JP4054673B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。より具体的には、ゲート電極とウェル領域が接続された動的閾値トランジスタに関して、ゲート電極とウェル領域とを確実に接続すると共にソース/ドレイン領域に纏わる容量を低減する構造の半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話に代表される携帯機器端末は目覚ましい発展を続けているが、そのバッテリーの寿命を延ばすためにCMOS(コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)LSI(大規模集積回路)の低消費電力化が熱望されている。このCMOSLSIの消費電力は、電源電圧の2乗に比例するため、低消費電力化には電源電圧を低くすることが最も有効である。しかし、電源電圧を低くすると、トランジスタの駆動力が減少するため、回路の遅延時間が増大してしまうという問題が生じる。これは、電源電圧を低くするほど顕著になる。
【0003】
これを改善する一つの方法として、トランジスタのしきい値電圧を低くすることが考えられるが、しきい値電圧の低減に伴い、ゲートオフ時のリーク電流、すなわちスタンバイリーク電流が増大するため、許容できるスタンバイリーク電流によりしきい値の下限が限定されてしまう。
【0004】
このような問題を解決するために、ウェル領域のバイアスを変化させることにより生じる基板バイアス効果を利用した、低電圧駆動、低消費電力、かつ高速動作が可能なMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)技術として、バルク基板を用いた動的閾値動作トランジスタ(以下、DTMOSという)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
図19(a)は、そのようなDTMOSの平面レイアウトを示し、図19(b)は、図19(a)におけるA−A’方向の断面を示し、図19(c)は、図19(a)におけるB−B’方向の断面を示している。このDTMOSは、半導体基板301に、深いウェル領域302が形成され、その深いウェル領域302上に素子分離領域304により素子毎に電気的に分離されるように浅いウェル領域303が形成されている。ゲート絶縁膜305上に形成されたゲート電極306は、高融点シリサイド膜361を介して第2導電型の浅いウェル領域303と接続されている。上記ゲート電極306と第2導電型の浅いウェル領域303とを接続するために、第2導電型の浅いウェル領域303の表面に、ゲート電極306とゲート絶縁膜305の一部を除去してコンタクト領域308が設けられている。高融点シリサイド膜361と浅いウェル領域303とをオーミック接続するための第2導電型の高濃度拡散層321が第2導電型の浅いウェル領域303中に形成されている。なお、307は、ソース/ドレイン領域であり、これらの領域上にも高融点シリサイド膜361が形成されている。
【0006】
上記DTMOSは、ゲート電極306と浅いウェル領域303とが電気的に接続されている。そのため、ゲート電極306にハイレベルの電位が与えられた時のみ浅いウェル領域303のポテンシャルが上昇し、基板バイアス効果により実効的なしきい値が低下することにより、駆動電流が通常のMOSFETの場合に比べて増加する。このため、低電源電圧で低リーク電流を維持しながら大きな駆動電流を得ることができる。したがって、低電圧駆動で低消費電力なMOSFETが実現される。
【0007】
しかしながら、図19(b)に示したように、最小加工寸法をLとすると、ゲート電極306と素子分離領域304との距離は3L程必要であった。したがって、ソース/ドレイン領域307に関する接合容量が大きいという問題があった。DTMOSにおいて接合容量を低減することは非常に重要である。何故なら、DTMOSは、ゲート電極とウェルを接続しているため、ゲート電極に電圧を印加したときソース電極とウェル間及びドレイン電極とウェル間にそれぞれ接合容量が発生する。特に、ドレイン電極とウェル間にはトランジスタのスイッチング動作時にミラー効果によりソース電極とウェル間の2倍の容量が発生する。これは合計で、DTMOSでない通常構造のトランジスタの接合容量の3倍になる。したがって、DTMOSにとって接合容量を低減する、すなわち接合面積を低減することは非常に重要である。また、図3に示したように、直列トランジスタを形成する場合、通常構造のトランジスタ(図示せず)はゲート電極とウェルを接続しないので素子間に素子分離領域を必要としなかった。そのため、ゲート電極間距離は最小加工寸法のLで形成可能であった。これに反して、DTMOSでは最小加工寸法幅Lを持った素子分離領域及びそれぞれのソース/ドレイン領域が必ず必要となる。したがって、通常構造のトランジスタに対してDTMOSのゲート電極長手方向に対して直角方向の素子寸法は大きくなる。以上のように、容量増大及びゲート電極長手方向に対して直角方向の寸法の増大という両方の観点から、ソース/ドレイン領域の活性層幅を小さくすることは、DTMOSにとって非常に重要である。
【0008】
上記問題を解決するために、ソース/ドレイン領域に関する接合容量を低減、すなわちソース/ドレイン領域の接合面積を削減する半導体装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
【0009】
この半導体装置の概略構造を図20に示す。図20(a)は、その平面レイアウトを示し、図20(b)は、図20(a)におけるA−A’方向の断面を示している。半導体基板401内に素子分離領域402が形成され、半導体基板401上にはゲート絶縁膜403及びゲート電極404が順次形成されている。上記ゲート電極404の両側に、ゲート電極側壁絶縁膜405を介して、半導体基板401表面よりも上方に半導体層408が積み上げられている。ゲート電極404及び半導体層408上には、高融点シリサイド膜409が形成されている。ゲート電極404長手方向に対して直角方向の半導体層408の幅は、ゲート電極側壁絶縁膜405と素子分離領域402との距離、すなわち、半導体基板401とゲート絶縁膜403が接する面のソース/ドレイン領域の活性領域幅よりも大きく形成されている。したがって、層間絶縁膜410に設けられたコンタクト孔411と高融点シリサイド膜409との接触面積を小さくすること無く、すなわちコンタクト抵抗を増大させることなく、コンタクト孔411を形成すると共に、接合面積を小さくして接合容量を低減することができる。
【0010】
【特許文献1】
特開平10−163342号公報
【特許文献2】
特開2000−82815号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図19,図20に示す従来技術によれば、以下に示す問題があった。
【0012】
まず、図19に示すDTMOSについて、図21(a)を用いてその問題を説明する。図21(a)は、ゲート電極306と浅いウェル領域303の高濃度拡散層321を接続するコンタクト領域308付近を拡大した図面である。高融点シリサイド膜361を介してゲート電極306と浅いウェル領域303をコンタクト領域308において接続している。ところが、図21(a)に示すように、このコンタクト領域308は、ゲート電極306を異方性エッチングにより形成しているため、高融点シリサイド膜361が非常に形成されにくい垂直段差を有する構造になっている。このため、コンタクト領域308の図中に点線の○印で示した底部に形成される高融点シリサイド膜361の領域が薄くなって抵抗が大きくなったり、最悪の場合は断線してしまうという問題がある。これは高融点シリサイド膜361が一般的には段差被覆性に乏しい物理的スパッタ法を用いて形成されているために起こる。このことがゲート電極306から浅いウェル領域303への電気信号の伝搬速度の遅延をもたらし、DTMOSの動作速度を遅くする要因となっていた。一方、コンタクト領域308の形状をシリサイド膜361が形成されやすいテーパー形状にすることも考えられるが、テーパー形状にすることはゲート電極長手方向へ余分な面積が必要になるので微細化に不向きである。
【0013】
そこで、図21(b)に示したように、本発明者らは周知の加工技術及び配線形成技術を用いて、コンタクト金属プラグ350及び上部配線351(および361)を用いてゲート電極と浅いウェルを接続した。そうすると、ゲート電極306と浅いウェル領域303の高濃度拡散層321は、断線や高抵抗化することなく接続することができた。しかしながら、図21(b)に示したように、コンタクト金属プラグ350及び上部配線351を設けるために、最小加工寸法をLとすると、ゲート電極長手方向に3Lもの多大な寸法が必要となった。したがって、ゲート電極長手方向の素子面積が大きくなり微細化できないことが判明した。また、コンタクト領域308上に必ず上部配線351を設ける必要があるので、上部配線の設計自由度が減り、結果として素子面積が非常に大きくなった。
【0014】
また、図20に示す半導体装置では、ゲート電極404と半導体層408との間に纏わる容量が大きくなるという問題がある。例えば、最小加工寸法が0.24μmの素子において、ゲート電極404の膜厚が250nm、ソース/ドレイン領域の活性領域幅を0.24μmに設計すると、ゲート電極404と半導体層408との間に纏わる容量は、素子全体の容量に対して約10%を占めることになる。素子の微細化に伴い短チャネル効果を抑制するために、半導体基板401とゲート絶縁膜が接する面より下方の接合深さは浅く形成され、それに伴いゲート電極側壁絶縁膜405の厚さも薄膜化される。このため、素子全体の容量に対するゲート電極404と半導体層408との間に纏わる容量の割合が大きくなる。したがって、この問題は、素子の微細化が進むほど深刻化してくる。また、半導体層408は、トランジスタとして動作する領域、いわゆるソース/ドレイン活性領域上以外の領域440,450にも形成される。したがって、ゲート電極404と半導体層408との容量がその分だけ大きくなる。また、半導体層408をローカル配線として用いることで、ある程度配線の自由度を向上させることはできるが、半導体層408はゲート電極からある一定の幅(300nmから500nm程度)にしか形成できない。したがって、それ以外の素子分離領域上へは形成できないため、配線の自由度は不十分であった。さらに、システムLSIの要求が大きくなっているが、図20に示す半導体装置はゲート電極404を形成した後に半導体層408を形成する必要がある。通常構造のトランジスタにはそのような工程が無いため、これらを同一チップ上に同時に形成することは困難である。仮に形成できたとしても非常に複雑なプロセスになるためコストが大きくなったり、量産ラインの生産効率を損ねるので好ましくない。
【0015】
そこで、本発明の第1の目的は、簡単な構成で断線することなくゲート電極とウェルとの接続抵抗を低減でき、高い駆動力を安定して得ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0016】
また、本発明の第2の目的は、微細化してもソース/ドレイン領域とに纏わる容量およびソース/ドレイン領域の接合容量を低減できる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明の半導体装置は、半導体基板と、上記半導体基板内に形成された第1導電型の深いウェル領域と、上記第1導電型の深いウェル領域内に形成され、素子分離領域によって区分された第2導電型の浅いウェル領域と、上記第2導電型の浅いウェル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、上記第2導電型の浅いウェル領域の上記ゲート電極の端近傍に形成されたコンタクト領域と、上記ゲート電極の端の段差をまたいで上記ゲート電極と上記コンタクト領域を接続するように形成されたコンタクト導電体と、上記第2導電型の浅いウェル領域のソース/ドレイン領域と上記素子分離領域の一上部をまたぐ領域上、かつ、上記半導体基板表面より上部の上記ゲート電極から離れた位置に形成されたソース/ドレイン導電体を備え、最小加工寸法をLとし、上記ゲート電極の段差をまたぐ方向の上記コンタクト導電体の幅をWplとすると、
