JP2012018973A - 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】LSI中の高耐圧MOSFETを含む高耐圧回路は、純粋な内部回路と異なり、外部との関係で動作電圧が高い状態で固定されているため、通常のように、低電圧化による微細化が適用できない。このため、内部回路部の低電圧化に伴って、ますます、チップ内の占有面積を肥大化させる結果となっている。この問題について、本願発明者等が、各種の対策について評価したところによると、CMOSFET回路構成およびデバイス構成との適合性等の問題がネックとなっていることが明らかとなった。
【解決手段】本願発明は、各チャネル表面に波状起伏が設けられたNチャネル型およびPチャネル型MISFETを有する半導体集積回路装置において、Pチャネル型MISFETのチャネル表面に設けられた波状起伏に比べて、Nチャネル型MISFETのチャネル表面に設けられた波状起伏のピッチを狭くしたものである。
【選択図】図18

Description

本発明は、低耐圧部と高耐圧部を含む半導体集積回路装置および半導体集積回路装置(または半導体装置)の製造方法における高集積&高耐圧技術に適用して有効な技術に関する。
日本特開平6−224424号公報(特許文献1)および日本特開平5−291573号公報(特許文献2)には、パンチスルー耐圧を向上させるため、リセスチャネル(Recess Channel)を導入し、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)プロセスを用いたNチャネル型高耐圧MOSFETが開示されている。
日本特開平2−90567号公報(特許文献3)には、パンチスルー耐圧を向上させるため、チャネルを縦方向に構成した微細高耐圧の縦型MOSFETが開示されている。
日本特開平6−151453号公報(特許文献4)には、隆起したチャネル領域の両側にオフセットの電界緩和領域を設けた高耐圧MOSFETが開示されている。
日本特開平7−131009号公報(特許文献5)には、実効チャネル長や実効チャネル幅を確保するために、チャネル領域表面を縦断または横断する複数のトレンチや同内部領域表面に複数の同心正方形形状の局所的なトレンチを形成したMOSFETが開示されている。
Yuanzheng Zhu,外4名、”Folded Gate LDMOS Transistor with Low On−resistance and High Transconductance”、IEEE Transaction on Electron Devices, vol.48,No.12,December 2001,頁2917−2928(非特許文献1)には、パワーICに組み込むNチャネル型LDMOSFET(Laterally diffused MOSFET)として、折りたたみゲート(Folded Gate)構造を導入することによって、低オン抵抗(On−Resistance)と高トランスコンダクタンス(Transconductance)を得ることができるパワーデバイスが開示されている。
特開平6−224424号公報 特開平5−291573号公報 特開平2−90567号公報 特開平6−151453号公報 特開平7−131009号公報
Yuanzheng Zhu,外4名、"Folded Gate LDMOS Transistor with Low On−resistance and High Transconductance"、IEEE Transaction on Electron Devices, vol.48,No.12,December 2001,頁2917−2928
電池や電源の制御部品として、高耐圧MOSFETを組み込んだCMOSFET(Complementary metal oxide semiconductor Field Effect Transistor)またはCMISFET(Complementary metal insulator semiconductor Field Effect Transistor)回路構成のLSI(Large Scale Integration)、すなわち、高耐圧CMOSFET(CMISFET)集積回路装置が広く使用されている。しかし、これらの高耐圧MOSFET(MISFET)は、純粋な内部回路と異なり、外部との関係で動作電圧が高い状態で固定されているため、通常のように、低電圧化による微細化が適用できない。よって、内部回路部の低電圧化に伴って、ますます、チップ内の占有面積を肥大化させる結果となっている。この問題について、本願発明者等が、各種の対策について評価したところによると、CMOSFET(CMISFET)回路構成およびデバイス構成との適合性(Compatibility)等の問題がネックとなっていることが明らかとなった。
本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。
本発明の目的は、高耐圧で且つ高集積の半導体集積回路装置を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、本願の一つの発明は、各チャネル表面に波状起伏が設けられたNチャネル型およびPチャネル型MISFETを有する半導体集積回路装置において、Pチャネル型MISFETのチャネル表面に設けられた波状起伏に比べて、Nチャネル型MISFETのチャネル表面に設けられた波状起伏のピッチを狭くしたものである。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、各チャネル表面に波状起伏が設けられたNチャネル型およびPチャネル型MISFETを有する半導体集積回路装置において、Pチャネル型MISFETのチャネル表面に設けられた波状起伏に比べて、Nチャネル型MISFETのチャネル表面に設けられた波状起伏のピッチを狭くしたことにより、素子占有面積の微小化が可能となる。
本願の各実施の形態の半導体集積回路装置の対象デバイスの一例であるCMOS集積回路チップの上面レイアウト図である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(ウエハ投入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(LOCOS絶縁膜形成工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nウエル導入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pウエル導入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(ゲート電極形成工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nチャネル型低耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nチャネル型高耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pチャネル型高耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入のためのレジスト膜塗布工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pチャネル型高耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(サイドウォール形成工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン領域導入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン領域導入工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(プリメタル絶縁膜形成および配線形成工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するデバイスの基本構造を示す半導体基板局所上面図である。 図15のA−A’断面に対応するデバイス局所断面図である。 図15のB−B’断面に対応するデバイス局所断面図である。 本願の第1の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成のデバイス構造を示す半導体基板局所上面図である。 図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前各種溝形成工程)である。 図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化工程及びその後処理)である。 図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(リップル用溝内酸化膜除去)である。 図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲート酸化およびゲートポリシリコン成膜工程)である。 図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜上平坦化工程)である。 図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前各種溝形成工程)である。 図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(リセス用溝内酸化膜除去)である。 図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜上平坦化工程)である。 図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜パターニング工程)である。 図18のE−E’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化工程)である。 図18のF−F’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するサイドウォールプロセスを説明するためのゲート電極周辺斜視図(サイドウォール形成前)である。 図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール形成前)である。 図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜成膜工程)である。 図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜の上層膜ドライエッチング工程)である。 図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜の中間膜ドライエッチング工程)である。 図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜の下層膜ドライエッチング工程完了時点)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するサイドウォールプロセスを説明するためのゲート電極周辺斜視図(サイドウォール膜の下層膜ドライエッチング工程完了時点)である。 本願の第2の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成のデバイス構造を示す半導体基板局所上面図である。 