JP4053434B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に絶縁層で絶縁分離されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板にＭＩＳトランジスタを形成した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高速化、高密度化および低消費電力化の要望に伴い、絶縁層上に設けたシリコンからなる半導体層に半導体素子を形成する、いわゆるＳＯＩ基板にＭＩＳトランジスタ（以下、「ＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタ」と称す）を形成した半導体装置の開発が進められている。このＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、素子間を絶縁分離することによって、トランジスタ底面となる基板側をも含めた完全絶縁分離が可能となるため、リーク電流の低減、電流駆動能力の向上および短チャネル効果の抑制などを図ることができる。このため、今後クォータミクロンオーダの微細なメモリデバイスやロジック回路の基本トランジスタ構造として期待されている。
【０００３】
しかしながら、一般的なＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタでは、ソース・ドレイン拡散層および素子分離絶縁膜で囲まれたチャネル領域（以下、「ボディ領域」とも称す）は外部から電位を与えずフローティングな状態となるため、ホットキャリア効果により発生した多数キャリアがボディに蓄積することによる基板浮遊効果が生じる。これにより、トランジスタ特性が変動してしまうという課題がある。例えば、ドレイン電流−ゲート電圧（ＩD−ＶG ）特性に見られる急峻な電流の立ち上がり、ＩD−ＶD特性に見られるキンク現象、ソース／ドレイン耐圧の低下、ＩD−ＶG特性に見られるラッチ現象等が生じ、ＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタの特性が劣化する。このような特性の劣化は、基板が浮遊状態になっていることによるものであり、寄生バイポーラ効果と呼ばれる。
【０００４】
この基板浮遊状態による寄生バイポーラ効果を防止する方法として、ボディコンタクト領域に電極を形成しボディの電位を固定することができるＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタ（以下、「ボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタ」と称す）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
以下、従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置について説明する。図３は、従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタの一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【０００６】
図３に示すように、ボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、半導体基板からなる支持基板５１と、支持基板５１上に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁層５２と、絶縁層５２上に形成されたシリコンからなる半導体層５３とで構成されたＳＯＩ基板５０を用いて形成されており、支持基板５１と半導体層５３とが絶縁層５２により互いに電気的に絶縁分離されている。
【０００７】
そして、素子分離絶縁膜５４に取り囲まれた半導体層５３の領域には、ｎ型の高濃度ソース・ドレイン拡散層５５と、高濃度ソース・ドレイン拡散層５５に挟まれたｐ型のチャネル領域５６と、チャネル領域５６に接続されたｐ型のボディ引き出し領域５７と、ボディ引き出し領域５７に接続されたｐ型の高濃度ボディコンタクト領域５８とが形成されている。
【０００８】
また、ゲート電極５９は、ボディ引き出し領域５７、チャネル領域５６および素子分離絶縁膜５４の上部に跨ってゲート絶縁膜６０を介して形成されており、ボディ引き出し領域５７の上部に位置する第１ゲート電極部５９ａと、チャネル領域５６の上部に位置する第２ゲート電極部５９ｂと、素子分離絶縁膜５４の上部に位置する第３ゲート電極部５９ｃとで構成されている。第１ゲート電極部５９ａと第２ゲート電極部５９ｂの接続箇所５９ａｂはテーパー形状を有しており、第２ゲート電極部５９ｂと第３ゲート電極部５９ｃの接続箇所５９ｂｃは直角形状を有している。
【０００９】
ここで、ボディ引き出し領域５７の上に第１ゲート電極部５９ａが設けられているのは、ソース・ドレインのｎ＋領域（５５）とボディコンタクトのＰ−およびＰ＋領域（５８）を分離するためである。現状では、サリサイドプロセスのため、ｎ−ｐ分離ができない。
【００１０】
また、従来、第１ゲート電極部５９ａと第２ゲート電極部５９ｂの接続箇所をテーパー形状にしていたのは、以下の２つの理由からである。
【００１１】
ａ）ゲート酸化膜の問題：直角形状であると、ゲートエッチ時にイオンアタックが集中し、ゲート酸化膜の初期特性または信頼性が悪くなる懸念があった。
【００１２】
ｂ）トランジスタの駆動力に伴う問題：第１ゲート電極部５９ａと第２ゲート電極部５９ｂの接続箇所、第２ゲート電極部５９ｂと第３ゲート電極部５９ｃの接続箇所の両方が直角形状の場合、実効的なゲート幅Ｗが小さくなり、レイアウト面積が大きくなる。
【００１３】
そして、ゲート電極５９の側壁には側壁絶縁膜６１が形成されており、ゲート電極５９が形成された基板上には層間絶縁膜６２が形成されている。
【００１４】
