JP2017005057A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のCMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)領域を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a plurality of CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) regions.
特許文献1は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)半導体装置を開示している。この半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成されたn型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)およびp型MOSFETとを含む。n型MOSFETはn型ゲート電極を有し、p型MOSFETはp型ゲート電極を有している。
CMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)領域を備えた半導体装置では、互いに異なる定格電圧からなる複数のCMIS領域が半導体基板上に設定されることがある。この場合、複数のCMIS領域には、相対的に高い定格電圧のCMIS領域と、相対的に低い定格電圧のCMIS領域とが含まれる。なお、定格電圧とは、CMIS領域を動作させるために必要な電圧である。各CMIS領域は、n型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)と、p型MISFETとを含む。半導体基板上には、n型MISFETおよびp型MISFETを被覆するように層間絶縁膜が形成され、層間絶縁膜上にn型MISFETおよびp型MISFETに電力を供給する複数の配線が形成される。 In a semiconductor device having a CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) region, a plurality of CMIS regions having different rated voltages may be set on a semiconductor substrate. In this case, the plurality of CMIS regions include a CMIS region having a relatively high rated voltage and a CMIS region having a relatively low rated voltage. The rated voltage is a voltage necessary for operating the CMIS region. Each CMIS region includes an n-type MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) and a p-type MISFET. An interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate so as to cover the n-type MISFET and the p-type MISFET, and a plurality of wirings for supplying power to the n-type MISFET and the p-type MISFET are formed on the interlayer insulating film.
たとえば、特許文献1および特許文献2のように、n型ゲート電極を含むn型MISFETと、p型ゲート電極を含むp型MISFETとを形成することにより、p型MISFETにおける閾値電圧を低減できることが知られている。しかしながら、この構成の場合、配線を形成する金属材料のイオン(金属イオン等の陽イオン)が可動イオンとなって漏れ出して、p型MISFETの特性が変動する虞がある。
For example, as in
より具体的には、配線から漏れ出した可動イオンは、層間絶縁膜を介してn型ゲート電極およびp型ゲート電極に至る。n型ゲート電極では、n型不純物により可動イオンがゲッタリング(捕獲)されるが、p型ゲート電極では、そのようなゲッタリング効果は見込めない。そのため、p型ゲート電極直下に位置するゲート絶縁膜に可動イオンが到達し、捕獲される結果、p型MISFETにおける閾値電圧が変動する。 More specifically, the movable ions leaking from the wiring reach the n-type gate electrode and the p-type gate electrode through the interlayer insulating film. In the n-type gate electrode, mobile ions are gettered (captured) by n-type impurities, but such a gettering effect cannot be expected in the p-type gate electrode. As a result, the movable ions reach the gate insulating film located immediately below the p-type gate electrode and are trapped. As a result, the threshold voltage in the p-type MISFET varies.
可動イオンは定格電圧が高くなるにつれて増加するため、相対的に低い定格電圧のCMIS領域では、可動イオンが比較的少なくその影響も小さい傾向にある。しかしながら、相対的に高い定格電圧のCMIS領域では、可動イオンが比較的多く存在するので、その影響を受け易い傾向にある。とりわけ、相対的に高い定格電圧のCMIS領域におけるp型MISFETでは、p型ゲート電極の採用による閾値電圧の低減量よりも可動イオンによる閾値電圧の変動量の方が大きくなる虞がある。 Since the mobile ions increase as the rated voltage increases, in the CMIS region where the rated voltage is relatively low, there is a relatively small amount of mobile ions and the influence thereof tends to be small. However, in the CMIS region having a relatively high rated voltage, a relatively large amount of mobile ions exists, and thus tends to be easily affected. In particular, in a p-type MISFET in the CMIS region having a relatively high rated voltage, there is a possibility that the amount of variation in threshold voltage due to mobile ions will be greater than the amount of reduction in threshold voltage due to the adoption of a p-type gate electrode.
そこで、本発明は、複数のCMIS領域を備えた半導体装置において、可動イオンによる閾値電圧の変動を抑制し、信頼性を向上できる半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can improve the reliability by suppressing the fluctuation of the threshold voltage due to movable ions in a semiconductor device having a plurality of CMIS regions.
上記目的を達成するための本発明の一局面に係る半導体装置は、相対的に高い定格電圧の高圧側CMIS領域と、相対的に低い定格電圧の低圧側CMIS領域とが設定された半導体基板を含む。さらに、半導体装置は、前記高圧側CMIS領域および前記低圧側CMIS領域を被覆するように前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記高圧側CMIS領域および前記低圧側CMIS領域に電力を供給する複数の配線とを含む。この構成において、前記高圧側CMIS領域は、第1ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板上に形成され、n型不純物がドーピングされた第1ゲート電極を含む高圧側n型MISFETと、第2ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板上に形成され、n型不純物がドーピングされた第2ゲート電極を含む高圧側p型MISFETとを有している。一方、前記低圧側CMIS領域は、n型不純物がドーピングされた第3ゲート電極を含む低圧側n型MISFETと、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極を含む低圧側p型MISFETとを有している。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a semiconductor substrate in which a high voltage side CMIS region having a relatively high rated voltage and a low voltage side CMIS region having a relatively low rated voltage are set. Including. Further, a semiconductor device is formed on the interlayer insulating film so as to cover the high-voltage side CMIS region and the low-voltage side CMIS region, and the high-voltage side CMIS region, A plurality of wirings for supplying power to the low-voltage side CMIS region. In this configuration, the high-voltage side CMIS region is formed on the semiconductor substrate with a first gate insulating film interposed therebetween, and includes a high-voltage side n-type MISFET including a first gate electrode doped with an n-type impurity, and a second gate. A high-voltage side p-type MISFET formed on the semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween and including a second gate electrode doped with an n-type impurity. On the other hand, the low-voltage side CMIS region has a low-voltage side n-type MISFET including a third gate electrode doped with an n-type impurity and a low-voltage side p-type MISFET including a fourth gate electrode doped with a p-type impurity. doing.
この構成によれば、相対的に高い定格電圧の高圧側CMIS領域と、相対的に低い定格電圧の低圧側CMIS領域とが半導体基板に設定されている。低圧側CMIS領域の定格電圧は、高圧側CMIS領域の定格電圧よりも低い。定格電圧とは、高圧側CMIS領域および低圧側CMIS領域を動作させるために必要な電圧である。
この構成において、高圧側CMIS領域は、n型不純物がドーピングされた第1ゲート電極を含む高圧側n型MISFETと、n型不純物がドーピングされた第2ゲート電極を含む高圧側p型MISFETとを有するシングルゲート構造を含む。一方、低圧側CMIS領域は、n型不純物がドーピングされた第3ゲート電極を含む低圧側n型MISFETと、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極を含む低圧側p型MISFETとを有するデュアルゲート構造を含む。つまり、半導体装置は、シングルゲート構造およびデュアルゲート構造の両方を含むハイブリッドゲート構造を有している。
According to this configuration, the high voltage side CMIS region having a relatively high rated voltage and the low voltage side CMIS region having a relatively low rated voltage are set on the semiconductor substrate. The rated voltage of the low voltage side CMIS region is lower than the rated voltage of the high voltage side CMIS region. The rated voltage is a voltage necessary for operating the high-voltage side CMIS region and the low-voltage side CMIS region.
In this configuration, the high voltage side CMIS region includes a high voltage side n type MISFET including a first gate electrode doped with an n type impurity and a high voltage side p type MISFET including a second gate electrode doped with an n type impurity. Including a single gate structure. On the other hand, the low-voltage side CMIS region is a dual having a low-voltage side n-type MISFET including a third gate electrode doped with an n-type impurity and a low-voltage side p-type MISFET including a fourth gate electrode doped with a p-type impurity. Includes gate structure. That is, the semiconductor device has a hybrid gate structure including both a single gate structure and a dual gate structure.