図37のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(nチャネル側リップル用溝形成工程)である。 図37のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(pチャネル側リップル用溝形成工程)である。 図37のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜上平坦化工程)である。 図37のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前nチャネル側リップル用溝形成工程)である。 図37のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前リセスチャネル部の溝およびリセスドレイン部の溝形成工程)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例1)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例2)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例3)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例4)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例5)である。 本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例6)である。 図43の配向の場合の(110)面の出やすさの程度を示すための溝断面説明図である。 図44の配向の場合の(110)面の出やすさの程度を示すための溝断面説明図である。 図19、図24、図39、図41等で形成されたリップル溝、各種リセス溝、素子分離溝等に対応する部分のLOCOS酸化用絶縁膜の後退処理を説明するための当該部分のデバイス断面図である。
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
1.以下を含む半導体集積回路装置:
(a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
(b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
(c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
(d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏、
ここで、前記第1の波状起伏のピッチは、前記第2の波状起伏のピッチよりも、短い。
2.前記1項の半導体集積回路装置において、前記第1の波状起伏は、前記第1のNチャネル型MISFETの第1のソース領域及び第1のドレイン領域に渡って設けられており、前記第2の波状起伏は、前記第1のPチャネル型MISFETの第2のソース領域及び第2のドレイン領域に渡って設けられている。
3.前記2項の半導体集積回路装置において、前記第1の波状起伏は、前記第1のNチャネル型MISFETの前記第1のソース領域及び前記第1のドレイン領域のそれぞれのコンタクト領域に渡って設けられており、前記第2の波状起伏は、前記第1のPチャネル型MISFETの前記第2のソース領域及び前記第2のドレイン領域のそれぞれのコンタクト領域に渡って設けられている。
4.前記3項の半導体集積回路装置において、前記各コンタクト領域の各コンタクトは、前記第1の波状起伏および前記第2の波状起伏のそれぞれの頂部及び底部の両方に設けられている。
5.前記1から4項のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記第1のチャネル領域のほぼ中央部の表面には、チャネル幅方向に沿うように、第1のチャネル内リセス領域が設けられており、前記第2のチャネル領域のほぼ中央部の表面には、チャネル幅方向に沿うように、第2のチャネル内リセス領域が設けられている。
6.前記1から5項のいずれか一つの半導体集積回路装置において、更に以下を含む:
(e)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第2のNチャネル型MISFETおよび第2のPチャネル型MISFET、
ここで、前記第1のNチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧は、前記第2のNチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧よりも高く、また、前記第1のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧は、前記第2のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧よりも高い。
7.前記1から6項のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記第1のドレイン領域は以下を含む:
(x1)低濃度N型ドレイン領域;
(x2)前記低濃度N型ドレイン領域内であって、その表面領域に設けられ、これよりも高不純物濃度の高濃度N型ドレイン領域;
(x3)前記高濃度N型ドレイン領域が設けられていない前記低濃度N型ドレイン領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられたN型ドレイン内リセス領域、
更に、前記第2のドレイン領域は以下を含む:
(y1)低濃度P型ドレイン領域;
(y2)前記低濃度P型ドレイン領域内であって、その表面領域に設けられ、これよりも高不純物濃度の高濃度P型ドレイン領域;
(y3)前記高濃度P型ドレイン領域が設けられていない前記低濃度P型ドレイン領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられたP型ドレイン内リセス領域。
8.前記1から7項のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記第2の波状起伏の波高と、前記第1の波状起伏の波高とは、ほぼ等しい。
9.前記1から8項のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈100〉に沿っている。
10.前記1から8項のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈110〉に沿っている。
11.以下を含む半導体集積回路装置:
(a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
(b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
(c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
(d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏、
ここで、前記第2の波状起伏の波高は、前記第1の波状起伏の波高よりも、高い。
12.前記11項の半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈100〉に沿っている。
13.前記11項の半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈110〉に沿っている。
14.以下を含む半導体集積回路装置:
(a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
(b)前記半導体基板の前記第1の主面上に相互に近接して設けられ、第1のCMISFET対を構成する第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
(c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
(d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏。
15.前記14項の半導体集積回路装置において、更に以下を含む:
(e)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第2のNチャネル型MISFETおよび第2のPチャネル型MISFET、
ここで、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧は、前記第2のNチャネル型MISFETおよび前記第2のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧よりも高い。
16.半導体集積回路装置の製造方法であって、前記半導体集積回路装置は以下を含む:
(a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
(b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
(c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
(d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏;
(e)前記第1のチャネル領域のほぼ中央部の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1のチャネル内リセス領域;
(f)前記第2のチャネル領域のほぼ中央部の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2のチャネル内リセス領域、
ここで、前記半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程を含む:
(p1)前記第1の波状起伏および前記第1のチャネル内リセス領域をほぼ同時に形成する工程。
17.前記16項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記半導体集積回路装置は以下を含む:
(g)前記半導体基板の前記第1の主面上で、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETを素子分離するLOCOS素子分離絶縁膜、
ここで、前記半導体集積回路装置の製造方法は、更に、以下の工程を含む:
(p2)前記工程(p1)の後、前記第1の波状起伏、前記第2の波状起伏、前記第1のチャネル内リセス領域、および前記第2のチャネル内リセス領域の各角部の面取りのための酸化と、前記LOCOS素子分離絶縁膜を形成するための酸化をほぼ同時に実行する工程。
18.前記16または17項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1の波状起伏のピッチは、前記第2の波状起伏のピッチよりも、短い。
19.前記16から18項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1の波状起伏と、前記第2の波状起伏とは、異なるプロセスで形成される。
