JP4091895B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、第1の活性領域3aには、Nチャネルトランジスタが設けられており、Nチャネルトランジスタ(第1の導電型トランジスタ)は、高濃度のP型不純物を含むバックゲートコンタクト領域11と、金属からなるソース電極12と、高濃度のN型不純物を含むソース領域13(第1のソース領域)と、多結晶シリコンからなるゲート電極14a(第1のゲート電極)と、金属からなる引き出しゲート電極14bと、金属からなるドレイン電極15と、低濃度のP型不純物を含むボディ領域16(第1のボディ領域)と、比較的高濃度のP型不純物を含むVt制御拡散層17と、熱酸化によって形成された厚さ約10nmの酸化シリコン薄膜18(薄膜部)と、低濃度のN型不純物を含むドレインオフセット領域19(第1のドレインオフセット領域)と、高濃度のN型不純物を含むドレインコンタクト領域20(第1のドレイン領域)とを備えている。ここで、このNチャネルトランジスタにおいては、ゲート電極14aが、酸化シリコン薄膜18(薄膜部)だけでなくLOCOS膜5a(厚膜部)にも跨っている。つまり、LOCOS膜5aの一部がゲート絶縁膜として機能している。
第2の活性領域3b内には、Pチャネルトランジスタが設けられており、Pチャネルトランジスタ(第2導電型トランジスタ)は、高濃度のN型不純物を含むバックゲートコンタクト領域21と、金属からなるソース電極22と、高濃度のP型不純物を含むソース領域23(第2のソース領域)と、多結晶シリコンからなるゲート電極24a(第2のゲート電極)と、金属からなる引き出しゲート電極24bと、金属からなるドレイン電極25と、低濃度のN型不純物を含むボディ領域26(第2のボディ領域)と、高濃度のP型不純物を含む中間ソース領域27(第3のソース領域)と、ゲート絶縁膜として機能するLOCOS膜5dと、低濃度のP型不純物を含むドレインオフセット領域29(第2のドレインオフセット領域)と、高濃度のP型不純物を含むドレインコンタクト領域30とを備えている。ここで、このPチャネルトランジスタにおいてはNチャネルトランジスタにおける薄いシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜は設けられておらず、ゲート電極24a全体がLOCOS膜5d上に設けられている。
次に、図1に示す構造を有する本実施形態の半導体装置を製造する方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。図2(a)〜(d),図3(a)〜(c)及び図4(a),(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図5は、本実施形態の半導体装置の構造におけるNチャネルトランジスタのソース・ドレイン間の耐圧及びオン抵抗のイオン注入加速エネルギー依存性をシミュレーションした結果を示す図である。同図の横軸は、リンのイオン注入(図2(c)に示す工程)における加速エネルギー(加速電圧)を表し、同図の左側の縦軸は、Nチャネルトランジスタのソース・ドレイン間の耐圧BVds(V)を表し、同図の右側の縦軸はオン抵抗Ron(Ω)を表している。同図のシミュレーションに用いたNチャネルトランジスタの構造は、図1に示す構造において、ゲート幅を1μmとし、LOCOS膜5dのゲート長方向の長さを5μmとしたものである。また、ドーズ量は2.5×1012cm-2としている。また、図1に示すLOCOS膜5aの熱酸化による形成時(図3(b)に示す工程)の厚さは0.6μmであり、LOCOS膜5aの半導体層3への入り込み量,つまり,LOCOS膜5aの下面の半導体層3の上面からの深さは、約0.3μmである。熱酸化後のエッチング工程などによってLOCOS膜5aの上部はエッチングされて厚みが薄くなるが、LOCOS膜5aの下面の半導体層3の上面からの深さは変化しない。
上記実施形態においては、各ボディ領域16,26及び各ドレインオフセット領域19,29への不純物イオンの注入後における不純物拡散のためのアニール及びイオン注入を標準的な条件で製造した場合について説明し、図1はこの標準条件によって形成された半導体装置の構造を示している。図1に示すように、各ボディ領域16,26及び各ドレインオフセット領域19,29は、埋込酸化膜2に達しているが、製造条件によっては、実施形態と同程度の効果を維持しつつ、各ボディ領域16,26及び各ドレインオフセット領域19,29は、埋込酸化膜2に達していない半導体装置を形成することができる。
2 埋込酸化膜
3 半導体層
3a,3b,3c 活性領域
4a,4b,4c,4d トレンチ分離領域
5a,5b,5c,5d LOCOS膜
6 層間絶縁膜
11 バックゲートコンタクト領域
12 ソース電極
13 ソース領域(第1のソース領域)
14a,14b ゲート電極
15 ドレイン電極
16 ボディ領域
17 Vt制御拡散層
18 酸化シリコン薄膜
19 ドレインオフセット領域
20 ドレインコンタクト領域
21 バックゲートコンタクト領域
22 ソース電極
23 第2のソース領域
24a,24b ゲート電極
25 ドレイン電極
26 ボディ領域
27 ソース領域
29 ドレインオフセット領域
30 ドレインコンタクト領域
Claims (21)
- 基板上の埋込絶縁膜の上に設けられた半導体層と、上記半導体層を複数の活性領域に区画する素子分離領域と、上記複数の活性領域のうち第1の活性領域に第1導電型チャネルを有する第1のトランジスタを配置し、上記複数の活性領域のうち第2の活性領域に第2導電型チャネルを有する第2のトランジスタを配置した半導体装置であって、
