JPWO2013061670A1 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
狭チャネル効果を起こすことなくトランジスタサイズの小型化が可能な半導体装置を実現する。ウェル形成領域内に、素子分離膜で区画されたドレイン領域の形成のための活性領域11、チャネル領域形成のための活性領域12、及び、ソース領域形成のための活性領域13を有し、各活性領域が素子分離膜を挟んで離間して形成されるMOSトランジスタ1において、ドレイン領域の形成のための活性領域11の幅Bを、チャネル領域の形成のための活性領域12の幅Aよりも狭くする。A semiconductor device capable of reducing the transistor size without causing a narrow channel effect is realized. In the well formation region, there are an active region 11 for forming a drain region partitioned by an element isolation film, an active region 12 for forming a channel region, and an active region 13 for forming a source region, In the MOS transistor 1 in which the active regions are formed with the element isolation film interposed therebetween, the width B of the active region 11 for forming the drain region is larger than the width A of the active region 12 for forming the channel region. Narrow.
Description
本発明は、半導体装置に関し、更に詳しくは、高耐圧用途に使用するMOSトランジスタを備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device including a MOS transistor used for high breakdown voltage applications.
従来の半導体装置において、高耐圧用途で用いられるMOSトランジスタ10の構成として、例えば図7及び図8に示すものがある。
In the conventional semiconductor device, as a configuration of the
図7にMOSトランジスタ10の基板面上のレイアウトを、図8に図7のX方向における断面構造図を示す。図7及び図8に示すように、MOSトランジスタ10は、ウェル25の形成領域15内に、素子分離膜で区画された3つの活性領域11、12、13を有している。そして、活性領域11内にドレイン領域21が、活性領域12内にチャネル領域22が、活性領域13内にソース領域23が、夫々形成されている。
FIG. 7 shows a layout of the
ドレイン領域21を覆うように、図7の領域14a内に、ドレイン側ドリフト領域24aが、更に、ソース領域23を覆うように、図7の領域14bに、ソース側ドレイン領域24bが、夫々形成されている。更に、チャネル領域22の上方に、ゲート絶縁膜26を介してゲート電極17が、図7の領域17内に形成されている。尚、ウェル25は、ウェル形成領域15の境界部においてフィールド反転防止層としても機能している。
A drain
ここで、MOSトランジスタ10のチャネル領域22及びソース領域23を形成する各活性領域12、13の幅Aは、ドレイン領域を形成する活性領域11の幅Bと同じである。この場合、トランジスタを小型化するには、幅AとBを同時に短くする必要がある。しかしながら、トランジスタのチャネル幅Aを狭くするにつれ、狭チャネル効果が問題となる。当該狭チャネル効果は、素子分離膜中の不純物が拡散し、チャネル領域に侵入することにより生じるものである。
Here, the width A of each of the
また、ドリフト領域24a内のドレイン領域21とオーバーラップしない領域の幅Cを狭くすることによってもトランジスタを小型にできるが、この場合一般的にドレイン耐圧が問題となる。
The transistor can also be reduced in size by reducing the width C of the region that does not overlap with the
上記の狭チャネル効果を防ぐ方法として、特許文献1では、LOCOSによる素子分離膜の形成において、素子形成領域にシリコン窒化膜及びレジストマスクを形成後、ホウ素等のチャネルストッパ不純物を打ち込み、その後、等方性エッチングによりシリコン窒化膜の一部を除去することで、その後の熱酸化によりチャネルストッパ領域を素子形成領域に侵入させることなく素子分離膜を形成する方法が開示されている。特許文献1では、この方法により、素子形成領域とチャネルストッパ領域とを接触させることなく半導体装置を製造することができるので、狭チャネル効果やドレイン接合耐圧の劣化等による素子特性の変動を防止することができるとしている。
As a method for preventing the narrow channel effect, in
本方法を用いることで、同一のチャネル幅での狭チャネル効果を防止することはできるが、トランジスタのサイズを狭くしたい場合には結局チャネル幅を狭める必要がある。また、シリコン窒化膜を等方性エッチングするため線幅のばらつきが生じやすい。 By using this method, it is possible to prevent the narrow channel effect with the same channel width, but if it is desired to reduce the size of the transistor, it is necessary to reduce the channel width after all. Further, since the silicon nitride film is isotropically etched, variations in line width are likely to occur.
