JP2014120609A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - 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する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
放射線が半導体チップ内を通過した際に起こる現象として、シングルイベント効果(Single Event Effect:SEE)が知られている。 A single event effect (SEE) is known as a phenomenon that occurs when radiation passes through a semiconductor chip.
シングルイベント効果の代表的な現象の一つはラッチアップであり、シングルイベントラッチアップ(Single Event Latch-up:SEL)と称される。 One of the typical phenomena of the single event effect is latch-up, which is called single event latch-up (SEL).
また、シングルイベント効果の代表的な現象の一つとして、メモリのデータが反転する現象であるシングルイベントアップセット(Single Event Upset:SEU)も知られている。 In addition, as one of the typical phenomena of the single event effect, a single event upset (SEU), which is a phenomenon in which memory data is inverted, is also known.
電子機器の誤動作や破損を防止するためには、シングルイベント効果によるエラーを生じにくくすることが重要である。 In order to prevent malfunction or breakage of electronic equipment, it is important to make errors due to the single event effect less likely to occur.
しかしながら、近時の半導体装置の微細化に伴い、シングルイベントラッチアップが生じやすくなる傾向にある。 However, with recent miniaturization of semiconductor devices, single event latch-up tends to occur.
本発明の目的は、放射線耐性の高い良好な半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a good semiconductor device having high radiation resistance and a method for manufacturing the same.
実施形態の一観点によれば、第1導電型の半導体基板内に形成された第2導電型の第1のウェルと、前記第1のウェルに形成された前記第1導電型の第1のトランジスタと、前記半導体基板内に形成され、前記第1のウェルに隣接する前記第1導電型の第2のウェルと、前記第2のウェルに形成され、前記第1のトランジスタに電気的に接続された前記第2導電型の第2のトランジスタとを有し、少なくとも前記第1のウェルの下方における前記半導体基板内に形成された前記第1導電型の埋め込み不純物層とを有し、前記埋め込み不純物層の濃度ピーク位置と前記第1のウェルの濃度ピーク位置との距離は、1μm以上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 aspect of the embodiment, the first conductivity type first well formed in the first conductivity type, the first conductivity type first well formed in the first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type first well formed in the first well. A transistor, a second well of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate and adjacent to the first well, and formed in the second well and electrically connected to the first transistor The second conductivity type second transistor, and at least the first conductivity type buried impurity layer formed in the semiconductor substrate below the first well. A semiconductor device is provided in which the distance between the concentration peak position of the impurity layer and the concentration peak position of the first well is 1 μm or more.
実施形態の他の観点によれば、第1導電型の半導体基板の少なくとも第1の領域に、第1導電型のドーパント不純物を第1のエネルギーにより導入し、前記半導体基板内に前記半導体基板表面から離間した前記第1導電型の埋め込み不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の前記第1の領域に第2導電型のドーパント不純物を第1のエネルギーより低い第2のエネルギーにより導入し、前記半導体基板内に前記第2導電型の第1のウェルを形成する工程と、前記第1の領域に隣接する前記半導体基板の第2の領域に、前記第1導電型のドーパント不純物を第1のエネルギーより低い第3のエネルギーにより導入し、前記半導体基板内に前記第1導電型の第2のウェルを形成する工程と、前記第1導電型の第1のトランジスタを前記第1のウェルに形成し、前記第1のトランジスタに接続される第2導電型の第2のトランジスタを前記第2のウェルに形成する工程とを有し、前記埋め込み不純物層の濃度ピーク位置と前記第1のウェルの濃度ピーク位置との距離は、1μm以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the embodiment, a dopant impurity of a first conductivity type is introduced into at least a first region of a semiconductor substrate of a first conductivity type by a first energy, and the surface of the semiconductor substrate is introduced into the semiconductor substrate. Forming a buried impurity layer of the first conductivity type separated from the first conductivity type, and introducing a second conductivity type dopant impurity into the first region of the semiconductor substrate by a second energy lower than the first energy; Forming a first well of the second conductivity type in the semiconductor substrate; and adding a first impurity impurity of the first conductivity type to a second region of the semiconductor substrate adjacent to the first region. Introducing a second well of the first conductivity type in the semiconductor substrate, introducing the first transistor of the first conductivity type into the first transistor Forming a second transistor of the second conductivity type formed in the well and connected to the first transistor in the second well, and a concentration peak position of the buried impurity layer and the first transistor A method for manufacturing a semiconductor device is provided, wherein the distance from the concentration peak position of one well is 1 μm or more.
開示の半導体装置及びその製造方法によれば、埋め込み不純物層の導電型が半導体基板の導電型と同じ導電型である第1導電型に設定されている。中性子やα粒子が第2導電型の第1のウェルと第2導電型の埋め込み不純物層との間に位置する空乏層を通過した際には、第2導電型の埋め込み不純物層がバリアとして機能し、ファネリングが切断される。ファネリングが切断されるに至るまでに生ずる電荷はわずかであり、わずかな電荷が第1のウェルや第2のウェル内に取り込まれても、寄生サイリスタはオン状態になりにくく、従って、シングルイベントラッチアップには至りにくい。なお、第1導電型の第2のウェルの下方には空乏層が形成されていないため、中性子等が第2のウェルを通過してもファネリングは生じない。しかも、第2導電型の第1のウェルの濃度ピーク位置と第1導電型の埋め込み不純物層の濃度ピーク位置との間の距離が1μm以上に設定されている。第2導電型の第1のウェルの濃度ピーク位置と第1導電型の埋め込み不純物層の濃度ピーク位置との間の距離が過度に小さくないため、第2導電型の第1のウェルにおける電気抵抗は比較的小さくなっており、寄生サイリスタがオン状態になりにくくなっている。また、第2導電型の第1のウェルの濃度ピーク位置と第1導電型の埋め込み不純物層の濃度ピーク位置との間の距離が過度に小さくないため、第2導電型の第1のウェルと第1導電型の埋め込み不純物層との間の不純物プロファイルが過度に急峻とならない。このため、第2導電型の第1のウェルと第1導電型の埋め込み不純物層との間の接合リーク電流が小さく抑えられる。このため、接合リーク電流を抑制しつつ、放射線耐性の高い半導体装置を提供することができる。 According to the disclosed semiconductor device and the manufacturing method thereof, the conductivity type of the buried impurity layer is set to the first conductivity type that is the same conductivity type as that of the semiconductor substrate. When neutrons or α particles pass through a depletion layer located between the second conductivity type first well and the second conductivity type buried impurity layer, the second conductivity type buried impurity layer functions as a barrier. And funneling is cut. Only a small amount of charge is generated until the funneling is cut off, and even if a small amount of charge is taken into the first well or the second well, the parasitic thyristor is unlikely to be turned on. It is hard to reach up. Since no depletion layer is formed below the first conductivity type second well, no funneling occurs even if neutrons or the like pass through the second well. Moreover, the distance between the concentration peak position of the second conductivity type first well and the concentration peak position of the first conductivity type buried impurity layer is set to 1 μm or more. Since the distance between the concentration peak position of the second conductivity type first well and the concentration peak position of the first conductivity type buried impurity layer is not excessively small, the electrical resistance in the second conductivity type first well Is relatively small, making it difficult for the parasitic thyristor to turn on. In addition, since the distance between the concentration peak position of the second conductivity type first well and the concentration peak position of the first conductivity type buried impurity layer is not excessively small, the second conductivity type first well The impurity profile between the buried impurity layer of the first conductivity type is not excessively steep. For this reason, the junction leakage current between the first well of the second conductivity type and the buried impurity layer of the first conductivity type is suppressed to be small. For this reason, it is possible to provide a semiconductor device having high radiation resistance while suppressing junction leakage current.
図13は、CMOSインバータを有する半導体装置の概略を示す断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device having a CMOS inverter.
