JP2016009825A - Semiconductor device and manufacturing method of 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.
半導体装置には、例えば、シリコン基板上にMOS(metal-oxide-semiconductor)トランジスタを有し、その上にMOSトランジスタに電気的に接続される多層配線を形成したものがある。ここで、半導体装置では、静電気に起因する電荷が配線を通してMOSトランジスタのゲート絶縁膜にダメージを与えることを防止するためにMOSトランジスタを保護する保護ダイオードを形成している。保護ダイオードは、保護対象となるトランジスタと同じウェル内に形成される。例えば、P型ウェルに形成されたN型MOSトランジスタの場合、N型MOSトランジスタを保護する保護ダイオードも同じP型ウェルに形成する。この場合、N型MOSトランジスタから保護ダイオードへのリーク電流を低減させるために、N型MOSトランジスタと保護ダイオードの間には、素子分離絶縁膜を形成する。さらに、N型MOSトランジスタの形成工程で、ゲート電極の両側にイオンを注入してソース/ドレイン領域を形成するときに、保護ダイオードの形成領域に同じ条件でイオンを注入して保護ダイオードを形成する。このようにして形成したN型MOSトランジスタのゲート電極と、保護ダイオードは、上層に形成した配線を介して電気的に接続される。 Some semiconductor devices include, for example, a MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor on a silicon substrate and a multilayer wiring electrically connected to the MOS transistor formed thereon. Here, in the semiconductor device, a protection diode that protects the MOS transistor is formed in order to prevent charges caused by static electricity from damaging the gate insulating film of the MOS transistor through the wiring. The protection diode is formed in the same well as the transistor to be protected. For example, in the case of an N-type MOS transistor formed in a P-type well, a protective diode that protects the N-type MOS transistor is also formed in the same P-type well. In this case, in order to reduce a leakage current from the N-type MOS transistor to the protection diode, an element isolation insulating film is formed between the N-type MOS transistor and the protection diode. Further, when forming the source / drain regions by implanting ions on both sides of the gate electrode in the formation process of the N-type MOS transistor, ions are implanted into the formation region of the protection diode under the same conditions to form the protection diode. . The gate electrode of the N-type MOS transistor thus formed and the protection diode are electrically connected via a wiring formed in the upper layer.
ここで、P型ウェルを用いずに、P型基板上にトランジスタを形成する場合、N型トランジスタと保護ダイオードの間には、素子分離絶縁膜に沿ったリーク電流が発生し易くなる。そこで、リーク電流を低減するために、保護ダイオードの形成領域に予めイオン注入してウェルを形成した後に、保護ダイオードを形成する。一方、トランジスタの形成領域にはウェルは形成しない。これにより、N型トランジスタのリーク電流が低減させることができる。 Here, when a transistor is formed on a P-type substrate without using a P-type well, a leak current along the element isolation insulating film is easily generated between the N-type transistor and the protection diode. Therefore, in order to reduce the leakage current, the protection diode is formed after the well is formed by ion implantation in advance in the formation region of the protection diode. On the other hand, no well is formed in the transistor formation region. Thereby, the leakage current of the N-type transistor can be reduced.
ところが、保護ダイオードの形成領域にイオン注入する場合、製造工程中の熱処理でイオン注入層のイオンがP型基板中に拡散し、N型トランジスタの形成領域のイオン濃度が変化し、N型トランジスタの閾値電圧が変動することが考えられる。このために、従来の半導体装置では、被保護素子であるトランジスタと保護ダイオードは、イオン拡散の影響を受けない距離に離して配置している。しかしながら、トランジスタと保護ダイオードの配置間隔が大きくなると、半導体装置の集積度を高めることが困難になる。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、トランジスタから保護ダイオードへのリーク電流を抑制しつつ、トランジスタとその保護ダイオードを近接して配置できるようにすることを目的とする。
However, when ions are implanted into the protective diode formation region, the ions in the ion implantation layer diffuse into the P-type substrate due to the heat treatment during the manufacturing process, and the ion concentration in the N-type transistor formation region changes. It is conceivable that the threshold voltage varies. For this reason, in the conventional semiconductor device, the transistor and the protection diode, which are protected elements, are arranged at a distance that is not affected by ion diffusion. However, when the arrangement interval between the transistor and the protection diode is increased, it is difficult to increase the degree of integration of the semiconductor device.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to allow a transistor and its protection diode to be arranged close to each other while suppressing leakage current from the transistor to the protection diode.