4L/3 ≦ Wpl ≦ 2L
の条件を満たすと共に、上記ゲート電極と上記ソース/ドレイン導電体との最短距離をSgpplとすると、
L/3 ≦ Sgppl ≦ 2L/3
の条件を満たすことを特徴としている。
【0018】
上記構成の半導体装置によれば、上記ゲート電極の端の段差をまたいでゲート電極とコンタクト領域を接続するように形成されたコンタクト導電体の存在により、ゲート電極と浅いウェル領域を確実に接続することが可能となる。したがって、簡単な構成で断線することなくゲート電極とウェルとの接続抵抗を低減でき、高い駆動力を安定して得ることができる。
【0019】
【0020】
また、上記素子分離領域に形成した上記ソース/ドレイン導電体上に上部電極とのコンタクト孔を形成することが可能となる。すなわち、素子分離領域上にコンタクト孔をレイアウトすることが可能となるので、コンタクト孔のレイアウトの自由度が増える。したがって、上部配線の自由度が向上して素子を微細化することができる。また、上記ゲート電極と素子分離領域との距離を小さくできるので、ソース/ドレイン領域の接合容量を低減することができる。
【0021】
【0022】
また、コンタクト導電体の幅Wplを4L/3以上とすることにより、ゲート電極と浅いウェルとの接続領域に対して位置ズレが起きても十分低い接触抵抗でゲート電極と浅いウェル領域とを接続することができる。一方、コンタクト導電体の幅Wplを2L以下とすることにより、ゲート電極長手方向の微細化を損ねることがない。
【0023】
【0024】
さらに、ゲート電極とソース/ドレイン導電体との最短距離SgpplをL/3以上とすることにより、ゲート電極とソース/ドレイン領域間に纏わる容量が増大することがない。一方、ゲート電極とソース/ドレイン導電体との最短距離Sgpplを2L/3以下とすることにより、ソース/ドレイン領域の面積が大きくなって接合容量が増大することがない。
【0025】
また、1実施の形態の半導体装置は、上記ソース/ドレイン導電体の膜厚は上記ゲート電極の膜厚より薄いことを特徴としている。
【0026】
上記構成の半導体装置によれば、上記ソース/ドレイン導電体と上記ゲート電極に纏わる容量を小さくすることができる。
【0027】
また、1実施の形態では、この発明の半導体装置は、上記ソース/ドレイン導電体は、上記ソース/ドレイン領域のそれぞれに2カ所以上に分かれて形成されていることを特徴としている。
【0028】
上記構成の半導体装置によれば、上記ソース/ドレイン導電体が形成されていない領域が存在するので、その領域における上記ソース/ドレイン導電体と上記ゲート電極とに纏わる容量を小さくすることができる。また、上部配線と交差する面積が減るので、上記ソース/ドレイン導電体と上部配線との容量も小さくすることができる。
【0029】
この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板内に第1導電型の深いウェル領域を形成する工程と、上記半導体基板の表面を仕切るように上記第1導電型の深いウェル領域よりも浅い素子分離領域を形成する工程と、上記素子分離領域によって区分された状態に上記素子分離領域よりも浅い第2導電型の浅いウェル領域を形成する工程と、上記第2導電型の浅いウェル領域上にゲート絶縁膜、一方向に延びるゲート電極、このゲート電極の側壁を覆うゲート電極側壁絶縁膜を順次形成する工程と、上記第2導電型の浅いウェル領域上の上記ゲート絶縁膜及び上記ゲート電極の一部を除去して、上記第2導電型の浅いウェル領域の上記ゲート電極の端近傍にコンタクト領域を形成する工程と、上記コンタクト領域を形成した後、基板全面に層間絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート電極の端の段差をまたぐ領域上の上記層間絶縁膜の領域を除去して第1の除去領域を形成する工程と、上記第2導電型の浅いウェル領域のソース/ドレイン領域と上記素子分離領域をまたぐ領域上の上記層間絶縁膜の領域を除去して第2の除去領域を形成する工程と、上記第1の除去領域及び上記第2の除去領域に導電体を埋設する工程とを有することを特徴としている。
【0030】
この発明の半導体装置の製造方法によれば、特に特殊な製造装置を用いることなく、簡単な構成で断線することなくゲート電極とウェルとの接続抵抗を低減でき、高い駆動力を安定して得ることができると共に、微細化してもソース/ドレイン領域とに纏わる容量およびソース/ドレイン領域の接合容量を低減できる半導体装置を制御性良く形成することができる。また、ゲート電極と浅いウェル領域を接続するための導電体と、ソース/ドレイン領域に形成する導電体を同時に形成しているので、工程を少なくしてコストを削減することができる。
【0031】
また、1実施の形態の半導体装置の製造方法では、上記第2導電型の浅いウェル領域上にゲート絶縁膜、一方向に延びるゲート電極、このゲート電極の側壁を覆うゲート電極側壁絶縁膜を順次形成する工程と、上記第2導電型の浅いウェル領域上の上記ゲート絶縁膜及び上記ゲート電極の一部を除去して、上記ゲート電極と上記第2導電型の浅いウェルとを接続するためのコンタクト領域を形成する工程は、同時に行うことを特徴としている。
【0032】
上記実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、コンタクト領域を形成するためのマスクが不要となるので、コストを削減することができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置及びその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0034】
(第1実施形態)
この第1実施形態の半導体装置は、高い駆動力が安定して得られるDTMOSを実現するために、ゲート電極とウェルを確実に接続する構造の半導体装置及びその製造方法を提供するものである。本発明に使用することができる半導体基板は、特に限定されないが、シリコン基板が好ましい。また、半導体基板は、P型またはN型の導電型を有していても良い。
【0035】
まず、図1によりこの第1実施形態の半導体装置の構成を説明する。図1(a)は、この第1実施形態の半導体装置の平面レイアウトを示し、図1(b)は、図1(a)におけるA−A’方向の断面を示しており、図1(c)は、図1(a)におけるB−B’方向の断面を示している。なお、図1(a)は層間絶縁膜のない状態を上方から見た平面図である。
【0036】
図1(a)〜(c)に示すように、第2導電型の半導体基板101内に、第1導電型の深いウェル領域103が形成され、第1導電型の深いウェル領域103上に第2導電型の浅いウェル領域104が形成されている。上記浅いウェル領域104は、素子分離領域102により区分されて、素子毎に電気的に分離されている。
【0037】
この第1実施形態の半導体装置は、チャネル領域130上に、ゲート絶縁膜105を介して第1導電型にドープされた半導体膜からなるゲート電極106が形成されている。一方、ゲート電極106と浅いウェル領域104とを接続するためのコンタクト領域120は、ゲート絶縁膜105及びゲート電極106が除去され、そのコンタクト領域120において高融点シリサイド膜112及びコンタクト導電体115によりゲート電極106と浅いウェル領域104とが接続されている。上記高融点シリサイド膜112と浅いウェル領域104とが制御性良くオーミック接続されるように、第2導電型の不純物が浅いウェル領域104より高濃度にドープされた拡散層111がコンタクト領域120の全域に形成されている。このため、第2導電型がP型の場合、すなわちNMOSにおいて、浅いウェル領域104の不純物濃度が薄くなりゲート電極106から浅いウェル領域104を介してのソース電極へのリーク電流の増大という問題を防止することができる。このとき、高融点シリサイド膜112と浅いウェル領域104とを制御性良くオーミック接続するためには、上記拡散層111の濃度は、1×1020〜1×1021/cm3程度で形成されていることが好ましい。
【0038】
上記コンタクト導電体115は、ゲート電極106と浅いウェル領域104を接続する領域に形成され、ソース/ドレイン導電体155は、ソース/ドレイン領域131,132上と素子分離領域102上に形成されている。
【0039】
まず、ゲート電極106と浅いウェル領域104を接続するためにコンタクト領域120に形成されたコンタクト導電体115について説明する。
【0040】
ゲート電極106の端の段部とコンタクト領域120の一部をまたぐように層間絶縁膜116が除去され、その除去された領域にコンタクト導電体115は埋設されている。したがって、図21(a)を用いて説明したように、高融点シリサイド膜112が段差下部にて断線した場合においても、ゲート電極106と浅いウェル領域104を確実に接続することができる。また、コンタクト導電体115によりゲート電極106と浅いウェル領域104を接続しているので、図21(b)を用いて説明したような上部配線(図示せず)を用いる必要がない。このため、ゲート電極長手方向の素子寸法を増大させることがないと共に、コンタクト領域120上に上部配線(図示せず)を自由にレイアウトできる。したがって、素子を微細化できると共に上部配線の設計自由度を向上させることができるので、高密度な集積回路を形成することができる。
【0041】
ここで、ゲート電極106と浅いウェル領域104が確実に接続されるために用いているコンタクト導電体115の好ましいレイアウトに関して説明する。
【0042】
図12(a),(b)は、ゲート電極106と浅いウェル領域104が接続されるコンタクト領域120を拡大した断面図である。図12(a),(b)において、図1と同一の構成部は同一参照番号を付している。
【0043】
図12(a)は、ゲート電極106の長手方向に対してコンタクト導電体115の幅を4L/3とし、ゲート電極106の段差部をコンタクト導電体115の中心にレイアウトした例である。ゲート電極106とコンタクト導電体115との接触幅及びコンタクト導電体115とコンタクト領域120との接触幅は、それぞれ2L/3であり、十分に低いコンタクト抵抗でゲート電極106と浅いウェル領域104を制御性良く接続することができる。
【0044】
このとき、コンタクト領域120とコンタクト導電体115とに生ずる位置決め合わせズレは、最小加工寸法をLとすると、一般的に約L/3なので、コンタクト導電体115の位置が素子分離領域102方向へL/3程ずれた場合を示すと、コンタクト領域120とコンタクト導電体115の位置関係は、図12(b)のようになる。このように、ゲート電極長手方向のコンタクト導電体115の幅を4L/3に設計しておくと、図12(b)に示したように、コンタクト導電体115の位置が素子分離領域方向へずれても、ゲート電極106とコンタクト導電体115は約L/3の十分な幅で接続される。このため、コンタクト抵抗が上昇することがない。このことは実験により確認されている。
【0045】
また、図示はしていないが、コンタクト導電体115の位置がゲート電極106方向へずれた場合でも同様に、コンタクト導電体115とコンタクト領域120とは約L/3の十分な幅で接続されるため、コンタクト抵抗が上昇することがない。
【0046】
このように、この第1実施形態の半導体装置では、プロセス揺らぎが発生しても、抵抗を増加させることなく、ゲート電極106と浅いウェル領域104を制御性良く接続することができる。ゲート電極長手方向に対して直角方向のコンタクト導電体115の幅は、最小加工寸法L以上あれば良く、接触面積が大きくなりコンタクト抵抗が小さくなるため、レイアウトが許す限り大きい方が好ましい。本実施の形態においては、ゲート電極長手方向のコンタクト導電体115の幅を4L/3としたが、これは一例に過ぎず、素子面積は大きくなるが、それが許される限り、ゲート電極長手方向のコンタクト導電体115の幅4L/3より大きくても良い。ただし、ゲート電極長手方向のコンタクト導電体115の幅が2Lより大きくなると、素子面積が著しく大きくなるため好ましくない。また、この幅をLとして、ゲート電極106へL/3オーバーラップするように、すなわちコンタクト導電体115のゲート電極長手方向の幅をLに設計しても良い。この場合、コンタクト導電体115が素子分離領域102方向へL/3程ずれても、ゲート電極側壁面においてコンタクト導電体115とゲート電極106が接触するので接触抵抗はそれ程大きくならずに許容範囲内を維持できる。これも実験により確認している。
