JP7842673B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1および図2は、本実施の形態の半導体装置の要部平面図であり、図3は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図であり、図1および図2のA1-A1線の位置での断面図が図3に対応している。また、図4は、本実施の形態の半導体装置の要部平面図であり、図5および図6は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図であり、図4のA2-A2線の位置での断面図が図5に対応し、図4のA3-A3線の位置での断面図が図6に対応している。
まず、MISFET1の構成を、図1~図3を参照して具体的に説明する。
次に、MISFET2の構成を、図4~図6を参照して説明する。
次に、MISFET3の構成を、図4~図6を参照して説明する。
MISFET1は、MISFET形成領域1Aの半導体基板SB(p型ウエルPW1)に形成されたp型ハロー領域(p型半導体領域、p型ポケット領域)HA1,HA2を更に有している。それに対して、MISFET2およびMISFET3は、p型ハロー領域(p型ポケット領域)を有していない。このため、MISFET形成領域2Aの半導体基板SB(p型ウエルPW2)とMISFET形成領域3Aの半導体基板SB(p型ウエルPW2)には、p型ハロー領域HA1,HA2に相当するものは形成されていない。以下に、MISFET1が有するp型ハロー領域HA1,HA2について説明する。
MISFET1のゲート絶縁膜GF1とMISFET2のゲート絶縁膜GF2とMISFET3のゲート絶縁膜GF3とは、同工程で形成されている。このため、ゲート絶縁膜GF1とゲート絶縁膜GF2とゲート絶縁膜GF3は、互いに同じ絶縁材料(例えば酸化シリコン)からなり、ゲート絶縁膜GF1の厚さとゲート絶縁膜GF2の厚さとゲート絶縁膜GF3の厚さは、互いに同じである。
次に、半導体基板SB上の構造について説明する。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程の第1の変形例について、図22~図28を参照して説明する。ここでは、MISFET1,2,3と抵抗素子(ポリシリコン抵抗素子)PSとを有する半導体装置を製造する場合について説明する。図22~図28のうち、図22、図25および図28は、抵抗素子PSが形成される領域(平面領域)である抵抗素子形成領域5Aの断面図が示されている。また、図22~図28のうち、図23および図26は、上記図3にほぼ相当する断面(上記図1のA1-A1線の位置での断面)が示されており、また、図24および図27は、上記図5にほぼ相当する断面(上記図4のA2-A2線の位置での断面)が示されている。
本発明者は、オシレータ回路(発振回路)を内蔵する半導体装置について検討しており、特に、オシレータ回路を内蔵するマイコンについて検討している。
図38は、本実施の形態の半導体装置の回路ブロック図である。図38に示されるように、本実施の形態の半導体装置11は、オシレータ回路(発振回路)12を備える半導体装置であり、より特定的には、オシレータ回路12を備えるマイコンである。半導体装置11は、オシレータ回路12と、CPU(Central Processing Unit)13と、フラッシュメモリ(不揮発性メモリ)14と、SRAM(Random Access Memory)15と、レジスタ16と、オシレータ回路以外の周辺回路17とを含んでいる。オシレータ回路12は、オンチップオシレータ回路であり、具体的には、クロック発生回路である。CPU13は、論理回路により構成されている。このため、CPU13は、論理回路部とみなすこともできる。また、フラッシュメモリ14とSRAM15とレジスタ16は、いずれも記憶部として機能するため、それぞれ記憶回路とみなすことができる。
本実施の形態の半導体装置は、上記図1~図7に示されるように、半導体基板SBと、半導体基板SBに形成された複数のMISFET1,2,3とを含んでいる。上記図1~図3には、MISFET1は1つだけ示しているが、実際には、半導体基板SBにMISFET1は複数形成されている。また、上記図4~図7には、MISFET2とMISFET3とは、それぞれ1つだけ示しているが、実際には、半導体基板SBにMISFET2とMISFET3とは、それぞれ複数形成されている。但し、MISFET2とMISFET3とは、ゲート電極同士が電気的に接続されてペアトランジスタを構成している。
図39および図40は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図であり、上記図5に相当する断面が示されている。なお、図面を見やすくするために、図39および図40では、層間絶縁膜IL、プラグPGおよび配線M1の図示は省略してある。
図41は、半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。図41に示されるように、半導体装置の製造工程は、ウエハプロセスと、ウエハテスト工程と、組み立て工程とを、順に有している。上述の「半導体装置の製造工程について」の欄で説明したのは、ウエハプロセスに対応している。ウエハプロセスは、半導体ウエハ(半導体基板SBに対応)に上記MISFET1,2,3を含む複数の半導体素子を形成する工程と、半導体ウエハ上に上記層間絶縁膜IL、プラグPGおよび配線M1を含む配線構造を形成する工程とを含んでいる。
上述したように、ペアトランジスタは、半導体基板SBにおいて互いに隣り合って形成され、かつ、ゲート電極同士が互いに電気的にされた一対のMISFETにより構成される。図42~図45は、ペアトランジスタの回路例を示す回路図である。
1A,2A,3A,4A MISFET形成領域
5A 抵抗素子形成領域
11 半導体装置