実施形態の一観点によれば、シリコン基板上の第1の素子形成領域に配置されたトランジスタと、前記シリコン基板上の第2の素子形成領域に配置され、前記トランジスタのゲート電極に電気的に接続されている保護ダイオードと、前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域の間に配置された素子分離絶縁膜と、前記保護ダイオードと前記トランジスタの間の前記第2の素子形成領域に配置された保護絶縁膜と、前記保護絶縁膜上に配置され、前記ゲート電極のチャネルがオフとなる電位、又は前記ゲート電極と同電位に接続されている保護電極と、を含む半導体装置が提供される。 According to one aspect of the embodiment, the transistor disposed in the first element formation region on the silicon substrate and the second element formation region on the silicon substrate are electrically connected to the gate electrode of the transistor. A protection diode connected thereto, an element isolation insulating film disposed between the first element formation region and the second element formation region, and the second element formation between the protection diode and the transistor A semiconductor device comprising: a protective insulating film disposed in a region; and a protective electrode disposed on the protective insulating film and connected to a potential at which a channel of the gate electrode is turned off or the same potential as the gate electrode Is provided.
また、実施形態の別の観点によれば、シリコン基板上に素子分離絶縁膜を形成して、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域を画定し、前記第1の素子形成領域にトランジスタを形成し、前記第2の素子形成領域に保護ダイオードを形成し、前記第2の素子形成領域の前記保護ダイオードより前記トランジスタ側の領域に保護絶縁膜を形成した後、前記保護絶縁膜上に保護電極を形成し、前記保護ダイオードと前記トランジスタのゲート電極を電気的に接続し、前記保護電極を前記ゲート電極のチャネルがオフとなる電位、又は前記ゲート電極と同電位に接続することを含む半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the embodiment, an element isolation insulating film is formed on a silicon substrate to define a first element formation region and a second element formation region. In the first element formation region, After forming a transistor, forming a protection diode in the second element formation region, forming a protection insulating film in a region closer to the transistor than the protection diode in the second element formation region, and then on the protection insulating film Forming a protective electrode, electrically connecting the protective diode and the gate electrode of the transistor, and connecting the protective electrode to a potential at which the channel of the gate electrode is turned off, or to the same potential as the gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
トランジスタから保護ダイオードへのリーク電流を抑制できると共に、半導体回路の高集積化が図れる。 The leakage current from the transistor to the protection diode can be suppressed, and the semiconductor circuit can be highly integrated.
発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
The foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not intended to limit the invention.
まず、図1Aに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
図1Aに示すように、P型のシリコン基板1に、素子分離絶縁膜2を複数形成する。素子分離絶縁膜2には、例えば、シャロートレンチアイソレーション(STI)を使用する。STIは、シリコン基板1の素子分離領域に溝を形成し、その中にシリコン酸化等の絶縁膜を埋め込むことにより形成される。これにより、シリコン基板1の表面に、素子分離絶縁膜2で区画された複数の素子形成領域3が形成される。
First, steps required until a sectional structure shown in FIG. 1A is obtained will be described.
As shown in FIG. 1A, a plurality of element isolation
次いで、シリコン基板1の一部の表面に不純物をイオン注入し、ウェル10を形成する。例えば、素子形成領域にドーパント不純物としてn型不純物、例えばリンを注入するとNウェルが形成される。また、素子形成領域にドーパント不純物としてp型不純物、例えばボロンを注入すると、Pウェルが形成される。ウェル10は、不純物が、例えば、1×1016cm−3〜1×1017cm−3の濃度になるように注入される。
Next, impurities are ion-implanted into a part of the surface of the silicon substrate 1 to form the
続いて、図1Bに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、シリコン基板1上の素子形成領域3の1つであって、ウェル10を形成していない領域をトランジスタ形成領域11(第1の素子形成領域)とする。さらに、ウェル10を形成していない領域であって、トランジスタ形成領域11の隣りの領域を保護ダイオード形成領域12(第2の素子形成領域)とする。これら素子形成領域11,12は、同じ不純物濃度であり、かつシリコン基板1の不純物濃度と等しくなっている。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG. 1B is obtained will be described.