更に、図7のレイアウトに示すMOSトランジスタ10を並列に配置する場合、例えば図9に示すレイアウトとなる。この場合、MOSトランジスタ10同士の間隔は、各MOSトランジスタ10のドレイン側ドリフト領域24aの形成領域14aの離間距離Dで規定される。離間距離Dは耐圧を確保するため、耐圧に依存してある一定の距離が必要であり、短くすることが難しい。
Further, when the
上述の状況を鑑み、本発明は、狭チャネル効果を起こすことなくトランジスタサイズの小型化が可能な半導体装置を実現することをその目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to realize a semiconductor device capable of reducing the transistor size without causing a narrow channel effect.
上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、
第1導電型のウェル上に、基板に平行な第1方向において隣接し、素子分離膜で区画された少なくとも2つの第1活性領域と第2活性領域を有するMOSトランジスタを備え、
前記MOSトランジスタは、
前記第1活性領域内に、前記ウェルの表層に形成される前記ウェルと逆導電型の第2導電型のドレイン領域、
前記第2活性領域内に、前記ウェルの表層の領域であるチャネル領域、
前記第2活性領域内または前記第1及び第2活性領域とは別の活性領域内に、前記チャネル領域を挟んで前記ドレイン領域と対向するように、前記ウェルの表層に形成される前記第2導電型のソース領域、及び、
前記第1活性領域と前記第2活性領域の間に挟まれた前記素子分離膜の下方に、前記ドレイン領域と前記チャネル領域を接続する、前記ドレイン領域と同導電型であって且つ前記ドレイン領域より低濃度のドレイン側ドリフト領域を有し、
前記ドレイン領域の前記基板に平行で且つ前記第1方向に垂直な第2方向の幅が、前記チャネル領域の前記第2方向の幅より狭く形成されていることを特徴とする。In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention provides:
A MOS transistor having at least two first active regions and second active regions adjacent to each other in a first direction parallel to the substrate and partitioned by an element isolation film on the first conductivity type well;
The MOS transistor is
A drain region of a second conductivity type opposite to the well formed in a surface layer of the well in the first active region;
A channel region that is a surface layer region of the well in the second active region;
The second active layer is formed in a surface layer of the well in the second active region or in an active region different from the first and second active regions so as to face the drain region across the channel region. A conductive source region; and
Below the element isolation film sandwiched between the first active region and the second active region, the drain region and the channel region are connected and have the same conductivity type as the drain region and the drain region It has a lower concentration drain side drift region,
A width of the drain region in a second direction parallel to the substrate and perpendicular to the first direction is narrower than a width of the channel region in the second direction.
上記第1の特徴の半導体装置は、更に、前記MOSトランジスタは、
前記ソース領域が、前記第1方向において前記第2活性領域を挟んで前記第1活性領域と対向する第3活性領域内に形成され、
前記ソース領域と前記チャネル領域を接続する、前記ソース領域と同導電型であって且つ前記ソース領域より低濃度のソース側ドリフト領域が、前記第3活性領域と前記第2活性領域の間に挟まれた前記素子分離膜の下方に形成されていることが好ましい。In the semiconductor device according to the first feature, the MOS transistor further includes:
The source region is formed in a third active region facing the first active region across the second active region in the first direction;
A source-side drift region that connects the source region and the channel region and has the same conductivity type as the source region and has a lower concentration than the source region is sandwiched between the third active region and the second active region. Preferably, it is formed below the device isolation film.