【0047】
次に、ソース/ドレイン領域131,132に形成されているソース/ドレイン導電体155について図1より説明する。
【0048】
図1に示すように、ソース/ドレイン導電体155は、浅いウェル領域104とゲート絶縁膜105が接する面より上に、ゲート電極106より素子分離領域102側へ2L/3程離れた位置から素子分離領域102方向へ、素子分離領域102上にまたがるように形成されている。ソース/ドレイン導電体155の膜厚はゲート電極106の厚さより薄い。したがって、ソース/ドレイン導電体155はゲート電極106に対して十分離れた位置に形成され、かつソース/ドレイン導電体155の膜厚はゲート電極106より薄いので、ソース/ドレイン導電体155とゲート電極106の対向面積が小さい。したがって、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132とに纏わる容量が小さいという効果がある。
【0049】
また、図20に示す半導体装置(特開2000−82815号公報)と比して、ソース/ドレイン導電体155と上部配線(図示せず)との距離が大きくなるので、ソース/ドレイン領域131,132と上部配線とに纏わる容量も小さいという効果がある。本実施の形態では、ソース/ドレイン導電体155の膜厚はゲート電極106のそれより薄い場合を記載したが、これに限るものではなく、ソース/ドレイン導電体155の膜厚がゲート電極106のそれ以上でも構わない。ただし、この場合は、ソース/ドレイン導電体155の膜厚がゲート電極106のそれより薄い場合と比して、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132とに纏わる容量、及びソース/ドレイン領域131,132と上部配線とに纏わる容量は大きくなる。しかしながら、従来例と比して、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132とに纏わる容量を小さくできる効果は維持される。
【0050】
また、ソース/ドレイン導電体155は素子分離領域102上にも形成されている。コンタクト孔117をソース/ドレイン領域131,132の高融点シリサイド膜112上に直接落とす必要がないため、ゲート電極106と素子分離領域との距離を小さくして接合容量を小さくすることができる。また、ソース/ドレイン導電体155はソース/ドレイン領域131,132の活性領域に制約されることなく、素子分離領域102上にも自由にレイアウトできるので、コンタクト孔117を形成するときの自由度が増す、すなわち、上層配線(図示せず)の自由度を増すという効果がある。これは、ゲート電極からある一定の幅の半導体膜しか形成できない図20に示す半導体装置(特開2000−82815号公報)では実現し得ない効果である。
【0051】
ここで、図1に示すソース/ドレイン領域131,132に形成したソース/ドレイン導電体155の好ましいレイアウトの一例に関して説明する。
【0052】
図13は、ゲート電極106、ソース/ドレイン導電体155と素子分離領域102の位置関係を説明するための、ゲート電極長手方向に対して直角方向の拡大断面図である。なお、図13では、ソース/ドレイン領域132について説明しているが、ソース/ドレイン領域131についても同様である。
【0053】
図13(a)は、ゲート電極端124と素子分離領域102端125との距離を4L/3とし、ゲート電極端124とソース/ドレイン導電体155の端123との距離(Sgppl)を2L/3としたときのレイアウト例である。まず、ソース/ドレイン導電体155とソース/ドレイン領域132の高融点シリサイド膜112とは2L/3の幅で接触しているため、十分低いコンタクト抵抗でソース/ドレイン導電体155と高融点シリサイド膜112を接触させることができる。また、ゲート電極106とソース/ドレイン導電体155とは2L/3程離れているので、ゲート電極106とソース/ドレイン領域132とに纏わる容量を小さくすることができる。
【0054】
図13(b)は、ソース/ドレイン導電体155の位置が素子分離領域102方向へL/3程ずれた場合を示している。このように位置決め合わせズレによりソース/ドレイン導電体155の位置がずれても、ソース/ドレイン導電体155と高融点シリサイド膜112とはL/3という十分な幅で接触可能なので、十分低いコンタクト抵抗を保つことができる。
【0055】
また、図示はしていないが、ソース/ドレイン導電体155の位置がゲート電極106方向へずれた場合は、ソース/ドレイン導電体155がゲート電極106に近づくため容量の増大が懸念されるが、L/3程の十分な距離を保つことができるため、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132とに纏わる容量を増大することはない。
【0056】
このように、この第1実施形態の半導体装置では、プロセス揺らぎが発生しても、抵抗や容量を増加させたりすることがない。本実施の形態においては、ゲート電極106とソース/ドレイン導電体155との距離(Sgppl)を2L/3としたが、これは一例に過ぎず、最小でL/3に設定しても良い。ただし、この場合は、位置決め合わせズレによりソース/ドレイン導電体155がゲート電極106方向にずれるとゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132とに纏わる容量が大きくなる。しかし、その代わりに、ゲート電極端124と素子分離端125の距離をその分(L/3)だけ小さくすることができる。このため、ソース/ドレイン接合容量を小さくすることができる。また、この距離を2L/3より大きくしても良い。この場合は、大きくした分だけゲート電極端124と素子分離領域102の端125との距離を大きくする必要があるので、ソース/ドレイン領域131,132の接合容量が増大するが、デバイス設計において、その増加分が許容範囲内であれば実施は可能である。
【0057】
また、図1(a)に示したように、ゲート電極長手方向のチャネル幅(ゲート幅)がコンタクト孔117に対して十分大きい場合は、ソース/ドレイン領域131,132に積み上げられるソース/ドレイン導電体155は、ゲート電極長手方向に沿って、2カ所以上に分かれて形成される(図1(a)では3カ所)。したがって、上部配線(図示せず)とのコンタクト孔117を設ける場所や、後で説明するローカルインターコネクトとして使用する場所など、ソース/ドレイン導電体155を自由にレイアウトすることができるため設計の自由度が著しく向上する。また、図20に示す半導体装置(特開2000−82815号公報)のようにトランジスタの活性領域以外の不要な領域にソース/ドレイン導電体155は形成されることがない。したがって、ゲート電極106に対抗するソース/ドレイン導電体155の面積を小さくできるので、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132とに纏わる容量を低減することができる。さらに、ソース/ドレイン導電体155と上部配線(図示せず)とが上下方向に対向する面積が小さくなるので、ソース/ドレイン領域131,132と上部配線とに纏わる容量を低減することができる。
【0058】
また、図示はしていないが、ゲート電極幅がコンタクト孔117に対して十分には大きくないトランジスタの場合は、ソース/ドレイン導電体155が一カ所しか形成できないこともある。しかしながら、この場合においても、コンタクト孔117がレイアウトされた領域のみにソース/ドレイン導電体155を設ければ良い。したがって、ゲート幅の長さに係わらず、ゲート電極長手方向のゲート幅全域に渡って積み上げ半導体層が必ず形成される図20に示す半導体装置(特開2000−82815号公報)では実現し得ない、設計自由度の向上及びゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132との容量低減を同時に実現することができる。
【0059】
次に、図2を用いてゲート電極106へのコンタクト孔119をコンタクト導電体115上に形成した場合について説明する。
【0060】
図2(a)は、その平面レイアウトを示し、図2(b)は、図2(a)におけるA−A’方向の断面を、図2(c)は、図2(a)におけるB−B’方向の断面をそれぞれ示している。なお、図2では、図1と同一の構成部は同一参照番号を付している。
【0061】
この場合、ゲート電極106と上部配線(図示せず)の接続と、ゲート電極106と浅いウェル領域104の接続領域を同一のコンタクト領域120上で形成している。したがって、図中に点線で示した領域180が不要となるので、素子面積を削減して集積度を向上させることができる。
【0062】
次に、この第1実施形態の図1に示す半導体装置を形成する手順を、図4〜図11を用いて説明する。
【0063】
図4〜図11において、各分図(a)は平面レイアウトに相当し、各分図(b)は対応する分図(a)の切断面線A−A’からみた断面、各分図(c)は対応する分図(a)の切断面線B−B’からみた断面に相当する。なお、図4〜図11では、図1と同一の構成部は同一参照番号を付している。
【0064】
まず、図4に示すように、半導体基板101中に公知の方法で素子分離領域102を形成する。この第1実施形態では、STI(Shallow Trench Isolation)技術を用いて、深さ400〜700nmの溝を形成して、その溝に酸化膜を埋め込むことにより素子分離領域102を形成している。しかし、素子分離領域の形成の仕方は本方法に限るものではなく、浅いウェル領域104を素子毎に電気的に分離できるものであればよい。
【0065】
次に、深いウェル領域103と、浅いウェル領域104を形成する。本実施形態では、深いウェル領域103を形成するために、Nチャネル素子を作製する際には、隣を250KeV〜350KeV程度のエネルギーで5×1012〜5×1013/cm2程度注入した。Pチャネル素子を作製する際には、ボロンを170KeV〜230KeV程度のエネルギーで5×1012〜5×1013/cm2程度注入した。浅いウェル領域104を形成するために、Nチャネル素子を作製する際には、ボロンを20KeV〜90KeV程度のエネルギーで1×1012〜1×1014/cm2程度注入した。Pチャネル素子を作製する際には、隣を50KeV〜220KeV程度のエネルギーで1×1012〜1×1014/cm2程度注入した。
【0066】
次に、図5に示すように、ゲート絶縁膜105及びゲート電極106を通常の方法で順次形成した後、図示はしていないが、熱酸化法により2〜10nmのシリコン酸化膜をゲート電極側壁及びソース/ドレインとなる活性領域に形成する。次に、従来の微細トランジスタを形成する際と同様な方法を用いて、LDD(Lightly Doped Drain)領域107及び短チャネル効果を抑制するためのハロー領域(図示はしていない)を形成した後、ゲート電極106の側壁を覆うシリコン窒化膜からなるゲート側壁絶縁膜108を形成する。本実施形態のゲート電極側壁絶縁膜108は、シリコン窒化膜で形成しているが、これに限るものではなく、シリコン酸化膜や絶縁性を有する物質であればよい。また、シリコン窒化膜を形成する前に10〜30nmのシリコン酸化膜を形成してもよい。この場合は、シリコン窒化膜の加工がシリコン酸化膜に対して高選択性を有する条件で行うと、シリコン窒化膜の加工がシリコン酸化膜上にて完了するため、加工時のダメージがシリコン基板に発生しないという効果がある。
【0067】
次に、図6に示すように、周知のリソグラフィー技術を用いて、ゲート電極106と浅いウェル領域104を接続するコンタクト領域120上のゲート電極106を除去するために、レジスト140をパターニングする。次に、このレジスト140をマスクにしてゲート電極106の一部をエッチングする。具体的にはヘリコン型RIE装置を用いて、臭化水素と酸素の混合ガスの0.4Paの圧力のもとでエッチングを行った。