図13に示すように、P型の半導体基板110には、P型ウェ116PルとN型ウェル116Nとが形成されている。P型ウェル116Pには、ゲート電極128aとソース/ドレイン拡散層140とを有するNMOSトランジスタ118が形成されている。N型ウェル116Nには、ゲート電極128bとソース/ドレイン拡散層144とを有するPMOSトランジスタ122が形成されている。ゲート電極128a,128bには、入力信号線Vinが接続されている。PMOSトランジスタ122のドレイン144とNMOSトランジスタ118のドレイン144とは互いに電気的に接続されているとともに、出力信号線Voutに接続されている。NMOSトランジスタ118のソース140及びP型ウェル116Pのウェルタップ領域120は、接地電位Vssに接続されている。PMOSトランジスタのソース144及びN型ウェル116Nのウェルタップ領域124は、電源電位Vddに接続されている。NMOSトランジスタ118とPMOSトランジスタ122とによりCMOSインバータが形成されている。
As shown in FIG. 13, a P-
このようなCMOSインバータを有する半導体装置においては、図13に示すように寄生サイリスタが形成される。 In a semiconductor device having such a CMOS inverter, a parasitic thyristor is formed as shown in FIG.
図14は、図13に示す半導体装置に形成される寄生サイリスタを示す等価回路である。 FIG. 14 is an equivalent circuit showing a parasitic thyristor formed in the semiconductor device shown in FIG.
図14に示すように、寄生PNPトランジスタTr1、寄生NPNトランジスタTr2及び寄生抵抗R1〜R4が形成される。寄生抵抗R1は、寄生PNPトランジスタTr1のエミッタとPMOSトランジスタ122のソース144との間の寄生抵抗である。寄生抵抗R2は、寄生PNPトランジスタTr1のベースとN型ウェル116Nのウェルタップ領域124との間の寄生抵抗である。寄生抵抗R3は、寄生NPNトランジスタTr2のエミッタとNMOSトランジスタ118のソース140との間の寄生抵抗である。寄生抵抗R4は、寄生NPNトランジスタのベースとP型ウェル116Pのウェルタップ領域120との間の寄生抵抗である。
As shown in FIG. 14, a parasitic PNP transistor Tr1, a parasitic NPN transistor Tr2, and parasitic resistors R1 to R4 are formed. The parasitic resistance R1 is a parasitic resistance between the emitter of the parasitic PNP transistor Tr1 and the
このような寄生サイリスタが形成された半導体装置の空乏層に中性子やα粒子が入射すると、中性子等の軌跡に沿って空乏層が伸びる現象であるファネリングが生じ、中性子等の軌跡に沿って電荷(電子正孔対)が生じる。こうして生じた電荷がウェル116P、116N内に達すると、寄生サイリスタがオン状態となり、ラッチアップが生ずる場合がある。このような現象は、シングルイベントラッチアップと称される。
When neutrons or α particles are incident on the depletion layer of a semiconductor device in which such a parasitic thyristor is formed, funneling occurs, which is a phenomenon in which the depletion layer extends along the locus of neutrons, etc., and charge ( Electron hole pairs) are generated. When the charge thus generated reaches the
寄生サイリスタがオン状態になりにくいようにするためには、寄生抵抗R2や寄生抵抗R4を小さくすることが考えられる。 In order to prevent the parasitic thyristor from being turned on, it is conceivable to reduce the parasitic resistance R2 and the parasitic resistance R4.
例えば、ウェルタップ領域120、124をウェル116P、116N内の各箇所に多数配するようにすれば、寄生抵抗R2や寄生抵抗R4を小さくすることができ、寄生サイリスタがオン状態になりにくくなる。
For example, if a large number of well
しかし、ウェル116P、116N内の各箇所にウェルタップ領域120,124を配した場合には、ウェルタップ領域120,124を配するために要する総スペースが大きくなってしまい、半導体装置の小型化等の要請に反する。
However, in the case where the well
図15は、参考例による半導体装置を示す断面図である。 FIG. 15 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a reference example.
P型の半導体基板110には、素子領域を画定する素子分離領域112が形成されている。素子分離領域が形成された半導体基板110には、P型ウェル116PとN型ウェル116Nとが形成されている。P型ウェル116Pには、ゲート電極128aとソース/ドレイン拡散層140とを有するNMOSトランジスタ118が形成されている。N型ウェル116Nには、ゲート電極128bとソース/ドレイン拡散層144とを有するPMOSトランジスタ122が形成されている。P型ウェル116Pには、P型のウェルタップ領域120が形成されている。N型ウェル116Nには、N型のウェルタップ領域124が形成されている。
In the P-
P型ウェル116P及びN型ウェル116Nの下方には、N型の埋め込み不純物層114が形成されている。N型の埋め込み不純物層114は、シングルイベントラッチアップを抑制するためのものである。
An N-type buried
中性子等がP型ウェル116PとN型の埋め込み不純物層114との間に位置する空乏層を通過すると、中性子等の軌跡に沿ってファネリングが生ずる。この際、N型の埋め込み不純物層114がバリアとして機能し、N型の埋め込み不純物層114においてファネリングが切断される。このため、ウェル116P、116N内に取り込まれる電荷の量を少なく抑えることができる。ファネリングが生じた際にウェル116P、116N内に取り込まれる電荷の量を少なく抑えることは、シングルイベントラッチアップの防止に寄与し得る。
When neutrons or the like pass through a depletion layer positioned between the P-
しかしながら、N型ウェル116Nが形成されている領域に中性子等が入射した場合には、N型の埋め込み不純物層114とP型の半導体基板110との間に生ずる空乏層を中性子等が通過する際にファネリングが生じる。この場合には、ファネリングを切断するバリアが存在しないため、ウェル116N内に比較的多量の電荷が取り込まれ、シングルイベントラッチアップの発生を招く虞がある。
However, when neutrons or the like enter the region where the N-
[一実施形態]
一実施形態による半導体装置及びその製造方法について図1乃至図12を用いて説明する。
[One Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment will be described with reference to FIGS.
(半導体装置)
まず、本実施形態による半導体装置について図1乃至図6を用いて説明する。図1は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。
(Semiconductor device)
First, the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment.
本実施形態では、フリップフロップ回路を有するスタティック型のメモリセルを有する半導体装置、即ち、SRAM(Static Random Access Memory)を例に説明する。 In this embodiment, a semiconductor device having a static memory cell having a flip-flop circuit, that is, an SRAM (Static Random Access Memory) will be described as an example.