12 オシレータ回路
13 CPU
14 フラッシュメモリ
15 SRAM
16 レジスタ
17 周辺回路
CP 導体部
D1,D1a,D1b,D2,D2a,D2b,D3,D3a,D3b,D4,D4a,D4b, n型半導体領域
DE,DE1,DE2 ドレイン電位
G1,G2,G3,G4 ゲート電極
GE ゲート電位
GC ゲート接続部
GF1,GF2,GF3,GF4 ゲート絶縁膜
HA1,HA2 p型ハロー領域
IL 層間絶縁膜
M1 配線
M1G ゲート配線
PG プラグ
PR1,PR2,PR3,PR4,PR5 フォトレジストパターン
PT1,PT2,PT3 ペアトランジスタ
PS 抵抗素子
PW1,PW2,PW4 p型ウエル
S1,S1a,S1b,S2,S2a,S2b,S3,S3a,S3b,S4,S4a,S4b, n型半導体領域
SE,SE1,SE2 ソース電位
ST 素子分離領域
SW サイドウォールスペーサ
Claims (8)
- 以下を含む、発振回路を備える半導体装置:
半導体基板;
前記半導体基板に形成された素子分離領域;
前記発振回路に含まれるペアトランジスタに用いられる第1MISFETおよび第2MISFET;
ここで、
前記第1MISFETは、
前記半導体基板における前記素子分離領域で周囲を囲まれた第1活性領域に形成されたソースまたはドレイン用の第1導電型の第1半導体領域と、
前記半導体基板上に複数の第1ゲート絶縁膜を介して形成された複数の第1ゲート電極と、を有し、
前記第2MISFETは、
前記半導体基板における前記素子分離領域で周囲を囲まれた第2活性領域に形成されたソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第2半導体領域と、
前記半導体基板上に第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、を有し、
前記第1MISFETは、前記半導体基板における前記第1半導体領域に隣接する位置に、前記第1導電型とは反対の第2導電型のハロー領域を有しておらず、
前記第2MISFETは、前記半導体基板における前記第2半導体領域に隣接する位置に、前記第2導電型のハロー領域を有しておらず、
前記複数の第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とは、互いに電気的に接続され、
前記複数の第1ゲート電極は、それぞれ、平面視において、前記第1活性領域を横切るように延在し、
前記第2ゲート電極は、平面視において、前記第2活性領域を横切るように延在し、
前記複数の第1ゲート電極は、それぞれ第1方向に延在し、かつ、前記第1方向に直交する第2方向に並び、
前記第2方向に並ぶ前記複数の第1ゲート電極のうちの前記第2方向の両端に位置する前記第1ゲート電極の一方と前記素子分離領域との間に、前記第1方向に延在する第1のダミー電極が配置され、
前記第2方向に並ぶ前記複数の第1ゲート電極のうちの前記第2方向の両端に位置する前記第1ゲート電極の他方と前記素子分離領域との間に、前記第1方向に延在する第2のダミー電極が配置されている。 - 請求項1記載の半導体装置において、
論理回路に用いられる第3MISFETを更に備え、
前記第3MISFETは、前記半導体基板に形成されたソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第3半導体領域と、前記半導体基板上に第3ゲート絶縁膜を介して形成された第3ゲート電極と、前記半導体基板に前記第1半導体領域に隣接するように形成された、前記第2導電型の第1ハロー領域と、を有し、
前記第1ゲート絶縁膜と前記第2ゲート絶縁膜と前記第3ゲート絶縁膜のそれぞれの厚さは、互いに同じである、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1MISFETにより前記半導体基板に流れる電流の向きと、前記第2MISFETにより前記半導体基板に流れる電流の向きとは、互いに同じである、半導体装置。 - 以下を含む、発振回路を備える半導体装置:
半導体基板;
前記半導体基板に形成された素子分離領域;
前記発振回路に含まれるペアトランジスタに用いられる第1MISFETおよび第2MISFET;
ここで、
前記第1MISFETは、
前記半導体基板における前記素子分離領域で周囲を囲まれた第1活性領域に形成されたソースまたはドレイン用の第1導電型の第1半導体領域と、
前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、を有し、
前記第2MISFETは、
前記半導体基板における前記素子分離領域で周囲を囲まれた第2活性領域に形成されたソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第2半導体領域と、
前記半導体基板上に第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、を有し、
前記第1MISFETは、前記半導体基板における前記第1半導体領域に隣接する位置に、前記第1導電型とは反対の第2導電型のハロー領域を有しておらず、
前記第2MISFETは、前記半導体基板における前記第2半導体領域に隣接する位置に、前記第2導電型のハロー領域を有しておらず、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とは、互いに電気的に接続され、
前記第1ゲート電極は、平面視において、前記第1活性領域を横切るように延在し、
前記第2ゲート電極は、平面視において、前記第2活性領域を横切るように延在し、
前記第1活性領域の外周に沿うように前記半導体基板上に延在する第1導体部が、前記第1ゲート電極と一体的に形成されている。 - 請求項4記載の半導体装置において、
論理回路に用いられる第3MISFETを更に備え、