First, a region which is one of the
トランジスタ形成領域11には、最初に、ゲート絶縁膜13を形成する。ゲート絶縁膜13の形成方法としては、例えば、トランジスタ形成領域の表面や保護ダイオード形成領域の一部を熱酸化させる方法がある。ここでは、ゲート絶縁膜13は、熱酸化によるシリコン酸化膜を形成し、その厚さは例えば1nm〜10nmとする。なお、ゲート絶縁膜13は、CVD法等を用いて誘電率の高い材料で形成しても良い。また、これと同時に、トランジスタ形成領域11に保護絶縁膜であるゲート絶縁膜14が形成される。ゲート絶得膜14の厚さは、隣りのトランジスタ形成領域11のゲート絶縁膜13と同じ厚さとする。
First, a
この後、シリコン基板1の全面に、非晶質又は多結晶のシリコン膜を形成する。シリコン膜の膜厚は、例えば約50nmとする。シリコン膜をパターニングすることにより、トランジスタ形成領域11にゲート電極15が形成される。ゲート電極15は、図示を省略する他のトランジスタ形成領域11にも形成される。さらに、これと同時に、保護ダイオード形成領域12に保護電極16が形成される。保護電極16は、保護ダイオード形成領域12を区画する素子分離絶縁膜2の一部を覆い、かつ素子分離絶縁膜2の間の露出するシリコン基板1の一部も覆うように形成される。一つの例として、保護電極16は、シリコン基板1を四角形に露出させる開口部を有し、素子分離絶縁膜2上に延びるリング形状に形成される。ここで、ゲート電極15及び保護電極16は、金属材料から形成しても良い。
Thereafter, an amorphous or polycrystalline silicon film is formed on the entire surface of the silicon substrate 1. The film thickness of the silicon film is about 50 nm, for example. By patterning the silicon film, the
続いて、図1Cに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。なお、図1Cは、図1BのA−A線に沿った断面における製造工程を説明する図である。
ゲート電極15をマスクにしたイオン注入により、ゲート電極15の両側の領域に不純物を注入して、エクステンションソース/ドレイン領域17を形成する。エクステンションソース/ドレイン領域17には、不純物が、例えば、1×1017cm−3〜1×1018cm−3の濃度になるように注入する。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG. FIG. 1C is a diagram illustrating a manufacturing process in a cross section taken along line AA in FIG. 1B.
Impurity source /
この後に、ゲート電極15を含むシリコン基板1の上側全面に絶縁膜を形成する。絶縁膜としては、例えばCVD法により形成された酸化シリコン膜が用いられる。そして、絶縁膜をエッチバックしてゲート電極15の両側部分のみを残し、絶縁性サイドウォール18を形成する。
Thereafter, an insulating film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 including the
ここで、絶縁性サイドウォール18とゲート電極15をマスクにしてゲート電極15の両側に、不純物を再びイオン注入し、各ゲート電極15の側方のシリコン基板1にエクステンションソース/ドレイン領域17の深い領域を構成するソース/ドレイン拡散層を形成する。これによって、シリコン基板1にゲート電極15を挟むようにソース/ドレイン領域19が形成される。ソース/ドレイン領域19には、不純物を例えば、1×1018cm−3〜1×1019cm−3の濃度になるように注入する。
Here, impurities are ion-implanted again on both sides of the
また、このとき、図1Dに示すように、イオン注入によって、保護ダイオード20が形成される。また、保護ダイオード20には、不純物を例えば1×1018cm−3〜1×1019cm−3の濃度になるように注入する。不純物の注入後には、熱処理を行う。この熱処理によって、各ソース/ドレイン領域19及び保護ダイオード20が活性化されて低抵抗化する。
At this time, as shown in FIG. 1D, the
さらに、ゲート電極15を含むシリコン基板1の上側全面に不図示のマスクを形成する。マスクには、トランジスタ形成領域及び保護ダイオードの上面に開口部を設ける。続いて、マスクを使用して金属膜をスパッタ法により形成する。金属膜は、例えば、コバルト膜やニッケル膜の高融点金属が好ましいが、比較的に融点が低い金属であっても良い。この後、金属膜を加熱してシリコンと反応させる。これにより、図1C及び図1Dに示すように、ゲート電極15の上面と、ソース/ドレイン領域19と、保護電極16の上と、保護ダイオード20の上のそれぞれに、コバルトシリサイド層やニッケルシリサイド層といった金属シリサイド層21A,21Bが形成される。ここまでの工程で、シリコン基板1の活性領域ごとに、ゲート絶縁膜13,ゲート電極15、ソース/ドレイン領域19によって構成されるトランジスタ(半導体素子)T1が形成される。なお、図1Aに示すウェル10を形成した素子形成領域や、他の素子形成領域に、トランジスタや保護ダイオードを形成しても良い。トランジスタや保護ダイオードの形成方法は、前記と同様である。また、1つの素子形成領域3に2つ以上のトランジスタや、保護ダイオードを形成しても良い。
Further, a mask (not shown) is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 including the
次に、図1E及び図1Fに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
最初に、トランジスタを含むシリコン基板1の全面に、第1層間絶縁膜21を形成する。第1層間絶縁膜21には、例えば、シリコン窒化膜と、シリコン酸化(SiO2)膜との積層構造を採用できる。シリコン窒化膜は、例えばプラズマCVD法によって形成する。シリコン酸化膜は、例えばTEOS(tetra ethoxy silane)ガスを用いたプラズマCVD法によって、例えば、450nm〜550nmの厚さに形成する。第1層間絶縁膜21の表面は、化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法を用いて研磨し、シリコン基板1の表面から第1層間絶縁膜21の表面までの膜厚を所定値、例えば約150nm〜250nmに調整する。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIGS. 1E and 1F is obtained will be described.