半導体基板10としては、例えばP型の半導体基板が用いられている。かかるP型の半導体基板10としては、例えばP型のシリコン基板が用いられている。
As the
半導体基板10には、素子領域を画定する素子分離領域12が形成されている。素子分離領域12の材料としては、例えばシリコン酸化膜が用いられている。
In the
素子分離領域12により素子領域が画定された半導体基板10内には、埋め込み不純物層(埋め込みウェル)14が形成されている。埋め込み不純物層14の導電型は、半導体基板10の導電型と同じ導電型であるP型に設定されている。P型の埋め込み不純物層(ディープP型ウェル、Deep P−Well)14は、P型ウェル16P及びN型ウェル16Nの下方に形成されている。埋め込み不純物層14は、半導体基板10の表面から離間して半導体基板10内に埋め込まれている。埋め込み不純物層16Pの濃度ピークは、半導体基板10の表面から例えば1.8μm程度の深さに位置している。P型ウェル16の導電型と埋め込み不純物層14の導電型と半導体基板10の導電型とがいずれも同じP型であるため、P型ウェル16の下側は連続したP型の半導体となっている。従って、P型ウェル16の下方には空乏層は存在していない。
A buried impurity layer (buried well) 14 is formed in the
P型ウェル16Pは、NMOSトランジスタ18が形成される領域とウェルタップ領域(コンタクト層)20とを含むように形成されている。ウェルタップ領域20は、P型ウェル16Pを接地電位Vssに接続するためのものである。P型ウェル16Pの濃度ピークは、半導体基板10の表面から例えば0.6μm程度の深さに位置している。P型ウェル16Pには、NMOSトランジスタ18の閾値電圧を制御するためのP型のチャネルドープ層(閾値電圧制御層)(図示せず)が形成されている。
The P-
P型ウェル16Pに隣接するようにN型ウェル16Nが形成されている。N型ウェルは、PMOSトランジスタ22が形成される領域とウェルタップ領域24とを含むように形成されている。ウェルタップ領域24は、N型ウェル16Nを電源電位Vddに接続するためのものである。N型ウェル16Nの濃度ピークは、半導体基板10の表面から例えば0.5μm程度の深さに位置している。N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離は、例えば1.3μm程度となっている。N型ウェル16Nには、PMOSトランジスタ22の閾値電圧を制御するためのN型のチャネルドープ層(閾値電圧制御層)(図示せず)が形成されている。
An N-
P型ウェル16P、N型ウェル16N及びp形の埋め込み不純物層14が形成された半導体基板10上には、例えば膜厚3nm程度のシリコン酸化膜のゲート絶縁膜26が形成されている。
On the
ゲート絶縁膜26上には、例えば高さ100nm程度のポリシリコンのゲート電極28a、28bが形成されている。ゲート長は、例えば40〜90nm程度とする。
On the
NMOSトランジスタ18のゲート電極28aの両側の半導体基板10内には、エクステンションソース/ドレイン構造の浅い不純物領域を形成するN型のエクステンション領域(低濃度不純物領域)30が形成されている。また、NMOSトランジスタ18のチャネル領域32とエクステンション領域30との間にはP型のポケット領域(図示せず)が形成されている。
In the
PMOSトランジスタ22のゲート電極28bの両側の半導体基板10内には、エクステンションソース/ドレイン構造の浅い不純物領域を形成するP型のエクステンション領域(低濃度不純物領域)34が形成されている。また、PMOSトランジスタ22のチャネル領域35とエクステンション領域34との間にはN型のポケット領域(図示せず)が形成されている。
In the
ゲート電極28a、28bの側壁部分には、例えばシリコン酸化膜により形成されたサイドウォールスペーサ36が形成されている。
サイドウォールスペーサ36が形成されたNMOSトランジスタ18のゲート電極28aの両側の半導体基板10内には、エクステンションソース/ドレイン構造の深い不純物領域を形成するN型の高濃度不純物領域38が形成されている。N型の低濃度不純物領域30とN型の高濃度不純物領域38とによりエクステンションソース/ドレイン構造のソース/ドレイン拡散層40が形成されている。
In the
こうして、ゲート電極28aとソース/ドレイン拡散層40とを有するNMOSトランジスタ(Nチャネル型MOSトランジスタ)18が形成されている。
Thus, an NMOS transistor (N-channel MOS transistor) 18 having the
サイドウォールスペーサ36が形成されたPMOSトランジスタ22のゲート電極28bの両側の半導体基板10内には、エクステンションソース/ドレイン構造の深い不純物領域を形成するP型の高濃度不純物領域42が形成されている。P型の低濃度不純物領域34とP型の高濃度不純物領域42とによりエクステンションソース/ドレイン構造のソース/ドレイン拡散層44が形成されている。
In the
こうして、ゲート電極28bとソース/ドレイン拡散層44とを有するPMOSトランジスタ(Pチャネル型MOSトランジスタ)22が形成されている。
Thus, the PMOS transistor (P-channel MOS transistor) 22 having the
NMOSトランジスタ18のソース/ドレイン拡散層40上及びPMOSトランジスタ22のソース/ドレイン拡散層44上には、例えばコバルトシリサイドのシリサイド膜46が形成されている。ソース/ドレイン拡散層40、44上のシリサイド膜46は、ソース/ドレイン電極として機能する。また、NMOSトランジスタ18のゲート電極28aの上部及びPMOSトランジスタ22のゲート電極28bの上部にも、例えばコバルトシリサイドのシリサイド膜46が形成されている。また、ウェルタップ領域20、24上にも、例えばコバルトシリサイドのシリサイド膜46が形成されている。
On the source /
NMOSトランジスタ18とPMOSトランジスタ22とが形成された半導体基板10上には、例えば膜厚1μm程度のシリコン酸化膜の層間絶縁膜48が形成されている。
On the
層間絶縁膜48には、ソース/ドレイン電極46に達するコンタクトホール50が形成されている。また、層間絶縁膜48には、ゲート電極28a、28bにそれぞれ達するコンタクトホール(図示せず)が形成されている。また、層間絶縁膜48には、ウェルタップ領域20,24上のシリサイド膜46に達するコンタクトホール50が形成されている。
A
コンタクトホール50内には、例えば膜厚5〜20nm程度のTi膜と膜厚5〜20nm程度のTiN膜との積層膜により形成されたバリア膜(図示せず)が形成されている。
In the
バリア膜が形成されたコンタクトホール50内には、例えばタングステンの導体プラグ52が埋め込まれている。
For example, a
導体プラグ52が埋め込まれた層間絶縁膜48上には、例えば膜厚300nm程度のシリコン酸化膜の層間絶縁膜54が形成されている。
On the
層間絶縁膜54には、導体プラグ52の上部を露出する溝56が形成されている。
In the
溝56内には、バリア膜(図示せず)が形成されている。
A barrier film (not shown) is formed in the
バリア膜が形成された溝56内には、例えばCuの配線58が埋め込まれている。
For example, a
図2は、本実施形態による半導体装置のメモリセルアレイのレイアウトを示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a layout of the memory cell array of the semiconductor device according to the present embodiment.
図2においては破線で囲んだ部分は、1つのメモリセルMCを示している。図2に示すように、フリップフロップ回路62を有するスタティック型のメモリセルMCがマトリクス状に複数配列されている。 In FIG. 2, a portion surrounded by a broken line indicates one memory cell MC. As shown in FIG. 2, a plurality of static memory cells MC having flip-flop circuits 62 are arranged in a matrix.
メモリセルMCは、直列に接続されたPMOSトランジスタL1、L2とNMOSトランジスタD1、D2とにより形成される2つのCMOSインバータ(CMOS回路)60a、60bを相補的に接続したフリップフロップ回路62を有している。かかるPMOSトランジスタL1、L2は、ロードトランジスタと称される。かかるNMOSトランジスタD1、D2は、ドライバトランジスタと称される。 The memory cell MC has a flip-flop circuit 62 in which two CMOS inverters (CMOS circuits) 60a and 60b formed by PMOS transistors L1 and L2 and NMOS transistors D1 and D2 connected in series are complementarily connected. ing. The PMOS transistors L1 and L2 are called load transistors. The NMOS transistors D1 and D2 are called driver transistors.
ロードトランジスタL1とドライバトランジスタD2により形成されたCMOSインバータ60aの入力ノード(入力端子)64は、CMOSインバータ60bの出力ノード(出力端子)66に接続されている。ロードトランジスタL2とドライバトランジスタD2とにより形成されたインバータ60bの入力ノード68は、CMOSインバータ60aの出力ノード70に接続されている。 An input node (input terminal) 64 of the CMOS inverter 60a formed by the load transistor L1 and the driver transistor D2 is connected to an output node (output terminal) 66 of the CMOS inverter 60b. An input node 68 of the inverter 60b formed by the load transistor L2 and the driver transistor D2 is connected to an output node 70 of the CMOS inverter 60a.
CMOSインバータ60aは、CMOSインバータ60bの出力ノード66の信号を入力し、入力した信号の論理反転信号を出力する。また、CMOSインバータ60bは、CMOSインバータ60aの出力ノード70の信号を入力し、入力した信号の論理反転信号を出力する。 The CMOS inverter 60a receives the signal of the output node 66 of the CMOS inverter 60b and outputs a logic inversion signal of the input signal. Further, the CMOS inverter 60b receives the signal of the output node 70 of the CMOS inverter 60a and outputs a logically inverted signal of the input signal.
インバータ60aの出力ノード70及びインバータ60bの入力ノード68は、NMOSトランジスタにより形成されたトランスファトランジスタT1のソース/ドレインの一方に接続されている。トランスファトランジスタT1のソース/ドレインの他方は、ビット線BLに接続されている。 The output node 70 of the inverter 60a and the input node 68 of the inverter 60b are connected to one of the source / drain of the transfer transistor T1 formed by an NMOS transistor. The other of the source / drain of the transfer transistor T1 is connected to the bit line BL.