上記第1のトランジスタは、
上記第1の活性領域内に形成された第1導電型の第1のソース領域と、
上記第1の活性領域内における上記第1のソース領域とは離間した位置に形成された第1導電型の第1のドレイン領域と、
上記第1の活性領域内において上記第1のソース領域に隣接して設けられ、かつ、不純物濃度のピークが表面領域にあり、表面から遠ざかるほど濃度が低くなる不純物濃度プロファイルを有する第2導電型の第1のボディ領域と、
上記活性領域の上で、ソース側にゲート酸化により形成された薄膜部を有し、ドレイン側にLOCOS法により形成された,上記薄膜部につながる厚膜部を有する第1のゲート絶縁膜と、
上記第1の活性領域内における上記第1のドレイン領域に隣接して設けられ、かつ、上記第1のゲート絶縁膜の厚膜部の下面からある深さ範囲だけ下方に位置する深部に不純物濃度のピークを有する第1導電型の第1のドレインオフセット領域と、
上記第1のゲート絶縁膜の上記薄膜部と上記厚膜部の一部とに跨って設けられたゲート電極とを備え、
上記第1のボディ領域と上記第1のドレインオフセット領域は、互いに隣接して設けられ、かつ、上記半導体層の厚み方向における不純物濃度のピーク位置が互い異なる,半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
上記第1のボディ領域と上記第1のドレインオフセット領域とは、上記埋込絶縁膜に達している,半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
上記第1のドレインオフセット領域の上記深部は、第1のトランジスタのオン抵抗が第1の設定値以下になる範囲にある,半導体装置。 - 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記第1のドレインオフセット領域の上記深部は、上記厚膜部の下面からの深さで上記半導体層の厚膜部下方における厚みの10%から60%の範囲にある,半導体装置。 - 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記第1のドレインオフセット領域の上記深部は、上記厚膜部の下面からの深さで上記半導体層の厚膜部下方における厚みの20%から40%の範囲にある,半導体装置。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置において、
上記第1のドレインオフセット領域の上記深部は、第1のトランジスタのソース・ドレイン間の耐圧が第2の設定値以上になる範囲にある,半導体装置。 - 請求項1、2、6のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記第1のドレインオフセット領域の上記深部は、上記厚膜部の下面からの深さで上記半導体層の厚膜部下方における厚みの25%から60%の範囲にある,半導体装置。 - 請求項1〜7のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記第2のトランジスタは、
上記第2の活性領域内に形成された第2導電型の第2のソース領域と、
上記第2の活性領域内における上記第2のソース領域とは離間した位置に形成された第2導電型の第2のドレイン領域と、
上記活性領域のうち上記第2のソース領域と上記第2のドレイン領域との間に位置する領域の上に設けられ、LOCOS法によって形成された第2のゲート絶縁膜と、
上記第2の活性領域内において上記第2のソース領域に隣接して設けられ、かつ、上記第2のゲート絶縁膜の下面からある深さ範囲だけ下方に位置する深部に不純物濃度のピークを有する第1導電型の第2のボディ領域と、
上記第2の活性領域内における上記第2のドレイン領域に隣接して設けられた第2導電型の第2のドレインオフセット領域と、
上記第2のゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と
を備えている半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置において、
上記第2のボディ領域の上記深部は、第2のトランジスタのソース・ドレイン間の耐圧が第3の設定値以上になる範囲にある,半導体装置。 - 基板上の埋込絶縁膜の上に設けられた半導体層と、上記半導体層を複数の活性領域に区画する素子分離領域と、上記複数の活性領域のうち第1の活性領域に第1導電型チャネルを有する第1のトランジスタを配置し、上記複数の活性領域のうち第2の活性領域に第2導電型チャネルを有する第2のトランジスタを配置した半導体装置であって、
上記第2のトランジスタは、
上記第2の活性領域内に形成された第2導電型の第2のソース領域と、
上記第2の活性領域内における上記第2のソース領域とは離間した位置に形成された第2導電型の第2のドレイン領域と、
上記活性領域のうち上記第2のソース領域と上記第2のドレイン領域との間に位置する領域の上に設けられ、LOCOS法によって形成された第2のゲート絶縁膜と、
上記第2の活性領域内において上記第2のソース領域に隣接して設けられ、かつ、上記第2のゲート絶縁膜の下面からある深さ範囲だけ下方に位置する深部に不純物濃度のピークを有する第1導電型の第2のボディ領域と、
上記第2の活性領域内における上記第2のドレイン領域に隣接して設けられ、かつ、不純物濃度のピークが表面領域にあり、表面から遠ざかるほど濃度が低くなる不純物濃度プロファイルを有する第2導電型の第2のドレインオフセット領域と、
上記第2のゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極とを備え、