【0068】
次に、図7に示すように、レジスト140(図6に示す)を除去した後、周知のリソグラフィー技術を用いて、レジスト145をパターニングした後、ゲート電極106と浅いウェル領域104をオーミック接続するために、コンタクト領域120に第2導電型不純物のイオン注入160を行う。このとき、レジスト145は、第2導電型不純物のイオン注入160がゲート電極106にドープされないようにパターニングされている。具体的には、図7(c)に示すように、コンタクト領域120側のレジスト145の端121及びコンタクト領域120側のゲート電極106の端122との距離が、最小加工寸法をLとすると、0からL/3の範囲になるようにパターニングされている。
【0069】
このように、ゲート電極106に第2導電型不純物がドープされないため、活性化アニール時に、不純物がゲート電極106のうちのチャネル領域130(図1に示す)上の部分106a(図1に示す)へ拡散して第1導電型の不純物と相殺することがない。したがって、トランジスタの駆動力を低下させることがない。しかも、チャネル端126(図9(c)に示す)とコンタクト領域120との距離を小さく設定できるので素子の微細化が可能になる。
【0070】
次に、図8に示すように、レジスト145(図7に示す)を除去した後、周知のリソグラフィー技術を用いて、レジスト150をパターニングして高濃度ソース/ドレイン領域131,132及びゲート電極106を形成するために、第1導電型の不純物イオン注入170を行う。本実施形態では、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132(図1に示す)へのドーピングは同時に行っている。ここで、第1導電型の不純物イオン注入170は、チャネル領域130のみに注入されるようにレジスト150はパターニングされている。具体的には、ゲート電極106及びソース/ドレイン領域131,132に注入した不純物が後工程の活性化アニール時に横方向に拡散することを考慮して、予めゲート電極長手方向に対してトランジスタのチャネル中心部の方向に0.1μmから0.3μm程度内側にイオン注入は行われることが望ましい。
【0071】
したがって、ゲート電極106の両端にドナー、アクセプタのいずれの不純物もドープされていない部分106b,106c(図1に示す)が残されるように注入されるので、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132とに纏わる容量を低減することができる。また、後工程でゲート電極端の部分106b,106c上に形成される高融点シリサイド膜112(図1に示す)は、不純物の影響を排除されているため、不純物がドープされているゲート電極106の一部分106a上の高融点シリサイド膜112と比して厚い膜が形成できる。したがって、コンタクト孔117,118(図1に示す)とコンタクト孔133(図9に示す)を形成する際に高融点シリサイド膜112がエッチングされて、上部配線(図示せず)とゲート電極106とのコンタクト抵抗が大きくなることを防止することができる。
【0072】
本実施形態は、CMOSを形成するため、Nチャネル型素子のソース/ドレイン、ゲート電極へのドナー不純物注入の際に、Pチャネル型素子のゲート電極と導電型がN型の浅いウェル領域と接続させるためのコンタクト領域へのドナー不純物注入を同時に行う工程を含むことを特徴としている。また、本実施形態は、Pチャネル型素子のソース/ドレイン、ゲート電極へのアクセプタ不純物注入の際に、Nチャネル型素子のゲート電極と導電型がP型の浅いウェル領域とを接続するためのコンタクト領域へのアクセプタ不純物注入を同時に行う工程を含むことを特徴としている。このため、新たに工程を付加することなく、ゲート電極と浅いウェル領域を接続するためのイオン注入工程を行うことが可能である。
【0073】
イオン注入条件は、Nチャネルトランジスタに関しては、砒素イオンを5KeVから50KeV程度のエネルギーで2×1015〜5×1015/cm2程度の注入量で行った。また、Pチャネルトランジスタに関しては、3フッ化ボロンイオンを10KeVから30KeV程度のエネルギーで2×1015〜5×1016/cm2程度の注入量で行った。ここで、図示はしていないが、不純物注入時のコンタミ除去を目的に、不純物を注入する前に5〜30nmのスクリーン酸化膜を全面に形成しても良い。
【0074】
次に、図9に示すように、レジスト150(図8に示す)を除去した後、活性化アニール処理を施すと、注入された不純物が活性化されて、コンタクト領域120には全域に渡り第2導電型の拡散層111が形成され、ゲート電極106及びソース/ドレイン領域131,132には第1導電型の拡散層(106a,131,132)が形成される。活性化アニール処理としては、950℃から1100℃の温度で急速加熱処理を使用した。本実施の形態では、ドナー不純物注入及びアクセプタ不純物注入を行った後に活性化アニール処理を行ったが、これに限るものではなく、ソース/ドレイン領域131,132の接合深さを微妙に調節したい場合は、ドナー不純物及びアクセプタ不純物に対してそれぞれ別々の活性化アニール処理を施しても良い。次に、周知のサリサイドプロセスにより高融点シリサイド膜112を、ゲート電極106、ソース/ドレイン領域131,132の活性層、及びコンタクト領域120上に形成する。高融点材料としては、チタン、コバルト、ニッケル、白金、タンタルなどを用いればよい。
【0075】
次に、CVD法を用いて、シリコン窒化膜113及び第1の層間絶縁膜としてシリコン酸化膜114を順次形成する。ここで、シリコン窒化膜113とシリコン酸化膜114の積層膜の膜厚はゲート電極106の厚さより小さくなるように設定されている。次に、周知のリソグラフィー技術と加工技術を用いて、コンタクト導電体115(図1に示す)及びソース/ドレイン導電体155(図1に示す)を形成したい所望の領域のシリコン酸化膜114とシリコン窒化膜113を除去すると、コンタクト導電体115を埋設するためのコンタクト孔133とソース/ドレイン導電体155を埋設するためのコンタクト孔134が形成される。
【0076】
ここで、シリコン窒化膜113を用いる意味について説明する。
【0077】
シリコン窒化膜113は、シリコン酸化膜114をエッチングする際のストッパーとして使用される。シリコン酸化膜114をエッチングするときは、下地シリコン窒化膜113に対して選択比の大きな条件を用い、シリコン窒化膜113をエッチングするときには素子分離領域102のシリコン酸化膜に対して選択比が大きな条件が用いられる。このような条件下でエッチングを行うことにより、素子分離領域102のシリコン酸化膜がエッチングされて膜減りすることなく、すなわち素子特性を劣化させることなく、コンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155を形成する領域をエッチングすることができる。シリコン酸化膜114をエッチングする際は、膜厚バラツキやエッチングレートのバラツキを考慮して、一般的にある量のオーバーエッチング量(具体的にはエッチング量に対して約30%)を含んだ条件下で行われる。このため、シリコン窒化膜113が存在しない場合はシリコン酸化膜114と同じ材質の素子分離領域のシリコン酸化膜は著しくエッチングされてしまう。
【0078】
このように、シリコン窒化膜113は素子分離領域のシリコン酸化膜がエッチングされることを防止する働きがある。これは、オーバーエッチング量が大きく設定される第1の層間絶縁膜が厚い場合に特に有効になる。また、図示はしていないが、コンタクト導電体115(図1に示す)及びソース/ドレイン導電体155(図1に示す)に対してコンタクト孔117,118(図1に示す)がずれてはみ出した場合でも、コンタクト孔117,118のエッチングがシリコン窒化膜113でストップして素子分離領域102のシリコン酸化膜をエッチングすることがない。したがって、素子の特性劣化を防止することができる。
【0079】
この第1実施形態では、シリコン窒化膜113をエッチングストッパーとして使用したが、シリコン酸化膜114の膜厚が薄い場合で、しかもシリコン酸化膜114のオーバーエッチング量、すなわち素子分離領域102のシリコン酸化膜のエッチング量がデバイス特性に関して許容範囲内になるように、シリコン酸化膜114のエッチング条件を設定可能であれば、シリコン窒化膜113は用いなくても良い。
【0080】
次に、コンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155が形成される領域(コンタクト孔133,134)について説明する。
【0081】
まず、コンタクト領域120において、ゲート電極106と浅いウェル領域104を接続するためのコンタクト導電体115が形成される領域(コンタクト孔133)について説明する。図12を用いて前述したように、コンタクト孔133は、ゲート電極106とコンタクト領域120とをまたぐように形成されている。具体的には、ゲート電極長手方向に対して4L/3の幅(Wpl)を持ち、コンタクト孔133の中心がゲート電極端122と一致するように形成される。幅Wplは、2Lより小さい方が望ましい。何故なら、あまり大きくすると、ゲート電極長手方向の素子寸法が著しく大きくなってしまうからである。このコンタクト孔133のゲート電極長手方向に対して直角方向の幅はレイアウトが許す限り大きい方がよいが、微細な素子を得る目的から、最小加工寸法であるLで設計されることが望ましい。
【0082】
一方、ソース/ドレイン領域131,132に形成されるコンタクト孔134は、図9(b)に示すように、ゲート電極端124とコンタクト孔端123との距離(Sgppl)がL/3から2L/3の範囲の位置から、素子分離領域102に渡って形成されている。
【0083】
上記コンタクト孔133,134の深さ(シリコン窒化膜113とシリコン酸化膜114の合計膜厚に相当)は、ゲート電極106の厚さより小さくなるように設定されている。したがって、ゲート電極106とソース/ドレイン導電体155との対向面積が小さくなるので、ゲート電極106とソース/ドレイン電極との容量を低減することができる。
【0084】
次に、図10に示すように、導電体を形成した後、エッチングバックすることによりコンタクト孔133,134(図9に示す)内にコンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155がそれぞれ埋設される。本実施の形態では、コンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155は、チタン膜、窒化チタン膜及びタングステン膜の積層膜により構成されている。チタン膜及び窒化チタン膜は物理スパッタ法を用いて形成した。また、タングステン膜はCVD法により形成した。CVD法により形成したタングステン膜は段差被覆性に優れている。このため、コンタクト領域120において、高融点シリサイド膜112が断線しても、タングステン膜によりゲート電極106と浅いウェル領域104を確実に接続することができる。
【0085】
上記コンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155は、いずれも従来から製造ラインにおいて使われている装置を用いて形成している。したがって、特殊なプロセス装置を用いる必要がないので、コストが高くなることがない。ここで、導電体はこれに限るものではないが、後の工程で第2の層間絶縁膜を形成して平坦化のためのアニール処理などを施すこともあるため、高融点金属であることが好ましい。
【0086】