First, a first
さらに、第1層間絶縁膜21の上に不図示のレジスト膜を塗布した後、レジスト膜にフォトリソグラフィ技術によって開口部を形成する。開口部は、トランジスタのゲート電極15の上方や、ソース/ドレイン領域19の上方、保護電極16の上方、保護ダイオード20の上方に複数形成する。続いて、レジスト膜をマスクにしたドライエッチングにより、第1層間絶縁膜21を加工し、コンタクトホール22,23,24を複数形成する。エッチング深さは、金属シリサイド層21A,21B又は保護ダイオード20に到達するまでとする。これにより、ゲート電極15の上と保護電極16の上のそれぞれに、コンタクトホール22が形成される。また、保護ダイオード20の上にコンタクトホール23が形成される。さらに、ソース/ドレイン領域19の上に、コンタクトホール24が形成される。さらに、この後、不図示のレジスト膜をアッシング等により除去する。
Further, after applying a resist film (not shown) on the first
続いて、各コンタクトホール22,23,24内に、導電性プラグ27A,27B,28,29を形成する。具体的には、最初に、コンタクトホール22,23,24の内面に、密着層をスパッタ法によって形成する。密着層は、3nm〜7nmのチタン膜と、3nm〜7nmの窒化チタン膜とを積層して形成する。さらに、密着膜の上に、タングステン膜をCVD法により成長させる。タングステン膜は、各コンタクトホール22,23,24内に埋め込まれると共に、第1層間絶縁膜21の上方に、例えば150nm〜250nmの厚さに成長させる。この後、第1層間絶縁膜21上に成長した余分なタングステン膜及び密着膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法による研磨で除去する。この結果、コンタクトホール22内には、ゲート電極15に電気的に接続される導電性プラグ27Aと、保護電極16に電気的に接続される導電性プラグ27Bが形成される。また、コンタクトホール23内には、保護ダイオード20に電気的に接続される導電性プラグ28が形成される。さらに、コンタクトホール24内には、ソース/ドレイン領域19に電気的に接続される導電性プラグ29が形成される。
Subsequently,
次に、図1Gに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
最初に、第1層間絶縁膜21上に、シリコン酸化膜等の第2層間絶縁膜31を形成する。続いて、第2層間絶縁膜31を不図示のレジスト膜をマスクにしてドライエッチングして配線溝32,33を形成する。さらに、配線溝32を含む第2層間絶縁膜31の全面にTaN膜を例えばスパッタ法にて約8nmの厚さに形成する。この後、TaN膜上に、導電材としてCu膜をメッキ法によって形成する。Cu膜の厚さは、例えば350nm〜400nmとする。表面の余分なCu膜と、TaN膜は、CMP法による研磨で順番に除去する。この研磨によって、1層目の配線35,36が形成される。配線35は、導電性プラグ27A,28と電気的に接続される。これによって、トランジスタT1と保護ダイオード20が電気的に接続され、同電位になる。また、配線36は、導電性プラグ27Bに電気的に接続される。以降は、必要な総数だけ配線構造を形成することにより、半導体装置51を作製する。また、多層の配線構造内には、必要に応じて他の素子も形成される。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.