上記第1の特徴の半導体装置は、更に、前記ウェルを共通とする複数の前記MOSトランジスタを備えることが好ましい。 The semiconductor device of the first feature preferably further includes a plurality of the MOS transistors having the well in common.
上記特徴の本発明に係る半導体装置では、ドレイン領域を形成する活性領域の幅を、チャネル領域を形成する活性領域よりも狭くすることで、狭チャネル効果を起こすことなく、且つ、耐圧を低下させること無く、小型の高耐圧用のMOSトランジスタを実現することができる。 In the semiconductor device according to the present invention having the above characteristics, the width of the active region forming the drain region is narrower than that of the active region forming the channel region, so that the narrow channel effect is not caused and the breakdown voltage is reduced. Therefore, a small MOS transistor for high withstand voltage can be realized.
〈第1実施形態〉
本発明の一実施形態に係る半導体装置(以降、適宜「本発明装置」と称す)及び、その製造方法について以下に、詳細に説明する。図1に本発明装置を構成するMOSトランジスタ1の基板面上のレイアウトを示す。図1に示すように、MOSトランジスタ1は、ウェル形成領域15内に、素子分離膜で区画された3つの活性領域11、12、13を有している。うち活性領域11がドレイン領域の形成のための活性領域、活性領域12がチャネル領域形成のための活性領域、活性領域13がソース領域形成のための活性領域となる。当該活性領域11、12、13を除く領域には、素子分離膜が形成される。<First Embodiment>
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present device” as appropriate) and a manufacturing method thereof will be described in detail below. FIG. 1 shows a layout on the substrate surface of a
図1に示すように、本実施形態では、MOSトランジスタ1のチャネル領域の形成のための活性領域12の幅Aよりも、ドレイン領域の形成のための活性領域11の幅Bを狭くしてなる。一方、ドリフト領域の形成領域14a内の活性領域11とオーバーラップしない領域の幅Cは、従来例と同じとする。しかしながら、他の構成については、図7及び図8に示した従来構成のMOSトランジスタ10と同様である。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the width B of the
従って、トランジスタ1の構造について、図1のX方向における断面構造図は、図8と略同様となる。尚、図8に示す断面図では、適宜、要部を強調して示されており、図面上の各構成部分の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致するものではない。これは以降に示す断面図についても同様とする。
Therefore, the cross-sectional structure diagram in the X direction of FIG. 1 of the structure of the
MOSトランジスタ1は、P型のウェル25内の表層に、N型のドレイン領域21、チャネル領域(ゲート電極27の直下のP型のウェル25の表層の領域)22、N型のソース領域23が、ドレイン領域21とソース領域23がチャネル領域22を挟んで互いに対向し、夫々が素子分離膜28を介して離間するように形成されている。
In the
ドレイン領域21を覆うように、図1の領域14a内に、ドレイン領域21と同導電型でより低濃度のドレイン側ドリフト領域24aが、更に、ソース領域23を覆うように、図1の領域14b内に、ソース領域23と同導電型でより低濃度のソース側ドリフト領域24bが、夫々形成されている。そして、チャネル領域22の上方に、ゲート絶縁膜26を介してゲート電極27が、図1の領域17内に形成されている。尚、図示しないが、ドレイン領域21上にドレイン電極が、ソース領域23上にソース電極が、夫々、形成されている。尚、ウェル25は、ウェル形成領域15の境界部においてフィールド反転防止層としても機能している。
A drain
上述の通り、本発明装置では、MOSトランジスタ1のドレイン領域21の形成のための活性領域の幅Bを、チャネル領域22の形成のための活性領域12の幅Aよりも狭くした。しかしながら、活性領域12の幅Aは変化させないため、チャネル幅が狭くならず、狭チャネル効果は起きない。
As described above, in the device of the present invention, the width B of the active region for forming the
また、ドリフト領域24aにおけるドレイン領域21とオーバーラップしない領域の幅Cを狭くしないため、耐圧も低下しない。
Further, since the width C of the region that does not overlap the