次に、図11に示すように、周知の方法で第2の層間絶縁膜116を形成した後、コンタクト孔117,118を層間絶縁膜116の所定の位置に開口する。コンタクト工程以降は周知の方法を用いて配線工程を実施すればよい。ソース/ドレイン領域131,132上にコンタクト孔117を形成する場合、従来例では活性領域である高融点シリサイド膜112上に直接形成する必要があった。しかしながら、本実施の形態では、ソース/ドレイン領域131,132及び素子分離領域102上にまたがるように形成された導電体115上かつ素子分離領域102側に、コンタクト孔117を形成すれば良いので、その上部に形成される配線(図示せず)の自由度を増加させることができる。したがって、集積回路によって様々なコンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155をレイアウトすることによって、素子面積の小さな集積回路を設計することができる。また、コンタクト孔117を直接高融点シリサイド膜112に接触させる必要がないので、ソース/ドレイン活性領域の面積を小さくすることができる。したがって、ソース/ドレイン領域131,132の接合容量を小さくすることができる。
【0087】
特に、DTMOSは、ゲート電極106と浅いウェル領域104が接続されているため、ゲート電極とウェル領域が接続されていない従来のMOSトランジスタと比して、トランジスタ全体の容量に対する接合容量の割合が大きい。このため、この接合容量を削減することは非常に重要である。さらに、ソース/ドレイン導電体155はゲート電極106から十分離れているので、図20に示す半導体装置(特開2000−82815号公報)と比して、ゲート電極106とソース/ドレイン領域131,132との容量を低減できる効果がある。
【0088】
(第2実施形態)
この第2実施形態では、第1実施形態の半導体装置を、直列トランジスタに適応させた場合に、素子面積を低減することができる効果を提供するものである。
【0089】
この第2実施形態の半導体装置の構成を図3により説明する。
【0090】
図3(a)は、本実施の形態の半導体装置のゲート電極長手方向に対して直角方向の断面図を示し、図3(b)は、従来例の半導体装置のゲート電極長手方向に対して直角方向の断面図を示している。なお、図3(b)では、図19と同一の構成部は同一参照番号を付している。
【0091】
まず、図3(b)に示した従来例の半導体装置では、隣接するソース/ドレイン領域307,307は、コンタクトプラグ330とメタル配線331によって接続されていた。そのため、図3(b)に示すように、隣接するトランジスタのゲート電極306同士の距離が7L(=3L+L+3L)必要であった。
【0092】
しかしながら、本発明の半導体装置では、図3(a)に示すように、隣接するトランジスタのソース/ドレイン領域131,132同士がソース/ドレイン導電体155で接続されている。したがって、隣接するトランジスタのゲート電極同士の距離が11L/3(=4L/3+L+4L/3)と小さくできる。このため、素子の占有面積を飛躍的に削減することができる。また、隣接するトランジスタのソース/ドレイン領域131,132を接続するのに上部配線を使用していないので、上部配線(図示せず)の自由度を飛躍的に向上させることができる。
【0093】
(第3実施形態)
この第3実施形態では、第1実施形態の半導体装置の形成手順と比して、ゲート電極と浅いウェルを接続させるためのコンタクト領域を形成するためのマスクを削減した形成手順を提供するものである。
【0094】
この第3実施形態の半導体装置の形成手順を、図14〜図18を用いて説明する。図14〜図18において、各分図(a)は平面レイアウトに相当し、各分図(b)は対応する分図(a)の切断面線A−A’からみた断面、各分図(c)は対応する分図(a)の切断面線B−B’からみた断面に相当する。ゲート電極の形成より以前の手順は、第1実施形態と同じなので省略している。なお、図14〜図18では、図1と同一の構成部は同一参照番号を付している。
【0095】
まず、図示はしていないが、第1実施形態の半導体装置の形成手順と同様に、半導体基板101内に、素子分離領域102と深いウェル領域103及び浅いウェル領域104を形成する。
【0096】
次に、図14に示したように、ゲート絶縁膜105及びゲート電極106を通常の方法で順次形成した後、図示はしていないが、熱酸化法により2〜10nmのシリコン酸化膜をゲート電極側壁及びソース/ドレインとなる活性領域に形成する。このとき、ゲート電極のパターニングは、第1実施形態とは異なり、コンタクト領域120の活性層が露出するように行われる。次に、従来の微細トランジスタを形成する際と同様な方法を用いて、LDD領域107及び短チャネル効果を抑制するためのハロー領域(図示はしていない)を形成した後、ゲート電極106の側壁を覆うシリコン窒化膜からなるゲート側壁絶縁膜108を形成する。
【0097】
次に、図15に示すように、第1実施形態と同様に、浅いウェル領域104と高融点シリサイド膜112をオーミック接続するための不純物濃度の濃い第2導電型の拡散層111、及び第1導電型の高濃度ソース/ドレイン領域131,132,ゲート電極106を、それぞれをイオン注入した後にアニール処理を施すことにより形成する。次に、周知のサリサイドプロセスにより高融点シリサイド膜112を、ゲート電極106、ソース/ドレイン領域131,132の活性層、及びコンタクト領域120上に形成する。次に、CVD法を用いて、シリコン窒化膜113及び第1の層間絶縁膜としてシリコン酸化膜114を順次形成する。次に、周知のリソグラフィー技術と加工技術を用いて、導電体を堆積するコンタクト孔134,133のシリコン酸化膜114及びシリコン窒化膜113の領域を除去する。
【0098】
次に、図16に示すように、導電体を全面に堆積後、コンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155がコンタクト孔133,134(図15に示す)内にそれぞれ埋設されるようにエッチングバックの条件を調整して、コンタクト導電体115及びソース/ドレイン導電体155を形成する。
【0099】
次に、図17に示すように、周知の方法で第2の層間絶縁膜116を形成した後、コンタクト孔117,118を層間絶縁膜116の所定の位置に開口する。
【0100】
次に、図18に示すように、コンタクト金属プラグ190と上部配線191を形成してこの第3実施形態の半導体装置が完成する。
【0101】
以上のように、この第3実施形態の半導体装置の形成手順によれば、本実施の形態の半導体装置は、図18に示すように、コンタクト領域120側のゲート電極端にゲート電極側壁絶縁膜108が形成されるため、第1実施形態の半導体装置と比して、ゲート電極長手方向の素子寸法がそのゲート電極側壁絶縁膜の幅だけ大きくなる。また、高融点シリサイド膜112はこのゲート電極側壁絶縁膜によって絶縁されるため、高融点シリサイド膜112では、ゲート電極106と浅いウェル領域104を接続することはできない。しかしながら、この第3実施形態では、ゲート電極106と浅いウェル領域104とを接続するためのコンタクト領域120を形成する工程(第1実施形態では図6に相当)にて使用するマスクが不要になるため、コストを削減することができる。
【0102】
また、第1実施形態の半導体装置においても説明したように、図21(b)のように、上部配線191を用いることなく、ゲート電極106と浅いウェル領域104の接続をコンタクト導電体115のみを用いて実現している。このため、図18に示すように、コンタクト領域120上に上部配線191を自由に他の配線のためにレイアウトすることができる。したがって、上部配線の設計自由度を向上させることができるので、素子を微細化することができる。また、コンタクト導電体115に高融点金属を用いているので、DTMOSでない通常構造のトランジスタの工程にコンタクト導電体115を形成するためのマスクを一枚追加するだけで、量産ラインの生産効率を損ねること無く本発明の半導体装置を形成することができる。このため、通常構造のトランジスタと同一チップ上に容易に混載することができる。したがって、システムLSIを容易に実現することができる。
【0103】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体装置及びその製造方法によれば、ゲート電極と浅いウェルを確実に接続することにより、制御性良くDTMOSトランジスタを形成することを可能とする。また、素子面積を大きくすることなく、上部配線の設計自由度を増加させると共に、ゲート電極とソース/ドレイン領域とに纏わる容量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1(a),(b)及び(c)は本発明の第1実施形態の半導体装置を説明する図である。
【図2】 図2(a),(b)及び(c)は上記半導体装置を説明する図である。
【図3】 図3(a)及び(b)は本発明の第2実施形態の半導体装置を従来例と比較して説明する図である。
【図4】 図4(a),(b)及び(c)は本発明の第1実施形態の半導体装置を作成する手順を説明する図である。
【図5】 図5(a),(b)及び(c)は上記半導体装置を作成する手順を説明する図である。
【図6】 図6(a),(b)及び(c)は上記半導体装置を作成する手順を説明する図である。
【図7】 図7(a),(b)及び(c)は上記半導体装置を作成する手順を説明する図である。
【図8】 図8(a),(b)及び(c)は上記半導体装置を作成する手順を説明する図である。
【図9】 図9(a),(b)及び(c)は上記半導体装置を作成する手順を説明する図である。
【図10】 図10(a),(b)及び(c)は上記半導体装置及びその作成する手順を説明する図である。
【図11】 図11(a),(b)及び(c)は上記半導体装置及びその作成する手順を説明する図である。
【図12】 図12(a)及び(b)は上記半導体装置におけるコンタクト領域上に形成した導電体の形成位置を説明する図である。
【図13】 図13(a)及び(b)は上記半導体装置におけるソース/ドレイン領域上に形成した導電体の形成位置を説明する図である。
【図14】 図14(a),(b)及び(c)は本発明の第3実施形態の半導体装置及びその作成する手順を説明する図である。
【図15】 図15(a),(b)及び(c)は上記半導体装置及びその作成する手順を説明する図である。
【図16】 図16(a),(b)及び(c)は上記半導体装置及びその作成する手順を説明する図である。
【図17】 図17(a),(b)及び(c)は上記半導体装置及びその作成する手順を説明する図である。
【図18】 図18(a),(b)及び(c)は上記半導体装置及びその作成する手順を説明する図である。
【図19】 図19(a),(b)及び(c)は従来の半導体装置を説明する図である。
【図20】 図20(a),(b)は従来の半導体装置を説明する図である。
【図21】 図21(a),(b)は従来の課題を説明する図である。
【符号の説明】
101 シリコン半導体基板
102 シリコン酸化膜
103 第1導電型の深いウェル
104 第2導電型の浅いウェル
105 ゲート絶縁膜
106 ゲート電極
107 LDD領域
108,113 シリコン窒化膜
110 第1導電型にドープされたゲート電極高濃度層
111 第2導電型にドープされた高濃度拡散層
112 高融点シリサイド膜
113 シリコン窒化膜
114 シリコン酸化膜
115 導電体
116 層間絶縁膜
117,118,119 コンタクト孔
120 ゲート電極と第2導電型の浅いウェルを接続するためのコンタクト領域
130 チャネル領域
131,132 ソース/ドレイン領域
140,145,150 レジスト
160 第2導電型の高濃度不純物のイオン注入
170 第1導電型の高濃度不純物のイオン注入[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More specifically, regarding a dynamic threshold transistor in which a gate electrode and a well region are connected, a semiconductor device having a structure in which the gate electrode and the well region are reliably connected and the capacitance associated with the source / drain region is reduced, and its manufacture Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