CMOSインバータ60bの出力ノード66及びCMOSインバータ60aの入力ノード64は、NMOSトランジスタにより形成されたトランスファトランジスタT2のソース/ドレインの一方に接続されている。トランスファトランジスタT2のソース/ドレインの他方は、ビット線/BLに接続されている。 The output node 66 of the CMOS inverter 60b and the input node 64 of the CMOS inverter 60a are connected to one of the source / drain of the transfer transistor T2 formed by an NMOS transistor. The other of the source / drain of the transfer transistor T2 is connected to the bit line / BL.
メモリセルMCに用いられているドライバトランジスタD1、D2やトランスファトランジスタT1、T2には、図1に示すNMOSトランジスタ22が対応している。また、メモリセルMCに用いられているロードトランジスタL1、L2には、図1に示すPMOSトランジスタ18が対応している。
The
各々のトランスファトランジスタT1、T2のゲートは、ワード線WL、/WLに接続されている。 The gates of the transfer transistors T1 and T2 are connected to the word lines WL and / WL.
同一の行に配されている複数のメモリセルMCのトランスファトランジスタT1、T2のゲートは、同一のワード線WL、/WLにより共通接続されている。 The gates of the transfer transistors T1 and T2 of the plurality of memory cells MC arranged in the same row are commonly connected by the same word lines WL and / WL.
同一の列に配されている複数のメモリセル10のトランスファトランジスタT1,T2のソース/ドレインの他方は、同一のビット線BL、/BLにより共通接続されている。
The other of the sources / drains of the transfer transistors T1, T2 of the plurality of
各々のワード線WL、/WLは、行デコーダ(図示せず)にそれぞれ接続されている。 Each word line WL, / WL is connected to a row decoder (not shown).
各々のビット線BL、/BLは、列デコーダ(図示せず)にそれぞれ接続されている。 Each bit line BL, / BL is connected to a column decoder (not shown).
省スペース化等の観点から、図2に示すように、1つのウェル16P、16N内には、複数のトランジスタL1、L2、D1、D2、T1、T2が形成されている。また、省スペース化の観点から、複数のトランジスタL1、L2、D1、D2、T1、T2の各々の近傍にウェルタップ領域20,24をそれぞれ配すのではなく、図2に示すように、ウェル16P、16Nの縁部等にウェルタップ領域20,24が配されている。
From the viewpoint of space saving or the like, as shown in FIG. 2, a plurality of transistors L1, L2, D1, D2, T1, T2 are formed in one
本実施形態において、埋め込み不純物層14の導電型をP型に設定している理由について以下に説明する。
The reason why the conductivity type of the buried
図3は、中性子又はα粒子が入射した際に生ずる現象を示す概略図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a phenomenon that occurs when neutrons or α particles are incident.
図3(b)は、埋め込み不純物層の導電型がN型である場合、即ち、埋め込み不純物層の導電型が半導体基板の導電型と異なる場合を示している。 FIG. 3B shows a case where the conductivity type of the buried impurity layer is N-type, that is, a case where the conductivity type of the buried impurity layer is different from the conductivity type of the semiconductor substrate.
図3(b)のようなN型の埋め込み不純物層14Nが形成された半導体装置において、P型ウェル16PとN型の埋め込み不純物層14Nとの間に位置する空乏層を中性子等が通過すると、中性子等の軌道に沿って空乏層が伸びる現象であるファネリングが生ずる。この際、N型の埋め込み不純物層14Nがファネリングに対するバリアとして機能し、ファネリングが切断される。ファネリングが切断された箇所より下方の領域においては、中性子等の軌跡に沿って生ずる電子正孔対は、ウェル16P、16N内に取り込まれることなく再結合する。ファネリングが切断されるまでに生ずる電子正孔対はわずかであり、わずかな電荷がウェル16N、16P内に取り込まれても、シングルイベントラッチアップには至りにくい。
In the semiconductor device in which the N type buried
しかしながら、N型の埋め込み不純物層14Nが形成された半導体装置において、N型ウェル16Nの下方の部分におけるN型の埋め込み不純物層14NとP型の半導体基板10との間に位置する空乏層を中性子等が通過した場合には、以下のようになる。即ち、N型ウェル16Nの下方の部分におけるN型の埋め込み不純物層14NとP型の半導体基板10との間に位置する空乏層を中性子等が通過すると、中性子等の軌道に沿ってファネリング生ずる。この際、ファネリングのバリアとして機能するものが存在しないため、ファネリングが長く伸びる。ファネリングが長く伸びるため、中性子等の軌跡に沿って生ずる大量の電荷がウェル16N、16Pに取り込まれる虞があり、ひいては、寄生サイリスタがオン状態となり、シングルイベントラッチアップに至る虞がある。
However, in the semiconductor device in which the N-type buried
図3(a)は、本実施形態の場合、即ち、埋め込み不純物層の導電型が半導体基板の導電型と同じP型である場合を示している。 FIG. 3A shows the case of this embodiment, that is, the case where the conductivity type of the buried impurity layer is the same P type as that of the semiconductor substrate.
図3(a)のようなP型の埋め込み不純物層14が形成された半導体装置においては、P型ウェル16Pを中性子等が通過しても、P型ウェル16Pの下方には空乏層が存在しないため、ファネリングは生じない。このため、ウェル16N、16P内に大量の電荷が取り込まれることはなく、シングルイベントラッチアップには至らない。
In the semiconductor device in which the P-type buried
また、P型の埋め込み不純物層14が形成された半導体装置において、N型ウェル16NとP型の埋め込み不純物層14との間に位置する空乏層を中性子等が通過した場合には、ファネリングが生ずる。この際は、P型の埋め込み不純物層14がファネリングに対するバリアとして機能し、ファネリングが切断される。ファネリングが切断された箇所より下方の領域においては、中性子等の軌跡に沿って生ずる電子正孔対は、ウェル16P、16N内に取り込まれることなく再結合する。ファネリングが切断されるまでに生ずる電子正孔対はわずかであり、わずかな電荷がウェル16N、16P内に取り込まれても、シングルイベントラッチアップには至りにくい。
In the semiconductor device in which the P type buried
このような理由により、本実施形態では、埋め込み不純物層14の導電型を半導体基板の導電型と同じ導電型であるP型に設定している。
For this reason, in this embodiment, the conductivity type of the buried
次に、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離について、説明する。本実施形態では、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離を以下のような観点で適切な値に設定している。
Next, the distance between the concentration peak position of the P-type buried
即ち、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離を小さくすると、N型ウェル16Nにおける電気抵抗が大きくなる。N型ウェル16Nにおける電気抵抗が大きくなると、寄生サイリスタがオン状態になりやすくなり、シングルイベントラッチアップ等が生じやすくなる。P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離が1μmより小さい場合には、シングルイベントラッチアップ等が生じやすくなる程度にまでN型ウェル16Nにおける電気抵抗が大きくなってしまう。
That is, if the distance between the concentration peak position of the P-type buried
また、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離を小さくすると、P型の埋め込み不純物層14とN型ウェル16Nとの間において不純物プロファイルが急峻となり、接合リーク電流が大きくなってしまう。接合リーク電流を所望の程度にまで低減するためには、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離を1μm以上とすることが好ましい。
Further, if the distance between the concentration peak position of the P-type buried
このように、接合リーク電流を十分に抑制しつつ、シングルイベントラッチアップ等を確実に防止すべく、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、1μm以上とすることが好ましい。
As described above, in order to surely prevent single event latch-up and the like while sufficiently suppressing the junction leakage current, the position between the concentration peak position of the P-type buried
一方、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、4μm未満とすることが好ましい。P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離を4μm未満とするのは、以下のような理由によるものである。
On the other hand, the distance between the concentration peak position of the P-type buried
即ち、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を大きくすると、N型ウェル16Nの下に生ずる空乏層からP型の埋め込み拡散層14までの距離が大きくなる。N型ウェル16Nの下に生ずる空乏層は、ファネリングの始点となり得るものである。一方、P型の埋め込み拡散層14は、ファネリングに対するバリアとして機能し、ファネリングの終点となり得るものである。N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層16Pの濃度ピークの位置との間の距離が大きくなると、ファネリングの始点から終点までの距離が大きくなり、ウェル16N,16P内に取り込まれる電荷量が大きくなってしまう。P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離が4μm以上の場合には、シングルイベントラッチアップ等が生じやすくなる程度にまでウェル16N,16P内に取り込まれる電荷量が大きくなる。従って、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離が4μm以上の場合には、シングルイベントラッチアップ等を十分に抑制し得ない。
That is, when the distance between the concentration peak position of the N-
従って、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、4μm未満とすることが好ましい。
Therefore, the distance between the concentration peak position of the P-type buried
このように、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、接合リーク電流を十分に抑制し得るとともに、シングルイベントラッチアップ等を十分に抑制し得るように、適宜設定すればよい。
As described above, the distance between the position of the concentration peak of the P-type buried
このような観点から、本実施形態では、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離を、例えば1.3μmに設定している。
From this point of view, in this embodiment, the distance between the concentration peak position of the P-type buried
なお、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、1.3μmに限定されるものではない。上述したように、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、1μm以上で適宜設定し得る。また、上述したように、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、4μm未満とすることが好ましい。
The distance between the concentration peak position of the P-type buried
図4は、本実施形態による半導体装置の不純物プロファイルを示すグラフである。図4(a)は、P型ウェル16Pが形成された領域における深さ方向に沿った不純物プロファイルを示すグラフである。図4(b)は、N型ウェル16Nが形成された領域における深さ方向に沿った不純物プロファイルを示すグラフである。図4(a)及び図4(b)における横軸は半導体基板10の表面からの深さを示している。図4(a)及び図4(b)における縦軸は不純物濃度を示している。
FIG. 4 is a graph showing an impurity profile of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 4A is a graph showing the impurity profile along the depth direction in the region where the P-
図4(b)から分かるように、N型ウェル16NにおけるN型不純物の濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14におけるP型不純物の濃度ピークの位置との間の距離は、1μm以上となっている。
As can be seen from FIG. 4B, the distance between the position of the N-type impurity concentration peak in the N-
(評価結果)
次に、本実施形態による半導体装置の評価結果について図5及び図6を用いて説明する。
(Evaluation results)
Next, the evaluation results of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、シングルイベントラッチアップの発生率について図5を用いて説明する。図5は、シングルイベントラッチアップの発生率を示すグラフである。 First, the occurrence rate of single event latch-up will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the occurrence rate of single event latch-up.