20.前記17から19項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、更に、以下の工程を含む:
(p3)前記工程(p2)の後、前記LOCOS素子分離絶縁膜を耐エッチング部材で被覆した状態で、前記面取りのための酸化の際に形成された酸化膜を除去する工程。
〔本願における記載形式、基本的用語、用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
更に、本願において、「半導体装置」または「半導体集積回路装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)単体、および、それらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップ等(たとえば単結晶シリコン基板)上に集積したものをいう。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。このとき、集積回路構成の代表的なものとしては、Nチャネル型MISFETとPチャネル型MISFETを組み合わせたCMOS(Complemetary Metal Oxide Semiconductor)型集積回路に代表されるCMIS(Complemetary Metal Insulator Semiconductor)型集積回路を例示することができる。
今日の半導体集積回路装置、すなわち、LSI(Large Scale Integration)のウエハ工程は、通常、原材料としてのシリコンウエハの搬入からプリメタル(Premetal)工程(M1配線層下端とゲート電極構造の間の層間絶縁膜等の形成、コンタクトホール形成、タングステンプラグ、埋め込み等からなる工程)あたりまでのFEOL(Front End of Line)工程と、M1配線層形成から始まり、アルミニウム系パッド電極上のファイナルパッシベーション膜へのパッド開口の形成あたりまで(ウエハレベルパッケージプロセスにおいては、当該プロセスも含む)のBEOL(Back End of Line)工程に大別できる。
2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」、「酸化シリコン系絶縁膜」等と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG(Fluorosilicate Glass)、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノクラスタリングシリカ(Nano-Clustering Silica:NCS)等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜(ポーラス系絶縁膜)、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。
また、酸化シリコン系絶縁膜と並んで、半導体分野で常用されているシリコン系絶縁膜としては、窒化シリコン系絶縁膜がある。この系統の属する材料としては、SiN,SiCN,SiNH,SiCNH等がある。ここで、「窒化シリコン」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiNおよびSiNHの両方を含む。同様に、「SiCN」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiCNおよびSiCNHの両方を含む。
なお、SiCは、SiNと類似の性質を有するが、SiONは、むしろ、酸化シリコン系絶縁膜に分類すべき場合が多い。
窒化シリコン膜は、SAC(Self−Aligned Contact)技術におけるエッチストップ膜として、多用されるほか、SMT(Stress Memorization Technique)における応力付与膜としても使用される。
3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
5.「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置(半導体装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、LCDガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。
6.本願において、結晶面について、たとえば(100)などと表示するときは、これに等価な結晶面を含むものとする。また、同様に、結晶方位について、〈100〉、〈110〉などと表示するときは、これに等価な結晶方位を含むものとする。
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。
なお、チャネル領域の波状起伏構造、リセスドレイン構造等について記載された先行特許出願としては、たとえば日本特願第2010−48755号(日本出願日2010年3月5日)がある。
1.本願の各実施の形態の半導体集積回路装置の対象デバイスの一例であるCMOS集積回路チップ等の説明(主に図1)
以下に説明する回路の具体的応用としては、たとえば、数十ボルトの高電圧を制御するパワーMOSFET等を用いる集積回路、すなわち、電池制御チップ、電源制御チップ、モータ制御チップ等がある。
図1は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置の対象デバイスの一例であるCMOS集積回路チップの上面レイアウト図である。これに基づいて、本願の各実施の形態の半導体集積回路装置の対象デバイスの一例であるCMOS集積回路チップの構成を説明する。
図1に示すように、本願の各実施の形態における要部構成である高耐圧CMOS集積回路は、半導体チップ2の表側主面1a(裏側主面1bの反対の主面)の高耐圧回路領域6に設けられており、同チップ2の第1の主面1a上には、他に、たとえば、低耐圧ロジック回路領域5、メモリ回路領域4、I/Oパッド配置領域3等が配置されている。低耐圧ロジック回路領域5、メモリ回路領域4、I/Oパッド配置領域3等は、主に、比較的低耐圧のMISFET(Qnc、Qpc)等から構成されており(図14参照)、高耐圧回路領域6(一般にI/Oパッド配置領域3の一部は、高耐圧MISFETを有する)は比較的高耐圧のMISFET(Qnh、Qph)等から構成されている(図14、図18又は図37参照)。ここで、比較的低耐圧のMISFET(Qnc、Qpc)等および比較的高耐圧のMISFET(Qnh、Qph)等は、それぞれCMOS(CMIS)回路(インバータ、NAND回路,NOR回路等)を構成している。
なお、以下の説明では、低耐圧のMISFET(Qnc、Qpc)の標準的なゲート長が、たとえば、0.3マイクロメータ程度、高耐圧のMISFET(Qnh、Qph)の標準的なゲート長が、たとえば、1マイクロメータ程度の場合(最小寸法が0.3マイクロメータ程度のリソグラフィを適用)について具体的に説明するが、各MISFETのゲート長等は、使用するリソグラフィプロセスによって、数マイクロメートルから10nm程度の範囲で、選択可能であることは言うまでもない。
2.本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインの説明(主に図2から図14)
このセクションでは、セクション1で説明した低耐圧ロジック回路領域5、メモリ回路領域4、I/Oパッド配置領域3等で使用される比較的低耐圧のMISFET(Qnc、Qpc)等、および高耐圧回路領域6で使用される比較的高耐圧のMISFET(Qnh、Qph)等のウエハプロセスのアウトラインについて説明する。ここで使用するウエハの結晶方位及びデバイスの配向(レイアウト)については、図43のもの(特に、高耐圧のMISFET、低耐圧のMISFETの両チャネル配向も基本的にチップの主軸に沿うもの)を前提に説明するが、その他のものでも良いことは言うまでもない。
図2は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(ウエハ投入工程)である。図3は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(LOCOS絶縁膜形成工程)である。図4は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nウエル導入工程)である。図5は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pウエル導入工程)である。図6は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(ゲート電極形成工程)である。図7は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nチャネル型低耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入工程)である。図8は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nチャネル型高耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入工程)である。図9は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pチャネル型高耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入のためのレジスト膜塗布工程)である。図10は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pチャネル型高耐圧MISFETの低濃度ソースドレイン領域導入工程)である。図11は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(サイドウォール形成工程)である。図12は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Nチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン領域導入工程)である。図13は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(Pチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン領域導入工程)である。図14は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスフローのアウトラインを説明するデバイス断面図(プリメタル絶縁膜形成および配線形成工程)である。これらに基づいて、本願の各実施の形態の半導体集積回路装置及びその製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明する。
図2に示すように、先ず、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するP型単結晶シリコン基板1(ここでは、たとえば300φウエハとするが、450φでも300φ未満のウエハでもよい)を準備する。