First, a second
ここで、図2に平面形状の一例を示すように、トランジスタT1のゲート電極15と保護ダイオード20は、配線35を介して電気的に接続されている。また、保護ダイオード20の周囲の保護電極16は、配線36によってトランジスタT1がオフになる電位に接続されている。保護電極16は、ゲート電極15のチャネルがオフとなる電位、又はゲート電極15と同電位に接続される。一つの例として、保護電極16は、トランジスタT1がN型である場合、不図示のGND電源(P型ウェル)等に接続される。
Here, as shown in an example of a planar shape in FIG. 2, the
ここで、図1G及び図2に示すように、保護対象であるトランジスタT1と保護ダイオード20の間の保護ダイオード形成領域12上におけるゲート絶縁膜14及び保護電極16の長さ、即ち保護ダイオード形成領域12に対する保護電極16の被り量(幅)は、W1である。被り量W1は、トランジスタT1のソース・ゲート・ドレインの配列方向におけるゲート電極幅W2に対して、W2≦W1の関係になっている。被り量W1がゲート電極幅W2より大きくなることで、リーク電流が保護ダイオード20に流れることを防止できる。被り量W1は、トランジスタT1のサブスレッショルト領域のリーク電流より保護ダイオード20とトランジスタT1間のリーク電流が小さくなるように調節することが好ましい。
Here, as shown in FIGS. 1G and 2, the length of the
また、素子分離絶縁膜2上における保護電極16の長さ、即ち保護電極16の素子分離絶縁膜2への被り幅W3は、製造での幅バラツキや、位置合わせ精度等を考慮し、W3>0とする。これにより、トランジスタT1と保護ダイオード20の間の素子分離絶縁膜3に沿ったリーク電流の発生を防止できる。
The length of the
保護電極16を有しない構造では、例えば、トランジスタT1のソース/ドレイン領域19から保護ダイオード20にリーク電流が流れてしまう。このために、トランジスタT1の閾値電圧を高くすると、トランジスタT1をオフしたときにオフ電流以上のリーク電流がトランジスタT1のソース/ドレイン領域19から保護ダイオード20に流れる。これに対し、実施形態の半導体装置51では、保護電極16を有することにより、素子分離絶縁膜2の側壁に沿ったリークパスが抑制されるので、サブスレッショルド領域のリーク電流が発生したとしても、保護ダイオード20に流れることが防止され、トランジスタT1をオフにできる。
In the structure without the
以上、説明したように、半導体装置51は、ウェルを用いない構成において、トランジスタT1と保護ダイオード20の間にゲート絶縁膜14と保護電極16の積層構造を設け、保護電極16をゲート電極15のチャネルがオフとなる電位、又はゲート電極15と同電位に接続した。これにより、素子分離絶縁膜2に沿ったリーク電流の発生が抑制され、サブスレッショルドリークの低減が可能となり、消費電力が図れる。また、保護ダイオード20の周囲に不純物注入領域を形成する必要がなくなるので、半導体回路の高集積化が図れる。また、ゲート絶縁膜14の製造工程及び保護電極16の製造工程は、それぞれトランジスタT1のゲート絶縁膜13の製造工程及びゲート電極15の製造工程と同時に、かつ同じ条件で実施することができるので、工程を増やすことなく、リーク電流の抑制や半導体回路の高集積化を図れる。
As described above, the
ここで、実施形態の変形例について説明する。
図3及び図4に示す変形例では、保護電極16に電気的に接続されている導電性プラグ27Bが配線35に接続されている。これにより、保護電極16は、配線35を介してゲート電極15及び保護ダイオード20と電気的に接続される。この変形例では、保護電極16がゲート電極15及び保護ダイオード20と同電位になることで、リーク電流の発生を防止する。
Here, a modification of the embodiment will be described.
In the modification shown in FIGS. 3 and 4, the conductive plug 27 </ b> B electrically connected to the
また、図5及び図6に示す変形例では、保護ダイオード20と保護電極16に対して1つの導電性プラグ27Cが接続されている。この変形例では、保護電極16がゲート電極15及び保護ダイオード20と同電位になることで、リーク電流の発生を防止する。
なお、これらの変形例に係る半導体装置51は、前記と同様の方法で製造できる。
In the modification shown in FIGS. 5 and 6, one conductive plug 27 </ b> C is connected to the
The
(第2の実施形態)
第2の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付している。また、第1の実施の形態と重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment. Moreover, the description which overlaps with 1st Embodiment is abbreviate | omitted.