高圧側CMIS領域では、配線から漏れ出した可動イオン(金属イオン等の陽イオン)は、層間絶縁膜を介してn型不純物がドーピングされた第1ゲート電極およびn型不純物がドーピングされた第2ゲート電極に至る。この可動イオンは、第1ゲート電極および第2ゲート電極のn型不純物によってゲッタリング(捕獲)されるので、可動イオンが第1ゲート絶縁膜および第2ゲート絶縁膜に至るのを抑制できる。これにより、高圧側CMIS領域において、閾値電圧が変動するのを抑制できる。一方、低圧側CMIS領域では、可動イオンの影響が小さいので、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極によって、閾値電圧を低減できる。 In the high-pressure side CMIS region, the mobile ions (cations such as metal ions) leaking from the wiring are the first gate electrode doped with the n-type impurity and the second doped with the n-type impurity through the interlayer insulating film. It reaches the gate electrode. Since the movable ions are gettered (captured) by the n-type impurities of the first gate electrode and the second gate electrode, it is possible to suppress the movable ions from reaching the first gate insulating film and the second gate insulating film. Thereby, it can suppress that a threshold voltage fluctuates in the high voltage side CMIS region. On the other hand, since the influence of mobile ions is small in the low-pressure side CMIS region, the threshold voltage can be reduced by the fourth gate electrode doped with the p-type impurity.
この構成によれば、高圧側CMIS領域の高圧側p型MISFETにおいて、n型不純物がドーピングされた第2ゲート電極が形成されているので、可動イオンによる閾値電圧の変動を抑制できる。そして、低圧側CMIS領域の低圧側p型MISFETにおいて、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極が形成されているので、閾値電圧を低減できる。その結果、信頼性を向上できる半導体装置を提供できる。 According to this configuration, since the second gate electrode doped with the n-type impurity is formed in the high-voltage side p-type MISFET in the high-voltage side CMIS region, fluctuations in the threshold voltage due to movable ions can be suppressed. Since the fourth gate electrode doped with the p-type impurity is formed in the low-voltage p-type MISFET in the low-voltage CMIS region, the threshold voltage can be reduced. As a result, a semiconductor device that can improve reliability can be provided.
前記半導体装置において、前記高圧側p型MISFETは、前記第2ゲート電極に電気的に接続されるように前記半導体基板の表面部に互いに間隔を空けて形成され、p型不純物がそれぞれにドーピングされたp型ソース領域およびp型ドレイン領域を含んでいてもよい。
前記半導体装置において、前記高圧側CMIS領域は、2.5Vよりも大きい定格電圧を有していてもよい。また、前記低圧側CMIS領域は、2.5V以下の定格電圧を有していてもよい。
In the semiconductor device, the high-voltage side p-type MISFET is formed on the surface portion of the semiconductor substrate so as to be electrically connected to the second gate electrode, and is respectively doped with p-type impurities. The p-type source region and the p-type drain region may be included.
In the semiconductor device, the high voltage side CMIS region may have a rated voltage larger than 2.5V. The low voltage side CMIS region may have a rated voltage of 2.5 V or less.
前記半導体装置において、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極は、0.35μm以下のゲート長を有していてもよい。また、前記半導体装置において、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極は、0.25μm以下のゲート長を有していてもよい。
前記半導体装置において、前記第2ゲート電極は、1.0×1020cm−3以上1.0×1022cm−3以下のn型不純物濃度を有していてもよい。
In the semiconductor device, the first gate electrode and the second gate electrode may have a gate length of 0.35 μm or less. In the semiconductor device, the first gate electrode and the second gate electrode may have a gate length of 0.25 μm or less.
In the semiconductor device, the second gate electrode may have an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 20 cm −3 or more and 1.0 × 10 22 cm −3 or less.
前記半導体装置において、前記第1ゲート電極は、n型不純物がドーピングされたn型ポリシリコンゲート電極を含んでいてもよい。また、前記第2ゲート電極は、n型不純物がドーピングされたn型ポリシリコンゲート電極を含んでいてもよい。
前記半導体装置において、前記層間絶縁膜は、SiO2またはSiNを含んでいてもよい。たとえば、層間絶縁膜がBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)またはPSG(Phosphorus Silicon Glass)を含む場合、n型不純物である燐(P)を有しているので、その構成上、配線からの可動イオン(陽イオン)をゲッタリング(捕獲)できる。しかしながら、BPSGまたはPSGを含む層間絶縁膜を形成する場合、燐(P)等の不純物を拡散させるため、成膜後に熱処理工程により半導体基板を加熱する必要がある。この場合、半導体基板に形成された不純物領域が目的位置からさらに拡散し、他の領域に拡がることがある。
In the semiconductor device, the first gate electrode may include an n-type polysilicon gate electrode doped with an n-type impurity. The second gate electrode may include an n-type polysilicon gate electrode doped with an n-type impurity.
In the semiconductor device, the interlayer insulating film may contain SiO 2 or SiN. For example, when the interlayer insulating film contains BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) or PSG (Phosphorus Silicon Glass), it has phosphorus (P) which is an n-type impurity. (Cation) can be gettered (captured). However, when an interlayer insulating film containing BPSG or PSG is formed, it is necessary to heat the semiconductor substrate by a heat treatment step after film formation in order to diffuse impurities such as phosphorus (P). In this case, the impurity region formed in the semiconductor substrate may further diffuse from the target position and spread to other regions.
本発明では、n型不純物がドーピングされた第1ゲート電極および第2ゲート電極により可動イオンをゲッタリング(捕獲)できるので、BPSGまたはPSGに代えてSiO2またはSiNを含む層間絶縁膜を形成できる。これにより、熱処理工程による半導体基板の加熱を回避できるので、半導体基板に形成された不純物領域の不所望な拡散を抑制できる。その結果、信頼性をより一層向上できる半導体装置を提供できる。また、熱処理工程を省略できるので、製造工程を簡略化できる。 In the present invention, since mobile ions can be gettered (captured) by the first gate electrode and the second gate electrode doped with n-type impurities, an interlayer insulating film containing SiO 2 or SiN can be formed instead of BPSG or PSG. . Thereby, heating of the semiconductor substrate due to the heat treatment process can be avoided, so that undesired diffusion of impurity regions formed in the semiconductor substrate can be suppressed. As a result, a semiconductor device that can further improve reliability can be provided. Further, since the heat treatment process can be omitted, the manufacturing process can be simplified.
なお、可動イオンのゲッタリング(捕獲)効果に着目して、BPSGまたはPSGを含む層間絶縁膜を形成してもよい。つまり、前記半導体装置において、前記層間絶縁膜は、SiO2、SiN、BPSGおよびPSGを含む群から選択される1つまたは複数の絶縁材料を含んでいてもよい。
本発明の他の局面に係る半導体装置は、2.5Vよりも大きい定格電圧の高圧側CMIS領域と、2.5V以下の定格電圧の低圧側CMIS領域とを含む複数のCMIS領域が設定された半導体基板を含む。さらに、半導体装置は、前記複数のCMIS領域を被覆するように前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記複数のCMIS領域に電力を供給する複数の配線とを含む。この構成において、前記高圧側CMIS領域は、ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板上に形成され、ゲート長が0.35μm以下のn型不純物がドーピングされたn型ゲート電極を有する高圧側p型MISFETを含む。一方、前記低圧側CMIS領域は、ゲート長が0.35μm以下のp型不純物がドーピングされたp型ゲート電極を有する低圧側p型MISFETを含む。
Note that an interlayer insulating film containing BPSG or PSG may be formed by paying attention to the gettering (trapping) effect of mobile ions. In other words, in the semiconductor device, the interlayer insulating film may include one or more insulating materials selected from the group including SiO 2 , SiN, BPSG, and PSG.