尚、本実施形態において、MOSトランジスタ1は、双方向のトランジスタであり、チャネル領域22を挟んで対称な構造となっている。従って、MOSトランジスタ1におけるドレインとソースの関係は逆であっても構わない。即ち、図8のソース領域23がドレインとなるように、高電位側に接続し、図8のドレイン領域21がソースとなるように低電位側に接続しても構わない。本実施形態では、MOSトランジスタ1のドレイン領域21の形成のための活性領域の幅Bと併せて、ソース領域23の形成のための活性領域の幅(Bと同じ)についても、チャネル領域22の形成のための活性領域12の幅Aよりも狭くしているため、ドレインとソースの関係を入れ替えても、耐圧低下や狭チャネル効果を起こすことなく動作させることができる。
In the present embodiment, the
更に、MOSトランジスタ1を並列に配置する場合のレイアウトを図2に示す。図2は、ウェル25を共通とする2つのMOSトランジスタ1が形成される場合の例である。
Further, FIG. 2 shows a layout when
図2に示すように、本発明装置では、ドレイン領域21を形成する活性領域の幅Bを狭くしているため、図9と比較して、ドリフト領域14a同士の離間距離Dとして一定値以上を維持したまま、トランジスタ1同士の距離を詰めて配置することが可能となる。このため、耐圧低下の問題は生じない。
As shown in FIG. 2, in the device of the present invention, since the width B of the active region forming the
以下に、本発明装置の製造工程について、図面を参照し、詳細に説明する。図3と図4は、図1又は図2のレイアウトで製造される本発明装置の製造方法の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 Below, the manufacturing process of this invention apparatus is demonstrated in detail with reference to drawings. 3 and 4 are process cross-sectional views schematically showing an embodiment of a method of manufacturing the device of the present invention manufactured with the layout of FIG. 1 or FIG.
先ず、図3(a)に示すように、公知のプロセス技術により、ドレイン領域の形成のための活性領域11、チャネル領域の形成のための活性領域12、及び、ソース領域の形成のための活性領域13を除く領域の基板表面を熱酸化し、LOCOS法により素子分離膜28を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, an
次に、図3(b)に示すように、公知のプロセス技術により、ウェル形成領域15を開口するレジストマスク31を用いてP型の不純物のイオン注入を行い、P型のウェルを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, ion implantation of P-type impurities is performed by a known process technique using a resist
次に、図3(c)に示すように、公知のプロセス技術により、ドリフト領域の形成領域14aと14bを開口するレジストマスク32を用いて、ドレイン側ドリフト領域24a、及び、ソース側ドリフト領域24bをN型不純物のイオン注入により形成する。このとき、図1から、ドリフト領域の形成領域14aと14bは、夫々、チャネル領域の形成領域12とオーバーラップしているため、ドレイン側ドリフト領域24aは、活性領域11と活性領域12の間に挟まれた素子分離膜28の下方を超えてソース側ドリフト領域24b側に延伸し、ソース側ドリフト領域24bは、活性領域12と活性領域13の間に挟まれた素子分離膜28の下方を超えてドレイン側ドリフト領域24a側に延伸する。
Next, as shown in FIG. 3C, the drain
次に、図4(a)に示すように、公知のプロセス技術により、ゲート絶縁膜26を、活性領域12に形成する。このとき、活性領域12内のウェル25の表層には、チャネル領域22が形成されている。チャネル領域22は、活性領域11と活性領域12の間に挟まれた素子分離膜28の下方に形成されたドレイン側ドリフト領域24aと接続し、且つ、活性領域12と活性領域13の間に挟まれた素子分離膜28の下方に形成されたソース側ドリフト領域24bと接続する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、公知のプロセス技術により、図1の領域17内に、ゲート絶縁膜26上、及び、素子分離膜28の一部を覆うように、ポリシリコンからなるゲート電極27を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, by a known process technique, polysilicon is formed in the
次に、図4(c)に示すように、公知のプロセス技術により、ドレイン領域21、及びソース領域23をN型不純物のイオン注入により形成する。その後、図示しないが、ドレイン領域21上にドレイン電極を、ソース領域23上にソース電極を形成することにより、本発明装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
以上、本発明に依れば、特別なプロセス変更をすることなく、トランジスタサイズおよびトランジスタを並列に配置した場合のチップサイズを小さくすることができる。 As described above, according to the present invention, the transistor size and the chip size when transistors are arranged in parallel can be reduced without any special process change.