最初に、図7Aに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、P型のシリコン基板1に素子分離絶縁膜2を形成する。少なくとも1つのトランジスタ形成領域11には、例えば、N型不純物を注入してN型のウェル10を形成する。また、少なくとも1つのトランジスタ形成領域11には、不純物を注入せず、ウェル10を形成しない。さらに、ウェル10を形成しないトランジスタ形成領域11の隣りを保護ダイオード形成領域12とする。保護ダイオード形成領域12には、ウェルを形成しない。即ち、これら素子形成領域11,12は、同じ不純物濃度であり、かつシリコン基板1の不純物濃度と等しくなっている。
First, steps required until a sectional structure shown in FIG.
First, an element
続いて、ウェル10を形成しないトランジスタ形成領域11に、第1のゲート絶縁膜13を第1の厚さh1に形成する。さらに、ウェル10を形成したトランジスタ形成領域11と、保護ダイオード形成領域12に、保護絶縁膜である第2のゲート絶縁膜61を第2の厚さh2に形成する。第2のゲート絶縁膜61の第2の厚さh2は、第1のゲート絶縁膜13の第1の厚さh1より厚い。
Subsequently, a first
続いて、図7Bに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
トランジスタ形成領域11の各ゲート絶縁膜13,61上にゲート電極15を形成する。さらに、保護ダイオード形成領域12の第2のゲート絶縁膜61上に保護電極16を形成する。保護電極16は、保護ダイオード形成領域12を区画する素子分離絶縁膜2の一部の上にも形成する。以降は、第1の実施の形態と同様の工程を実施し、ウェル10を有しないトランジスタ形成領域11にトランジスタT1を形成する。また、ウェル10上のトランジスタ形成領域11にトランジスタT2を形成する。さらに、保護ダイオード形成領域12に保護ダイオード20を形成する。なお、保護ダイオード20の保護対象は、素子分離絶縁膜2を挟んで配置されるトランジスタT1である。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.
A
さらに、図7Cに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
最初に、トランジスタを含むシリコン基板1の全面に、第1層間絶縁膜21を形成する。第1層間絶縁膜21には、導電性プラグ27A,27B,27C,28,29を埋め込む。トランジスタT2のゲート電極15には、導電性プラグ27Cが電気的に接続される。さらに、第1層間絶縁膜21上に、第2層間絶縁膜31を形成し、配線35,36,37を形成する。なお、配線35〜37や、トランジスタT1、保護電極16、保護ダイオード20の平面視における配置は、図2と同様である。以降は、必要な総数だけ配線構造を形成することにより、半導体装置71を作製する。また、多層の配線構造内には、必要に応じて他の素子も形成される。
Further, steps required until a sectional structure shown in FIG.
First, a first
この半導体装置71では、保護対象であるトランジスタT1の第1のゲート絶縁膜13の厚さh1より、保護ダイオード20の周囲の保護電極16下の第2のゲート絶縁膜61の厚さh2が厚いので、膜厚が同じ場合に比べて、保護ダイドード20に流れるリーク電流をさらに低減でき、第1の実施形態に比べて閾値電圧がより高いトランジスタT1の形成が可能となる。
In this
ここで、半導体装置71では、保護対象であるトランジスタT1と保護ダイオード20の間の保護ダイオード形成領域12におけるゲート絶縁膜14及び保護電極16の長さ、即ち保護ダイオード形成領域12上での保護電極16の被り量(幅)は、W4である。被り量W4は、トランジスタT1のソース・ゲート・ドレインの配列方向におけるゲート電極幅W2に対して、W2≦W4の関係になっている。これにより、リーク電流が保護ダイオード20に流れることを防止できる。なお、第2のゲート絶縁膜61の厚さh2が、保護対象であるトランジスタT1のゲート絶縁膜13の厚さh1より厚いので、保護ダイオード形成領域12上での保護電極16の被り量W4は、第1の実施の形態の被り量W1より小さくできる。
Here, in the
この半導体装置71では、第1の実施の形態と同様の作用及び効果が得られる。ここにおいて、保護ダイオード形成領域12の第2のゲート絶縁膜61の製造工程は、トランジスタT2における第2のゲート絶縁膜61の製造工程と同時に、かつ同じ条件で形成できるので、製造工程が増加することはない。
In this
ここで、実施形態に変形例について説明する。
図8に示す半導体装置81は、保護電極16が、素子分離絶縁膜3より内側の領域に形成されている。即ち、保護電極16と素子分離絶縁膜3の被り量W4はゼロになる。このために、素子分離絶縁膜3とだ保護電極16の間で露出する保護ダイオード形成領域12に金属シリサイド層21Bが形成されている。この半導体装置81では、被り量W4がゼロであっても、トランジスタT1のリークは被り量W4がゼロ部分のジャンクションリークの増加分に抑えられ、閾値電圧が高いトランジスタT1を作製できる。このことは半導体装置51の形態に於いても同様である。
Here, a modified example of the embodiment will be described.