In the semiconductor device according to another aspect of the present invention, a plurality of CMIS regions including a high voltage side CMIS region having a rated voltage higher than 2.5V and a low voltage side CMIS region having a rated voltage of 2.5V or less are set. Includes a semiconductor substrate. Further, the semiconductor device includes an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the plurality of CMIS regions, and a plurality of semiconductor devices formed on the interlayer insulating film and supplying power to the plurality of CMIS regions. Including wiring. In this configuration, the high voltage side CMIS region is formed on the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and has a high voltage side p type having an n type gate electrode doped with an n type impurity having a gate length of 0.35 μm or less. Includes MISFET. Meanwhile, the low-voltage side CMIS region includes a low-voltage side p-type MISFET having a p-type gate electrode doped with a p-type impurity having a gate length of 0.35 μm or less.
p型MISFETにおいて、ゲート長が0.35μm以下のp型不純物がドーピングされたp型ゲート電極が採用された場合、2.5Vよりも大きい電圧が印加されると、閾値電圧の低減効果が見込めない程度に可動イオンによって閾値電圧が大きく変動する虞がある。
そこで、この構成では、複数のCMIS領域のうち、2.5Vよりも大きい定格電圧の高圧側CMIS領域の高圧側p型MISFETにおいて、n型不純物がドーピングされたn型ゲート電極を採用している。これにより、配線から漏れ出した可動イオンは、n型ゲート電極のn型不純物によってゲッタリング(捕獲)されるので、可動イオンがゲート絶縁膜に至るのを抑制できる。これにより、高圧側CMIS領域において、閾値電圧が変動するのを抑制できる。一方、低圧側CMIS領域では、可動イオンの影響が小さいので、p型不純物がドーピングされたp型ゲート電極を形成することによって、閾値電圧を低減できる。
In a p-type MISFET, when a p-type gate electrode doped with a p-type impurity having a gate length of 0.35 μm or less is employed, a threshold voltage reduction effect can be expected when a voltage higher than 2.5 V is applied. There is a risk that the threshold voltage may fluctuate greatly due to mobile ions.
Therefore, in this configuration, an n-type gate electrode doped with an n-type impurity is employed in the high-voltage side p-type MISFET of the high-voltage side CMIS region having a rated voltage higher than 2.5 V among the plurality of CMIS regions. . As a result, the mobile ions leaking from the wiring are gettered (captured) by the n-type impurity of the n-type gate electrode, so that the mobile ions can be prevented from reaching the gate insulating film. Thereby, it can suppress that a threshold voltage fluctuates in the high voltage side CMIS region. On the other hand, since the influence of mobile ions is small in the low-pressure side CMIS region, the threshold voltage can be reduced by forming a p-type gate electrode doped with a p-type impurity.
この構成によれば、高圧側CMIS領域の高圧側p型MISFETにおいて、n型不純物がドーピングされたn型ゲート電極が形成されているので、可動イオンによる閾値電圧の変動を抑制できる。そして、低圧側CMIS領域の低圧側p型MISFETにおいて、p型不純物がドーピングされたp型ゲート電極が形成されているので、閾値電圧を低減できる。その結果、信頼性を向上できる半導体装置を提供できる。 According to this configuration, since the n-type gate electrode doped with the n-type impurity is formed in the high-voltage side p-type MISFET in the high-voltage side CMIS region, fluctuations in threshold voltage due to movable ions can be suppressed. Since the p-type gate electrode doped with the p-type impurity is formed in the low-voltage side p-type MISFET in the low-voltage side CMIS region, the threshold voltage can be reduced. As a result, a semiconductor device that can improve reliability can be provided.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかる半導体装置1の平面図である。図2は、図1に示すII-II線に沿う断面図である。図3は、図1に示すIII-III線に沿う断面図である。
以下では、n型不純物(n型)というときには、5価の元素(たとえば燐(P)、ヒ素(As)等)が主たる不純物として含まれ、p型不純物(p型)というときには、3価の元素(たとえばホウ素(B)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)等)が主たる不純物として含まれるものとして説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view of a
Hereinafter, when an n-type impurity (n-type) is referred to, a pentavalent element (eg, phosphorus (P), arsenic (As), etc.) is included as a main impurity, and when a p-type impurity (p-type) is referred to, a trivalent element is included. It is assumed that an element (for example, boron (B), indium (In), gallium (Ga), etc.) is contained as a main impurity.
半導体装置1は、p型のシリコン基板からなる半導体基板2を含む。半導体基板2上には、複数のCMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)領域が設定されている。複数のCMIS領域には、相対的に高い定格電圧の高圧側CMIS領域3と、相対的に低い定格電圧の低圧側CMIS領域4とが含まれる。
より具体的には、図1〜図3に示すように、半導体基板2には、当該半導体基板2の表面上の領域を複数のアクティブ領域5に区画する素子分離部6が形成されている。複数の素子分離部6は、半導体基板2の表面の法線方向から見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において、互いに平行なストライプ状に延びる帯状の部分を含む。本実施形態では、素子分離部6は、半導体基板2に形成された複数のトレンチ7に絶縁体8が埋め込まれたSTI(Shallow Trench Isolation)を含む。絶縁体8は、たとえば酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)等であってもよい。本実施形態では、絶縁体8は酸化シリコンからなる。
The
More specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the
図2および図3の断面視において、各トレンチ7は、開口端から底部へ向かって幅が徐々に狭まるテーパ状に形成されている。絶縁体8は、トレンチ7内に収容された埋め込み部8aと、トレンチ7外に形成され、半導体基板2の表面よりも上方に突出した突出部8bとを一体的に含む。絶縁体8の埋め込み部8aは、断面視において、トレンチ7の形状に倣って幅が狭まるテーパ状に形成されている。つまり、埋め込み部8aは、半導体基板2の表面に対して傾斜した側面を有している。
2 and 3, each
