JP2013157365A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
【課題】MISFETの微細化を進める場合であっても、半導体装置の信頼性低下を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】高耐圧MISFETQ1のドレイン領域の表面は、ゲート電極G1から離れる方向に向って、ゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面(主面)よりも下側に傾斜する傾斜部SLPを有している。したがって、ドレイン領域の表面とゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度は、ソース領域の表面とゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度よりも大きくなっている。
【選択図】図3Provided is a technique capable of suppressing a decrease in reliability of a semiconductor device even when miniaturization of a MISFET is advanced.
The surface of the drain region of the high breakdown voltage MISFET Q1 has an inclined portion SLP that is inclined downward from the surface (main surface) of the semiconductor substrate 1S below the gate electrode G1 in a direction away from the gate electrode G1. doing. Therefore, the inclination angle between the surface of the drain region and the surface of the semiconductor substrate 1S under the gate electrode G1 is larger than the inclination angle between the surface of the source region and the surface of the semiconductor substrate 1S under the gate electrode G1. ing.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関する。特に、本発明は、低耐圧MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)と、低耐圧MISFETよりも耐圧の大きな高耐圧MISFETと、を含む半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof. Particularly, the present invention relates to a semiconductor device including a low breakdown voltage MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) and a high breakdown voltage MISFET having a breakdown voltage larger than that of the low breakdown voltage MISFET, and to a technology effective when applied to a manufacturing technique thereof.
特開平11−340453号公報(特許文献1)には、以下の構成を有する絶縁ゲート型トランジスタが記載されている。具体的に、特許文献1に記載された絶縁ゲート型トランジスタは、ゲート長方向に断面略台形形状を有する凸部が形成された半導体基板と、凸部の上面に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する。さらに、絶縁ゲート型トランジスタは、凸部の傾斜部分に形成された一対のLDD領域と、一対のLDD領域の外側領域に形成されたソース領域とドレイン領域とを有するものである。
Japanese Patent Laid-Open No. 11-340453 (Patent Document 1) describes an insulated gate transistor having the following configuration. Specifically, the insulated gate transistor described in
特開平07−153943号公報(特許文献2)には、トランジスタを構成する半導体部分が台形形状からなる凸部を構成し、この凸部の上面上に、ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極が形成されている構造が記載されている。そして、この凸部の両側面にソース領域とドレイン領域が形成されているものである。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-153943 (Patent Document 2), a semiconductor portion constituting a transistor constitutes a convex portion having a trapezoidal shape, and a gate electrode is formed on the upper surface of the convex portion via a gate insulating film. The structure that is formed is described. A source region and a drain region are formed on both side surfaces of the convex portion.
特開平05−343674号公報(特許文献3)には、基板に凹部を形成し、ゲート電極が形成される部分を隆起させた構造のMOSトランジスタが記載されている。具体的に、基板には、ソース領域およびドレイン領域に凹部が形成され、チャネル領域が隆起部に形成されている。そして、隆起部上に、ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極が形成されている。さらに、凹部の底部には、高濃度ソース領域および高濃度ドレイン領域が形成されており、隆起部の側面には、低濃度ソース領域および低濃度ドレイン領域が形成されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 05-343673 (Patent Document 3) describes a MOS transistor having a structure in which a recess is formed in a substrate and a portion where a gate electrode is formed is raised. Specifically, in the substrate, a recess is formed in the source region and the drain region, and a channel region is formed in the raised portion. A gate electrode is formed on the raised portion via a gate insulating film. Furthermore, a high concentration source region and a high concentration drain region are formed at the bottom of the recess, and a low concentration source region and a low concentration drain region are formed on the side surface of the raised portion.
特開昭60−183771号公報(特許文献4)には、基板部にテーパエッチングを施した後、ソース領域およびドレイン領域を形成するために、高ドーズ量のイオン注入を行なう技術が記載されている。この技術によれば、1回のイオン注入工程で、基板平坦部には、高ドーズ量のイオン注入を実施できるとともに、傾斜部では、低ドーズ量のイオン注入を実施することができるものである。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-183771 (Patent Document 4) describes a technique of performing high dose ion implantation to form a source region and a drain region after performing taper etching on a substrate portion. Yes. According to this technique, in a single ion implantation step, a high dose amount of ion can be implanted into the flat portion of the substrate, and a low dose amount of ion can be implanted in the inclined portion. .