比較例1は、半導体基板10内に埋め込み不純物層14を設けない場合を示している。比較例2は、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を4μmとした場合を示している。比較例3は、埋め込み不純物層14の導電型をN型とし、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とN型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を1μmとした場合を示している。実施例1は、本実施形態に対応するものであり、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を1μmとした場合を示している。
Comparative Example 1 shows a case where the buried
シングルイベントラッチアップの発生率を測定する際には、メモリセルMCに中性子線を照射し、1×109時間当たりのシングルイベントラッチアップの発生回数を求めた。そして、比較例1の場合のシングルイベントラッチアップの発生率が1となるように正規化を行った。 When measuring the occurrence rate of single event latch-up, the memory cell MC was irradiated with a neutron beam, and the number of occurrences of single event latch-up per 1 × 10 9 hours was determined. Then, normalization was performed so that the occurrence rate of single event latch-up in Comparative Example 1 was 1.
図5から分かるように、比較例2、即ち、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離が4μmの場合には、シングルイベントラッチアップの発生率は比較例1と同等であった。
As can be seen from FIG. 5, in Comparative Example 2, that is, when the distance between the concentration peak position of the N-
このことから、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を4μmとした場合には、シングルイベントラッチアップを十分に防止することが困難であることが分かる。
Therefore, when the distance between the concentration peak position of the N-
比較例3、即ち、埋め込み不純物層14の導電型をN型とし、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とN型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を1μmとした場合には、シングルイベントラッチアップの発生率は比較例1の0.06倍程度であった。
Comparative Example 3, that is, the conductivity type of the buried
実施例1の場合、即ち、本実施形態の場合には、シングルイベントラッチアップは発生しなかった。 In the case of Example 1, that is, in the case of the present embodiment, no single event latch-up occurred.
これらのことから、本実施形態によれば、シングルイベントラッチアップを確実に抑制し得ることが分かる。 From these things, it turns out that according to this embodiment, single event latch-up can be suppressed reliably.
次に、接合リーク電流の評価結果について図6を用いて説明する。図6は、接合リーク電流の測定結果を示すグラフである。 Next, the evaluation result of the junction leakage current will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the measurement result of the junction leakage current.
比較例4は、半導体基板10内に埋め込み不純物層14を設けない場合を示している。比較例5は、埋め込み不純物層14の導電型をN型とし、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とN型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を1μmとした場合を示している。実施例2は、本実施形態に対応するものであり、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を1μmとした場合を示している。
Comparative Example 4 shows a case where the buried
接合リーク電流を測定する際の周囲温度は、125℃とした。そして、比較例4の場合の接合リーク電流値が1となるように正規化した。 The ambient temperature when measuring the junction leakage current was 125 ° C. And it normalized so that the junction leakage current value in the case of the comparative example 4 might be set to 1.
図6から分かるように、比較例5、即ち、埋め込み不純物層14の導電型をN型とし、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とN型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離を1μmとした場合には、比較例4の場合に対して、接合リーク電流が10%増加した。
As can be seen from FIG. 6, the conductivity type of the buried
比較例5において接合リーク電流が増加するのは、比較例5では、N型ウェル16Pが形成される範囲より広い範囲にN型の埋め込み不純物層14が設けられており、N型の埋め込み不純物層14とP型の半導体基板10との接合面積が大きいためと考えられる。
In Comparative Example 5, the junction leakage current increases because in Comparative Example 5, the N-type buried
一方、実施例2の場合、即ち、本実施形態の場合には、接合リーク電流は比較例4と同等であった。 On the other hand, in the case of Example 2, that is, in the case of the present embodiment, the junction leakage current was equivalent to that of Comparative Example 4.
このことから、本実施形態によれば、リーク電流を低く抑え得ることが分かる。 From this, it can be seen that according to the present embodiment, the leakage current can be kept low.