前記第3MISFETは、前記半導体基板に形成されたソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第3半導体領域と、前記半導体基板上に第3ゲート絶縁膜を介して形成された第3ゲート電極と、前記半導体基板に前記第1半導体領域に隣接するように形成された、前記第2導電型の第1ハロー領域と、を有し、
前記第1ゲート絶縁膜と前記第2ゲート絶縁膜と前記第3ゲート絶縁膜のそれぞれの厚さは、互いに同じである、半導体装置。 - 請求項4記載の半導体装置において、
前記第1MISFETにより前記半導体基板に流れる電流の向きと、前記第2MISFETにより前記半導体基板に流れる電流の向きとは、互いに同じである、半導体装置。 - 以下の工程を含む、発振回路を備える半導体装置の製造方法:
(a)半導体基板を準備する工程;
(b)前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を介して第1MISFET用の第1ゲート電極を形成し、前記半導体基板上に第2ゲート絶縁膜を介して第2MISFET用の第2ゲート電極を形成し、前記半導体基板上に第3ゲート絶縁膜を介して第3MISFET用の第3ゲート電極を形成し、前記半導体基板上に第4ゲート絶縁膜を介して第4MISFET用の第4ゲート電極を形成する工程;
(c1)前記(b)工程後、前記半導体基板における前記第2MISFETを形成すべき領域と前記第3MISFETを形成すべき領域と前記第4MISFETを形成すべき領域とを覆い、かつ、前記半導体基板における前記第1MISFETを形成すべき領域を露出するような第1レジストパターンを形成する工程、
(c2)前記(c1)工程後、前記半導体基板に第1導電型の第1低濃度領域を第1の垂直イオン注入により形成する工程、
(c3)前記(c1)工程後、前記半導体基板に、前記第1低濃度領域に隣接しかつ前記第1導電型とは反対の第2導電型の第1ハロー領域を斜めイオン注入により形成する工程、
(c4)前記(c2)工程および前記(c3)工程の後、前記第1レジストパターンを除去する工程、
(c5)前記(c4)工程後、前記半導体基板における前記第1MISFETを形成すべき領域を覆い、かつ、前記半導体基板における前記第2MISFETを形成すべき領域と前記第3MISFETを形成すべき領域と前記第4MISFETを形成すべき領域とを露出するような第2レジストパターンを形成する工程、
(c6)前記(c5)工程後、前記半導体基板に前記第1導電型の第2低濃度領域と前記第1導電型の第3低濃度領域と前記第1導電型の第4低濃度領域とを、第2の垂直イオン注入により形成する工程、
(c7)前記(c6)工程後、前記第2レジストパターンを除去する工程、
(c8)前記(c7)工程後、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記第3ゲート電極および前記第4ゲート電極の各側壁上にサイドウォールスペーサを形成する工程、
(c9)前記(c8)工程後、前記半導体基板に前記第1導電型の第1高濃度領域と前記第1導電型の第2高濃度領域と前記第1導電型の第3高濃度領域と前記第1導電型の第4高濃度領域とを、第3の垂直イオン注入により形成する工程、
(d)前記(c9)工程後、半導体基板上に、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記第3ゲート電極および前記第4ゲート電極を覆うように、層間絶縁膜を形成する工程;
(e)前記(d)工程後、前記層間絶縁膜に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程;
(f)前記(e)工程後、前記層間絶縁膜上に配線を形成する工程;
ここで、
前記第4ゲート絶縁膜は、前記第1ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜および前記第3ゲート絶縁膜のそれぞれよりも厚く、
前記第1高濃度領域は、前記第1低濃度領域よりも高い不純物濃度を有し、
前記第2高濃度領域は、前記第2低濃度領域よりも高い不純物濃度を有し、
前記第3高濃度領域は、前記第3低濃度領域よりも高い不純物濃度を有し、
前記第4高濃度領域は、前記第4低濃度領域よりも高い不純物濃度を有し、
前記第1低濃度領域と前記第1高濃度領域とにより、前記第1MISFETのソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第1半導体領域が形成され、
前記第2低濃度領域と前記第2高濃度領域とにより、前記第2MISFETのソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第2半導体領域が形成され、
前記第3低濃度領域と前記第3高濃度領域とにより、前記第3MISFETのソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第3半導体領域が形成され、
前記第4低濃度領域と前記第4高濃度領域とにより、前記第4MISFETのソースまたはドレイン用の前記第1導電型の第4半導体領域が形成され、
前記(b)工程後、前記半導体基板における前記第2半導体領域に隣接する位置に前記第2導電型のハロー領域は形成されず、かつ、前記半導体基板における前記第3半導体領域に隣接する位置に前記第2導電型のハロー領域は形成されず、
前記第2ゲート電極と前記第3ゲート電極とは、互いに電気的に接続され、
前記第2MISFETと前記第3MISFETは、前記発振回路に含まれるペアトランジスタに用いられる。 - 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1MISFETは論理回路に用いられる、半導体装置の製造方法。
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