次に、図3に示すように、ウエハ1のデバイス主面1a(第1の主面)上の低耐圧ロジック回路領域5(低耐圧Nチャネル型MISFET形成領域5nおよび低耐圧Pチャネル型MISFET形成領域5pを含む)、高耐圧回路領域6(高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域6n、高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域6pを含む)等のそれぞれの領域の境界部にLOCOS(Local Oxidation of Silicon)素子分離絶縁膜7(厚さは、たとえば500nm程度、このときのシリコン基板の消費量は、250nm程度)を形成し、それらに囲まれた各アクティブ領域の表面に表面酸化シリコン膜8を形成する。なお、ここで、素子分離絶縁膜7はLOCOSタイプに限らず、STI(Shallow Trench Isolation)タイプであっても良い。
次に、図4に示すように、低耐圧Nチャネル型MISFET形成領域5nおよび高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域6n上をNウエル導入用レジスト膜9で被覆した状態で、イオン打ち込みにより、Nウエル領域11を形成する。イオン打ち込み条件としては、たとえば、イオン種:リン、打ち込みエネルギ:500keVから2MeV程度、ドーズ量:1x1013/cmから1x1014/cm程度、注入方式及び注入傾斜角度:0度(垂直注入方式)を好適な範囲として例示することができる。イオン打ち込み後、不要になったNウエル導入用レジスト膜9を除去する。
次に、図5に示すように、低耐圧Pチャネル型MISFET形成領域5pおよび高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域6p上をPウエル導入用レジスト膜12で被覆した状態で、イオン打ち込みにより、Pウエル領域14を形成する。イオン打ち込み条件としては、たとえば、イオン種:ボロン、打ち込みエネルギ:700keVから1MeV程度、ドーズ量:5x1012/cmから1.5x1013/cm程度、注入方式及び注入傾斜角度:0度(垂直注入方式)を好適な範囲として例示することができる。イオン打ち込み後、不要になったPウエル導入用レジスト膜12を除去する。なお、この段階で、ウエル領域11,14でない基板部分1sと半導体基板全体1とを必要に応じて区別する。
次に、図6に示すように、ゲート酸化膜15(ゲート絶縁膜)形成のための熱酸化処理(酸窒化処理等を含む)を実行する。ゲート酸化膜15の厚さは、たとえば、10から50nm程度を好適な範囲として例示することができる。続いて、ウエハ1のデバイス主面1a(第1の主面)上のほぼ全面に、たとえば、TEOS(Tetraethoxysilane)等を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)等により、ゲートポリシリコン膜16を成膜する。ゲートポリシリコン膜16の厚さは、たとえば、500から1000nm程度(基本的にポリシリコン膜の厚さは、リセス等の部分でポリシリコン膜の上面が基板の上面より若干、高くなる程度に決める)を好適な範囲として例示することができる。続いて、たとえば、TEOS(Tetraethoxysilane)等を用いたCVD等により、ゲート加工用ハードマスク膜44(酸化シリコン系絶縁膜)を成膜する。続いて、通常のリソグラフィにより、ポリシリコンゲート電極16を加工する。
次に、図7に示すように、主に低耐圧Nチャネル型MISFET形成領域5n以外の部分を低耐圧Nチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜17で被覆した状態で、イオン打ち込みにより、低耐圧Nチャネル型MISFET形成領域5nにおけるNチャネル型MISFETの低濃度ソース領域18neおよびNチャネル型MISFETの低濃度ドレイン領域19neを形成する。イオン打ち込み条件としては、たとえば、イオン種:リン、打ち込みエネルギ:50keVから150keV程度、ドーズ量:8x1012/cmから2x1014/cm程度、注入方式及び注入傾斜角度:45度(ウエハの主面内で90度ずつ回転させた4方向からドーズ量を4回に分けて打ち込む傾斜注入方式)を好適な範囲として例示することができる。イオン打ち込み後、不要になった低耐圧Nチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜17を除去する。
次に、図8に示すように、主に高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域6n以外の部分を高耐圧Nチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜21で被覆した状態で、イオン打ち込みにより、高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域6nにおけるNチャネル型MISFETの低濃度ソース領域18neおよびNチャネル型MISFETの低濃度ドレイン領域19neを形成する。イオン打ち込み条件としては、たとえば、イオン種:リン、打ち込みエネルギ:50keVから250keV程度、ドーズ量:5x1012/cmから1x1014/cm程度、注入方式及び注入傾斜角度:45度(ウエハの主面内で90度ずつ回転させた4方向からドーズ量を4回に分けて打ち込む傾斜注入方式)を好適な範囲として例示することができる。イオン打ち込み後、不要になった高耐圧Nチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜21を除去する。
次に、図9に示すように、ウエハ1の第1の主面1a上のほぼ全面に、高耐圧Pチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜23を塗布する。続いて、通常のリソグラフィにより、高耐圧Pチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜23をパターニングする。
次に、図10に示すように、主に高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域6p以外の部分を高耐圧Pチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜23で被覆した状態で、イオン打ち込みにより、高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域6pにおけるPチャネル型MISFETの低濃度ソース領域18peおよびPチャネル型MISFETの低濃度ドレイン領域19peを形成する。イオン打ち込み条件としては、たとえば、イオン種:ボロン、打ち込みエネルギ:30keVから150keV程度、ドーズ量:5x1012/cmから1x1014/cm程度、注入方式及び注入傾斜角度:45度(ウエハの主面内で90度ずつ回転させた4方向からドーズ量を4回に分けて打ち込む傾斜注入方式)を好適な範囲として例示することができる。イオン打ち込み後、不要になった高耐圧Pチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜23を除去する。
次に、図11に示すように、サイドウォール24を形成する。
次に、図12に示すように、主に高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域6nの一部(オフセットドレイン部分)と高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域6pおよび低耐圧Pチャネル型MISFET形成領域5pのほぼ全部をNチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン導入用レジスト膜25で被覆した状態で、イオン打ち込みにより、高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域6nおよび低耐圧Nチャネル型MISFET形成領域5nにおけるNチャネル型MISFETの高濃度ソース領域18nhおよびNチャネル型MISFETの高濃度ドレイン領域19nhを形成する。イオン打ち込み条件としては、たとえば、イオン種:砒素、打ち込みエネルギ:30keVから80keV程度、ドーズ量:1x1015/cmから1x1016/cm程度、注入方式及び注入傾斜角度:7度から45度(ウエハの主面内で90度ずつ回転させた4方向からドーズ量を4回に分けて打ち込む傾斜注入方式)を好適な範囲として例示することができる。イオン打ち込み後、不要になったNチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン導入用レジスト膜25を除去する。
次に、図13に示すように、主に高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域6pの一部(オフセットドレイン部分)と低耐圧Nチャネル型MISFET形成領域5nおよび高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域6nのほぼ全部をPチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン導入用レジスト膜26で被覆した状態で、イオン打ち込みにより、低耐圧Pチャネル型MISFET形成領域5pおよび高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域6pにおけるPチャネル型MISFETの高濃度ソース領域18phおよびPチャネル型MISFETの高濃度ドレイン領域19phを形成する。イオン打ち込み条件としては、たとえば、イオン種:BF、打ち込みエネルギ:30keVから80keV程度、ドーズ量:1x1015/cmから1x1016/cm程度、注入方式及び注入傾斜角度:7度から45度(ウエハの主面内で90度ずつ回転させた4方向からドーズ量を4回に分けて打ち込む傾斜注入方式)を好適な範囲として例示することができる。
次に、図14に示すように、ウエハ1のデバイス面1aのほぼ全面に、プリメタル絶縁膜27(たとえば、酸化シリコン系絶縁膜を主要な構成要素とする絶縁膜)を形成する。この段階で、形態的には、低耐圧Nチャネル型MISFETQnc(第2のNチャネル型MISFET)、高耐圧Nチャネル型MISFETQnh(第1のNチャネル型MISFET)、低耐圧Pチャネル型MISFETQpc(第1のPチャネル型MISFET)、および高耐圧Pチャネル型MISFETQph(第1のPチャネル型MISFET)がほぼ完成した状態となる。ここで、必要に応じて、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等により表面平坦化を実行する。続いて、通常のリソグラフィによる異方性ドライエッチング等により、プリメタル絶縁膜27にコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールにタングステンプラグ28を埋め込み、プリメタル絶縁膜27上に下層配線29(たとえば、アルミニウム系配線)を形成する。続いて、プリメタル絶縁膜27および下層配線29上に層間絶縁膜31(たとえば、酸化シリコン系絶縁膜を主要な構成要素とする絶縁膜)を成膜する。続いて、通常のリソグラフィによる異方性ドライエッチング等により、層間絶縁膜31にビアホールを形成する。続いて、ビアホールタングステンプラグ28を埋め込む。このようなプロセスを繰り返し、最後にボンディングパッド32およびファイナルパッシベーション膜33を形成する。