絶縁体8の突出部8bは、断面視において、半導体基板2の表面に対して垂直に突出する四角形状に形成されている。突出部8bは、半導体基板2の表面に対して平行な頂面(平坦面)および垂直な側面を有している。突出部8bの突出量は、半導体基板2の表面を基準に、たとえば0.05μm以上0.1μm以下である。なお、素子分離部6は、STIに代えてまたはこれに加えてLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により形成されたLOCOS膜を含んでいてもよい。本実施形態では、このような複数の素子分離部6に区画されたストライプ状のアクティブ領域5に、高圧側CMIS領域3および低圧側CMIS領域4が設定されている。以下、高圧側CMIS領域3の具体的な構成を説明した後、低圧側CMIS領域4の具体的な構成について説明する。
<高圧側CMIS領域>
図1および図2を参照して、高圧側CMIS領域3は、素子分離部6によって互いに素子分離された高圧側n型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)9および高圧側p型MISFET10を含む。高圧側n型MISFET9の定格電圧Vdd1nおよび高圧側p型MISFET10の定格電圧Vdd1pは、いずれも2.5Vよりも大きい。
The protruding
<High pressure side CMIS area>
Referring to FIGS. 1 and 2, high voltage
より具体的には、高圧側n型MISFET9および高圧側p型MISFET10の各定格電圧Vdd1n,Vdd1pは、3.0Vを超えて100V以下である。定格電圧Vdd1n,Vdd1pとは、具体的には高圧側n型MISFET9および高圧側p型MISFET10を動作させるのに必要な電圧であり、いずれもドレイン・ソース間電圧で定義される。以下、高圧側n型MISFET9および高圧側p型MISFET10の具体的な構成を順に説明する。
(1)高圧側n型MISFET
高圧側n型MISFET9における半導体基板2の表面部には、素子分離部6の辺に沿って、p型ウェル11が形成されている。p型ウェル11と半導体基板2との境界は、素子分離部6の底部に接している。このp型ウェル11に接するように、第1ゲート絶縁膜12が半導体基板2の表面上に形成されている。
More specifically, the rated voltages V dd1n and V dd1p of the high-voltage side n-
(1) High voltage side n-type MISFET
A p-
第1ゲート絶縁膜12は、平面視においてストライプ状に形成されている。第1ゲート絶縁膜12は、たとえば100Å以上1500Å以下の厚さを有している。第1ゲート絶縁膜12は、SiO2膜であってもよい。この第1ゲート絶縁膜12を挟んでp型ウェル11に対向するように、n型不純物がドーピングされたn型の第1ゲート電極13が平面視においてストライプ状に形成されている。第1ゲート電極13は、より具体的には、n型不純物がドーピングされたn型ポリシリコンゲート電極を含む。
The first
図1を参照して、第1ゲート電極13は、0.35μm以下、より具体的には0.25μm以下のゲート長L1を有している。第1ゲート電極13のゲート長L1は、本実施形態では、第1ゲート電極13のストライプ方向に直交する方向の幅で定義される。第1ゲート電極13は、たとえば1.0×1020cm−3以上1.0×1022cm−3以下のn型不純物濃度を有していてもよい。第1ゲート電極13の表面には、たとえばチタンシリサイド(TiSi2)からなるシリサイド膜14が形成されている。第1ゲート電極13の両側面は、SiN等の絶縁材料からなるサイドウォール15で覆われている。
Referring to FIG. 1, the
第1ゲート電極13の一方側におけるp型ウェル11の表面部には、第1n型ソース領域16および第1n型ソースコンタクト領域17が形成されている。第1n型ソース領域16および第1n型ソースコンタクト領域17により、DDD(Double diffused Drain)構造が形成されている。なお、第1n型ソース領域16のみを形成することによって、LDD(Lightly Doped Drain)構造としてもよい。
A first n-
第1n型ソース領域16は、サイドウォール15に対して自己整合的に形成されている。第1n型ソース領域16は、第1ゲート電極13のn型不純物濃度と同一のn型不純物濃度を有していてもよい。第1n型ソース領域16は、第1ゲート電極13に対して自己整合的に形成された第1n型ソースオフセット領域18を一体的に含む。第1n型ソースオフセット領域18のn型不純物濃度は、第1n型ソース領域16のn型不純物濃度よりも小さい。第1n型ソースコンタクト領域17は、第1n型ソース領域16の表面部に形成されている。第1n型ソース領域16および第1n型ソースコンタクト領域17の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜19が形成されている。
The first n-
第1ゲート電極13におけるp型ウェル11の他方側の表面部には、第1n型ソース領域16から間隔を空けて、第1n型ドレイン領域20および第1n型ドレインコンタクト領域21が形成されている。第1n型ドレイン領域20および第1n型ドレインコンタクト領域21により、DDD構造が形成されている。なお、第1n型ドレイン領域20のみを形成することによって、LDD構造としてもよい。
A first n-
第1n型ドレイン領域20は、サイドウォール15に対して自己整合的に形成されている。第1n型ドレイン領域20は、第1ゲート電極13のn型不純物濃度と同一のn型不純物濃度を有していてもよい。第1n型ドレイン領域20は、第1ゲート電極13に対して自己整合的に形成された第1n型ドレインオフセット領域22を一体的に含む。第1n型ドレインオフセット領域22のn型不純物濃度は、第1n型ドレイン領域20のn型不純物濃度よりも小さい。
The first n-
第1n型ドレインコンタクト領域21は、第1n型ドレイン領域20の表面部に形成されている。第1n型ドレイン領域20および第1n型ドレインコンタクト領域21の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜23が形成されている。第1n型ソース領域16と第1n型ドレイン領域20との間の領域が、高圧側n型MISFET9のチャネル領域24である。
(2)高圧側p型MISFET
高圧側p型MISFET10における半導体基板2の表面部には、素子分離部6の辺に沿って、n型ウェル31が形成されている。n型ウェル31は、前述のp型ウェル11と同一の深さで形成されている。n型ウェル31のn型不純物濃度は、p型ウェル11のp型不純物濃度と同一であってもよい。n型ウェル31と半導体基板2との境界は、素子分離部6の底部に接している。このn型ウェル31に接するように、第2ゲート絶縁膜32が半導体基板2の表面上に形成されている。
The first n-type
(2) High voltage side p-type MISFET
An n-
第2ゲート絶縁膜32は、平面視においてストライプ状に形成されている。第2ゲート絶縁膜32は、前述の第1ゲート絶縁膜12と同一の厚さおよび同一材料で形成されている。この第2ゲート絶縁膜32を挟んでn型ウェル31に対向するように、n型不純物がドーピングされたn型の第2ゲート電極33が形成されている。第2ゲート電極33は、より具体的には、n型不純物がドーピングされたn型ポリシリコンゲート電極を含む。
The second
図1を参照して、第2ゲート電極33は、0.35μm以下、より具体的には0.25μm以下のゲート長L2を有している。第2ゲート電極33のゲート長L2は、本実施形態では、第2ゲート電極33のストライプ方向に直交する方向の幅で定義される。第2ゲート電極33は、たとえば1.0×1020cm−3以上1.0×1022cm−3以下のn型不純物濃度を有していてもよい。第2ゲート電極33の表面には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜34が形成されている。第2ゲート電極33の両側面は、SiN等の絶縁材料からなるサイドウォール35で覆われている。
Referring to FIG. 1,
第2ゲート電極33の一方側におけるn型ウェル31の表面部には、第1p型ソース領域36および第1p型ソースコンタクト領域37が形成されている。第1p型ソース領域36および第1p型ソースコンタクト領域37により、DDD構造が形成されている。なお、第1p型ソース領域36のみを形成することによって、LDD構造としてもよい。
第1p型ソース領域36は、サイドウォール35に対して自己整合的に形成されている。第1p型ソース領域36は、第2ゲート電極33に対して自己整合的に形成された第1p型ソースオフセット領域38を一体的に含む。第1p型ソースオフセット領域38のp型不純物濃度は、第1p型ソース領域36のp型不純物濃度よりも小さい。第1p型ソースコンタクト領域37は、第1p型ソース領域36の表面部に形成されている。第1p型ソース領域36および第1p型ソースコンタクト領域37の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜39が形成されている。
A first p-
The first p-
第2ゲート電極33におけるn型ウェル31の他方側の表面部には、第1p型ソース領域36から間隔を空けて、第1p型ドレイン領域40および第1p型ドレインコンタクト領域41が形成されている。第1p型ドレイン領域40および第1p型ドレインコンタクト領域41により、DDD構造が形成されている。なお、第1p型ドレイン領域40のみを形成することによって、LDD構造としてもよい。
A first p-
第1p型ドレイン領域40は、サイドウォール35に対して自己整合的に形成されている。第1p型ドレイン領域40は、第2ゲート電極33に対して自己整合的に形成された第1p型ドレインオフセット領域42を一体的に含む。第1p型ドレインオフセット領域42のp型不純物濃度は、第1p型ドレイン領域40のp型不純物濃度よりも小さい。第1p型ドレインコンタクト領域41は、第1p型ドレイン領域40の表面部に形成されている。第1p型ドレイン領域40および第1p型ドレインコンタクト領域41の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜43が形成されている。第1p型ソース領域36と第1p型ドレイン領域40との間の領域が、高圧側p型MISFET10のチャネル領域44である。
<低圧側CMIS領域>
図1および図3を参照して、低圧側CMIS領域4は、素子分離部6によって互いに素子分離された低圧側n型MISFET49および低圧側p型MISFET50を含む。低圧側n型MISFET49の定格電圧Vdd2nおよび低圧側p型MISFET50の定格電圧Vdd2pは、いずれも2.5V以下(定格電圧Vdd2n,Vdd2p>0V)である。定格電圧Vdd2n,Vdd2pとは、具体的には低圧側n型MISFET49および低圧側p型MISFET50を動作させるのに必要な電圧であり、いずれもドレイン・ソース間電圧で定義される。以下、低圧側n型MISFET49および低圧側p型MISFET50の具体的な構成を順に説明する。