Mobile device terminals such as mobile phones continue to make remarkable progress, but low power consumption of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) LSIs (Large Scale Integrated Circuits) is eager to extend the battery life. Has been. Since the power consumption of this CMOS LSI is proportional to the square of the power supply voltage, it is most effective to lower the power supply voltage to reduce power consumption. However, when the power supply voltage is lowered, the driving capability of the transistor is reduced, which causes a problem that the delay time of the circuit increases. This becomes more prominent as the power supply voltage is lowered.
[0003]
One way to improve this is to lower the threshold voltage of the transistor. However, as the threshold voltage decreases, the gate-off leakage current, that is, the standby leakage current increases, which is acceptable. The lower limit of the threshold is limited by the standby leakage current.
[0004]
In order to solve such a problem, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) capable of low-voltage driving, low power consumption, and high-speed operation utilizing a substrate bias effect generated by changing the bias of the well region. As a technique, a dynamic threshold operation transistor (hereinafter referred to as DTMOS) using a bulk substrate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
FIG. 19A shows a planar layout of such a DTMOS, FIG. 19B shows a cross section in the AA ′ direction in FIG. 19A, and FIG. 19C shows FIG. The cross section of BB 'direction in a) is shown. In this DTMOS, a
[0006]
In the DTMOS, the
[0007]
However, as shown in FIG. 19B, when the minimum processing dimension is L, the distance between the
[0008]
In order to solve the above problem, a semiconductor device is disclosed in which the junction capacitance relating to the source / drain region is reduced, that is, the junction area of the source / drain region is reduced (see, for example, Patent Document 2).
[0009]
A schematic structure of this semiconductor device is shown in FIG. FIG. 20A shows the planar layout, and FIG. 20B shows a cross section in the A-A ′ direction in FIG. An
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-163342
[Patent Document 2]
JP 2000-82815 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional techniques shown in FIGS. 19 and 20 have the following problems.
[0012]
First, the problem of the DTMOS shown in FIG. 19 will be described with reference to FIG. FIG. 21A is an enlarged view of the vicinity of the
[0013]
Therefore, as shown in FIG. 21 (b), the present inventors use a well-known processing technique and wiring formation technique to form the gate electrode and the shallow well using the
[0014]
In addition, the semiconductor device illustrated in FIG. 20 has a problem in that the capacitance collected between the
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a first object of the present invention is to provide a semiconductor device that can reduce the connection resistance between the gate electrode and the well without disconnection with a simple configuration and can stably obtain a high driving force, and a method for manufacturing the same. There is to do.
[0016]
A second object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reduce the capacitance combined with the source / drain regions and the junction capacitance of the source / drain regions even when miniaturized.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention is formed in a semiconductor substrate, a first conductivity type deep well region formed in the semiconductor substrate, and a first conductivity type deep well region. A shallow well region of a second conductivity type divided by an element isolation region, a gate insulating film formed on the shallow well region of the second conductivity type, and a gate electrode formed on the gate insulating film, The contact region formed in the vicinity of the end of the gate electrode in the shallow well region of the second conductivity type and the gate electrode and the contact region are formed across the step at the end of the gate electrode. A contact conductor, a source / drain region of the second well-type shallow well region, and a region overlying an upper portion of the element isolation region, and the gate above the surface of the semiconductor substrate; A source / drain conductor formed in a position at a distance from the electrodes, the minimum feature size is L, and the width direction of the contact conductor that spans the step of the gate electrode and Wpl,
4L / 3 ≤
Meets the requirements ofIn addition, if the shortest distance between the gate electrode and the source / drain conductor is Sgppl,
L / 3 ≦ Sgppl ≦ 2L / 3
Meets the requirements ofIt is characterized by that.
[0018]
According to the semiconductor device having the above configuration, the gate electrode and the shallow well region are reliably connected by the presence of the contact conductor formed so as to connect the gate electrode and the contact region across the step at the end of the gate electrode. It becomes possible. Therefore, the connection resistance between the gate electrode and the well can be reduced without disconnection with a simple configuration, and a high driving force can be stably obtained.