なお、低耐圧Nチャネル型MISFETQnc(第2のNチャネル型MISFET)および低耐圧Pチャネル型MISFETQpc(第1のPチャネル型MISFET)は、CMOS(CMIS)単位回路内において、相互に対を構成しており、高耐圧Nチャネル型MISFETQnh(第1のNチャネル型MISFET)および高耐圧Pチャネル型MISFETQph(第1のPチャネル型MISFET)は、CMOS(CMIS)単位回路内において、相互に対(第1のCMISFET対)を構成している。すなわち、CMOS(CMIS)インバータ、CMOS(CMIS)−NOR回路、CMOS(CMIS)−NAND回路等を構成している。
3.本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するデバイスの基本構造の説明(主に図15から図17)
このセクションでは、各実施の形態のCMOS回路またはCMIS回路を構成する高耐圧MOSFET(高耐圧MISFET)の構造の基本的特徴を説明するために、Nチャネル高耐圧MOSFETを抜き出して説明する。もっとも、Pチャネル高耐圧MOSFETも構造的には、通常予想される程度の若干のパラメータの相違はあるものの、ほぼ同じである。
図15は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するデバイスの基本構造を示す半導体基板局所上面図である。図16は図15のA−A’断面に対応するデバイス局所断面図である。図17は図15のB−B’断面に対応するデバイス局所断面図である。これらに基づいて、本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するデバイスの基本構造を説明する。
図15、図16及び図17に示すように、アクティブ領域はLOCOS素子分離絶縁膜7に囲まれており、アクティブ領域はゲート電極16(直下は、チャネル領域10、チャネル幅は、たとえば10マイクロメートル程度)によって、ソース側とドレイン側に分割されている。ゲート電極16(ゲート長は、たとえば、1マイクロメートル程度)の周辺はサイドウォール24で囲まれており、ゲート電極16下のチャネル領域10には、ゲート幅方向に沿って、リセスチャネル部34(ゲート幅方向の溝、この溝幅は、たとえば0.5マイクロメートル程度)が設けられている。また、チャネル領域10の表面には、ゲート長方向に沿う複数の溝、すなわち、リップル底部30(波状起伏底部)とその間の細長い高地から構成されたリップル部20(波状起伏)、すなわち波状起伏チャネル(リップルチャネル)が設けられている。波状起伏20を進行波(この場合、波長、すなわち、リップルのピッチは、たとえば0.8マイクロメートル程度)とみなした場合は、その進行方向はゲート幅方向となるので、波状起伏20の配向を表現する際には、図15に示す場合を、「ゲート幅方向に沿う波状起伏またはリップル」等という。更に、Nチャネル型MISFETの低濃度ドレイン領域19neのオフセット部分の表面には、ゲート幅方向に沿う溝、すなわち、リセスドレイン部35(この溝幅は、たとえば0.5マイクロメートル程度)が設けられている。なお、リップル底部30および細長い高地の幅は、たとえば、それぞれ0.4マイクロメートル程度を好適な例として提示することができる。なお、リップル底部30および細長い高地の段差を「波高」という。
このようなリップルを導入することによって、実質的にチャネル幅を増大させることができる。また、リセスチャネル部の導入によって、実質的にチャネル長を拡大する効果がある。同様に、リセスドレインの導入によって、実質的にオフセットドレインの長さを拡大することができる。
4.本願の第1の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成の構造等の説明(主に図18)
このセクションの例は、セクション3の例を更に現実のCMOS構成に適合するように、改良したものである。すなわち、波状起伏のPNバランス(PチャネルとNチャネルで波高はほぼ同じで波長が異なる)およびコンタクト周辺構造を含めた特性の改善のための工夫が取り入れられている。なお、断面の基本的構造は、図16及び図17とほぼ同じであるので、以下では、原則として相違する部分のみを説明する。
図18は本願の第1の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成のデバイス構造を示す半導体基板局所上面図である。これに基づいて、本願の第1の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成の構造を説明する。
図18に示すように、セクション3と同様に、高耐圧Nチャネル型MISFETQnh(第1のNチャネル型MISFET)と高耐圧Pチャネル型MISFETQph(第1のPチャネル型MISFET)のそれぞれにおいて、アクティブ領域はLOCOS素子分離絶縁膜7に囲まれており、アクティブ領域はゲート電極16n,16p(直下は、チャネル領域10すなわち、第1のチャネル領域10nおよび第2のチャネル領域10p)によって、ソース側(第1のソース領域および第2のソース領域)とドレイン側(第1のドレイン領域および第2のドレイン領域)に分割されている。ゲート電極16n,16p(ゲート長は、たとえば1マイクロメートル程度)の周辺はサイドウォール24で囲まれており、ゲート電極16n,16p下のチャネル領域10n,10pには、ゲート幅方向(チャネル幅は、たとえば10マイクロメートル程度)に沿って、リセスチャネル部34(ゲート幅方向の溝、この溝幅は、たとえば0.5マイクロメートル程度)すなわち第1のチャネル内リセス領域および第2のチャネル内リセス領域が設けられている。また、チャネル領域10n,10pの表面には、ゲート長方向に沿う複数の溝、すなわち、リップル底部30n,30p(波状起伏底部)とその間の細長い高地から構成されたリップル部20n,20p(波状起伏、すなわち、第1の波状起伏20nおよび第2の波状起伏20p)、すなわち波状起伏チャネル(リップルチャネル)が設けられている。更に、高耐圧Nチャネル型MISFETQnhと高耐圧Pチャネル型MISFETQphのそれぞれの低濃度ドレイン領域19ne,19peのオフセット部分の表面には、ゲート幅方向に沿う溝、すなわち、リセスドレイン部35(この溝幅は、たとえば0.5マイクロメートル程度)すなわち、N型ドレイン内リセス領域およびP型ドレイン内リセス領域が設けられている。
ここで、高耐圧Nチャネル型MISFETQnhと高耐圧Pチャネル型MISFETQphでは、その波状起伏20n,20pのピッチ(波長)が異なっている。すなわち、高耐圧Nチャネル型MISFETQnhの波状起伏20nのピッチ(たとえば、0.8マイクロメートル程度、すなわち、底部と高地の幅が、ともに0.4マイクロメートル程度)の方が、高耐圧Pチャネル型MISFETQphの波状起伏20pのピッチ(たとえば、1.4マイクロメートル程度、すなわち、底部と高地の幅が、ともに0.7マイクロメートル程度)と比較して、短くなっている。
このように、Nチャネル側とPチャネル側とで、リップル部のピッチを変えることで、Nチャネル側で電子移動度を劣化させる(110)面の露出を回避することができる。すなわち、Nチャネル側ではピッチが狭いので、側面が比較的緩やかな傾斜面となるため、急峻な斜面に露出する(図49参照)傾向にある(110)面の露出確率を下げることができる。
また、リップル底部(波状起伏底部)30n,30pがドレイン側において、コンタクト部36(タングステンプラグ28の底の部分)すなわち、コンタクト領域まで延長されている。
更に、ソース側及びドレイン側において、コンタクト部36がリップル底部(波状起伏底部)30n,30pとその間の細長い高地の両方に設けられている。
これらのコンタクト領域周辺の対策によって、オン抵抗を低減することができる。
5.本願の第1の実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における要部プロセスフローの説明(主に図19から図29および図51)
このセクションでは、セクション4で説明した構造を実現する製造プロセスの要部の一例を説明する。この製造プロセスの要部は、セクション2で説明した全体プロセスの図2から図6に対応している。
図19は図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前各種溝形成工程)である。図20は図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化工程及びその後処理)である。図21は図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(リップル用溝内酸化膜除去)である。図22は図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲート酸化およびゲートポリシリコン成膜工程)である。図23は図18のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜上平坦化工程)である。図24は図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前各種溝形成工程)である。図25は図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(リセス用溝内酸化膜除去)である。図26は図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜上平坦化工程)である。図27は図18のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜パターニング工程)である。図28は図18のE−E’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化工程)である。図29は図18のF−F’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化工程)である。図51は図19、図24等で形成されたリップル溝、各種リセス溝、素子分離溝等に対応する部分のLOCOS酸化用絶縁膜の後退処理を説明するための当該部分のデバイス断面図である。これらに基づいて、本願の第1の実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における要部プロセスフローを説明する。
図19から図23、図24から図27、図28及び図29に基づいて、図18のC−C’断面、D−D’断面、E−E’ 断面、およびF−F’ 断面における要部プロセスフローを説明する。先ず、図19及び図24に示すように、図2の状態のウエハ1のデバイス面1aのほぼ全面に、酸化シリコン系絶縁膜38(具体的には、酸化シリコン膜又は酸窒化シリコン膜)を形成し、その上のほぼ全面に、窒化シリコン系絶縁膜39(具体的には、窒化シリコン膜)を成膜することにより、LOCOS酸化用絶縁膜を形成する。酸化シリコン系絶縁膜38の厚さとしては、たとえば、5nmから50nm程度、窒化シリコン系絶縁膜39の厚さとしては、たとえば、50nmから200nm程度を好適な範囲として例示することができる。
その後、このLOCOS酸化用絶縁膜を、たとえば通常のリソグラフィおよび異方性エッチングによって、パターニングする。続いて、このLOCOS酸化用絶縁膜を、マスクとして、ドライエッチング等により、基板1にnチャネル側リップル用溝40n、pチャネル側リップル用溝40p、素子分離溝37、リセスチャネル部34およびリセスドレイン部35の溝等(深さは、たとえば、300nm程度、好適な範囲としては、たとえば50nmから500nm程度)を同時に形成する。従って、これらの溝の深さは、全て同じ深さとなる。