(1)低圧側n型MISFET
低圧側n型MISFET49における半導体基板2の表面部には、素子分離部6の辺に沿って、p型ウェル51が形成されている。p型ウェル51は、前述のp型ウェル11と同一の深さおよび同一のp型不純物濃度で形成されている。p型ウェル51と半導体基板2との境界は、素子分離部6の底部に接している。このp型ウェル51に接するように、第3ゲート絶縁膜52が半導体基板2の表面上に形成されている。
The first p-
<Low pressure side CMIS area>
Referring to FIGS. 1 and 3, low-voltage side CMIS region 4 includes a low-voltage n-
(1) Low voltage side n-type MISFET
A p-
第3ゲート絶縁膜52は、平面視においてストライプ状に形成されている。第3ゲート絶縁膜52は、たとえば100Å以上1500Å以下の厚さを有している。第3ゲート絶縁膜52は、SiO2膜であってもよい。この第3ゲート絶縁膜52を挟んでp型ウェル51に対向するように、n型不純物がドーピングされたn型の第3ゲート電極53が平面視においてストライプ状に形成されている。第3ゲート電極53は、より具体的には、n型不純物がドーピングされたn型ポリシリコンゲート電極を含む。
The third
図1を参照して、第3ゲート電極53は、0.35μm以下、より具体的には0.25μm以下のゲート長L3を有している。第3ゲート電極53のゲート長L3は、本実施形態では、第3ゲート電極53のストライプ方向に直交する方向の幅で定義される。第3ゲート電極53は、たとえば1.0×1020cm−3以上1.0×1022cm−3以下のn型不純物濃度を有していてもよい。第3ゲート電極53の表面には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜54が形成されている。第3ゲート電極53の両側面は、SiN等の絶縁材料からなるサイドウォール55で覆われている。
Referring to FIG. 1, the
第3ゲート電極53の一方側におけるp型ウェル51の表面部には、第2n型ソース領域56および第2n型ソースコンタクト領域57が形成されている。第2n型ソース領域56および第2n型ソースコンタクト領域57により、DDD構造が形成されている。なお、第2n型ソース領域56のみを形成することによって、LDD構造としてもよい。
第2n型ソース領域56は、サイドウォール55に対して自己整合的に形成されている。第2n型ソース領域56は、第3ゲート電極53のn型不純物濃度と同一のn型不純物濃度を有していてもよい。第2n型ソース領域56は、第3ゲート電極53に対して自己整合的に形成された第2n型ソースオフセット領域58を一体的に含む。第2n型ソースオフセット領域58のn型不純物濃度は、第2n型ソース領域56のn型不純物濃度よりも小さい。第2n型ソースコンタクト領域57は、第2n型ソース領域56の表面部に形成されている。第2n型ソース領域56および第2n型ソースコンタクト領域57の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜59が形成されている。
A second n-
The second n-
第3ゲート電極53の他方側におけるp型ウェル51の表面部には、第2n型ソース領域56から間隔を空けて、第2n型ドレイン領域60および第2n型ドレインコンタクト領域61が形成されている。第2n型ドレイン領域60および第2n型ドレインコンタクト領域61により、DDD構造が形成されている。なお、第2n型ドレイン領域60のみを形成することによって、LDD構造としてもよい。
A second n-
第2n型ドレイン領域60は、サイドウォール55に対して自己整合的に形成されている。第2n型ドレイン領域60は、第3ゲート電極53のn型不純物濃度と同一のn型不純物濃度を有していてもよい。第2n型ドレイン領域60は、第3ゲート電極53に対して自己整合的に形成された第2n型ドレインオフセット領域62を一体的に含む。第2n型ドレインオフセット領域62のn型不純物濃度は、第2n型ドレイン領域60のn型不純物濃度よりも小さい。
The second n-
第2n型ドレインコンタクト領域61は、第2n型ドレイン領域60の表面部に形成されている。第2n型ドレイン領域60および第2n型ドレインコンタクト領域61の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜63が形成されている。第2n型ソース領域56と第2n型ドレイン領域60との間の領域が、低圧側n型MISFET49のチャネル領域64である。
(2)低圧側p型MISFET
低圧側p型MISFET50における半導体基板2の表面部には、素子分離部6の辺に沿って、n型ウェル71が形成されている。n型ウェル71は、前述のn型ウェル31と同一の深さおよび同一のn型不純物濃度で形成されている。n型ウェル71と半導体基板2との境界は、素子分離部6の底部に接している。このn型ウェル71に接するように、第4ゲート絶縁膜72が半導体基板2の表面上に形成されている。
The second n-type
(2) Low voltage side p-type MISFET
An n-
第4ゲート絶縁膜72は、前述の第3ゲート絶縁膜52と同一の厚さおよび同一材料で形成されている。この第4ゲート絶縁膜72を挟んでn型ウェル71に対向するように、p型不純物がドーピングされたp型の第4ゲート電極73が平面視においてストライプ状に形成されている。第4ゲート電極73は、より具体的には、p型不純物がドーピングされたp型ポリシリコンゲート電極を含む。
The fourth
図1を参照して、第4ゲート電極73は、0.35μm以下、より具体的には0.25μm以下のゲート長L4を有している。第4ゲート電極73のゲート長L4は、本実施形態では、第4ゲート電極73のストライプ方向に直交する方向の幅で定義される。第4ゲート電極73は、たとえば1.0×1020cm−3以上1.0×1022cm−3以下のp型不純物濃度を有していてもよい。第4ゲート電極73の表面には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜74が形成されている。第4ゲート電極73の両側面は、SiN等の絶縁材料からなるサイドウォール75で覆われている。
Referring to FIG. 1, the
第4ゲート電極73の一方側におけるn型ウェル71の表面部には、第2p型ソース領域76および第2p型ソースコンタクト領域77が形成されている。第2p型ソース領域76および第2p型ソースコンタクト領域77により、DDD構造が形成されている。なお、第2p型ソース領域76のみを形成することによって、LDD構造としてもよい。
第2p型ソース領域76は、サイドウォール75に対して自己整合的に形成されている。第2p型ソース領域76は、第4ゲート電極73のp型不純物濃度と同一のp型不純物濃度を有していてもよい。第2p型ソース領域76は、第4ゲート電極73に対して自己整合的に形成された第2p型ソースオフセット領域78を一体的に含む。第2p型ソースオフセット領域78のp型不純物濃度は、第2p型ソース領域76のp型不純物濃度よりも小さい。第2p型ソースコンタクト領域77は、第2p型ソース領域76の表面部に形成されている。第2p型ソース領域76および第2p型ソースコンタクト領域77の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜79が形成されている。
A second p-
The second p-
第4ゲート電極73の一方側におけるn型ウェル71の表面部には、第2p型ソース領域76から間隔を空けて第2p型ドレイン領域80および第2p型ドレインコンタクト領域81が形成されている。第2p型ドレイン領域80および第2p型ドレインコンタクト領域81により、DDD構造が形成されている。なお、第2p型ドレイン領域80のみを形成することによって、LDD構造としてもよい。
A second p-
第2p型ドレイン領域80は、サイドウォール75に対して自己整合的に形成されている。第2p型ドレイン領域80は、第4ゲート電極73のp型不純物濃度と同一のp型不純物濃度を有していてもよい。第2p型ドレイン領域80は、第4ゲート電極73に対して自己整合的に形成された第2p型ドレインオフセット領域82を一体的に含む。第2p型ドレインオフセット領域82のp型不純物濃度は、第2p型ドレイン領域80のp型不純物濃度よりも小さい。
The second p-
第2p型ドレインコンタクト領域81は、第2p型ドレイン領域80の表面部に形成されている。第2p型ドレイン領域80および第2p型ドレインコンタクト領域81の表面部には、たとえばチタンシリサイドからなるシリサイド膜83が形成されている。第2p型ソース領域76と第2p型ドレイン領域80との間の領域が、低圧側p型MISFET50のチャネル領域84である。
The second p-type
図2および図3を参照して、半導体基板2の表面上には、当該半導体基板2の表面全域を被覆するように層間絶縁膜90が形成されている。本実施形態では、層間絶縁膜90は、SiO2またはSiNを含む。層間絶縁膜90は、一つの絶縁膜または複数の絶縁膜の積層膜により形成されていてもよい。層間絶縁膜90上には、高圧側CMIS領域3および低圧側CMIS領域4に電力を供給する複数の配線91が形成されている。
Referring to FIGS. 2 and 3, an
複数の配線91は、たとえばアルミニウム等の導電材料を含む。各配線91は、層間絶縁膜90を貫通して形成されたコンタクトプラグ92を介して、対応する第1ゲート電極13、第1n型ソース領域16、第1n型ドレイン領域20、第2ゲート電極33、第1p型ソース領域36、第1p型ドレイン領域40、第3ゲート電極53、第2n型ソース領域56、第2n型ドレイン領域60、第4ゲート電極73、第2p型ソース領域76または第2p型ドレイン領域80に電気的に接続されている。なお、各配線91は、第1ゲート電極13、第2ゲート電極33、第3ゲート電極53および第4ゲート電極73を横切るように、それらゲート電極13,33,53,73上の領域に形成されていてもよい。そして、層間絶縁膜90上には、配線91を被覆するように、SiN等の絶縁材料からなる表面保護膜93が形成されている。
The plurality of