また、素子分離絶縁膜５４上に位置するゲート電極５９の第３ゲート電極部５９ｃは、層間絶縁膜６２に設けられたコンタクト６３ａを介して配線６４ａに接続されており、高濃度ボディコンタクト領域５８は、コンタクト６３ｂを介して配線６４ｂに接続されている。さらに、高濃度ソース・ドレイン拡散層５５上にもコンタクト６３ｃが設けられており、それぞれ配線に接続されている。なお、図３（ａ）では、配線６４ａ、６４ｂは図示しておらず省略している。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−２９８１９５号公報（第３−６頁、図１）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置では、下記のような問題がある。
【００１７】
図４は、従来の他のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置を示す平面図である。
【００１８】
図４のゲート電極５９Ａは、図３（ａ）のゲート電極５９に比べて、ゲート電極のサイズが大きくなっている点で異なる。
【００１９】
ゲート電極５９Ａは、ゲート長方向の寸法が大きく、ゲート幅方向の寸法が小さくなっている。このように、チャネル長が長く、かつ、チャネル幅が狭いボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間を流れる通常のドレイン電流７０ａの他に、第１ゲート電極部５９ａ下に位置するボディ引き出し領域５７と第１ゲート電極部５９ａが重なった領域が、実効的なチャネル領域として作用することにより、不要なドレイン電流７０ｂが流れる。そのため、全ドレイン電流７０が設計値以上流れてしまう。
【００２０】
以上からわかるように、ドレイン電流の増加量は、ボディ引き出し領域５７と第１ゲート電極部５９ａの形状に依存した予測不可能なものであるため、ＳＰＩＣＥ等のシミュレーションによる予測もできず、設計精度が大きく損なわれるという課題がある。
【００２１】
本発明は、基板浮遊効果による寄生バイポーラ効果を防止し、かつ、予測不可能なドレイン電流の低減を行い、設計精度の良いボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の半導体装置は、支持基板と支持基板上に形成された絶縁層と絶縁層上に形成された半導体層とで構成されたＳＯＩ基板に形成されたＭＩＳトランジスタを有するもので、ＭＩＳトランジスタは、半導体層の素子分離領域に設けられて絶縁層に達する素子分離絶縁膜と、素子分離絶縁膜に取り囲まれた半導体層領域と、半導体層領域および素子分離絶縁膜の上部に形成されたゲート電極とを備えている。
【００２３】
半導体層領域には、第１導電型のソース・ドレイン領域と、ソース・ドレイン領域に挟まれた第２導電型のチャネル領域と、チャネル領域のゲート幅方向の一端部に接続された第２導電型のボディ引き出し領域と、ボディ引き出し領域に接続された第２導電型のボディコンタクト領域とが形成されている。
【００２４】
ゲート電極は、ボディ引き出し領域の上部に位置する第１ゲート電極部と、チャネル領域の上部に位置する第２ゲート電極部と、素子分離絶縁膜におけるチャネル領域のゲート幅方向の他端部に隣接した領域の上部に位置する第３ゲート電極部と、ボディ引き出し領域とチャネル領域との境界線上を含み、ボディ引き出し領域の上部からチャネル領域の上部に跨るように位置する、第１ゲート電極部と第２ゲート電極部との接続箇所と、チャネル領域と素子分離膜との境界線上を含み、チャネル領域の上部から素子分離膜の上部に跨るように位置する、第２ゲート電極部と第３ゲート電極部との接続箇所とからなる。
【００２５】
ボディ引き出し領域はゲート長方向に複数に分割され、分割された複数個のボディ引き出し領域どうしは絶縁膜で分離されている。
【００２６】
この構成によれば、ボディコンタクト領域とチャネル領域との間は、絶縁膜によって分離されている複数個のボディ引き出し領域によってつながっているため、トランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間に通常のドレイン電流が流れるだけで、第１ゲート電極部下に位置するボディ引き出し領域には、不要なドレイン電流が流れない。その結果、予測不可能なドレイン電流の低減が図れるので、設計精度が向上した半導体装置を得ることができる。
【００２７】
本発明の請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、第２ゲート電極部のゲート幅方向の寸法は、チャネル領域のゲート幅方向の寸法よりも小さく形成されており、かつ第１ゲート電極部および第３ゲート電極部のゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部のゲート長方向の寸法より大きく形成されており、第１ゲート電極部と第２ゲート電極部との接続箇所および第２ゲート電極部と第３ゲート電極部との接続箇所はテーパー形状を有し、テーパー形状の接続箇所が半導体層領域と素子分離絶縁膜との境界線上に位置する。
【００２８】
この構成によれば、チャネル幅方向のアライメントずれによるドレイン電流の変化量（ばらつき）が抑制されるので、さらに高精度な半導体装置を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置について説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３１】
図１に示すように、第１の実施の形態におけるボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、半導体基板からなる支持基板１と、支持基板１上に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁層２と、絶縁層２上に形成されたシリコンからなる半導体層３とで構成されたＳＯＩ基板１００を用いて形成されており、支持基板１と半導体層３とが絶縁層２により互いに電気的に絶縁分離されている。