[0019]
[0020]
In addition, a contact hole with the upper electrode can be formed on the source / drain conductor formed in the element isolation region. That is, since the contact holes can be laid out on the element isolation region, the degree of freedom of layout of the contact holes is increased. Therefore, the degree of freedom of the upper wiring is improved and the element can be miniaturized. Further, since the distance between the gate electrode and the element isolation region can be reduced, the junction capacitance of the source / drain region can be reduced.
[0021]
[0022]
Further, by setting the width Wpl of the contact conductor to 4L / 3 or more, the gate electrode and the shallow well region are connected with a sufficiently low contact resistance even if a positional shift occurs with respect to the connection region between the gate electrode and the shallow well. can do. On the other hand, when the width Wpl of the contact conductor is 2 L or less, miniaturization in the longitudinal direction of the gate electrode is not impaired.
[0023]
[0024]
furtherBy setting the shortest distance Sgppl between the gate electrode and the source / drain conductor to be L / 3 or more, the capacitance integrated between the gate electrode and the source / drain region does not increase. On the other hand, by setting the shortest distance Sgppl between the gate electrode and the source / drain conductor to 2L / 3 or less, the area of the source / drain region is not increased and the junction capacitance is not increased.
[0025]
The semiconductor device according to an embodiment is characterized in that the source / drain conductor is thinner than the gate electrode.
[0026]
According to the semiconductor device having the above configuration, the capacity of the source / drain conductor and the gate electrode can be reduced.
[0027]
In one embodiment, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the source / drain conductor is formed in two or more locations in each of the source / drain regions.
[0028]
According to the semiconductor device having the above configuration, since there is a region where the source / drain conductor is not formed, the capacity of the source / drain conductor and the gate electrode in the region can be reduced. Further, since the area intersecting the upper wiring is reduced, the capacitance between the source / drain conductor and the upper wiring can be reduced.
[0029]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first conductivity type deep well region in a semiconductor substrate, and an element shallower than the first conductivity type deep well region so as to partition the surface of the semiconductor substrate. A step of forming an isolation region, a step of forming a shallow well region of a second conductivity type shallower than the element isolation region in a state partitioned by the element isolation region, and a step of forming on the shallow well region of the second conductivity type A step of sequentially forming a gate insulating film, a gate electrode extending in one direction, a gate electrode side wall insulating film covering the side wall of the gate electrode, and the gate insulating film and the gate electrode on the shallow well region of the second conductivity type Forming a contact region in the vicinity of the end of the gate electrode in the second conductivity type shallow well region, and forming the contact region; A step of forming an insulating film; a step of removing a region of the interlayer insulating film on a region straddling a step at an end of the gate electrode to form a first removal region; and a shallow well region of the second conductivity type Forming a second removal region by removing a region of the interlayer insulating film on a region straddling the source / drain region and the element isolation region, and forming the second removal region in the first removal region and the second removal region And a step of embedding a conductor.
[0030]
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the connection resistance between the gate electrode and the well can be reduced without using a special manufacturing apparatus, without disconnection with a simple structure, and a high driving force can be stably obtained. In addition, it is possible to form a semiconductor device with good controllability that can reduce the capacitance combined with the source / drain regions and the junction capacitance of the source / drain regions even when miniaturized. Further, since the conductor for connecting the gate electrode and the shallow well region and the conductor formed in the source / drain region are formed at the same time, the number of steps can be reduced and the cost can be reduced.
[0031]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment, a gate insulating film, a gate electrode extending in one direction, and a gate electrode side wall insulating film covering the side wall of the gate electrode are sequentially formed on the second well type shallow well region. Forming the gate insulating film and a part of the gate electrode on the second conductivity type shallow well region to connect the gate electrode and the second conductivity type shallow well; The step of forming the contact region is characterized by being performed simultaneously.
[0032]
According to the manufacturing method of the semiconductor device of the above-described embodiment, a mask for forming the contact region is not necessary, and the cost can be reduced.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
[0034]
(First embodiment)
The semiconductor device according to the first embodiment provides a semiconductor device having a structure in which a gate electrode and a well are reliably connected and a manufacturing method thereof in order to realize a DTMOS that can stably obtain a high driving force. The semiconductor substrate that can be used in the present invention is not particularly limited, but a silicon substrate is preferable. The semiconductor substrate may have a P-type or N-type conductivity type.
[0035]
First, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a planar layout of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B shows a cross section taken along the line AA ′ in FIG. ) Shows a cross section in the BB ′ direction in FIG. FIG. 1A is a plan view of the state without an interlayer insulating film as viewed from above.
[0036]
As shown in FIGS. 1A to 1C, a first conductivity type
[0037]
In the semiconductor device of the first embodiment, a
[0038]
The
[0039]
First, the
[0040]
The
[0041]
Here, a preferred layout of the
[0042]
12A and 12B are enlarged cross-sectional views of the
[0043]
FIG. 12A shows an example in which the width of the
[0044]
At this time, the positional misalignment generated between the
[0045]
Although not shown, even when the position of the
[0046]
As described above, in the semiconductor device according to the first embodiment, the
[0047]
Next, the source /
[0048]
As shown in FIG. 1, the source /
[0049]
In addition, since the distance between the source /
[0050]
The source /
[0051]
Here, an example of a preferable layout of the source /
[0052]
FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode, for explaining the positional relationship between the
[0053]
13A, the distance between the
[0054]
FIG. 13B shows a case where the position of the source /
[0055]
Although not shown in the figure, when the position of the source /
[0056]
As described above, in the semiconductor device according to the first embodiment, even if process fluctuation occurs, resistance and capacitance are not increased. In this embodiment, the distance (Sgppl) between the
[0057]
In addition, as shown in FIG. 1A, when the channel width (gate width) in the longitudinal direction of the gate electrode is sufficiently larger than the
[0058]
Although not shown, in the case of a transistor whose gate electrode width is not sufficiently large with respect to the
[0059]
Next, the case where the
[0060]
2 (a) shows the planar layout, FIG. 2 (b) shows a cross section in the AA ′ direction in FIG. 2 (a), and FIG. 2 (c) shows a B- Sections in the B ′ direction are shown. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0061]
In this case, the connection between the
[0062]
Next, a procedure for forming the semiconductor device shown in FIG. 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0063]
4 to 11, each partial view (a) corresponds to a planar layout, and each partial view (b) is a cross-sectional view taken along the section line AA ′ of the corresponding partial view (a). c) corresponds to a cross section taken along the section line BB 'in the corresponding partial drawing (a). 4 to 11, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0064]
First, as shown in FIG. 4, an
[0065]
Next, a
[0066]
Next, as shown in FIG. 5, after the
[0067]
Next, as shown in FIG. 6, the resist 140 is patterned in order to remove the
[0068]
Next, as shown in FIG. 7, after the resist 140 (shown in FIG. 6) is removed, the resist 145 is patterned using a well-known lithography technique, and then the
[0069]
As described above, since the
[0070]
Next, as shown in FIG. 8, after removing the resist 145 (shown in FIG. 7), the resist 150 is patterned by using a well-known lithography technique to form the high concentration source /
[0071]
Therefore, since the
[0072]
In this embodiment, in order to form a CMOS, when a donor impurity is implanted into the source / drain and gate electrode of the N channel type device, the gate electrode of the P channel type device is connected to the shallow well region having the N conductivity type. And a step of simultaneously performing donor impurity implantation into the contact region to be performed. Further, in the present embodiment, when acceptor impurities are implanted into the source / drain and gate electrodes of the P channel type element, the gate electrode of the N channel type element is connected to the shallow well region having the conductivity type of P type. The method includes a step of simultaneously performing acceptor impurity implantation into the contact region. Therefore, an ion implantation process for connecting the gate electrode and the shallow well region can be performed without adding a new process.
[0073]
As for the ion implantation conditions, for N-channel transistors, arsenic ions are 2 × 10 5 with an energy of about 5 KeV to 50 KeV.15~ 5x1015/ Cm2The injection amount was about. As for the P-channel transistor, boron trifluoride ions are 2 × 10 2 with an energy of about 10 KeV to 30 KeV.15~ 5x1016/ Cm2The injection amount was about. Although not shown here, a screen oxide film of 5 to 30 nm may be formed on the entire surface before impurity implantation for the purpose of removing contamination during impurity implantation.
[0074]
Next, as shown in FIG. 9, when the resist 150 (shown in FIG. 8) is removed and then an activation annealing process is performed, the implanted impurities are activated, and the
[0075]
Next, a
[0076]
Here, the meaning of using the
[0077]
The
[0078]
Thus, the
[0079]
In the first embodiment, the
[0080]
Next, regions (contact holes 133 and 134) where the
[0081]
First, in the
[0082]
On the other hand, the
[0083]
The depth of the contact holes 133 and 134 (corresponding to the total film thickness of the
[0084]
Next, as shown in FIG. 10, after the conductor is formed, the
[0085]
Both the
[0086]
Next, as shown in FIG. 11, after the second
[0087]
In particular, since the DTMOS has the
[0088]
(Second Embodiment)
The second embodiment provides an effect that the element area can be reduced when the semiconductor device of the first embodiment is adapted to a series transistor.
[0089]
The configuration of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
[0090]
3A shows a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode of the semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 3B shows the longitudinal direction of the gate electrode of the conventional semiconductor device. A cross-sectional view in the perpendicular direction is shown. In FIG. 3B, the same components as those in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals.
[0091]
First, in the conventional semiconductor device shown in FIG. 3B, the adjacent source /
[0092]
However, in the semiconductor device of the present invention, as shown in FIG. 3A, the source /
[0093]
(Third embodiment)
The third embodiment provides a forming procedure in which the mask for forming a contact region for connecting the gate electrode and the shallow well is reduced as compared with the forming procedure of the semiconductor device of the first embodiment. is there.