次に、図19及び図24で形成されたリップル部の各溝、各種リセス溝、素子分離溝(各種トレンチ)等の周辺のLOCOS酸化用絶縁膜の後退処理(後退量は、たとえば、30nm程度、好適な範囲としては、たとえば5nmから50nm程度)を実行する。後退処理はリップル部等の各溝の上部エッジ部で、シリコン基板の角を丸める効果があり、不所望な結晶面を露出しにくくする効果があるほか、他のトレンチにおいても、トレンチ上部断面形状を好適な曲率を有するように整える効果がある。
すなわち、図51に示すように、熱燐酸等で窒化シリコン系絶縁膜39をウエット処理することで、各種トレンチのエッジから後退させる。続いて、窒化シリコン系絶縁膜39をマスクとして、酸化シリコン系絶縁膜38をドライエッチングすることで、酸化シリコン系絶縁膜38も各種トレンチのエッジから後退させ、LOCOS酸化用絶縁膜の後退部分48を形成する。
次に、図28及び図29に示すように、LOCOS酸化(厚さは、たとえば300nmから600nm程度)により、nチャネル側リップル用溝40n、pチャネル側リップル用溝40p、素子分離溝37、リセスチャネル部34およびリセスドレイン部35の溝等にLOCOS素子分離絶縁膜7またはLOCOS酸化膜と同時に形成された各種溝内熱酸化シリコン膜(丸め酸化膜)7xを形成する(酸化条件としては、摂氏900度から1200度のウエット酸化を例示することができる)。続いて、熱燐酸等によるウエット処理により、窒化シリコン系絶縁膜39を全面除去し、更に、弗酸系のウエット処理により、酸化シリコン系絶縁膜38を除去する。
次に、図20に示すように、LOCOS素子分離絶縁膜7上のみを耐エッチング部材膜41(たとえば、レジスト膜または窒化シリコン膜)で被覆した状態で、耐エッチング部材膜41で被覆されていない部分のLOCOS酸化膜と同時に形成された各種溝内熱酸化シリコン膜7xを除去すると、図21及び図25に示すように、ラウンド形状のnチャネル側リップル用溝40n、pチャネル側リップル用溝40p、リセスチャネル部34およびリセスドレイン部35の溝等が形成される。
次に、図22に示すように、ウエハ1のデバイス面1aのアクティブ領域(LOCOS素子分離絶縁膜7がない部分)において、熱酸化等によりゲート絶縁膜15を形成すると図3の状態となる。続いて、ウエハ1のデバイス面1aのほぼ全面に、ポリシリコンゲート電極となるポリシリコン膜16(厚さは、たとえば500nmから1000nm程度で、ポリシリコンの上面が各種トレンチ(リップル、リセスなど)内において、基板の上面より高くなればよい)を成膜する。
次に、図23及び図26に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等により、ポリシリコン膜16の上面の平坦化処理を実行する。
次に、図27(図6に対応)に示すように、ポリシリコン膜16上に、ゲート加工用ハードマスク膜44(厚さは、各種トレンチ深さ以上である必要があるので、たとえば、トレンチ深さが300nm程度の場合は、たとえば400nm程度)を成膜した後、通常のリソグラフィにより、ゲートのパターニングを実行する。
6.本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するサイドウォールプロセスの説明(主に図30から図36)
このセクションでは、図11で説明したサイドウォール形成プロセス及び詳細構造(セクション2で省略した部分)を詳細に説明する。ここでは、高耐圧MISFET(Qnh、Qph)を例にとり、説明する。
図30は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するサイドウォールプロセスを説明するためのゲート電極周辺斜視図(サイドウォール形成前)である。図31は図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール形成前)である。図32は図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜成膜工程)である。図33は図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜の上層膜ドライエッチング工程)である。図34は図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜の中間膜ドライエッチング工程)である。図35は図30の断面1から断面3に対応するゲート電極周辺断面図(サイドウォール膜の下層膜ドライエッチング工程完了時点)である。図36は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するサイドウォールプロセスを説明するためのゲート電極周辺斜視図(サイドウォール膜の下層膜ドライエッチング工程完了時点)である。すなわち、図30(斜視図)は、図6の状態に対応しており、図30(斜視図)の各断面(断面1から3)を各ステップについて、図31から図35に示す。ちなみに、図36(斜視図)は、図11の状態に対応している。これらに基づいて、本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するサイドウォールプロセスを説明する。
図30及び図31(図6)に示すように、ゲート加工用ハードマスク膜44を用いて、ゲート電極16がパターニングされた後、図32に示すように、ウエハ1のデバイス主面1aのほぼ全面に、CVD等により、サイドウォール下層酸化シリコン膜24c(たとえば、厚さ10nm程度)、サイドウォール窒化シリコン膜24b(たとえば、厚さ60nm程度)、サイドウォール上層酸化シリコン膜24a(たとえば、TEOS酸化シリコン膜で、たとえば厚さ170nm程度)等から成るサイドウォール用絶縁膜24を成膜する。
次に、図33に示すように、サイドウォール上層酸化シリコン膜24aを異方性ドライエッチングにより、異方性エッチング処理する。
次に、図34に示すように、サイドウォール窒化シリコン膜24bを等方性ドライエッチングまたはウエットエッチングにより、等方性エッチング処理する。
次に、図35及び図36(図11の状態に対応)に示すように、サイドウォール下層酸化シリコン膜24cを等方性ドライエッチングまたはウエットエッチングにより、等方性エッチング処理する。このとき、サイドウォール下層酸化シリコン膜24cの一部は、後のイオン注入用の酸化シリコン膜として残しても良い。
7.本願の第2の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成の構造等の説明(主に図37)
このセクションの例は、セクション4の例に対応している。しかし、セクション4の例では、高耐圧Nチャネル型MISFETQnhと高耐圧Pチャネル型MISFETQphとで、リップル部(波状起伏)20n,20pのピッチが異なる一方、リップル底部(波状起伏底部または同トレンチ部)30n,30pの深さは、ほぼ同一である。これに対して、このセクションの例では、逆に、高耐圧Nチャネル型MISFETQnhと高耐圧Pチャネル型MISFETQphとで、リップル部(波状起伏)20n,20pのピッチ(たとえば1.4マイクロメートル程度、すなわち底部と高地の幅が、ともに0.7マイクロメートル程度)がほぼ同一である一方、リップル底部(波状起伏底部または同トレンチ部)30n,30pの深さは、異なっている(セクション8参照)。すなわち、PチャネルとNチャネルで波長はほぼ同じで波高が異なる。このセクションの説明は、ここに説明した部分以外は、セクション4の説明とほぼ同一である。
図37は本願の第2の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成のデバイス構造を示す半導体基板局所上面図である。これに基づいて、本願の第2の実施の形態の半導体集積回路装置におけるCMOS構成の構造等を説明する。
図37に示すように、高耐圧Nチャネル型MISFETQnhと高耐圧Pチャネル型MISFETQphとで、リップル部(波状起伏)20n,20pのピッチ(波長)がほぼ同一である。一方、セクション8で説明するように、素子分離溝37、pチャネル側リップル用溝40p、リセスチャネル部の溝34、リセスドレイン部の溝35等と比べて、nチャネル側リップル用溝40nが浅くなっている(図38、図39、および図42参照)。すなわち、nチャネル側リップル用溝40nの深さを他のトレンチのたとえば50%から80%程度とする。
このように、本例では、高耐圧Nチャネル型MISFETQnhにおいて、溝(トレンチ)40nの深さを浅くすることによって、Nチャネル型MISFETの移動度を下げる(110)面の露出を回避している(図49参照)。
8.本願の第2の実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における要部プロセスフローの説明(主に図38から図42、および図51)
このセクションの内容は、以下に説明する部分以外は、セクション5の内容とほぼ同一である。すなわち、ほぼ図19及び図24のプロセス(Nチャネルのリップル溝とPチャネルのリップル溝を異なるプロセスで形成する)が異なるのみである。すなわち、この各種トレンチ形成プロセスを2段階に分けている。
図38は図37のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(nチャネル側リップル用溝形成工程)である。図39は図37のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(pチャネル側リップル用溝形成工程)である。図40は図37のC−C’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(ゲートポリシリコン膜上平坦化工程)である。図41は図37のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前nチャネル側リップル用溝形成工程)である。図42は図37のD−D’断面における要部プロセスフローを説明するデバイス局所断面図(LOCOS酸化前リセスチャネル部の溝およびリセスドレイン部の溝形成工程)である。図51は図39、図41等で形成されたリップル溝、各種リセス溝、素子分離溝等に対応する部分のLOCOS酸化用絶縁膜の後退処理を説明するための当該部分のデバイス断面図である。これらに基づいて、本願の第2の実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における要部プロセスフローを説明する。
図38及び図41に示すように、図2の状態のウエハ1のデバイス面1aのほぼ全面に、酸化シリコン系絶縁膜38(具体的には、酸化シリコン膜又は酸窒化シリコン膜)を形成し、その上のほぼ全面に、窒化シリコン系絶縁膜39(具体的には、窒化シリコン膜)を成膜することにより、LOCOS酸化用絶縁膜を形成する。酸化シリコン系絶縁膜38の厚さとしては、たとえば、5nmから50nm程度、窒化シリコン系絶縁膜39の厚さとしては、たとえば、50nmから200nm程度を好適な範囲として例示することができる。
続いて、LOCOS酸化用絶縁膜上のほぼ全面に、nチャネル側リップル用溝加工用レジスト膜42を塗布し、通常のリソグラフィにより、このレジスト膜42をパターニングする。続いて、異方性ドライエッチングにより、相対的に浅いnチャネル側リップル用溝40nを形成する。その後、不要になったnチャネル側リップル用溝加工用レジスト膜42を全面除去する。