【００３２】
そして、素子分離絶縁膜４に取り囲まれた半導体層３の領域には、ｎ型（第１導電型）の高濃度ソース・ドレイン拡散層５と、高濃度ソース・ドレイン拡散層５に挟まれたｐ型（第２導電型）のチャネル領域６と、チャネル領域６のゲート幅方向の一端部に一端部が接続（連結）されたｐ型のボディ引き出し領域７と、ボディ引き出し領域７の他端部に接続（連結）されたｐ型の高濃度ボディコンタクト領域８とが形成されている。
【００３３】
また、ゲート電極９は、ボディ引き出し領域７の上部に位置する第１ゲート電極部９ａと、チャネル領域６の上部に位置する第２ゲート電極部９ｂと、素子分離絶縁膜４におけるチャネル領域６のゲート幅方向の他端部に隣接した領域の上部に位置する第３ゲート電極部９ｃとで構成されている。第１ゲート電極部９ａと第２ゲート電極部９ｂの接続箇所９ａｂはテーパー形状を有しており、第２ゲート電極部９ｂと第３ゲート電極部９ｃの接続箇所９ｂｃは直角形状を有している。
【００３４】
そして、チャネル領域６上およびボディ引き出し領域７上には、第１ゲート電極部９ａおよび第２ゲート電極部９ｂとの間に、所定の膜厚を有するシリコン酸化膜あるいはシリコン酸窒化膜などからなるゲート絶縁膜１０が形成されている。
【００３５】
また、図１（ａ）に示すように、第１ゲート電極部９ａおよび第３ゲート電極部９ｃのゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部９ｂのゲート長方向の寸法より大きく形成されている。
【００３６】
また、図１（ａ）に示すように、ボディ引き出し領域７は、ゲート長方向に複数個の領域に分割されている。そして、高濃度ボディコンタクト領域８とチャネル領域６との間は、複数個に分割されたボディ引き出し領域７，７，‥‥によって複数箇所でつながり、各ボディ引き出し領域７，７，‥‥は絶縁膜４ａによって分離されている。つまり、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥は、ゲート長方向に絶縁膜４ａを介して並んだ状態に配置され、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥を通してゲート長方向にドレイン電流が流れることがないようになっている。
【００３７】
そして、ゲート電極９の側壁には側壁絶縁膜１１が形成されており、ゲート電極９が形成された基板上には層間絶縁膜１２が形成されている。ただし、図１（ａ）では、側壁絶縁膜１１の図示を省略してある。
【００３８】
また、素子分離絶縁膜４上に位置するゲート電極９の第３ゲート電極部９ｃは、層間絶縁膜１２に設けられたコンタクト１３ａを介して配線１４ａに接続されており、高濃度ボディコンタクト領域８は、コンタクト１３ｂを介して配線１４ｂに接続されている。さらに、高濃度ソース・ドレイン拡散層５上にもコンタクト１３ｃが設けられており、それぞれ配線（図示せず）に接続されている。なお、図１（ａ）では、配線１４ａ，１４ｂの図示を省略している。
【００３９】
以上のように、本発明の第１の実施の形態における半導体装置によれば、高濃度ボディコンタクト領域８とチャネル領域６との間は、絶縁膜４ａによって分離されている複数個のボディ引き出し領域７によってつながっている。
【００４０】
したがって、本実施の形態のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間に通常のドレイン電流２０が流れるだけで、第１ゲート電極部９ａ下に位置するボディ引き出し領域７には、不要なドレイン電流が流れないため、図３に見られるような従来の構造に比べて、設計精度が向上した半導体装置を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置について説明する。
【００４２】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００４３】
図２に示すように、第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、半導体基板からなる支持基板１と、支持基板１上に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁層２と、絶縁層２上に形成されたシリコンからなる半導体層３とで構成されたＳＯＩ基板１００を用いて形成されており、支持基板１と半導体層３とが絶縁層２により互いに電気的に絶縁分離されている。
【００４４】
そして、素子分離絶縁膜４に取り囲まれた半導体層３の領域には、ｎ型（第１導電型）の高濃度ソース・ドレイン拡散層５と、高濃度ソース・ドレイン拡散層５に挟まれたｐ型（第２導電型）のチャネル領域６と、チャネル領域６のゲート幅方向の一端部に一端部が接続（連結）されたｐ型のボディ引き出し領域７と、ボディ引き出し領域７の他端部（連結）に接続されたｐ型の高濃度ボディコンタクト領域８とが形成されている。
【００４５】
また、ゲート電極９Ａは、ボディ引き出し領域７の上部に位置する第１ゲート電極部９ａと、チャネル領域６の上部に位置する第２ゲート電極部９ｂと、素子分離絶縁膜４におけるチャネル領域６のゲート幅方向の他端部に隣接した領域の上部に位置する第３ゲート電極部９ｄとで構成されている。
【００４６】
そして、チャネル領域６上およびボディ引き出し領域７上には、第１ゲート電極部９ａおよび第２ゲート電極部９ｂとの間に、所定の膜厚を有するシリコン酸化膜あるいはシリコン酸窒化膜などからなるゲート絶縁膜１０が形成されている。
【００４７】
また、図２（ａ）に示すように、第１ゲート電極部９ａおよび第３ゲート電極部９ｄのゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部９ｂのゲート長方向の寸法より大きく形成されている。
【００４８】