このように、本実施形態によれば、埋め込み不純物層14が半導体基板10の導電型と同じ導電型であるP型に設定されている。中性子やα粒子がN型ウェル16Nと埋め込み不純物層14との間に位置する空乏層を通過した際には、P型の埋め込み不純物層14がバリアとして機能し、ファネリングが切断される。ファネリングが切断されるに至るまでに生ずる電荷はわずかであり、わずかな電荷がウェル16N、16P内に取り込まれても、寄生サイリスタはオン状態になりにくく、従って、シングルイベントラッチアップには至りにくい。なお、P型ウェル16Pの下方には空乏層が形成されていないため、中性子等がP型ウェル16Pを通過してもファネリングは生じない。しかも、本実施形態によれば、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離が1μm以上に設定されている。N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離が過度に小さくないため、N型ウェル16Nにおける電気抵抗は比較的小さくなっており、寄生サイリスタがオン状態になりにくくなっている。また、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置とP型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置との間の距離が過度に小さくないため、N型ウェル16NとP型の埋め込み不純物層14との間の不純物プロファイルが過度に急峻とならず、接合リーク電流が小さく抑えられる。このため、本実施形態によれば、接合リーク電流を抑制しつつ、放射線耐性の高い半導体装置を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the buried
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図7乃至図12を用いて説明する。図7乃至図12は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. 7 to 12 are process cross-sectional views illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
まず、図7(a)に示すように、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により、素子領域を画定する素子分離領域12を半導体基板10に形成する。半導体基板10としては、例えばP型のシリコン基板を用いる。素子分離領域12の材料としては、例えばシリコン酸化膜を用いる。素子分離領域12の深さは、例えば0.25μm程度とする。
First, as shown in FIG. 7A, an
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜72を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜72に開口部74を形成する(図7(b)参照)。開口部74の平面形状は、P型の埋め込み不純物層14の平面形状と同等とする。
Next, an
次に、フォトレジスト膜72をマスクとし、例えばイオン注入法により、半導体基板10内にP型のドーパント不純物を導入する。P型のドーパント不純物としては、例えばボロン(B)を用いる。加速エネルギーは、例えば1MeV程度とする。ドーズ量は、例えば1×1013cm−2程度とする。これにより、半導体基板10内にP型の埋め込み不純物層14が形成される。P型の埋め込み不純物層14における濃度ピーク位置の深さ、即ち、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピーク位置の半導体基板10の表面からの距離は、例えば1.8μm程度とする。
Next, using the
この後、フォトレジスト膜72を剥離する。
Thereafter, the
なお、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピーク位置の深さは1.8μm程度に限定されるものではない。P型の埋め込み不純物層14の濃度ピーク位置とN型ウェル16Nの濃度ピーク位置との間の距離が1μm以上となるように、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピーク位置の深さが適宜設定される。
Note that the depth of the concentration peak position of the P-type buried
なお、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、上述したように、4μm未満とすることが好ましい。
Note that the distance between the concentration peak position of the P-type buried
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜76を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜76に開口部78を形成する(図7(c)参照)。開口部78の平面形状は、P型ウェル16Pの平面形状と同等とする。
Next, an
次に、フォトレジスト膜76をマスクとし、例えばイオン注入法により、半導体基板10内にP型のドーパント不純物を導入することにより、半導体基板10内にP型ウェル16Pを形成する。P型のドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。P型ウェル16Pを形成する際の加速エネルギーは、P型の埋め込み不純物層14を形成する際の加速エネルギーより低く設定される。ここでは、加速エネルギーを、例えば150keVとする。ドーズ量は、例えば3×1013cm−2程度とする。P型ウェル16Pの濃度ピーク位置の深さ、即ち、P型ウェル16Pの濃度ピークの位置の半導体基板10の表面からの距離は、例えば0.6μm程度とする。
Next, using the
この後、フォトレジスト膜76を剥離する。
Thereafter, the
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜80を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜80に開口部82を形成する(図8(a)参照)。開口部82の平面形状は、N型ウェル16Nの平面形状と同等とする。
Next, an
次に、フォトレジスト膜80をマスクとし、例えばイオン注入法により、半導体基板10内にN型のドーパント不純物を導入することにより、半導体基板10内にN型ウェル16Nを形成する。N型のドーパント不純物としては、例えばリン(P)を用いる。N型ウェル16Nを形成する際の加速エネルギーは、P型の埋め込み不純物層14を形成する際の加速エネルギーより低く設定される。ここでは、加速エネルギーを、例えば360keVとする。ドーズ量は、例えば3×1013cm−2程度とする。N型ウェル16Nの濃度ピーク位置の深さ、即ち、N型ウェル16Nの濃度ピークの位置の半導体基板10の表面からの距離は、例えば0.5μm程度とする。この場合、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、例えば1.3μm程度となる。
Next, an N-
この後、フォトレジスト膜80を剥離する。
Thereafter, the
なお、N型ウェル16Nの濃度ピーク位置の深さは0.5μm程度に限定されるものではない。P型の埋め込み不純物層14の濃度ピーク位置とN型ウェル16Nの濃度ピーク位置との間の距離が1μm以上となるように、N型ウェル16Nの濃度ピーク位置の深さが適宜設定される。
The depth of the concentration peak position of the N-
なお、上述したように、P型の埋め込み不純物層14の濃度ピークの位置とN型ウェル16Nの濃度ピークの位置との間の距離は、上述したように、4μm未満とすることが好ましい。
As described above, the distance between the concentration peak position of the P-type buried
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed by, eg, spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、NMOSトランジスタ18(図1参照)が形成される領域を露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。 Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) that exposes a region where the NMOS transistor 18 (see FIG. 1) is to be formed is formed in the photoresist film.
次に、フォトレジスト膜をマスクとし、例えばイオン注入法により、半導体基板10内にP型のドーパント不純物を導入する。P型のドーパント不純物としては、例えばボロンを用いる。加速エネルギーは、例えば30keVとする。ドーズ量は、例えば3×1012cm−2程度とする。これにより、NMOSトランジスタ18の閾値電圧を制御するためのチャネルドープ層(図示せず)が形成される。
Next, using the photoresist film as a mask, a P-type dopant impurity is introduced into the
この後、フォトレジスト膜を剥離する。 Thereafter, the photoresist film is peeled off.
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed by, eg, spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、PMOSトランジスタ22(図1参照)が形成される領域を露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。 Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) exposing a region where the PMOS transistor 22 (see FIG. 1) is to be formed is formed in the photoresist film.
次に、フォトレジスト膜をマスクとし、例えばイオン注入法により、半導体基板10内にN型のドーパント不純物を導入する。N型のドーパント不純物としては、例えば砒素(As)を用いる。加速エネルギーは、例えば150keVとする。ドーズ量は、例えば2×1013cm−2程度とする。これにより、PMOSトランジスタ22の閾値電圧を制御するためのチャネルドープ層(図示せず)が形成される。
Next, using the photoresist film as a mask, an N-type dopant impurity is introduced into the
この後、フォトレジスト膜を剥離する。 Thereafter, the photoresist film is peeled off.
次に、全面に、例えば熱酸化法により、膜厚3nm程度のシリコン酸化膜のゲート絶縁膜26を形成する(図8(b)参照)。
Next, a
次に、全面に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition、化学気相堆積)法により、膜厚100nm程度のポリシリコン膜28を形成する(図8(c)参照)。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ポリシリコン膜28をゲート電極28a、28bの形状にパターニングする(図9(a)参照)。ポリシリコン膜28をパターニングする際には、例えば異方性エッチングを用いる。こうして、トランジスタ18,22のゲート電極28a、28bがそれぞれ形成される。
Next, the
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜84を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、NMOSトランジスタ18が形成される領域を露出する開口部86をフォトレジスト膜に形成する(図9(b)参照)。
Next, an
次に、フォトレジスト膜84及びゲート電極28aをマスクとし、ゲート電極28aの両側の半導体基板10内にN型のドーパント不純物を導入する。N型のドーパント不純物としては、例えばリン又は砒素を用いる。加速エネルギーは、例えば5keVとする。ドーズ量は、例えば1×1015cm−2程度とする。これにより、エクステンションソース/ドレイン構造の浅い領域を形成するN型のエクステンション領域(低濃度不純物領域)30が形成される。
Next, using the
次に、フォトレジスト膜84及びゲート電極28aをマスクとし、斜めイオン注入により、半導体基板10内にP型のドーパント不純物を導入する。P型のドーパント不純物としては、例えばボロン又はフッ化ボロンを用いる。加速エネルギーは、例えば10keVとする。ドーズ量は、例えば1×1013cm−2程度とする。これにより、P型のポケット領域(図示せず)が形成される。ポケット領域は、短チャネル効果を防止するためのものである。
Next, a P-type dopant impurity is introduced into the
この後、フォトレジスト膜84を剥離する。
Thereafter, the
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜88を形成する。 Next, a photoresist film 88 is formed by, eg, spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、PMOSトランジスタ22が形成される領域を露出する開口部90をフォトレジスト膜88に形成する(図9(c)参照)。
Next, an
次に、フォトレジスト膜88及びゲート電極28bをマスクとし、ゲート電極28bの両側の半導体基板10内にP型のドーパント不純物を導入する。P型のドーパント不純物としては、例えばボロン又はフッ化ボロンを用いる。加速エネルギーは、例えば1keVとする。ドーズ量は、例えば5×1014cm−2程度とする。これにより、エクステンションソース/ドレイン構造の浅い領域を形成するP型のエクステンション領域(低濃度不純物領域)34が形成される。
Next, using the photoresist film 88 and the
次に、フォトレジスト膜88及びゲート電極28bをマスクとし、斜めイオン注入により、半導体基板10内にN型のドーパント不純物を導入する。N型のドーパント不純物としては、例えばリン又は砒素を用いる。加速エネルギーは、例えば25keVとする。ドーズ量は、例えば1×1013cm−2程度とする。これにより、N型のポケット領域(図示せず)が形成される。
Next, N-type dopant impurities are introduced into the
この後、フォトレジスト膜88を剥離する。 Thereafter, the photoresist film 88 is peeled off.