特開平03−155676号公報(特許文献5)には、チャネル領域の両側面に傾斜部を形成し、この傾斜部にソース領域およびドレイン領域を形成する技術が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-155676 (Patent Document 5) describes a technique in which inclined portions are formed on both side surfaces of a channel region, and a source region and a drain region are formed on the inclined portions.
特開2009−099712号公報(特許文献6)には、駆動能力に優れたpチャネル型MOSFETを実現するための技術が記載されている。具体的には、pチャネル型MOSFETのソース領域およびドレイン領域が、半導体基板の主面に対して傾斜面を有するように構成されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2009-099712 (Patent Document 6) describes a technique for realizing a p-channel MOSFET having excellent driving capability. Specifically, the source region and the drain region of the p-channel MOSFET are configured to have an inclined surface with respect to the main surface of the semiconductor substrate.
近年、半導体装置の小型化の要求が強まってきており、この要求に対応するため、半導装置を構成する半導体チップの小型化が進められてきている。半導体チップの小型化は、主に、半導体チップに形成されている集積回路の構成要素であるMISFETの微細化によって実現されてきている。ところが、MISFETの微細化を進めると、MISFETのドレイン領域近傍の電界強度が増大し、この電界強度の増大が問題点として顕在化してきている。すなわち、MISFETのドレイン領域近傍における電界強度が大きくなると、大きなエネルギーを有するホットキャリアが発生しやすくなる。そして、エネルギーが大きなホットキャリアが発生すると、このホットキャリアがゲート絶縁膜に侵入し、MISFETのしきい値電圧を変動させることになる。つまり、MISFETの微細化を進めると、ドレイン領域近傍における電界強度が増大し、これによって、半導体装置の信頼性低下が問題点として顕在化するのである。 In recent years, the demand for miniaturization of semiconductor devices has increased, and in order to meet this demand, miniaturization of semiconductor chips constituting semiconductor devices has been promoted. Miniaturization of a semiconductor chip has been realized mainly by miniaturization of a MISFET which is a component of an integrated circuit formed on the semiconductor chip. However, when the miniaturization of the MISFET is advanced, the electric field strength in the vicinity of the drain region of the MISFET increases, and this increase in the electric field strength has become a problem. That is, when the electric field strength in the vicinity of the drain region of the MISFET is increased, hot carriers having large energy are likely to be generated. When hot carriers having a large energy are generated, the hot carriers enter the gate insulating film and change the threshold voltage of the MISFET. In other words, when the miniaturization of the MISFET is advanced, the electric field strength in the vicinity of the drain region increases, and as a result, a decrease in reliability of the semiconductor device becomes a problem.
本実施の形態の目的は、MISFETの微細化を進める場合であっても、半導体装置の信頼性低下を抑制できる技術を提供することにある。 An object of the present embodiment is to provide a technique capable of suppressing a decrease in reliability of a semiconductor device even when miniaturization of a MISFET is promoted.
本実施の形態の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present embodiment will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
一実施の形態における半導体装置によれば、MISFETのドレイン領域の表面は、ゲート電極から離れる方向に向って、ゲート電極下の半導体基板の表面(チャネル領域の表面)よりも下側に傾斜している。特に、ドレイン領域の表面とゲート電極下の半導体基板の表面との間の傾斜角度は、ソース領域の表面とゲート電極下の半導体基板の表面との間の傾斜角度よりも大きくなっている。 According to the semiconductor device of one embodiment, the surface of the drain region of the MISFET is inclined downward from the surface of the semiconductor substrate (the surface of the channel region) below the gate electrode in the direction away from the gate electrode. Yes. In particular, the inclination angle between the surface of the drain region and the surface of the semiconductor substrate under the gate electrode is larger than the inclination angle between the surface of the source region and the surface of the semiconductor substrate under the gate electrode.