また、図２（ａ）に示すように、ボディ引き出し領域７は、ゲート長方向に複数個の領域に分割されている。そして、高濃度ボディコンタクト領域８とチャネル領域６との間は、複数個に分割されたボディ引き出し領域７，７，‥‥によって複数箇所でつながり、各ボディ引き出し領域７，７，‥‥は絶縁膜４ａによって分離されている。つまり、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥は、ゲート長方向に絶縁膜４ａを介して並んだ状態に配置され、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥を通してゲート長方向にドレイン電流が流れることがないようになっている。
【００４９】
また、図２（ａ）に示すように、第２ゲート電極部９ｂのゲート幅方向の寸法は、チャネル領域６のゲート幅方向の寸法、つまり、活性領域のゲート幅方向の寸法よりも小さく形成されている。かつ第１ゲート電極部９ａおよび第３ゲート電極部９ｄのゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部９ｂのゲート長方向の寸法より大きく形成されている。
【００５０】
また、図２（ａ）に示すように、第１ゲート電極部９ａと第２ゲート電極部９ｂの接続箇所１６および第２ゲート電極部９ｂと第３ゲート電極部９ｄの接続箇所１５は、それぞれテーパー形状を有している。テーパー形状の接続箇所１６，１５が各々素子分離絶縁膜４に取り囲まれた半導体層３の領域（活性領域）と素子分離絶縁膜４との境界線上に位置する。
【００５１】
しかも、接続箇所１６の形状と接続箇所１５の形状は、第２ゲート電極部９ｂを挟んで対称になるように構成されている。
【００５２】
そして、ゲート電極９Ａの側壁には側壁絶縁膜１１が形成されており、ゲート電極９Ａが形成された基板上には層間絶縁膜１２が形成されている。ただし、図２（ａ）では、側壁絶縁膜１１の図示を省略してある。
【００５３】
また、素子分離絶縁膜４上に位置するゲート電極９Ａの第３ゲート電極部９ｄは、層間絶縁膜１２に設けられたコンタクト１３ａを介して配線１４ａに接続されており、高濃度ボディコンタクト領域８は、コンタクト１３ｂを介して配線１４ｂに接続されている。さらに、高濃度ソース・ドレイン拡散層５上にもコンタクト１３ｃが設けられており、それぞれ配線（図示せず）に接続されている。なお、図２（ａ）では、配線１４ａ，１４ｂの図示を省略している。
【００５４】
以上のように、本発明の第２の実施の形態における半導体装置によれば、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。さらに、第１ゲート電極部９ａと第２ゲート電極部９ｂとの接続箇所１６と第３ゲート電極部９ｄと第２ゲート電極部９ｂとの接続箇所１５とが、各々テーパー形状を有し、第２ゲート電極部９ｂを挟んで対称になるように構成されているため、チャネル幅方向（ゲート幅方向）のアライメントずれによるドレイン電流の変化量（ばらつき）が抑制される。したがって、さらに高精度な半導体装置を得ることができるというメリットを有する。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の半導体装置によれば、ボディコンタクト領域とチャネル領域との間は、絶縁膜によって分離されている複数個のボディ引き出し領域によってつながっているため、トランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間に通常のドレイン電流が流れるだけで、第１ゲート電極部下に位置するボディ引き出し領域には、不要なドレイン電流が流れない。したがって、従来の構造に比べて、基板浮遊効果による寄生バイポーラ効果を防止し、かつ、予測不可能なドレイン電流の低減が図れるので、設計精度が向上したボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の請求項２記載の半導体装置によれば、チャネル幅方向のアライメントずれによるドレイン電流の変化量（ばらつき）が抑制されるので、さらに高精度な半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例を示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】従来の他のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ 絶縁層
３ 半導体層
４ 素子分離絶縁膜
４ａ 絶縁膜
５ 高濃度ソース・ドレイン拡散層
６ チャネル領域
７ ボディ引き出し領域
８ 高濃度ボディコンタクト領域
９，９Ａ ゲート電極
１０ ゲート絶縁膜
１１ 側壁絶縁膜
１２ 層間絶縁膜
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ コンタクト
１５，１６ テーパー形状
１００ ＳＯＩ基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に絶縁層で絶縁分離されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板にＭＩＳトランジスタを形成した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高速化、高密度化および低消費電力化の要望に伴い、絶縁層上に設けたシリコンからなる半導体層に半導体素子を形成する、いわゆるＳＯＩ基板にＭＩＳトランジスタ（以下、「ＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタ」と称す）を形成した半導体装置の開発が進められている。このＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、素子間を絶縁分離することによって、トランジスタ底面となる基板側をも含めた完全絶縁分離が可能となるため、リーク電流の低減、電流駆動能力の向上および短チャネル効果の抑制などを図ることができる。このため、今後クォータミクロンオーダの微細なメモリデバイスやロジック回路の基本トランジスタ構造として期待されている。