〈第2実施形態〉
上記第1実施形態では、MOSトランジスタ1が、ソース領域23の形成のための活性領域13がチャネル領域22の形成のための活性領域12と分離された、双方向のトランジスタの場合に説明したが、ソース領域23の形成のための活性領域13がチャネル領域22の形成のための活性領域12と分離されていない片方向のトランジスタにも本発明を適用できる。Second Embodiment
In the first embodiment, the
図5に、片方向のトランジスタを構成する場合において、本発明装置を構成するMOSトランジスタ2の基板面上のレイアウトを示す。図5に示すように、MOSトランジスタ2は、ウェル形成領域15内に、素子分離膜で区画された2つの活性領域11及び12を有している。うち活性領域11がドレイン領域の形成のための活性領域であり、活性領域12がチャネル領域とソース領域形成のための活性領域となる。当該活性領域11と12を除く領域には、素子分離膜が形成される。
FIG. 5 shows a layout on the substrate surface of the
図6に、MOSトランジスタ2の、図5のX方向における断面構造の模式図を示す。MOSトランジスタ2は、ソース側ドリフト領域24bがなく、ソース領域23が活性領域12内の一部の領域に形成されていることを除き、MOSトランジスタ1と略同様の構成である。
FIG. 6 is a schematic diagram of a cross-sectional structure of the
上記のMOSトランジスタ2も、チャネル領域22の形成のための活性領域12の幅Aは変化させず、ドレイン領域21の形成のための活性領域11の幅Bを狭くしたことで、狭チャネル効果は起きず、耐圧を低下させること無く、小型の高耐圧用のMOSトランジスタを実現することができる。
In the
尚、上記第1及び第2実施形態では、MOSトランジスタ1及び2が、NチャネルのMOSトランジスタの場合を例として説明した。本発明はこれに限られるものではなく、PチャネルのMOSトランジスタの場合にも適用できる。ウェル25をN型とし、ドレイン領域21、ソース領域23、及びドリフト領域24a、24bをP型とすればよい。
In the first and second embodiments, the case where the
また、特許文献1に記載のチャネルストッパ領域の形成方法を本発明に適用する場合、MOSトランジスタ1及び2において、ドレイン領域21とチャネル領域22の間に、及びMOSトランジスタ1において、チャネル領域22とソース領域23の間に素子分離膜28が存在するが、これらの素子分離膜の下方にはチャネルストッパ領域を形成できない。本発明において、チャネルストッパ領域を形成する場合には、例えば図3(a)に示す素子分離膜28の形成工程の前に、素子分離膜の形成に必要なマスクとは別のマスクを用いて、所定の領域にホウ素等のチャネルストッパ不純物を打ち込み、チャネルストッパ領域を形成しておく。
Further, when the method for forming the channel stopper region described in
本発明は高耐圧MOSトランジスタを構成する上でのレイアウトに関するものであり、ドレイン領域21の形成のための活性領域11の幅が、チャネル領域22の形成のための活性領域12の幅よりも狭くなっている限り、各半導体領域(ドレイン領域21、チャネル領域22、ソース領域23、ドリフト領域24a、24b、及び、ウェル25等)の大きさ(深さや面積)、不純物濃度、並びにトランジスタを構成する材料について何ら限定されるものではない。例えば、ゲート電極27の材料としては、ポリシリコンの他、高融点金属を用いることができる。ゲート絶縁膜26についても、熱酸化膜、CVD酸化膜の他、high−k材料を用いても構わない。素子分離膜28についても、LOCOS法による膜に限定されるものではない。
The present invention relates to a layout for forming a high voltage MOS transistor, and the width of the
本発明は、半導体装置に利用可能であり、特に、高耐圧用途に使用するMOSトランジスタを備える半導体装置に利用することができる。 The present invention can be used for a semiconductor device, and in particular, can be used for a semiconductor device including a MOS transistor used for a high breakdown voltage application.