次に、図39及び図42に示すように、LOCOS酸化用絶縁膜上のほぼ全面に、pチャネル側リップル用溝等加工用レジスト膜43を塗布し、通常のリソグラフィにより、このレジスト膜43をパターニングする。続いて、異方性ドライエッチングにより、相対的に深い(nチャネル側リップル用溝40nよりも深い)pチャネル側リップル用溝40p、素子分離溝37、リセスチャネル部の溝34、リセスドレイン部の溝35等を形成する。その後、不要になったレジスト膜43を全面除去する。
このようにすることにより、図40(図23に対応)に示すように、nチャネル側リップル用溝はpチャネル側リップル用溝40pと比較して、若干浅いものとなる。
9.本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位等の説明(主に図43から図50)
このセクションでは、以上のセクションで説明した半導体装置及び半導体装置の製造方法において使用するウエハ(個々では、シリコン単結晶ウエハを例にとり説明する)の好適な結晶方位及びそれと高耐圧MISFET(Qnh、Qph)および低耐圧MISFET(Qnc、Qpc)のチャネル配向について説明する。ここでは、ウエハの方位表示部として、ノッチを採用した例を説明するが、オリエンテーションフラット等を用いたものでもよいことは言うまでもない。
図43は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例1)である。図44は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例2)である。図45は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例3)である。図46は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例4)である。図47は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例5)である。図48は本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位と高耐圧MISFETのチャネル方向(チャネル長方向)との配向を説明するウエハ上面模式図(配向例6)である。図49は図43の配向の場合の(110)面の出やすさの程度を示すための溝断面説明図である。図50は図44の配向の場合の(110)面の出やすさの程度を示すための溝断面説明図である。これらに基づいて、本願の各実施の形態の半導体集積回路装置に共通するシリコン単結晶の結晶面方位等を説明する。
図49及び図50に示すように、ウエハ1(シリコン単結晶)のデバイス主面1a(第1の主面)の面方位が(100)である場合において、ノッチ方向45の結晶方位が〈100〉である場合(「0度ウエハ」という)と、ノッチ方向45の結晶方位が〈110〉である場合((「45度ウエハ」という))とで、(110)面の出易さを比べると、45度ウエハの方が(110)面が出易いことがわかる。(110)面は、(100)面に比べて、ホールの移動度は向上するが、電子の移動度は減少する。従って、各種のトレンチを伴う高耐圧MISFET(Qnh、Qph)においては、45度ウエハは、Pチャネル型MISFET(Qph)には有利であるが、Nチャネル型MISFET(Qnh)には不利である。従って、Pチャネル型MISFET(Qph)の占有面積の大きいチップ2では、45度ウエハが有利であり、Nチャネル型MISFET(Qnh)の占有面積が大きいか、または、Nチャネル型MISFET(Qnh)の占有面積とPチャネル型MISFET(Qph)の占有面積が同程度のチップ2では、0度ウエハが有利である。
これを具体的に説明すると、Nチャネル型MISFET(Qnh)の占有面積が大きいか、または、Nチャネル型MISFET(Qnh)の占有面積とPチャネル型MISFET(Qph)の占有面積が同程度のチップ2では、図43に示すように、0度ウエハ1を用いて、チップの各主軸(各辺に平行な軸)が各〈100〉方向(それと等価な方向を含む、以下同じ)と平行であるチップ配向を採用し、ゲート長方向46が各〈100〉方向と平行になるように、高耐圧MISFET(Qnh、Qph)をレイアウトする。このような配向とすることで、CMOSまたはCMIS回路全体としての性能を最大限に引き出すことができる。なお、通常、低耐圧MISFET(Qnc、Qpc)もこれらと同様にレイアウトするのが、各種の設計サポートツール、マスク製造、ウエハ処理装置、検査装置等のインフラストラクチャを効率よく使用する上で有効である。
次に、Pチャネル型MISFET(Qph)の占有面積の大きいチップ2では、図44に示すように、45度ウエハ1を用いて、チップの各主軸(各辺に平行な軸)が各〈100〉方向(それと等価な方向を含む、以下同じ)と平行であるチップ配向を採用し、ゲート長方向46が各〈100〉方向と平行になるように、高耐圧MISFET(Qnh、Qph)をレイアウトする。このような配向とすることで、CMOSまたはCMIS回路全体としての性能を最大限に引き出すことができる。なお、通常、低耐圧MISFET(Qnc、Qpc)もこれらと同様にレイアウトするのが、各種の設計サポートツール、マスク製造、ウエハ処理装置、検査装置等を効率よく使用する上で有効である。
次に、図47に示すレイアウトは、0度ウエハ1によって、図45と同様のことを、実現したもので、チップの配向を全体として45度回転させたものである。この方式は、各種の設計サポートツール、マスク製造、ウエハ処理装置、検査装置等のインフラストラクチャを効率よく使用する上で、若干問題がある可能性があるが、他の製品(他の製品が0度ウエハの場合)と同一のウエハを使用できる(ウエハ仕様の統一)メリットがある。なお、この場合、それに限定されるわけではないが、通常、低耐圧MISFET(Qnc、Qpc)もこれらと同様にレイアウトするのが、占有面積等の観点から有効である。
この図47と同じことは、図45のようにしても実現できる。すなわち、0度ウエハ1を用いて、チップ配向はそのままで(図44のまま)、高耐圧MISFET(Qnh、Qph)のゲート長方向を45度回転させるものである。なお、この場合、それに限定されるわけではないが、通常、低耐圧MISFET(Qnc、Qpc)のゲート長方向は、チップ配向はそのまま(図44のまま)とするのが、各種の設計サポートツール、マスク製造、ウエハ処理装置、検査装置等のインフラストラクチャを効率よく使用する上で有効である。なお、このレイアウトは、占有面積等の観点からは、若干の不利が伴う可能性がある。
次に、図48に示すレイアウトは、45度ウエハ1によって、図44と同様のことを、実現したもので、チップの配向を全体として45度回転させたものである。この方式は、各種の設計サポートツール、マスク製造、ウエハ処理装置、検査装置等のインフラストラクチャを効率よく使用する上で、若干問題がある可能性があるが、他の製品(他の製品が45度ウエハの場合)と同一のウエハを使用できる(ウエハ仕様の統一)メリットがある。なお、この場合、それに限定されるわけではないが、通常、低耐圧MISFET(Qnc、Qpc)もこれらと同様にレイアウトするのが、占有面積等の観点から有効である。
この図48と同じことは、図46のようにしても実現できる。すなわち、45度ウエハ1を用いて、チップ配向はそのままで(図45のまま)、高耐圧MISFET(Qnh、Qph)のゲート長方向を45度回転させるものである。なお、この場合、それに限定されるわけではないが、通常、低耐圧MISFET(Qnc、Qpc)のゲート長方向は、チップ配向はそのまま(図45のまま)とするのが、各種の設計サポートツール、マスク製造、ウエハ処理装置、検査装置等のインフラストラクチャを効率よく使用する上で有効である。なお、このレイアウトは、占有面積等の観点からは、若干の不利が伴う可能性がある。
10.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記各実施の形態では、主にシリコン系単結晶ウエハを用いた半導体装置又は半導体集積回路装置を例にとり具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、エピタキシャルウエハ、SOIウエハ等を用いた半導体装置又は半導体集積回路装置にも適用できることは言うまでもない。
また、前記各実施の形態では、主に素子分離構造として、LOCOS分離構造を用いたものを具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、STI(Shallow Trench Isolation)構造を用いたものにも適用できることは言うまでもない。
また、前記各実施の形態では、主に配線構造として、アルミニウム系通常配線を用いたものを具体的に説明したが、銅ダマシン配線等の埋め込み配線構造を用いたものにも適用できることは言うまでもない。
更に、前記各実施の形態では、主にゲートファーストプロセス(Gate First Process)を例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ゲートラストプロセス(Gate Last Process)等にも適用できることは言うまでもない。
なお、前記各実施の形態では、ソース、ドレイン、ゲート電極等のシリサイド化を伴わない例を説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、チタン、コバルト、ニッケルその他の金属シリサイド層をソース、ドレイン、ゲート電極等の表面に形成するプロセスを利用するものにも適用できることは言うまでもない。
1 半導体基板(ウエハ)
1a 半導体基板の表側主面(第1の主面)
1b 半導体基板の裏側主面(第2の主面)
1s 半導体基板部
2 半導体チップ(単位チップ領域)
3 I/Oパッド配置領域
4 メモリ回路領域
5 低耐圧ロジック回路領域
5n 低耐圧Nチャネル型MISFET形成領域
5p 低耐圧Pチャネル型MISFET形成領域
6 高耐圧回路領域
6n 高耐圧Nチャネル型MISFET形成領域
6p 高耐圧Pチャネル型MISFET形成領域
7 LOCOS素子分離絶縁膜
7x LOCOS酸化膜と同時に形成された各種溝内熱酸化シリコン膜(丸め酸化膜)
8 表面酸化シリコン膜
9 Nウエル導入用レジスト膜
10,10n,10p チャネル領域
11 Nウエル領域
12 Pウエル導入用レジスト膜
14 Pウエル領域
15 ゲート絶縁膜
16,16n,16p ポリシリコンゲート電極
17 低耐圧Nチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜
18ne Nチャネル型MISFETの低濃度ソース領域
18nh Nチャネル型MISFETの高濃度ソース領域
18pe Pチャネル型MISFETの低濃度ソース領域
18ph Pチャネル型MISFETの高濃度ソース領域
19ne Nチャネル型MISFETの低濃度ドレイン領域
19nh Nチャネル型MISFETの高濃度ドレイン領域
19pe Pチャネル型MISFETの低濃度ドレイン領域
19ph Pチャネル型MISFETの高濃度ドレイン領域
20,20n,20p リップル部(波状起伏)
21 高耐圧Nチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜
23 高耐圧Pチャネル型MISFETの低濃度ソースドレイン導入用レジスト膜