In the
ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。 All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, and such examples and It is to be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
以下に、前記の実施の形態の特徴を付記する。
(付記1)
シリコン基板上の第1の素子形成領域に配置されたトランジスタと、
前記シリコン基板上の第2の素子形成領域に配置され、前記トランジスタのゲート電極に電気的に接続されている保護ダイオードと、
前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域の間に配置された素子分離絶縁膜と、
前記保護ダイオードと前記トランジスタの間の前記第2の素子形成領域に配置された保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜上に配置され、前記ゲート電極のチャネルがオフとなる電位、又は前記ゲート電極と同電位に接続されている保護電極と、
を含む半導体装置。
(付記2)
前記第1の素子形成領域の不純物濃度は、前記第2の素子形成領域の不純物濃度に等しいことを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記第1の素子形成領域および前記第2の素子形成領域の不純物濃度は、前記シリコン基板の不純物濃度に等しいことを特徴とする付記2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記保護ダイオードと前記トランジスタの間に配置された前記保護絶縁膜及び前記保護電極の前記第2の素子形成領域上の幅は、前記トランジスタのゲート長より大きいことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか一項に記載の半導体装置。
(付記5)
前記保護電極は、前記トランジスタと前記保護ダイオードの間の素子分離絶縁膜の上方に延びていることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか一項に記載の半導体装置。
(付記6)
前記トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚より前記保護絶縁膜の膜厚が厚いことを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか一項に記載の半導体装置。
(付記7)
前記保護電極は、前記ゲート電極及び前記保護ダイオードと電気的に接続されていることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか一項に記載の半導体装置。
(付記8)
シリコン基板上に素子分離絶縁膜を形成して、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域を画定し、
前記第1の素子形成領域にトランジスタを形成し、
前記第2の素子形成領域に保護ダイオードを形成し、
前記第2の素子形成領域の前記保護ダイオードより前記トランジスタ側の領域に保護絶縁膜を形成した後、前記保護絶縁膜上に保護電極を形成し、
前記保護ダイオードと前記トランジスタのゲート電極を電気的に接続し、
前記保護電極を前記ゲート電極のチャネルがオフとなる電位、又は前記ゲート電極と同電位に接続することを含む半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記第1の素子形成領域の不純物濃度は、前記第2の素子形成領域の不純物濃度に等しいことを特徴とする付記8に記載の半導体装置。
(付記10)
前記第1の素子形成領域および前記第2の素子形成領域の不純物濃度は、前記シリコン基板の不純物濃度に等しいことを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記トランジスタのゲート絶縁膜と前記保護絶縁膜を同時に形成し、前記トランジスタのゲート電極と前記保護電極を同時に形成することを特徴とする付記8乃至付記10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記保護ダイオードと前記トランジスタの間に配置された前記保護絶縁膜及び前記保護電極の前記第2の素子形成領域上の幅を前記トランジスタのゲート長より大きく形成することを特徴とする付記8乃至付記11のいずれか一項に記載の半導体装置。
(付記13)
前記保護絶縁膜を前記トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚より厚く形成することを特徴とする付記8乃至付記12のいずれか一項に記載の半導体装置。
The features of the above embodiment will be added below.
(Appendix 1)
A transistor disposed in a first element formation region on a silicon substrate;
A protective diode disposed in a second element formation region on the silicon substrate and electrically connected to a gate electrode of the transistor;
An element isolation insulating film disposed between the first element formation region and the second element formation region;
A protective insulating film disposed in the second element formation region between the protective diode and the transistor;
A protective electrode disposed on the protective insulating film and connected to the potential at which the channel of the gate electrode is turned off or the same potential as the gate electrode;
A semiconductor device including:
(Appendix 2)
The semiconductor device according to appendix 1, wherein an impurity concentration of the first element formation region is equal to an impurity concentration of the second element formation region.