図4は、可動イオン94の挙動を説明するための断面図である。図4は、図2に示す断面図に対応している。以下では、高圧側CMIS領域3の高圧側n型MISFET9および高圧側p型MISFET10に定格電圧Vdd1n,Vdd1p(>2.5V)が対応する配線91に印加され、低圧側CMIS領域4の低圧側n型MISFET49および低圧側p型MISFET50に定格電圧Vdd2n,Vdd2p(≦2.5V)が対応する配線91に印加された場合について考える。なお、低圧側CMIS領域4については、図3を参照する。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the behavior of the
半導体装置1は、相対的に高い定格電圧Vdd1n,Vdd1pの高圧側CMIS領域3と、相対的に低い定格電圧Vdd2n,Vdd2pの低圧側CMIS領域4とを含む。高圧側CMIS領域3は、n型不純物がドーピングされた第1ゲート電極13を含む高圧側n型MISFET9と、n型不純物がドーピングされた第2ゲート電極33を含む高圧側p型MISFET10とを有するシングルゲート構造を含む。
The
低圧側CMIS領域4は、n型不純物がドーピングされた第3ゲート電極53を含む低圧側n型MISFET49と、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極73を含む低圧側p型MISFET50とを有するデュアルゲート構造を含む。つまり、半導体装置1は、シングルゲート構造およびデュアルゲート構造の両方を含むハイブリッドゲート構造を有している。
The low-voltage side CMIS region 4 includes a low-voltage side n-
図4を参照して、高圧側CMIS領域3において、定格電圧Vdd1n,Vdd1pが対応する配線91に印加されると、配線91を形成する金属材料からイオンが可動イオン94となって漏れ出す。本実施形態では、可動イオン94は、アルミニウムイオン(陽イオン)を含む。高圧側CMIS領域3では、可動イオン94は、層間絶縁膜90を介して高圧側n型MISFET9の第1ゲート電極13および高圧側p型MISFET10の第2ゲート電極33に至る。
Referring to FIG. 4, when rated voltages V dd1n and V dd1p are applied to corresponding
第1ゲート電極13および第2ゲート電極33には、n型不純物がドーピングされている。したがって、可動イオン94は、第1ゲート電極13および第2ゲート電極33のn型不純物によってゲッタリング(捕獲)される。これにより、可動イオン94が第1ゲート絶縁膜12および第2ゲート絶縁膜32に至るのを抑制できる。その結果、高圧側CMIS領域3において、閾値電圧Vthが変動するのを抑制できる。
The
一方、図3を参照して、低圧側CMIS領域4では、相対的に低い定格電圧Vdd2n,Vdd2pによって配線91におけるイオンの可動が抑制されている。したがって、低圧側CMIS領域4では、可動イオン94による影響は小さいので、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極73によって、閾値電圧Vthを低減できる。
以上のように、本実施形態では、高圧側CMIS領域3では、n型不純物がドーピングされた第2ゲート電極33が形成されているので、可動イオン94による閾値電圧Vthの変動を抑制できる。そして、低圧側CMIS領域4では、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極73が形成されているので、閾値電圧Vthを低減できる。その結果、信頼性を向上できる半導体装置1を提供できる。
On the other hand, referring to FIG. 3, in the low-pressure side CMIS region 4, the movement of ions in the
As described above, in the present embodiment, since the
また、本実施形態では、層間絶縁膜90は、SiO2またはSiNを含む。たとえば、層間絶縁膜90がBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)またはPSG(Phosphorus Silicon Glass)を含む場合、n型不純物である燐(P)を有しているので、その構成上、配線からの可動イオン94をゲッタリング(捕獲)できる。しかしながら、BPSGまたはPSGを含む層間絶縁膜90を形成する場合、燐(P)等の不純物を拡散させるため、成膜後に熱処理工程により半導体基板2を加熱する必要がある。この場合、半導体基板2に形成された不純物領域が目的位置からさらに拡散し、他の領域に拡がることがある。
In the present embodiment, the
本実施形態では、n型不純物がドーピングされた第1ゲート電極13および第2ゲート電極33により可動イオン94をゲッタリング(捕獲)できるので、BPSGまたはPSGに代えてSiO2またはSiNを含む層間絶縁膜90を形成できる。これにより、熱処理工程による半導体基板2の加熱を回避できるので、半導体基板2に形成された不純物領域の不所望な拡散を抑制できる。その結果、信頼性をより一層向上できる半導体装置1を提供できる。また、熱処理工程を省略できるので、製造工程を簡略化できる。
<製造方法>
図5A〜図5Jは、図2に示す高圧側CMIS領域3の製造工程の一例を示す断面図である。図6A〜図6Jは、図3に示す低圧側CMIS領域4の製造工程の一例を示す断面図である。以下では、高圧側n型MISFET9が形成されるアクティブ領域5を高圧側n型MISFET形成領域9aといい、高圧側p型MISFET10が形成されるアクティブ領域5を高圧側p型MISFET形成領域10aという。また、低圧側n型MISFET49が形成されるアクティブ領域5を低圧側n型MISFET形成領域49aといい、低圧側p型MISFET50が形成されるアクティブ領域5を低圧側p型MISFET形成領域50aという。
In this embodiment, since the
<Manufacturing method>
5A to 5J are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of the high-pressure
図5Aおよび図6Aを参照して、たとえば熱酸化法によって、半導体基板2の表面上に熱酸化膜100が形成される。次に、たとえばCDV(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、熱酸化膜100の全域を被覆するように窒化膜101が形成される。次に、たとえばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、窒化膜101および熱酸化膜100にトレンチ7を形成すべき領域を露出させる開口102が選択的に形成される。次に窒化膜101および熱酸化膜100をマスクとするエッチングにより、半導体基板2の不要な部分が除去される。これにより、トレンチ7が形成される。
5A and 6A, a
次に、たとえば熱酸化法によって、トレンチ7の側面および底面に薄いライナー酸化膜(図示せず)が形成される。次に、たとえばCVD法により、トレンチ7を埋めて窒化膜101の全域を被覆するように酸化シリコンからなる絶縁膜が形成される。次に、絶縁膜がエッチバックされて、トレンチ7に絶縁体8が埋め込まれる。これにより、アクティブ領域5(高圧側n型MISFET形成領域9a、高圧側p型MISFET形成領域10a、低圧側n型MISFET形成領域49aおよび低圧側p型MISFET形成領域50a)を区画する素子分離部6となる。
Next, a thin liner oxide film (not shown) is formed on the side and bottom surfaces of the
次に、図5Bおよび図6Bに示すように、窒化膜101および熱酸化膜100がエッチングによって順に除去される。熱酸化膜100を除去するとき、絶縁体8は、熱酸化膜100の厚さの分だけ除去される。これにより、トレンチ7内に収容された埋め込み部8aと、トレンチ7外に形成され、半導体基板2の表面よりも上方に突出した突出部8bとを一体的に含む絶縁体8が形成される。
Next, as shown in FIGS. 5B and 6B, the
次に、図5Cおよび図6Cに示すように、p型ウェル11およびp型ウェル51、ならびに、n型ウェル31およびn型ウェル71が形成される。より具体的には、高圧側n型MISFET形成領域9aおよび低圧側n型MISFET形成領域49aを露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示せず)が、高圧側p型MISFET形成領域10aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aを被覆するように半導体基板2の表面上に形成される。そして、当該イオン注入マスクを介してp型不純物が半導体基板2にドーピングされて、p型ウェル11およびp型ウェル51が同時に形成される。その後、イオン注入マスクは除去される。
Next, as shown in FIGS. 5C and 6C, the p-
同様に、高圧側p型MISFET形成領域10aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aを露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示せず)が、高圧側n型MISFET形成領域9aおよび低圧側n型MISFET形成領域49aを被覆するように半導体基板2の表面上に形成される。そして、当該イオン注入マスクを介してn型不純物が半導体基板2にドーピングされて、n型ウェル31およびn型ウェル71が同時に形成される。その後、イオン注入マスクは除去される。
Similarly, an ion implantation mask (not shown) having an opening for exposing the high-voltage side p-type
次に、図5Dおよび図6Dに示すように、低圧側n型MISFET形成領域49aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aを露出させる開口103を有するマスク104が、高圧側n型MISFET形成領域9aおよび高圧側p型MISFET形成領域10aを被覆するように半導体基板2の表面上に選択的に形成される。次に、たとえば熱酸化法によって、半導体基板2の表面上に薄い熱酸化膜105が形成される。
Next, as shown in FIGS. 5D and 6D, a
次に、マスク104を介するエッチングにより、低圧側n型MISFET形成領域49aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aに形成された熱酸化膜105が除去される。次に、熱酸化法が再度実行されて、低圧側n型MISFET形成領域49aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aに薄い熱酸化膜106が形成される。これにより、第1ゲート絶縁膜12、第2ゲート絶縁膜32、第3ゲート絶縁膜52および第4ゲート絶縁膜72が形成される。なお、第1ゲート絶縁膜12および第2ゲート絶縁膜32は、第3ゲート絶縁膜52および第4ゲート絶縁膜72よりも厚く形成される。その後、マスク104が除去される。