1、2: 本発明の一実施形態に係る半導体装置(本発明装置)
10: 従来構成の半導体装置
11: ドレイン領域形成のための活性領域
12: チャネル領域形成のための活性領域
13: ソース領域形成のための活性領域
14a、14b: ドリフト領域の形成領域
15: ウェルの形成領域
21: ドレイン領域
22: チャネル領域
23: ソース領域
24a: ドレイン側ドリフト領域
24b: ソース側ドリフト領域
25: ウェル
26: ゲート絶縁膜
27: ゲート電極
28: 素子分離膜
31、32: レジストマスク
A: チャネル幅
B: ドレイン領域の幅
C: ドリフト領域内のドレイン領域とオーバーラップしない領域の幅
D: 幅方向に隣接するトランジスタのドリフト領域同士の離間距離
1, 2: A semiconductor device according to an embodiment of the present invention (device of the present invention)
10: Conventional semiconductor device 11:
Claims (3)
前記MOSトランジスタは、
前記第1活性領域内に、前記ウェルの表層に形成される前記ウェルと逆導電型の第2導電型のドレイン領域、
前記第2活性領域内に、前記ウェルの表層の領域であるチャネル領域、
前記第2活性領域内または前記第1及び第2活性領域とは別の活性領域内に、前記チャネル領域を挟んで前記ドレイン領域と対向するように、前記ウェルの表層に形成される前記第2導電型のソース領域、及び、
前記第1活性領域と前記第2活性領域の間に挟まれた前記素子分離膜の下方に、前記ドレイン領域と前記チャネル領域を接続する、前記ドレイン領域と同導電型であって且つ前記ドレイン領域より低濃度のドレイン側ドリフト領域を有し、
前記ドレイン領域の前記基板に平行で且つ前記第1方向に垂直な第2方向の幅が、前記チャネル領域の前記第2方向の幅より狭く形成されていることを特徴とする半導体装置。A MOS transistor having at least two first active regions and second active regions adjacent to each other in a first direction parallel to the substrate and partitioned by an element isolation film on the first conductivity type well;
The MOS transistor is
A drain region of a second conductivity type opposite to the well formed in a surface layer of the well in the first active region;
A channel region that is a surface layer region of the well in the second active region;
The second active layer is formed in a surface layer of the well in the second active region or in an active region different from the first and second active regions so as to face the drain region across the channel region. A conductive source region; and
Below the element isolation film sandwiched between the first active region and the second active region, the drain region and the channel region are connected and have the same conductivity type as the drain region and the drain region It has a lower concentration drain side drift region,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the drain region in a second direction parallel to the substrate and perpendicular to the first direction is narrower than a width of the channel region in the second direction.
前記ソース領域が、前記第1方向において前記第2活性領域を挟んで前記第1活性領域と対向する第3活性領域内に形成され、
前記ソース領域と前記チャネル領域を接続する、前記ソース領域と同導電型であって且つ前記ソース領域より低濃度のソース側ドリフト領域が、前記第3活性領域と前記第2活性領域の間に挟まれた前記素子分離膜の下方に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The MOS transistor is
The source region is formed in a third active region facing the first active region across the second active region in the first direction;
A source-side drift region that connects the source region and the channel region and has the same conductivity type as the source region and has a lower concentration than the source region is sandwiched between the third active region and the second active region. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed below the element isolation film.
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