[0094]
A procedure for forming the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 18, each partial view (a) corresponds to a planar layout, and each partial view (b) is a cross-sectional view taken along the section line AA ′ of the corresponding partial view (a). c) corresponds to a cross section taken along the section line BB 'in the corresponding partial drawing (a). Since the procedure before the formation of the gate electrode is the same as that in the first embodiment, it is omitted. 14 to 18, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0095]
First, although not shown, the
[0096]
Next, as shown in FIG. 14, after the
[0097]
Next, as shown in FIG. 15, as in the first embodiment, the second conductivity
[0098]
Next, as shown in FIG. 16, after the conductor is deposited on the entire surface, the
[0099]
Next, as shown in FIG. 17, after forming a second
[0100]
Next, as shown in FIG. 18, the
[0101]
As described above, according to the formation procedure of the semiconductor device of the third embodiment, the semiconductor device of the present embodiment has a gate electrode sidewall insulating film at the gate electrode end on the
[0102]
Further, as described in the semiconductor device of the first embodiment, as shown in FIG. 21B, the connection between the
[0103]
【The invention's effect】
As apparent from the above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, the DTMOS transistor can be formed with good controllability by reliably connecting the gate electrode and the shallow well. Further, the design freedom of the upper wiring can be increased without increasing the element area, and the capacitance associated with the gate electrode and the source / drain region can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B and 1C are diagrams illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A, 2B, and 2C are diagrams illustrating the semiconductor device. FIG.
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in comparison with a conventional example.
FIGS. 4A, 4B, and 4C are views for explaining a procedure for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are diagrams illustrating a procedure for manufacturing the semiconductor device. FIG.
FIGS. 6A, 6B, and 6C are diagrams illustrating a procedure for manufacturing the semiconductor device.
FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams illustrating a procedure for manufacturing the semiconductor device. FIG.
FIGS. 8A, 8B, and 8C are diagrams illustrating a procedure for manufacturing the semiconductor device.
FIGS. 9A, 9B, and 9C are diagrams illustrating a procedure for manufacturing the semiconductor device.
FIGS. 10A, 10B, and 10C are diagrams illustrating the semiconductor device and a procedure for manufacturing the semiconductor device. FIGS.
FIGS. 11A, 11B, and 11C are diagrams illustrating the semiconductor device and a procedure for manufacturing the semiconductor device. FIGS.
FIGS. 12A and 12B are diagrams for explaining a position where a conductor formed on a contact region in the semiconductor device is formed.
FIGS. 13A and 13B are diagrams illustrating positions where conductors formed on the source / drain regions in the semiconductor device are formed.
FIGS. 14A, 14B, and 14C are diagrams illustrating a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention and a procedure for manufacturing the semiconductor device.
FIGS. 15A, 15B, and 15C are diagrams illustrating the semiconductor device and a procedure for manufacturing the semiconductor device. FIGS.
FIGS. 16A, 16B, and 16C are diagrams illustrating the semiconductor device and a procedure for manufacturing the semiconductor device. FIGS.
FIGS. 17A, 17B, and 17C are diagrams illustrating the semiconductor device and a procedure for manufacturing the semiconductor device.
FIGS. 18A, 18B, and 18C are diagrams illustrating the semiconductor device and a procedure for manufacturing the semiconductor device.
FIGS. 19A, 19B, and 19C are diagrams illustrating a conventional semiconductor device. FIGS.
20A and 20B are diagrams illustrating a conventional semiconductor device.
FIGS. 21A and 21B are diagrams for explaining a conventional problem.
[Explanation of symbols]
101 Silicon semiconductor substrate
102 Silicon oxide film
103 First conductivity type deep well
104 Shallow well of the second conductivity type
105 Gate insulation film
106 Gate electrode
107 LDD region
108,113 Silicon nitride film
110 High concentration layer of gate electrode doped in first conductivity type
111 High-concentration diffusion layer doped to second conductivity type
112 High melting point silicide film
113 Silicon nitride film
114 Silicon oxide film
115 Conductor
116 Interlayer insulation film
117,118,119 Contact hole
120 Contact region for connecting a gate electrode and a shallow well of the second conductivity type
130 channel region
131,132 Source / drain regions
140,145,150 resist
160 Second implantation type high concentration impurity ion implantation
170 Ion implantation of first conductivity type high concentration impurity
Claims (5)
上記半導体基板内に形成された第1導電型の深いウェル領域と、
上記第1導電型の深いウェル領域内に形成され、素子分離領域によって区分された第2導電型の浅いウェル領域と、
上記第2導電型の浅いウェル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
上記第2導電型の浅いウェル領域の上記ゲート電極の端近傍に形成されたコンタクト領域と、
上記ゲート電極の端の段差をまたいで上記ゲート電極と上記コンタクト領域を接続するように形成されたコンタクト導電体と、
上記第2導電型の浅いウェル領域のソース/ドレイン領域と上記素子分離領域の一上部をまたぐ領域上、かつ、上記半導体基板表面より上部の上記ゲート電極から離れた位置に形成されたソース/ドレイン導電体を備え、
最小加工寸法をLとし、上記ゲート電極の段差をまたぐ方向の上記コンタクト導電体の幅をWplとすると、
4L/3 ≦ Wpl ≦ 2L
の条件を満たすと共に、
上記ゲート電極と上記ソース/ドレイン導電体との最短距離をSgpplとすると、
L/3 ≦ Sgppl ≦ 2L/3
の条件を満たすことを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate;
A first well type deep well region formed in the semiconductor substrate;
A second well-type shallow well region formed in the first well-type deep well region and separated by an element isolation region;
A gate insulating film formed on the second well-type shallow well region;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A contact region formed in the vicinity of an end of the gate electrode of the shallow well region of the second conductivity type;
A contact conductor formed to connect the gate electrode and the contact region across a step at the end of the gate electrode;
A source / drain formed on a region straddling the source / drain region of the shallow well region of the second conductivity type and the upper part of the element isolation region, and at a position away from the gate electrode above the semiconductor substrate surface With a conductor,
When the minimum processing dimension is L and the width of the contact conductor in the direction across the step of the gate electrode is Wpl,
4L / 3 ≤ Wpl ≤ 2L
While satisfying the conditions of
If the shortest distance between the gate electrode and the source / drain conductor is Sgppl,
L / 3 ≦ Sgppl ≦ 2L / 3
A semiconductor device characterized by satisfying the following condition .
上記ソース/ドレイン導電体の膜厚が上記ゲート電極の膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 ,
A semiconductor device, wherein the source / drain conductor is thinner than the gate electrode.
上記ソース/ドレイン導電体は、上記ソース/ドレイン領域のそれぞれに2カ所以上に分かれて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 claim 1 ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the source / drain conductors are formed in two or more locations in each of the source / drain regions.
上記半導体基板の表面を仕切るように上記第1導電型の深いウェル領域よりも浅い素子分離領域を形成する工程と、
上記素子分離領域によって区分された状態に上記素子分離領域よりも浅い第2導電型の浅いウェル領域を形成する工程と、
上記第2導電型の浅いウェル領域上にゲート絶縁膜、一方向に延びるゲート電極、このゲート電極の側壁を覆うゲート電極側壁絶縁膜を順次形成する工程と、
上記第2導電型の浅いウェル領域上の上記ゲート絶縁膜及び上記ゲート電極の一部を除去して、上記第2導電型の浅いウェル領域の上記ゲート電極の端近傍にコンタクト領域を形成する工程と、
上記コンタクト領域を形成した後、基板全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
上記ゲート電極の端の段差をまたぐ領域上の上記層間絶縁膜の領域を除去して第1の除去領域を形成する工程と、
上記第2導電型の浅いウェル領域のソース/ドレイン領域と上記素子分離領域をまたぐ領域上の上記層間絶縁膜の領域を除去して第2の除去領域を形成する工程と、
上記第1の除去領域及び上記第2の除去領域に導電体を埋設する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first conductivity type deep well region in a semiconductor substrate;
Forming an isolation region shallower than the deep well region of the first conductivity type so as to partition the surface of the semiconductor substrate;
Forming a shallow well region of a second conductivity type shallower than the element isolation region in a state partitioned by the element isolation region;
Sequentially forming a gate insulating film, a gate electrode extending in one direction, and a gate electrode side wall insulating film covering the side wall of the gate electrode on the shallow well region of the second conductivity type;
Removing the gate insulating film and part of the gate electrode on the second conductivity type shallow well region to form a contact region in the vicinity of the end of the gate electrode in the second conductivity type shallow well region; When,
Forming an interlayer insulating film over the entire surface of the substrate after forming the contact region;
Removing a region of the interlayer insulating film on a region straddling the step at the end of the gate electrode to form a first removal region;
Removing a region of the interlayer insulating film on a region straddling the source / drain region of the second conductivity type shallow well region and the element isolation region to form a second removal region;
And a step of embedding a conductor in the first removal region and the second removal region.
上記第2導電型の浅いウェル領域上にゲート絶縁膜、一方向に延びるゲート電極、このゲート電極の側壁を覆うゲート電極側壁絶縁膜を順次形成する工程と、
上記第2導電型の浅いウェル領域上の上記ゲート絶縁膜及び上記ゲート電極の一部を除去して、上記ゲート電極と上記第2導電型の浅いウェルとを接続するためのコンタクト領域を形成する工程は、同時に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。The semiconductor device according to claim 4 ,
Sequentially forming a gate insulating film, a gate electrode extending in one direction, and a gate electrode side wall insulating film covering the side wall of the gate electrode on the shallow well region of the second conductivity type;
The gate insulating film and a part of the gate electrode on the second conductivity type shallow well region are removed to form a contact region for connecting the gate electrode and the second conductivity type shallow well. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the steps are performed simultaneously.
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