Next, the
次に、図5Eおよび図6Eに示すように、第1ゲート絶縁膜12、第2ゲート絶縁膜32、第3ゲート絶縁膜52および第4ゲート絶縁膜72を被覆するように、半導体基板2の表面上にポリシリコン膜107が形成される。
次に、図5Fおよび図6Fに示すように、たとえばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ポリシリコン膜107、第1ゲート絶縁膜12、第2ゲート絶縁膜32、第3ゲート絶縁膜52および第4ゲート絶縁膜72の不要な部分が除去される。これにより、ポリシリコン膜107が、第1ゲート電極13、第2ゲート電極33、第3ゲート電極53および第4ゲート電極73となる所定の形状にパターニングされる。
Next, as shown in FIGS. 5E and 6E, the
Next, as shown in FIGS. 5F and 6F, the
次に、図5Gおよび図6Gに示すように、高圧側n型MISFET形成領域9aを露出させる開口108を選択的に有するイオン注入マスク109が、高圧側p型MISFET形成領域10a、低圧側n型MISFET形成領域49aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aを被覆するように半導体基板2の表面上に形成される。次に、n型不純物が、イオン注入マスク109を介してp型ウェル11の表面部および第1ゲート電極13にドーピングされる。これにより、第1n型ソースオフセット領域18および第1n型ドレインオフセット領域22が、第1ゲート電極13に対して自己整合的に形成される。その後、イオン注入マスク109が除去される。
Next, as shown in FIGS. 5G and 6G, an
次に、図5Hおよび図6Hに示すように、高圧側p型MISFET形成領域10aを露出させる開口110を有するイオン注入マスク111が、高圧側n型MISFET形成領域9a、低圧側n型MISFET形成領域49aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aを被覆するように半導体基板2の表面上に形成される。次に、p型不純物が、イオン注入マスク111を介してn型ウェル31の表面部および第2ゲート電極33にドーピングされる。これにより、第1p型ソースオフセット領域38および第1p型ドレインオフセット領域42が、第2ゲート電極33に対して自己整合的に形成される。その後、イオン注入マスク111が除去される。
Next, as shown in FIGS. 5H and 6H, an
このような工程と同様の工程が、低圧側n型MISFET形成領域49aおよび低圧側p型MISFET形成領域50aに対しても実行される。より具体的には、低圧側n型MISFET形成領域49aでは、n型不純物が、p型ウェル51の表面部および第3ゲート電極53にドーピングされる。これにより、第2n型ソースオフセット領域58および第2n型ドレインオフセット領域62が、第3ゲート電極53に対して自己整合的に形成される。同様に、低圧側p型MISFET形成領域50aでは、p型不純物が、n型ウェル71の表面部および第4ゲート電極73にドーピングされる。これにより、第2p型ソースオフセット領域78および第2p型ドレインオフセット領域82が、第4ゲート電極73に対して自己整合的に形成される。
A process similar to this process is also performed on the low-voltage n-type
次に、図5Iおよび図6Iに示すように、たとえばCVD法により半導体基板2上に窒化膜(図示せず)を形成した後、当該窒化膜が選択的にエッチングされて、第1ゲート絶縁膜12、第2ゲート絶縁膜32、第3ゲート絶縁膜52および第4ゲート絶縁膜72の各側面にサイドウォール15,35,55,75が形成される。
次に、高圧側p型MISFET形成領域10aにおける第1p型ソース領域36および第1p型ドレイン領域40を形成すべき領域、ならびに、低圧側p型MISFET形成領域50aを露出させる開口112を有するイオン注入マスク113が半導体基板2の表面上に形成される。高圧側p型MISFET形成領域10aにおいて、イオン注入マスク113は、第2ゲート電極33およびサイドウォール35を被覆している。次に、イオン注入マスク113を介してp型不純物が半導体基板2にドーピングされる。
Next, as shown in FIGS. 5I and 6I, after a nitride film (not shown) is formed on the
Next, an ion implantation having a region where the first p-
高圧側p型MISFET形成領域10aでは、p型不純物は、n型ウェル31の表面部にドーピングされる。これにより、第1p型ソース領域36および第1p型ドレイン領域40がサイドウォール35に対して自己整合的に形成される。一方、低圧側p型MISFET形成領域50aでは、p型不純物は、n型ウェル71の表面部および第4ゲート電極73にドーピングされる。これにより、第2p型ソース領域76および第2p型ドレイン領域80がサイドウォール75に対して自己整合的に形成される。その後、イオン注入マスク113が除去される。
In the high voltage side p-type
このような工程と同様の工程が、高圧側n型MISFET形成領域9aおよび低圧側n型MISFET形成領域49aに対しても実行される。より具体的には、高圧側n型MISFET形成領域9aでは、n型不純物が、p型ウェル11の表面部および第1ゲート電極13にドーピングされる。これにより、第1n型ソース領域16および第1n型ドレイン領域20がサイドウォール15に対して自己整合的に形成される。一方、低圧側n型MISFET形成領域49aでは、n型不純物が、p型ウェル51の表面部および第3ゲート電極53にドーピングされる。これにより、第2n型ソース領域56および第2n型ドレイン領域60がサイドウォール55に対して自己整合的に形成される。
A process similar to this process is also performed on the high-voltage side n-type
次に、図5Jおよび図6Jに示すように、半導体基板2の表面全域を被覆するようにチタン膜114が形成される。次に、高圧側p型MISFET形成領域10aの第2ゲート電極33、ならびに、高圧側n型MISFET形成領域9aおよび低圧側n型MISFET形成領域49aを露出させる開口115を有するイオン注入マスク116が半導体基板2の表面上に形成される。次に、n型不純物が、イオン注入マスク116を介して高圧側p型MISFET形成領域10aの第2ゲート電極33、ならびに、高圧側n型MISFET形成領域9aおよび低圧側n型MISFET形成領域49aにドーピングされる。これにより、高圧側p型MISFET形成領域10aにおいて、n型不純物がドーピングされた第2ゲート電極33が形成される。
Next, as shown in FIGS. 5J and 6J, a
次に、第1n型ソースコンタクト領域17、第1n型ドレインコンタクト領域21、第1p型ソースコンタクト領域37、第1p型ドレインコンタクト領域41、第2n型ソースコンタクト領域57、第2n型ドレインコンタクト領域61、第2p型ソースコンタクト領域77および第2p型ドレインコンタクト領域81がイオン注入により形成される。次に、チタン膜114に熱処理が施されて、チタンシリサイドからなるシリサイド膜19,23,34,39,43,54,59,63,74,79,83が対応する部分に形成される。その後、チタン膜114は除去される。そして、半導体基板2上に、層間絶縁膜90、コンタクトプラグ92、配線91および表面保護膜93が順に形成されて半導体装置1が製造される。
Next, the first n-type
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、n型不純物がドーピングされた第1ゲート電極13、第2ゲート電極33および第3ゲート電極53が形成された例について説明した。第1ゲート電極13、第2ゲート電極33および第3ゲート電極53の各n型不純物濃度は、半導体基板2に向かう厚さ方向に関して、異なる濃度プロファイルを有していてもよい。第1ゲート電極13、第2ゲート電極33および第3ゲート電極53の各n型不純物濃度は、たとえば、半導体基板2に向かう方向に徐々に薄くなるように設定されていてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, in the above-described embodiment, the example in which the
また、前述の実施形態では、p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極73が形成された例について説明した。この構成において、第4ゲート電極73のp型不純物濃度は、半導体基板2に向かう厚さ方向に関して、異なる濃度プロファイルを有していてもよい。第4ゲート電極73のp型不純物濃度は、たとえば、半導体基板2に向かう方向に徐々に薄くなるように設定されていてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、前述の実施形態では、層間絶縁膜90がSiO2またはSiNを含む例について説明した。しかし、可動イオン94のゲッタリング(捕獲)効果に着目して、BPSGまたはPSGを含む層間絶縁膜90を形成してもよい。つまり、層間絶縁膜90は、SiO2、SiN、BPSGおよびPSGを含む群から選択される1つまたは複数の絶縁材料(絶縁膜)を含んでいてもよい。層間絶縁膜90が複数の絶縁材料(絶縁膜)を含む場合、層間絶縁膜90は、上記群から選択される複数の絶縁膜が積層された積層膜であってもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、前述の実施形態において、半導体装置1は、高圧側CMIS領域3および低圧側CMIS領域4に加えて、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有する不揮発性メモリが形成されるメモリ領域、BJT(Bipolar Junction Transistor)が形成されるBJT領域、JFET(Junction Field Effect Transistor)が形成されるJFET領域等の各種素子形成領域を含んでいてもよい。また、半導体装置1は、高圧側CMIS領域3および低圧側CMIS領域4に加えて、コンデンサ領域、抵抗領域等が形成される受動素子形成領域を含んでいてもよい。さらに、半導体装置1は、高圧側CMIS領域3および低圧側CMIS領域4と前記素子形成領域および/または受動素子形成領域との組み合わせによって、LSI(Large Scale Integration)、SSI(Small Scale Integration)、MSI(Medium Scale Integration)、VLSI(Very Large Scale Integration)、ULSI(Ultra-Very Large Scale Integration)等の集積回路を構成していてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、前述の実施形態において、半導体装置1の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、半導体装置1において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