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚800nm程度のシリコン酸化膜の絶縁膜を形成する。 Next, an insulating film of a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 800 nm is formed on the entire surface by, eg, CVD.
次に、絶縁膜を異方性エッチングする。これにより、ゲート電極28a、28bの側壁部分に絶縁膜により形成されたサイドウォールスペーサ36が形成される(図10(a)参照)。
Next, the insulating film is anisotropically etched. Thereby,
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜92を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、NMOSトランジスタ18が形成される領域を露出する開口部94aとN型のウェルタップ領域24が形成される領域を露出する開口部94bとをフォトレジスト膜92に形成する(図10(b)参照)。
Next, an opening 94 a that exposes a region where the
次に、サイドウォールスペーサ36が形成されたゲート電極28aとフォトレジスト膜92とをマスクとし、半導体基板10内にN型のドーパント不純物を導入する。N型のドーパント不純物としては、例えばリンを用いる。加速エネルギーは、例えば10keVとする。ドーズ量は、例えば5×1015cm−2程度とする。これにより、サイドウォールスペーサ36が形成されたゲート電極28aの両側の半導体基板10内に、エクステンションソース/ドレイン構造の深い領域を形成するN型の高濃度不純物領域38が形成される。低濃度不純物領域30と高濃度不純物領域38とによりエクステンションソース/ドレイン構造のソース/ドレイン拡散層40が形成される。この際、ゲート電極28aにもN型のドーパント不純物が導入され、ゲート電極28aの導電型がN型となる。また、この際、N型のウェルタップ領域24も形成される。
Next, an N-type dopant impurity is introduced into the
この後、フォトレジスト膜92を剥離する。
Thereafter, the
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜96を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、PMOSトランジスタ22が形成される領域を露出する開口部98aとP型のウェルタップ領域20が形成される領域を露出する開口部98bとをフォトレジスト膜96に形成する(図10(c)参照)。
Next, an
次に、サイドウォールスペーサ36が形成されたゲート電極28bとフォトレジスト膜96とをマスクとし、半導体基板10内にP型のドーパント不純物を導入する。P型のドーパント不純物としては、例えばボロン又はフッ化ボロンを用いる。加速エネルギーは、例えば10keVとする。ドーズ量は、例えば5×1015cm−2程度とする。これにより、サイドウォールスペーサ36が形成されたゲート電極28bの両側の半導体基板10内に、エクステンションソース/ドレイン構造の深い領域を形成するP型の高濃度不純物領域42が形成される。低濃度不純物領域34と高濃度不純物領域42とによりエクステンションソース/ドレイン構造のソース/ドレイン拡散層44が形成される。この際、ゲート電極28bにもP型のドーパント不純物が導入され、ゲート電極28bの導電型がP型となる。また、この際、P型のウェルタップ領域20も形成される。
Next, a P-type dopant impurity is introduced into the
この後、フォトレジスト膜96を剥離する。
Thereafter, the
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、例えば膜厚5nm程度のコバルト(Co)膜を形成する。 Next, a cobalt (Co) film having a thickness of, for example, about 5 nm is formed on the entire surface by, eg, sputtering.
次に、熱処理を行うことにより、コバルト膜のコバルト原子と半導体基板のシリコン原子とを反応させ、コバルトシリサイド膜を形成する。熱処理温度は、例えば500℃程度とする。 Next, by performing heat treatment, cobalt atoms of the cobalt film react with silicon atoms of the semiconductor substrate to form a cobalt silicide film. The heat treatment temperature is about 500 ° C., for example.
この後、未反応のコバルト膜をエッチング除去する。 Thereafter, the unreacted cobalt film is removed by etching.
こうして、ソース/ドレイン拡散層40,44上に例えばコバルトシリサイドのシリサイド膜46が形成される。ソース/ドレイン拡散層40,44上のシリサイド膜46は、ソース/ドレイン電極として機能する。また、ウェルタップ領域20,24上にもシリサイド膜46が形成される。また、ゲート電極28a、28bの上部にもシリサイド膜46が形成される(図11(a)参照)。
Thus, for example, a
こうして、ゲート電極28aとソース/ドレイン拡散層40とを有する複数のNMOSトランジスタ18がP型ウェル16Pに形成される。また、ゲート電極28bとソース/ドレイン拡散層44とを有するPMOSトランジスタ22がN型ウェル16Nに形成される。NMOSトランジスタ18は、SRAMのメモリセルMCの一部を形成するドライバトランジスタD1、D2やトランスファトランジスタT1,T2に対応するものである(図2参照)。複数のNMOSトランジスタ18によりそれぞれ形成されるドライバトランジスタD1、ドライバトランジスタD2、トランスファトランジスタT1及びトランスファトランジスタT2は、上記のようにして同じ工程で一緒に形成される。PMOSトランジスタ22は、SRAMのメモリセルMCの一部を形成するロードトランジスタL1、L2に対応するものである。複数のPMOSトランジスタ22によりそれぞれ形成されるロードトランジスタL1及びロードトランジスタL2は、上記のようにして同じ工程で一緒に形成される。
Thus, a plurality of
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚1μmのシリコン酸化膜の層間絶縁膜48を形成する(図11(b)参照)。
Next, an
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、層間絶縁膜48にコンタクトホール50を形成する。これにより、ソース/ドレイン電極40,44に達するコンタクトホール50と、ウェルタップ領域20,24上のシリサイド膜40,44に達するコンタクトホール50と、ゲート電極28a、28bに達するコンタクトホール(図示せず)とが形成される。
Next, contact holes 50 are formed in the
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、例えば膜厚5〜20nm程度のTi膜(図示せず)と膜厚5〜20nm程度のTiN膜(図示せず)とを積層する。これにより、積層膜により形成されたバリア膜(図示せず)が形成される。 Next, a Ti film (not shown) having a thickness of about 5 to 20 nm and a TiN film (not shown) having a thickness of about 5 to 20 nm are stacked on the entire surface by, eg, sputtering. Thereby, a barrier film (not shown) formed of the laminated film is formed.
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚200nm程度のタングステン膜を形成する。 Next, a tungsten film having a thickness of about 200 nm is formed on the entire surface by, eg, CVD.
次に、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨)法により、層間絶縁膜48の表面が露出するまでタングステン膜及びバリア膜を研磨除去する。こうして、コンタクトホール50内にタングステンの導体プラグ52が埋め込まれる(図11(c)参照)。
Next, the tungsten film and the barrier film are removed by polishing until the surface of the
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚300nm程度のシリコン酸化膜の層間絶縁膜54を形成する。
Next, an
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、配線58を埋め込むための溝56を層間絶縁膜54に形成する。溝56は、導体プラグ52の上部を露出するように形成される。
Next, a
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、バリア膜(図示せず)を形成する。 Next, a barrier film (not shown) is formed on the entire surface by, eg, sputtering.
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、例えばCuのシード層(図示せず)を形成する。 Next, for example, a Cu seed layer (not shown) is formed on the entire surface by, eg, sputtering.
次に、全面に、例えば電解めっき法により、例えばCu層を形成する。 Next, for example, a Cu layer is formed on the entire surface by, for example, electrolytic plating.