【０００３】
しかしながら、一般的なＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタでは、ソース・ドレイン拡散層および素子分離絶縁膜で囲まれたチャネル領域（以下、「ボディ領域」とも称す）は外部から電位を与えずフローティングな状態となるため、ホットキャリア効果により発生した多数キャリアがボディに蓄積することによる基板浮遊効果が生じる。これにより、トランジスタ特性が変動してしまうという課題がある。例えば、ドレイン電流−ゲート電圧（ＩD−ＶG ）特性に見られる急峻な電流の立ち上がり、ＩD−ＶD特性に見られるキンク現象、ソース／ドレイン耐圧の低下、ＩD−ＶG特性に見られるラッチ現象等が生じ、ＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタの特性が劣化する。このような特性の劣化は、基板が浮遊状態になっていることによるものであり、寄生バイポーラ効果と呼ばれる。
【０００４】
この基板浮遊状態による寄生バイポーラ効果を防止する方法として、ボディコンタクト領域に電極を形成しボディの電位を固定することができるＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタ（以下、「ボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタ」と称す）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
以下、従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置について説明する。図３は、従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタの一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【０００６】
図３に示すように、ボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、半導体基板からなる支持基板５１と、支持基板５１上に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁層５２と、絶縁層５２上に形成されたシリコンからなる半導体層５３とで構成されたＳＯＩ基板５０を用いて形成されており、支持基板５１と半導体層５３とが絶縁層５２により互いに電気的に絶縁分離されている。
【０００７】
そして、素子分離絶縁膜５４に取り囲まれた半導体層５３の領域には、ｎ型の高濃度ソース・ドレイン拡散層５５と、高濃度ソース・ドレイン拡散層５５に挟まれたｐ型のチャネル領域５６と、チャネル領域５６に接続されたｐ型のボディ引き出し領域５７と、ボディ引き出し領域５７に接続されたｐ型の高濃度ボディコンタクト領域５８とが形成されている。
【０００８】
また、ゲート電極５９は、ボディ引き出し領域５７、チャネル領域５６および素子分離絶縁膜５４の上部に跨ってゲート絶縁膜６０を介して形成されており、ボディ引き出し領域５７の上部に位置する第１ゲート電極部５９ａと、チャネル領域５６の上部に位置する第２ゲート電極部５９ｂと、素子分離絶縁膜５４の上部に位置する第３ゲート電極部５９ｃとで構成されている。第１ゲート電極部５９ａと第２ゲート電極部５９ｂの接続箇所５９ａｂはテーパー形状を有しており、第２ゲート電極部５９ｂと第３ゲート電極部５９ｃの接続箇所５９ｂｃは直角形状を有している。
【０００９】
ここで、ボディ引き出し領域５７の上に第１ゲート電極部５９ａが設けられているのは、ソース・ドレインのｎ＋領域（５５）とボディコンタクトのＰ−およびＰ＋領域（５８）を分離するためである。現状では、サリサイドプロセスのため、ｎ−ｐ分離ができない。
【００１０】
また、従来、第１ゲート電極部５９ａと第２ゲート電極部５９ｂの接続箇所をテーパー形状にしていたのは、以下の２つの理由からである。
【００１１】
ａ）ゲート酸化膜の問題：直角形状であると、ゲートエッチ時にイオンアタックが集中し、ゲート酸化膜の初期特性または信頼性が悪くなる懸念があった。
【００１２】
ｂ）トランジスタの駆動力に伴う問題：第１ゲート電極部５９ａと第２ゲート電極部５９ｂの接続箇所、第２ゲート電極部５９ｂと第３ゲート電極部５９ｃの接続箇所の両方が直角形状の場合、実効的なゲート幅Ｗが小さくなり、レイアウト面積が大きくなる。
【００１３】
そして、ゲート電極５９の側壁には側壁絶縁膜６１が形成されており、ゲート電極５９が形成された基板上には層間絶縁膜６２が形成されている。
【００１４】
また、素子分離絶縁膜５４上に位置するゲート電極５９の第３ゲート電極部５９ｃは、層間絶縁膜６２に設けられたコンタクト６３ａを介して配線６４ａに接続されており、高濃度ボディコンタクト領域５８は、コンタクト６３ｂを介して配線６４ｂに接続されている。さらに、高濃度ソース・ドレイン拡散層５５上にもコンタクト６３ｃが設けられており、それぞれ配線に接続されている。なお、図３（ａ）では、配線６４ａ、６４ｂは図示しておらず省略している。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−２９８１９５号公報（第３−６頁、図１）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置では、下記のような問題がある。
【００１７】
図４は、従来の他のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置を示す平面図である。
【００１８】
図４のゲート電極５９Ａは、図３（ａ）のゲート電極５９に比べて、ゲート電極のサイズが大きくなっている点で異なる。
【００１９】