In the above-described embodiment, a configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion of the
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1 半導体装置
2 半導体基板
3 高圧側CMIS領域
4 低圧側CMIS領域
9 高圧側n型MISFET
10 高圧側p型MISFET
12 第1ゲート絶縁膜
13 第1ゲート電極
32 第2ゲート絶縁膜
33 第2ゲート電極
36 第1p型ソース領域
40 第1p型ドレイン領域
49 低圧側n型MISFET
50 低圧側p型MISFET
53 第3ゲート電極
73 第4ゲート電極
90 層間絶縁膜
91 配線
94 可動イオン
L1 ゲート長
L2 ゲート長
DESCRIPTION OF
10 High-voltage side p-type MISFET
12 First
50 Low voltage side p-type MISFET
53
Claims (9)
前記高圧側CMIS領域および前記低圧側CMIS領域を被覆するように前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成され、前記高圧側CMIS領域および前記低圧側CMIS領域に電力を供給する複数の配線とを含み、
前記高圧側CMIS領域は、
第1ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板上に形成され、n型不純物がドーピングされた第1ゲート電極を含む高圧側n型MISFETと、
第2ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板上に形成され、n型不純物がドーピングされた第2ゲート電極を含む高圧側p型MISFETとを有しており、
前記低圧側CMIS領域は、
n型不純物がドーピングされた第3ゲート電極を含む低圧側n型MISFETと、
p型不純物がドーピングされた第4ゲート電極を含む低圧側p型MISFETとを有している、半導体装置。 A semiconductor substrate in which a high voltage side CMIS region having a relatively high rated voltage and a low voltage side CMIS region having a relatively low rated voltage are set;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the high-pressure side CMIS region and the low-pressure side CMIS region;
A plurality of wirings formed on the interlayer insulating film and supplying power to the high-voltage side CMIS region and the low-voltage side CMIS region;
The high pressure side CMIS region is:
A high-voltage n-type MISFET formed on the semiconductor substrate with a first gate insulating film interposed therebetween and including a first gate electrode doped with an n-type impurity;
A high-voltage side p-type MISFET including a second gate electrode formed on the semiconductor substrate with a second gate insulating film interposed therebetween and doped with an n-type impurity;
The low pressure side CMIS region is:
a low-voltage n-type MISFET including a third gate electrode doped with an n-type impurity;
A semiconductor device having a low-voltage side p-type MISFET including a fourth gate electrode doped with a p-type impurity.
前記第2ゲート電極に電気的に接続されるように前記半導体基板の表面部に互いに間隔を空けて形成され、p型不純物がそれぞれにドーピングされたp型ソース領域およびp型ドレイン領域を含む、請求項1に記載の半導体装置。 The high-voltage side p-type MISFET is
A p-type source region and a p-type drain region, which are formed on the surface portion of the semiconductor substrate so as to be electrically connected to the second gate electrode and spaced apart from each other, and are respectively doped with p-type impurities; The semiconductor device according to claim 1.
前記低圧側CMIS領域は、2.5V以下の定格電圧を有している、請求項1または2に記載の半導体装置。 The high voltage side CMIS region has a rated voltage greater than 2.5V,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the low-voltage side CMIS region has a rated voltage of 2.5 V or less.
前記第2ゲート電極は、n型不純物がドーピングされたn型ポリシリコンゲート電極を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first gate electrode includes an n-type polysilicon gate electrode doped with an n-type impurity,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode includes an n-type polysilicon gate electrode doped with an n-type impurity.
前記複数のCMIS領域を被覆するように前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成され、前記複数のCMIS領域に電力を供給する複数の配線とを含み、
前記高圧側CMIS領域は、
ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板上に形成され、ゲート長が0.35μm以下のn型不純物がドーピングされたn型ゲート電極を有する高圧側p型MISFETを含み、
前記低圧側CMIS領域は、
ゲート長が0.35μm以下のp型不純物がドーピングされたp型ゲート電極を有する低圧側p型MISFETを含む、半導体装置。 A semiconductor substrate on which a plurality of CMIS regions including a high voltage side CMIS region having a rated voltage greater than 2.5 V and a low voltage side CMIS region having a rated voltage of 2.5 V or less are set;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the plurality of CMIS regions;
A plurality of wirings formed on the interlayer insulating film and supplying power to the plurality of CMIS regions;
The high pressure side CMIS region is:
A high-voltage side p-type MISFET having an n-type gate electrode formed on the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween and doped with an n-type impurity having a gate length of 0.35 μm or less;
The low pressure side CMIS region is:
A semiconductor device including a low-voltage p-type MISFET having a p-type gate electrode doped with a p-type impurity having a gate length of 0.35 μm or less.
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