 23A and 24A is obtained by leaving the silicon substrate region to be the salicide layer on the
また、ゲート電極16とサリサイド層24Aとの距離D1が伸び、さらにゲート電極16を挟むように両側に配置されたサリサイド層23A,24A間において、ゲート絶縁膜25の底面に沿った距離が長くできるため、パンチスルーの発生を抑制でき、寄生バイポーラトランジスタの特性(図13の(2))の改善が見込まれる。
Further, the distance D1 between the
図13において、Aが比較例の特性であり、Bが本実施形態の特性である。これにより、実施形態の高耐圧MOSFETでは特性が改善されていることがわかる。 In FIG. 13, A is the characteristic of the comparative example, and B is the characteristic of the present embodiment. Thereby, it turns out that the characteristic is improved in the high voltage | pressure-resistant MOSFET of embodiment.
また、コンタクト21が形成されるサリサイド層23A,24A上の部分が平坦化されることにより、コンタクト21の形成や電極配線の形成が容易になる。また、比較例では図11に示すように、サリサイド層35A上の絶縁膜25Aの開口部内にバリア絶縁膜18が入り込むように形成されていたが、本実施形態では図10に示すように、開口部内において絶縁膜25Aの上面の位置から絶縁膜25Aの厚さの途中までサリサイド層24Aが形成されるため、開口部の径H2を径H1に比べて小さくできる。これにより、1つの高耐圧MOSFETを形成するために必要な面積を低減することができる。すなわち、サリサイド層形成のための開口径を縮小することができ、これによりトランジスタサイズの縮小も可能となる。
Further, since the portions on the salicide layers 23A and 24A where the
なお、前述した実施形態は唯一の実施形態ではなく、前記構成の変更あるいは各種構成の追加によって、様々な実施形態を形成することが可能である。 The embodiment described above is not the only embodiment, and various embodiments can be formed by changing the configuration or adding various configurations.
11…シリコン半導体基板、12…素子分離領域、13…ソース領域(拡散層)、14…ドレイン領域(拡散層)、13A,14A…サリサイド層(シリサイド化合物層)、15…第1のゲート絶縁膜、16…ゲート電極、17…ゲート側壁絶縁膜、18…バリア絶縁膜、19,20…層間絶縁膜、21…埋め込みコンタクト、23…ソース領域(拡散層)、24…ドレイン領域(拡散層)、23A,24A…サリサイド層(シリサイド化合物層)、25A…絶縁膜、25…第2のゲート絶縁膜、31…配線。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記低耐圧トランジスタは、
前記半導体基板の第1領域に形成されたソース領域と、
前記ソース領域に離隔して前記半導体基板の前記第1領域に形成されたドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記第1領域上に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極、前記ソース領域上及び前記ドレイン領域上に形成された第1シリサイド層とを備え、
前記高耐圧トランジスタは、
前記半導体基板の表面が所定の深さ除去された第2領域と、
前記第2領域に形成されたソース領域と、
前記ソース領域に離隔して前記第2領域に形成されたドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記第2領域上に形成され、前記第1ゲート絶縁膜より膜厚が厚い第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、
前記第2ゲート電極、前記ソース領域上及び前記ドレイン領域上に形成された第2シリサイド層とを備え、
前記所定の深さは前記第2ゲート絶縁膜の厚さと前記第1ゲート絶縁膜の厚さとの差に相当し、
前記第2シリサイド層の上面は、前記半導体基板の前記第2領域と前記第2ゲート絶縁膜との界面より高いことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having a low breakdown voltage transistor and a high breakdown voltage transistor on a semiconductor substrate,
The low breakdown voltage transistor is:
A source region formed in a first region of the semiconductor substrate;
A drain region formed in the first region of the semiconductor substrate and spaced apart from the source region;
A first gate insulating film formed on the first region between the source region and the drain region;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A first silicide layer formed on the first gate electrode, on the source region and on the drain region;
The high voltage transistor is
A second region in which a surface of the semiconductor substrate is removed to a predetermined depth;
A source region formed in the second region;
A drain region formed in the second region apart from the source region;
A second gate insulating film formed on the second region between the source region and the drain region and thicker than the first gate insulating film;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film;
A second silicide layer formed on the second gate electrode, the source region, and the drain region;
The predetermined depth corresponds to a difference between the thickness of the second gate insulating film and the thickness of the first gate insulating film,
An upper surface of the second silicide layer is higher than an interface between the second region of the semiconductor substrate and the second gate insulating film.
前記高耐圧トランジスタを形成する領域に、前記半導体基板の表面から所定の深さ除去した凹部と前記半導体基板の表面の高さを維持した凸部を形成する工程と、
前記凹部に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記低耐圧トランジスタを形成する領域の前記半導体基板上に第2絶縁膜を形成すると共に、前記高耐圧トランジスタを形成する領域の前記第1絶縁膜上及び前記凸部に、前記第2絶縁膜を形成する工程と、
前記低耐圧トランジスタを形成する領域と前記高耐圧トランジスタを形成する領域に、素子分離領域を形成する工程と、
前記低耐圧トランジスタを形成する領域及び前記高耐圧トランジスタを形成する領域の前記第2絶縁膜上に、ゲート電極となる導電膜を形成する工程と、
前記低耐圧トランジスタを形成する領域及び前記高耐圧トランジスタを形成する領域の前記導電膜と前記第2絶縁膜をエッチングして、ゲート電極をそれぞれ形成すると共に、前記第1領域の前記ソース領域及び前記ドレイン領域と、前記第2領域の前記凸部を露出させる工程と、
前記ゲート電極上、前記ソース領域上、前記ドレイン領域上、及び前記凸部上に金属膜を形成する工程と、
前記ゲート電極、前記ソース領域、前記ドレイン領域、及び前記凸部に、前記金属膜を反応させてシリサイド層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device in which a low breakdown voltage transistor and a high breakdown voltage transistor are formed on a semiconductor substrate,
Forming a recess removed from the surface of the semiconductor substrate by a predetermined depth and a protrusion maintaining the height of the surface of the semiconductor substrate in a region for forming the high breakdown voltage transistor;
Forming a first insulating film in the recess;
A second insulating film is formed on the semiconductor substrate in a region where the low breakdown voltage transistor is formed, and the second insulating film is formed on the first insulating film and in the convex portion in the region where the high breakdown voltage transistor is formed. Forming, and
Forming an element isolation region in a region for forming the low breakdown voltage transistor and a region for forming the high breakdown voltage transistor;
Forming a conductive film to be a gate electrode on the second insulating film in the region for forming the low breakdown voltage transistor and the region for forming the high breakdown voltage transistor;
The conductive film and the second insulating film in the region for forming the low breakdown voltage transistor and the region for forming the high breakdown voltage transistor are etched to form gate electrodes, respectively, and the source region and the first region in the first region Exposing the drain region and the convex portion of the second region;
Forming a metal film on the gate electrode, on the source region, on the drain region, and on the protrusion;
Forming a silicide layer by reacting the metal film with the gate electrode, the source region, the drain region, and the protrusion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
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JP2008190020A JP2010027980A (en) | 2008-07-23 | 2008-07-23 | Semiconductor device, and manufacturing method thereof |
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