ゲート電極５９Ａは、ゲート長方向の寸法が大きく、ゲート幅方向の寸法が小さくなっている。このように、チャネル長が長く、かつ、チャネル幅が狭いボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間を流れる通常のドレイン電流７０ａの他に、第１ゲート電極部５９ａ下に位置するボディ引き出し領域５７と第１ゲート電極部５９ａが重なった領域が、実効的なチャネル領域として作用することにより、不要なドレイン電流７０ｂが流れる。そのため、全ドレイン電流７０が設計値以上流れてしまう。
【００２０】
以上からわかるように、ドレイン電流の増加量は、ボディ引き出し領域５７と第１ゲート電極部５９ａの形状に依存した予測不可能なものであるため、ＳＰＩＣＥ等のシミュレーションによる予測もできず、設計精度が大きく損なわれるという課題がある。
【００２１】
本発明は、基板浮遊効果による寄生バイポーラ効果を防止し、かつ、予測不可能なドレイン電流の低減を行い、設計精度の良いボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の半導体装置は、支持基板と支持基板上に形成された絶縁層と絶縁層上に形成された半導体層とで構成されたＳＯＩ基板に形成されたＭＩＳトランジスタを有するもので、ＭＩＳトランジスタは、半導体層の素子分離領域に設けられて絶縁層に達する素子分離絶縁膜と、素子分離絶縁膜に取り囲まれた半導体層領域と、半導体層領域および素子分離絶縁膜の上部に形成されたゲート電極とを備えている。
【００２３】
半導体層領域には、第１導電型のソース・ドレイン領域と、ソース・ドレイン領域に挟まれた第２導電型のチャネル領域と、チャネル領域のゲート幅方向の一端部に接続された第２導電型のボディ引き出し領域と、ボディ引き出し領域に接続された第２導電型のボディコンタクト領域とが形成されている。
【００２４】
ゲート電極は、ボディ引き出し領域の上部に位置する第１ゲート電極部と、チャネル領域の上部に位置する第２ゲート電極部と、素子分離絶縁膜におけるチャネル領域のゲート幅方向の他端部に隣接した領域の上部に位置する第３ゲート電極部と、ボディ引き出し領域とチャネル領域との境界線上を含み、ボディ引き出し領域の上部からチャネル領域の上部に跨るように位置する、第１ゲート電極部と第２ゲート電極部との接続箇所と、チャネル領域と素子分離膜との境界線上を含み、チャネル領域の上部から素子分離膜の上部に跨るように位置する、第２ゲート電極部と第３ゲート電極部との接続箇所とからなる。
【００２５】
ボディ引き出し領域はゲート長方向に複数に分割され、分割された複数個のボディ引き出し領域どうしは絶縁膜で分離されている。
【００２６】
この構成によれば、ボディコンタクト領域とチャネル領域との間は、絶縁膜によって分離されている複数個のボディ引き出し領域によってつながっているため、トランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間に通常のドレイン電流が流れるだけで、第１ゲート電極部下に位置するボディ引き出し領域には、不要なドレイン電流が流れない。その結果、予測不可能なドレイン電流の低減が図れるので、設計精度が向上した半導体装置を得ることができる。
【００２７】
本発明の請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、第２ゲート電極部のゲート幅方向の寸法は、チャネル領域のゲート幅方向の寸法よりも小さく形成されており、かつ第１ゲート電極部および第３ゲート電極部のゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部のゲート長方向の寸法より大きく形成されており、第１ゲート電極部と第２ゲート電極部との接続箇所および第２ゲート電極部と第３ゲート電極部との接続箇所はテーパー形状を有し、テーパー形状の接続箇所が半導体層領域と素子分離絶縁膜との境界線上に位置する。
【００２８】
この構成によれば、チャネル幅方向のアライメントずれによるドレイン電流の変化量（ばらつき）が抑制されるので、さらに高精度な半導体装置を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置について説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３１】
図１に示すように、第１の実施の形態におけるボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、半導体基板からなる支持基板１と、支持基板１上に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁層２と、絶縁層２上に形成されたシリコンからなる半導体層３とで構成されたＳＯＩ基板１００を用いて形成されており、支持基板１と半導体層３とが絶縁層２により互いに電気的に絶縁分離されている。
【００３２】
そして、素子分離絶縁膜４に取り囲まれた半導体層３の領域には、ｎ型（第１導電型）の高濃度ソース・ドレイン拡散層５と、高濃度ソース・ドレイン拡散層５に挟まれたｐ型（第２導電型）のチャネル領域６と、チャネル領域６のゲート幅方向の一端部に一端部が接続（連結）されたｐ型のボディ引き出し領域７と、ボディ引き出し領域７の他端部に接続（連結）されたｐ型の高濃度ボディコンタクト領域８とが形成されている。
【００３３】
また、ゲート電極９は、ボディ引き出し領域７の上部に位置する第１ゲート電極部９ａと、チャネル領域６の上部に位置する第２ゲート電極部９ｂと、素子分離絶縁膜４におけるチャネル領域６のゲート幅方向の他端部に隣接した領域の上部に位置する第３ゲート電極部９ｃとで構成されている。第１ゲート電極部９ａと第２ゲート電極部９ｂの接続箇所９ａｂはテーパー形状を有しており、第２ゲート電極部９ｂと第３ゲート電極部９ｃの接続箇所９ｂｃは直角形状を有している。
【００３４】
そして、チャネル領域６上およびボディ引き出し領域７上には、第１ゲート電極部９ａおよび第２ゲート電極部９ｂとの間に、所定の膜厚を有するシリコン酸化膜あるいはシリコン酸窒化膜などからなるゲート絶縁膜１０が形成されている。