次に、例えばCMP法により、層間絶縁膜54の表面が露出するまでCu層及びバリア膜を研磨する。こうして、溝56内にCuの配線58が埋め込まれる。
Next, the Cu layer and the barrier film are polished by CMP, for example, until the surface of the
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。 Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、P型ウェル16P及びN型ウェル16Nの下方にP型の埋め込み不純物層14を形成したが、これに限定されるものではない。N型ウェル16Nの下方にP型の埋め込み不純物層14を形成し、P型ウェル16Pの下方にP型の埋め込み不純物層14を形成しなくてもよい。少なくともN型ウェル16Nの下方にP型の埋め込み不純物層14を形成すれば、N型ウェル16Nの下の空乏層から伸びるファネリングをP型の埋め込み不純物層14により切断し得る。
For example, in the above embodiment, the P-type buried
ただし、放射線耐性をより向上する観点からは、P型ウェル16Pの下方にもP型の埋め込み不純物層14を形成することが好ましい。即ち、P型ウェル16Pの下方にもP型の埋め込み不純物層14を埋め込むことは、P型ウェル16Pの電気抵抗を低減することに寄与し、シングルイベントラッチアップに対する耐性の向上に寄与する。また、NMOSトランジスタ18のソース/ドレイン拡散層40の接合部の空乏層を中性子等が貫いた際に電荷が捕獲されてメモリセルMCに記憶されたデータが反転するシングルイベントアップセットを防止するのにも寄与し得る。
However, from the viewpoint of further improving the radiation resistance, it is preferable to form the P-type buried
また、上記実施形態では、半導体基板としてP型の半導体基板を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えばN型の半導体基板を用いてもよい。この場合には、各構成要素の導電型を上記とは反対の導電型に設定すればよい。 In the above embodiment, the case where a P-type semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, an N-type semiconductor substrate may be used. In this case, the conductivity type of each component may be set to the opposite conductivity type.
また、上記実施形態では、埋め込み不純物層14を形成する工程の後に、P型ウェル16Pを形成する工程やN型ウェル16Nを形成する工程を行ったが、これらの工程の順序は、上記に限定されるものではなく、適宜設定し得る。
In the above embodiment, the step of forming the P-
10…半導体基板
12…素子分離領域
14…埋め込み不純物層
16P…P型ウェル
16N…N型ウェル
18…NMOSトランジスタ
20…ウェルタップ領域
22…PMOSトランジスタ
24…ウェルタップ領域
26…ゲート絶縁膜
28…ポリシリコン膜
28a、28b…ゲート電極
30…エクステンション領域、低濃度不純物領域
32…チャネル領域
34…エクステンション領域、低濃度不純物領域
35…チャネル領域
36…サイドウォールスペーサ
38…高濃度不純物領域
40…ソース/ドレイン拡散層
42…高濃度不純物領域
44…ソース/ドレイン拡散層
46…シリサイド膜
48…層間絶縁膜
50…コンタクトホール
52…導体プラグ
54…層間絶縁膜
56…溝
58…配線
60a、60b…CMOSインバータ
62…フリップフロップ回路
64…入力ノード
66…出力ノード
68…入力ノード
70…出力ノード
72…フォトレジスト膜
74…開口部
76…フォトレジスト膜
78…開口部
80…フォトレジスト膜
82…開口部
84…フォトレジスト膜
86…開口部
88…フォトレジスト膜
90…開口部
92…フォトレジスト膜
94a、94b…開口部
96…フォトレジスト膜
98a、98b…開口部
110…半導体基板
114…N型の埋め込み不純物層
116P…P型ウェル
116N…N型ウェル
118…NMOSトランジスタ
120…ウェルタップ領域
124…ウェルタップ領域
122…PMOSトランジスタ
128a、128b…ゲート電極
140…ソース/ドレイン拡散層
144…ソース/ドレイン拡散層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1のウェルに形成された前記第1導電型の第1のトランジスタと、
前記半導体基板内に形成され、前記第1のウェルに隣接する前記第1導電型の第2のウェルと、
前記第2のウェルに形成され、前記第1のトランジスタに電気的に接続された前記第2導電型の第2のトランジスタとを有し、
少なくとも前記第1のウェルの下方における前記半導体基板内に形成された前記第1導電型の埋め込み不純物層とを有し、
前記埋め込み不純物層の濃度ピーク位置と前記第1のウェルの濃度ピーク位置との距離は、1μm以上である
ことを特徴とする半導体装置。 A first well of the second conductivity type formed in the semiconductor substrate of the first conductivity type;
A first transistor of the first conductivity type formed in the first well;
A second well of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate and adjacent to the first well;
A second transistor of the second conductivity type formed in the second well and electrically connected to the first transistor;
A buried impurity layer of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate at least below the first well;
The distance between the concentration peak position of the buried impurity layer and the concentration peak position of the first well is 1 μm or more.
前記第1のトランジスタのソース/ドレインの一方と前記第2のトランジスタのソース/ドレインの一方とが電気的に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
One of the source / drain of the first transistor and one of the source / drain of the second transistor are electrically connected. A semiconductor device, wherein:
前記第1のウェルに形成された前記第1導電型の第3のトランジスタと、
前記第2のウェルに形成され、ソース/ドレインの一方が前記第3のトランジスタのソース/ドレインの一方に電気的に接続された前記第2導電型の第4のトランジスタとを更に有し、
前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとにより形成される第1のインバータの出力ノードが、前記第3のトランジスタと前記第4のトランジスタとにより形成される第2のインバータの入力ノードに電気的に接続されており、
前記第2のインバータの出力ノードが、前記第1のインバータの入力ノードに電気的に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
A third transistor of the first conductivity type formed in the first well;
A second transistor of the second conductivity type formed in the second well, wherein one of the source / drain is electrically connected to one of the source / drain of the third transistor;
The output node of the first inverter formed by the first transistor and the second transistor is electrically connected to the input node of the second inverter formed by the third transistor and the fourth transistor. Connected,
The semiconductor device, wherein an output node of the second inverter is electrically connected to an input node of the first inverter.
前記埋め込み不純物層は、前記第2のウェルの下方における前記半導体基板内にも形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The embedded impurity layer is also formed in the semiconductor substrate below the second well. A semiconductor device, wherein:
前記半導体基板の前記第1の領域に第2導電型のドーパント不純物を第1のエネルギーより低い第2のエネルギーにより導入し、前記半導体基板内に前記第2導電型の第1のウェルを形成する工程と、
前記第1の領域に隣接する前記半導体基板の第2の領域に、前記第1導電型のドーパント不純物を第1のエネルギーより低い第3のエネルギーにより導入し、前記半導体基板内に前記第1導電型の第2のウェルを形成する工程と、
前記第1導電型の第1のトランジスタを前記第1のウェルに形成し、前記第1のトランジスタに接続される第2導電型の第2のトランジスタを前記第2のウェルに形成する工程とを有し、
前記埋め込み不純物層の濃度ピーク位置と前記第1のウェルの濃度ピーク位置との距離は、1μm以上である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first conductivity type dopant impurity is introduced into at least a first region of the first conductivity type semiconductor substrate by a first energy, and the first conductivity type buried in the semiconductor substrate is spaced from the surface of the semiconductor substrate. Forming an impurity layer;
A second conductivity type dopant impurity is introduced into the first region of the semiconductor substrate by a second energy lower than the first energy to form the second conductivity type first well in the semiconductor substrate. Process,
The dopant impurity of the first conductivity type is introduced into the second region of the semiconductor substrate adjacent to the first region by a third energy lower than the first energy, and the first conductivity is introduced into the semiconductor substrate. Forming a second well of the mold;
Forming the first conductivity type first transistor in the first well, and forming the second conductivity type second transistor connected to the first transistor in the second well; Have
The distance between the concentration peak position of the buried impurity layer and the concentration peak position of the first well is 1 μm or more.
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタを形成する工程では、前記第1のトランジスタのソース/ドレインの一方と前記第2のトランジスタのソース/ドレインの一方とを電気的に接続する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the step of forming the first transistor and the second transistor, one of the source / drain of the first transistor and one of the source / drain of the second transistor are electrically connected. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを形成する工程では、前記第1導電型の第3のトランジスタを前記第1のウェルに更に形成し、ソース/ドレインの一方が前記第3のトランジスタのソース/ドレインの一方に電気的に接続される前記第2導電型の第4のトランジスタを前記第2のウェルに更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5 or 6,
In the step of forming the first transistor and the second transistor, the third transistor of the first conductivity type is further formed in the first well, and one of the source / drain is the source of the third transistor. / The fourth transistor of the second conductivity type that is electrically connected to one of the drains is further formed in the second well.
前記埋め込み不純物層を形成する工程では、前記第2のウェルの下方における前記半導体基板内にも前記埋め込み不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 5 to 7,
In the step of forming the buried impurity layer, the buried impurity layer is also formed in the semiconductor substrate below the second well.
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