(Appendix 3)
The semiconductor device according to
(Appendix 4)
Additional widths of the protective insulating film and the protective electrode arranged between the protective diode and the transistor on the second element formation region are larger than a gate length of the transistor. The semiconductor device according to any one of the above.
(Appendix 5)
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective electrode extends above an element isolation insulating film between the transistor and the protective diode.
(Appendix 6)
The semiconductor device according to any one of appendix 1 to appendix 5, wherein the protective insulating film is thicker than the gate insulating film of the transistor.
(Appendix 7)
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the protective electrode is electrically connected to the gate electrode and the protective diode.
(Appendix 8)
Forming an element isolation insulating film on the silicon substrate to define a first element formation region and a second element formation region;
Forming a transistor in the first element formation region;
Forming a protective diode in the second element formation region;
After forming a protective insulating film in a region closer to the transistor than the protective diode in the second element formation region, a protective electrode is formed on the protective insulating film,
Electrically connecting the protection diode and the gate electrode of the transistor;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: connecting the protective electrode to a potential at which a channel of the gate electrode is turned off or to the same potential as the gate electrode.
(Appendix 9)
The semiconductor device according to appendix 8, wherein an impurity concentration of the first element formation region is equal to an impurity concentration of the second element formation region.
(Appendix 10)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, wherein the impurity concentration of the first element formation region and the second element formation region is equal to the impurity concentration of the silicon substrate.
(Appendix 11)
11. The semiconductor device according to any one of appendices 8 to 10, wherein the gate insulating film and the protective insulating film of the transistor are formed simultaneously, and the gate electrode and the protective electrode of the transistor are formed simultaneously. Production method.
(Appendix 12)
The widths of the protective insulating film and the protective electrode disposed between the protective diode and the transistor on the second element formation region are formed larger than the gate length of the transistor. 11. The semiconductor device according to
(Appendix 13)
13. The semiconductor device according to any one of appendices 8 to 12, wherein the protective insulating film is formed thicker than a thickness of a gate insulating film of the transistor.
1 シリコン基板
2 素子分離絶縁膜
11 トランジスタ形成領域(第1の素子形成領域)
12 保護ダイオード形成領域(第2の素子形成領域)
13 ゲート絶縁膜
14 ゲート絶縁膜(保護絶縁膜)
15 ゲート電極
16 保護電極
20 保護ダイオード
61 第2のゲート絶縁膜(保護絶縁膜)
T1,T2 トランジスタ
W1,W4 被り量(幅)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 Protection diode formation region (second element formation region)
13
15
T1, T2 Transistors W1, W4 Covering amount (width)
Claims (7)
前記シリコン基板上の第2の素子形成領域に配置され、前記トランジスタのゲート電極に電気的に接続されている保護ダイオードと、
前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域の間に配置された素子分離絶縁膜と、
前記保護ダイオードと前記トランジスタの間の前記第2の素子形成領域に配置された保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜上に配置され、前記ゲート電極のチャネルがオフとなる電位、又は前記ゲート電極と同電位に接続されている保護電極と、
を含む半導体装置。 A transistor disposed in a first element formation region on a silicon substrate;
A protective diode disposed in a second element formation region on the silicon substrate and electrically connected to a gate electrode of the transistor;
An element isolation insulating film disposed between the first element formation region and the second element formation region;
A protective insulating film disposed in the second element formation region between the protective diode and the transistor;
A protective electrode disposed on the protective insulating film and connected to the potential at which the channel of the gate electrode is turned off or the same potential as the gate electrode;
A semiconductor device including:
前記第1の素子形成領域にトランジスタを形成し、
前記第2の素子形成領域に保護ダイオードを形成し、
前記第2の素子形成領域の前記保護ダイオードより前記トランジスタ側の領域に保護絶縁膜を形成した後、前記保護絶縁膜上に保護電極を形成し、
前記保護ダイオードと前記トランジスタのゲート電極を電気的に接続し、
前記保護電極を前記ゲート電極のチャネルがオフとなる電位、又は前記ゲート電極と同電位に接続することを含む半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation insulating film on the silicon substrate to define a first element formation region and a second element formation region;
Forming a transistor in the first element formation region;
Forming a protective diode in the second element formation region;
After forming a protective insulating film in a region closer to the transistor than the protective diode in the second element formation region, a protective electrode is formed on the protective insulating film,
Electrically connecting the protection diode and the gate electrode of the transistor;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: connecting the protective electrode to a potential at which a channel of the gate electrode is turned off or to the same potential as the gate electrode.
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