【００３５】
また、図１（ａ）に示すように、第１ゲート電極部９ａおよび第３ゲート電極部９ｃのゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部９ｂのゲート長方向の寸法より大きく形成されている。
【００３６】
また、図１（ａ）に示すように、ボディ引き出し領域７は、ゲート長方向に複数個の領域に分割されている。そして、高濃度ボディコンタクト領域８とチャネル領域６との間は、複数個に分割されたボディ引き出し領域７，７，‥‥によって複数箇所でつながり、各ボディ引き出し領域７，７，‥‥は絶縁膜４ａによって分離されている。つまり、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥は、ゲート長方向に絶縁膜４ａを介して並んだ状態に配置され、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥を通してゲート長方向にドレイン電流が流れることがないようになっている。
【００３７】
そして、ゲート電極９の側壁には側壁絶縁膜１１が形成されており、ゲート電極９が形成された基板上には層間絶縁膜１２が形成されている。ただし、図１（ａ）では、側壁絶縁膜１１の図示を省略してある。
【００３８】
また、素子分離絶縁膜４上に位置するゲート電極９の第３ゲート電極部９ｃは、層間絶縁膜１２に設けられたコンタクト１３ａを介して配線１４ａに接続されており、高濃度ボディコンタクト領域８は、コンタクト１３ｂを介して配線１４ｂに接続されている。さらに、高濃度ソース・ドレイン拡散層５上にもコンタクト１３ｃが設けられており、それぞれ配線（図示せず）に接続されている。なお、図１（ａ）では、配線１４ａ，１４ｂの図示を省略している。
【００３９】
以上のように、本発明の第１の実施の形態における半導体装置によれば、高濃度ボディコンタクト領域８とチャネル領域６との間は、絶縁膜４ａによって分離されている複数個のボディ引き出し領域７によってつながっている。
【００４０】
したがって、本実施の形態のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間に通常のドレイン電流２０が流れるだけで、第１ゲート電極部９ａ下に位置するボディ引き出し領域７には、不要なドレイン電流が流れないため、図３に見られるような従来の構造に比べて、設計精度が向上した半導体装置を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置について説明する。
【００４２】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００４３】
図２に示すように、第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタは、半導体基板からなる支持基板１と、支持基板１上に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁層２と、絶縁層２上に形成されたシリコンからなる半導体層３とで構成されたＳＯＩ基板１００を用いて形成されており、支持基板１と半導体層３とが絶縁層２により互いに電気的に絶縁分離されている。
【００４４】
そして、素子分離絶縁膜４に取り囲まれた半導体層３の領域には、ｎ型（第１導電型）の高濃度ソース・ドレイン拡散層５と、高濃度ソース・ドレイン拡散層５に挟まれたｐ型（第２導電型）のチャネル領域６と、チャネル領域６のゲート幅方向の一端部に一端部が接続（連結）されたｐ型のボディ引き出し領域７と、ボディ引き出し領域７の他端部（連結）に接続されたｐ型の高濃度ボディコンタクト領域８とが形成されている。
【００４５】
また、ゲート電極９Ａは、ボディ引き出し領域７の上部に位置する第１ゲート電極部９ａと、チャネル領域６の上部に位置する第２ゲート電極部９ｂと、素子分離絶縁膜４におけるチャネル領域６のゲート幅方向の他端部に隣接した領域の上部に位置する第３ゲート電極部９ｄとで構成されている。
【００４６】
そして、チャネル領域６上およびボディ引き出し領域７上には、第１ゲート電極部９ａおよび第２ゲート電極部９ｂとの間に、所定の膜厚を有するシリコン酸化膜あるいはシリコン酸窒化膜などからなるゲート絶縁膜１０が形成されている。
【００４７】
また、図２（ａ）に示すように、第１ゲート電極部９ａおよび第３ゲート電極部９ｄのゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部９ｂのゲート長方向の寸法より大きく形成されている。
【００４８】
また、図２（ａ）に示すように、ボディ引き出し領域７は、ゲート長方向に複数個の領域に分割されている。そして、高濃度ボディコンタクト領域８とチャネル領域６との間は、複数個に分割されたボディ引き出し領域７，７，‥‥によって複数箇所でつながり、各ボディ引き出し領域７，７，‥‥は絶縁膜４ａによって分離されている。つまり、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥は、ゲート長方向に絶縁膜４ａを介して並んだ状態に配置され、複数個のボディ引き出し領域７，７，‥‥を通してゲート長方向にドレイン電流が流れることがないようになっている。
【００４９】
また、図２（ａ）に示すように、第２ゲート電極部９ｂのゲート幅方向の寸法は、チャネル領域６のゲート幅方向の寸法、つまり、活性領域のゲート幅方向の寸法よりも小さく形成されている。かつ第１ゲート電極部９ａおよび第３ゲート電極部９ｄのゲート長方向の寸法は、第２ゲート電極部９ｂのゲート長方向の寸法より大きく形成されている。
【００５０】
また、図２（ａ）に示すように、第１ゲート電極部９ａと第２ゲート電極部９ｂの接続箇所１６および第２ゲート電極部９ｂと第３ゲート電極部９ｄの接続箇所１５は、それぞれテーパー形状を有している。テーパー形状の接続箇所１６，１５が各々素子分離絶縁膜４に取り囲まれた半導体層３の領域（活性領域）と素子分離絶縁膜４との境界線上に位置する。