上記第2のボディ領域と上記第2のドレインオフセット領域は、上記半導体層の厚み方向における不純物濃度のピーク位置が互いに異なる,半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
上記第2のボディ領域と上記第2のドレインオフセット領域とは、上記埋込絶縁膜に達している,半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
上記第2のボディ領域の上記深部は、第2のトランジスタのソース・ドレイン間の耐圧が第3の設定値以上になる範囲にある,半導体装置。 - 請求項10〜12のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記第2のボディ領域の上記深部は、上記第2のゲート絶縁膜の下面からの深さで上記半導体層の第2のゲート絶縁膜下方における厚みの25%から60%の範囲にある,半導体装置。 - 基板上の埋込絶縁膜の上に設けられた半導体層と、上記半導体層を複数の活性領域に区画する素子分離領域と、上記複数の活性領域のうち第1の活性領域に第1導電型チャネルを有する第1のトランジスタを配置し、上記複数の活性領域のうち第2の活性領域に第2導電型チャネルを有する第2のトランジスタを配置した半導体装置の製造方法であって、
上記第1の活性領域の第1のボディ領域形成領域に、第2導電型不純物イオンを注入する工程(a)と、
上記第1の活性領域のうち上記第1のボディ領域とは離間した第1のドレインオフセット領域形成領域に、第1導電型不純物イオンを、上記工程(a)におけるよりも高エネルギー条件で注入する工程(b)と、
熱処理により、上記第1のボディ領域を、第2導電型不純物濃度のピークが上記半導体層の表面領域にあるように形成する一方、上記第1のドレインオフセット領域を、第1導電型不純物濃度のピークが後に形成される厚膜部の下面からある深さ範囲だけ下方に位置
する深部にあるように形成する工程(c)と、
LOCOS法により、上記第1のドレインオフセット領域の両端部を除く領域かつドレイン側の領域上に第1のゲート絶縁膜の厚膜部を形成する工程(d)と、
上記第1のボディ領域から第1のドレインオフセット領域のソース側端部に亘る領域上に、ゲート酸化法により、上記厚膜部につながる,第1のゲート絶縁膜の薄膜部を形成する工程(e)とを含み、
上記第1のボディ領域と上記第1のドレインオフセット領域は、互いに隣接して設けられ、かつ、上記半導体層の厚み方向における不純物濃度のピーク位置が互いに異なる,半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
上記第1のボディ領域と上記第1のドレインオフセット領域とは、上記工程(c)の終了後に上記埋込絶縁膜に達している,半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)における不純物イオンの注入は、上記工程(d)の終了後における上記第1のドレインオフセット領域の上記深部が、第1のトランジスタのオン抵抗が第1の設定値以下になる範囲にあるように行なわれる,半導体装置の製造方法。 - 請求項14〜16のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)における不純物イオンの注入は、上記工程(d)の終了後における上記第1のドレインオフセット領域の上記深部が、上記厚膜部の下面からの深さで上記半導体層の厚膜部下方における厚みの10%から60%の範囲にあるように行なわれる,半導体装置の製造方法。 - 請求項14〜16のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)における不純物イオンの注入は、上記工程(d)の終了後における上記第1のドレインオフセット領域の上記深部が、上記厚膜部の下面からの深さで上記半導体層の厚膜部下方における厚みの20%から40%の範囲にあるように行なわれる,半導体装置の製造方法。 - 請求項14又は15に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)における不純物イオンの注入は、上記工程(d)の終了後における上記第1のドレインオフセット領域の上記深部が、第1のトランジスタのソース・ドレイン間の耐圧が第2の設定値以上になる範囲にあるように行なわれる,半導体装置の製造方法。 - 請求項14、15、19のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)における不純物イオンの注入は、上記工程(d)の終了後における上記第1のドレインオフセット領域の上記深部が、上記厚膜部の下面からの深さで上記半導体層の厚膜部下方における厚みの25%から60%の範囲にあるように行なわれる,半導体装置の製造方法。 - 請求項14〜20のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(a)では、上記第2の活性領域の第2のドレインオフセット領域形成領域にも、第2導電型不純物イオンを注入し、
上記工程(b)では、上記第2の活性領域のうち上記第2のドレインオフセット領域とは離間した第2のボディ領域形成領域にも、第1導電型不純物イオンを注入し、
上記工程(c)では、上記第2のドレインオフセット領域を、第2導電型不純物濃度のピークが上記半導体層の表面領域にあるように形成する一方、上記第2のボディ領域を、第1導電型不純物濃度のピークが上記半導体層の上面からある深さだけ下方に入り込んだ位置にあるように形成する,半導体装置の製造方法。
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