24 サイドウォール(サイドウォール用絶縁膜)
24a サイドウォール上層酸化シリコン膜
24b サイドウォール窒化シリコン膜
24c サイドウォール下層酸化シリコン膜
25 Nチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン導入用レジスト膜
26 Pチャネル型MISFETの高濃度ソースドレイン導入用レジスト膜
27 プリメタル絶縁膜
28 タングステンプラグ
29 配線
30,30n,30p リップル底部(波状起伏底部または同トレンチ部)
31 層間絶縁膜
32 ボンディングパッド
33 ファイナルパッシベーション膜
34 リセスチャネル部(リセスチャネル部の溝)
35 リセスドレイン部(リセスドレイン部の溝)
36 コンタクト部
37 素子分離溝
38 酸化シリコン系絶縁膜
39 窒化シリコン系絶縁膜
40n nチャネル側リップル用溝
40p pチャネル側リップル用溝
41 耐エッチング部材膜
42 nチャネル側リップル用溝加工用レジスト膜
43 pチャネル側リップル用溝等加工用レジスト膜
44 ゲート加工用ハードマスク膜
45 ノッチ
46 ゲート長方向
47 リップル溝、各種リセス溝、素子分離溝等
48 LOCOS酸化用絶縁膜の後退部分
Qnc 低耐圧Nチャネル型MISFET(第2のNチャネル型MISFET)
Qnh 高耐圧Nチャネル型MISFET(第1のNチャネル型MISFET)
Qpc 低耐圧Pチャネル型MISFET(第2のPチャネル型MISFET)
Qph 高耐圧Pチャネル型MISFET(第1のPチャネル型MISFET)

Claims (20)

  1. 以下を含む半導体集積回路装置:
    (a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
    (b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
    (c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
    (d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏、
    ここで、前記第1の波状起伏のピッチは、前記第2の波状起伏のピッチよりも、短い。
  2. 前記1項の半導体集積回路装置において、前記第1の波状起伏は、前記第1のNチャネル型MISFETの第1のソース領域及び第1のドレイン領域に渡って設けられており、前記第2の波状起伏は、前記第1のPチャネル型MISFETの第2のソース領域及び第2のドレイン領域に渡って設けられている。
  3. 前記2項の半導体集積回路装置において、前記第1の波状起伏は、前記第1のNチャネル型MISFETの前記第1のソース領域及び前記第1のドレイン領域のそれぞれのコンタクト領域に渡って設けられており、前記第2の波状起伏は、前記第1のPチャネル型MISFETの前記第2のソース領域及び前記第2のドレイン領域のそれぞれのコンタクト領域に渡って設けられている。
  4. 前記3項の半導体集積回路装置において、前記各コンタクト領域の各コンタクトは、前記第1の波状起伏および前記第2の波状起伏のそれぞれの頂部及び底部の両方に設けられている。
  5. 前記4項の半導体集積回路装置において、前記第1のチャネル領域のほぼ中央部の表面には、チャネル幅方向に沿うように、第1のチャネル内リセス領域が設けられており、前記第2のチャネル領域のほぼ中央部の表面には、チャネル幅方向に沿うように、第2のチャネル内リセス領域が設けられている。
  6. 前記5項の半導体集積回路装置において、更に以下を含む:
    (e)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第2のNチャネル型MISFETおよび第2のPチャネル型MISFET、
    ここで、前記第1のNチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧は、前記第2のNチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧よりも高く、また、前記第1のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧は、前記第2のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧よりも高い。
  7. 前記6項の半導体集積回路装置において、前記第1のドレイン領域は以下を含む:
    (x1)低濃度N型ドレイン領域;
    (x2)前記低濃度N型ドレイン領域内であって、その表面領域に設けられ、これよりも高不純物濃度の高濃度N型ドレイン領域;
    (x3)前記高濃度N型ドレイン領域が設けられていない前記低濃度N型ドレイン領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられたN型ドレイン内リセス領域、
    更に、前記第2のドレイン領域は以下を含む:
    (y1)低濃度P型ドレイン領域;
    (y2)前記低濃度P型ドレイン領域内であって、その表面領域に設けられ、これよりも高不純物濃度の高濃度P型ドレイン領域;
    (y3)前記高濃度P型ドレイン領域が設けられていない前記低濃度P型ドレイン領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられたP型ドレイン内リセス領域。
  8. 前記7項の半導体集積回路装置において、前記第2の波状起伏の波高と、前記第1の波状起伏の波高とは、ほぼ等しい。
  9. 前記8項の半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈100〉に沿っている。
  10. 前記8項の半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈110〉に沿っている。
  11. 以下を含む半導体集積回路装置:
    (a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
    (b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
    (c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
    (d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏、
    ここで、前記第2の波状起伏の波高は、前記第1の波状起伏の波高よりも、高い。
  12. 前記11項の半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈100〉に沿っている。
  13. 前記11項の半導体集積回路装置において、前記半導体チップは、シリコン系半導体であり、前記第1の主面の結晶面は、ほぼ(100)面であり、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETの各チャネル長方向は、ほぼ結晶方位〈110〉に沿っている。
  14. 以下を含む半導体集積回路装置:
    (a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
    (b)前記半導体基板の前記第1の主面上に相互に近接して設けられ、第1のCMISFET対を構成する第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
    (c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
    (d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏。
  15. 前記14項の半導体集積回路装置において、更に以下を含む:
    (e)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第2のNチャネル型MISFETおよび第2のPチャネル型MISFET、
    ここで、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧は、前記第2のNチャネル型MISFETおよび前記第2のPチャネル型MISFETのソースドレイン耐圧よりも高い。
  16. 半導体集積回路装置の製造方法であって、前記半導体集積回路装置は以下を含む:
    (a)第1及び第2の主面を有する半導体基板;
    (b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた第1のNチャネル型MISFETおよび第1のPチャネル型MISFET;
    (c)前記第1のNチャネル型MISFETの第1のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1の波状起伏;
    (d)前記第1のPチャネル型MISFETの第2のチャネル領域の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2の波状起伏;
    (e)前記第1のチャネル領域のほぼ中央部の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第1のチャネル内リセス領域;
    (f)前記第2のチャネル領域のほぼ中央部の表面に、チャネル幅方向に沿うように設けられた第2のチャネル内リセス領域、
    ここで、前記半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程を含む:
    (p1)前記第1の波状起伏および前記第1のチャネル内リセス領域をほぼ同時に形成する工程。
  17. 前記16項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記半導体集積回路装置は以下を含む:
    (g)前記半導体基板の前記第1の主面上で、前記第1のNチャネル型MISFETおよび前記第1のPチャネル型MISFETを素子分離するLOCOS素子分離絶縁膜、
    ここで、前記半導体集積回路装置の製造方法は、更に、以下の工程を含む:
    (p2)前記工程(p1)の後、前記第1の波状起伏、前記第2の波状起伏、前記第1のチャネル内リセス領域、および前記第2のチャネル内リセス領域の各角部の面取りのための酸化と、前記LOCOS素子分離絶縁膜を形成するための酸化をほぼ同時に実行する工程。
  18. 前記17項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1の波状起伏のピッチは、前記第2の波状起伏のピッチよりも、短い。
  19. 前記18項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1の波状起伏と、前記第2の波状起伏とは、異なるプロセスで形成される。
  20. 前記19項の半導体集積回路装置の製造方法において、更に、以下の工程を含む:
    (p3)前記工程(p2)の後、前記LOCOS素子分離絶縁膜を耐エッチング部材で被覆した状態で、前記面取りのための酸化の際に形成された酸化膜を除去する工程。
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