【００５１】
しかも、接続箇所１６の形状と接続箇所１５の形状は、第２ゲート電極部９ｂを挟んで対称になるように構成されている。
【００５２】
そして、ゲート電極９Ａの側壁には側壁絶縁膜１１が形成されており、ゲート電極９Ａが形成された基板上には層間絶縁膜１２が形成されている。ただし、図２（ａ）では、側壁絶縁膜１１の図示を省略してある。
【００５３】
また、素子分離絶縁膜４上に位置するゲート電極９Ａの第３ゲート電極部９ｄは、層間絶縁膜１２に設けられたコンタクト１３ａを介して配線１４ａに接続されており、高濃度ボディコンタクト領域８は、コンタクト１３ｂを介して配線１４ｂに接続されている。さらに、高濃度ソース・ドレイン拡散層５上にもコンタクト１３ｃが設けられており、それぞれ配線（図示せず）に接続されている。なお、図２（ａ）では、配線１４ａ，１４ｂの図示を省略している。
【００５４】
以上のように、本発明の第２の実施の形態における半導体装置によれば、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。さらに、第１ゲート電極部９ａと第２ゲート電極部９ｂとの接続箇所１６と第３ゲート電極部９ｄと第２ゲート電極部９ｂとの接続箇所１５とが、各々テーパー形状を有し、第２ゲート電極部９ｂを挟んで対称になるように構成されているため、チャネル幅方向（ゲート幅方向）のアライメントずれによるドレイン電流の変化量（ばらつき）が抑制される。したがって、さらに高精度な半導体装置を得ることができるというメリットを有する。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の半導体装置によれば、ボディコンタクト領域とチャネル領域との間は、絶縁膜によって分離されている複数個のボディ引き出し領域によってつながっているため、トランジスタを動作させた場合、ソース領域とドレイン領域との間に通常のドレイン電流が流れるだけで、第１ゲート電極部下に位置するボディ引き出し領域には、不要なドレイン電流が流れない。したがって、従来の構造に比べて、基板浮遊効果による寄生バイポーラ効果を防止し、かつ、予測不可能なドレイン電流の低減が図れるので、設計精度が向上したボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の請求項２記載の半導体装置によれば、チャネル幅方向のアライメントずれによるドレイン電流の変化量（ばらつき）が抑制されるので、さらに高精度な半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は従来のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例を示す平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】従来の他のボディコンタクト付きＳＯＩ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ 絶縁層
３ 半導体層
４ 素子分離絶縁膜
４ａ 絶縁膜
５ 高濃度ソース・ドレイン拡散層
６ チャネル領域
７ ボディ引き出し領域
８ 高濃度ボディコンタクト領域
９，９Ａ ゲート電極
１０ ゲート絶縁膜
１１ 側壁絶縁膜
１２ 層間絶縁膜
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ コンタクト
１５，１６ テーパー形状
１００ ＳＯＩ基板
Claims (2)
- 支持基板と前記支持基板上に形成された絶縁層と前記絶縁層上に形成された半導体層とで構成されたＳＯＩ基板に形成されたＭＩＳトランジスタを有する半導体装置であって、
前記ＭＩＳトランジスタは、前記半導体層の素子分離領域に設けられて前記絶縁層に達する素子分離絶縁膜と、
前記素子分離絶縁膜に取り囲まれた半導体層領域と、
前記半導体層領域および前記素子分離絶縁膜の上部に形成されたゲート電極とを備え、
前記半導体層領域には、第１導電型のソース・ドレイン領域と、前記ソース・ドレイン領域に挟まれた第２導電型のチャネル領域と、前記チャネル領域のゲート幅方向の一端部に接続された第２導電型のボディ引き出し領域と、前記ボディ引き出し領域に接続された第２導電型のボディコンタクト領域とが形成され、
前記ゲート電極は、前記ボディ引き出し領域の上部に位置する第１ゲート電極部と、前記チャネル領域の上部に位置する第２ゲート電極部と、前記素子分離絶縁膜における前記チャネル領域のゲート幅方向の他端部に隣接した領域の上部に位置する第３ゲート電極部と、前記ボディ引き出し領域と前記チャネル領域との境界線上を含み、前記ボディ引き出し領域の上部から前記チャネル領域の上部に跨るように位置する、前記第１ゲート電極部と前記第２ゲート電極部との接続箇所と、前記チャネル領域と前記素子分離膜との境界線上を含み、前記チャネル領域の上部から前記素子分離膜の上部に跨るように位置する、前記第２ゲート電極部と前記第３ゲート電極部との接続箇所とからなり、
前記ボディ引き出し領域はゲート長方向に複数に分割され、分割された複数個のボディ引き出し領域どうしは絶縁膜で分離されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第２ゲート電極部のゲート幅方向の寸法は、前記チャネル領域のゲート幅方向の寸法よりも小さく形成されており、
かつ前記第１ゲート電極部および前記第３ゲート電極部のゲート長方向の寸法は、前記第２ゲート電極部のゲート長方向の寸法より大きく形成されており、
前記第１ゲート電極部と前記第２ゲート電極部との接続箇所および前記第２ゲート電極部と前記第３ゲート電極部との接続箇所はテーパー形状を有し、
前記テーパー形状の接続箇所が前記半導体層領域と前記素子分離絶縁膜との境界線上に位置する請求項１記載の半導体装置。
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