また、一実施の形態における半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面のうち、ドレイン領域形成用表面に対して異方性エッチングすることにより、ドレイン領域形成用表面に傾斜部を形成する工程を含むものである。 In one embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an inclined portion on a surface for forming a drain region by anisotropically etching the surface for forming a drain region of a surface of a semiconductor substrate. Is included.
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 The effects obtained by typical ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.
一実施の形態によれば、MISFETの微細化を進める場合であっても、半導体装置の信頼性低下を抑制できる。 According to one embodiment, even when miniaturization of the MISFET is advanced, it is possible to suppress a decrease in reliability of the semiconductor device.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is not considered that it is clearly apparent in principle. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.
(実施の形態1)
<半導体チップのレイアウト構成>
本実施の形態1は、相対的に低い電圧で駆動する低耐圧MISFET(Metal Insulator Semiconductor)と、高電圧駆動を可能とするために相対的に高い電圧で駆動する高耐圧MISFETを有する半導体装置に本発明を適用したものである。MISFETにおいて、耐圧とは、MISFETを構成するソース領域と半導体基板(ウェル)やドレイン領域と半導体基板(ウェル)との境界に生じるpn接合耐圧や、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧をいい、本実施の形態1では、相対的に耐圧の高い高耐圧MISFETと相対的に耐圧の低い低耐圧MISFETが半導体基板に形成されている。
(Embodiment 1)
<Semiconductor chip layout configuration>
The first embodiment is a semiconductor device having a low breakdown voltage MISFET (Metal Insulator Semiconductor) driven at a relatively low voltage and a high breakdown voltage MISFET driven at a relatively high voltage in order to enable high voltage driving. The present invention is applied. In the MISFET, the breakdown voltage refers to a pn junction breakdown voltage generated at the boundary between the source region and the semiconductor substrate (well) or the drain region and the semiconductor substrate (well) constituting the MISFET, or a breakdown voltage of the gate insulating film. In the first mode, a high breakdown voltage MISFET having a relatively high breakdown voltage and a low breakdown voltage MISFET having a relatively low breakdown voltage are formed on a semiconductor substrate.
図1は、本実施の形態1における半導体チップCHPのレイアウト構成を示す図である。図1において、半導体チップCHPは、CPU(Central Processing Unit)1、RAM(Random Access Memory)2、アナログ回路3、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)4、フラッシュメモリ5およびI/O(Input/Output)回路6を有している。
FIG. 1 is a diagram showing a layout configuration of the semiconductor chip CHP in the first embodiment. In FIG. 1, a semiconductor chip CHP includes a CPU (Central Processing Unit) 1, a RAM (Random Access Memory) 2, an
CPU(回路)1は、中央演算処理装置とも呼ばれ、コンピュータなどの心臓部にあたる。このCPU1は、記憶装置から命令を読み出して解読し、それに基づいて多種多様な演算や制御を行なうものであり、処理の高速性が要求される。したがって、CPU1を構成しているMISFETには、半導体チップCHPに形成されている素子の中で、相対的に大きな電流駆動力が必要とされる。すなわち、低耐圧MISFETで形成される。
The CPU (circuit) 1 is also called a central processing unit and is the heart of a computer or the like. The
RAM(回路)2は、記憶情報をランダムに、すなわち随時記憶されている記憶情報を読み出したり、記憶情報を新たに書き込んだりすることができるメモリであり、随時書き込み読み出しができるメモリとも呼ばれる。ICメモリとしてのRAMには、ダイナミック回路を用いたDRAM(Dynamic RAM)とスタティック回路を用いたSRAM(Static RAM)の2種類がある。DRAMは、記憶保持動作が必要な随時書き込み読み出しメモリであり、SRAMは、記憶保持動作が不要な随時書き込み読み出しメモリである。これらRAM2も動作の高速性が要求されるため、RAM2を構成しているMISFETには、相対的に大きな電流駆動力が必要とされている。すなわち、低耐圧MISFETで形成される。
The RAM (circuit) 2 is a memory that can read stored information at random, that is, read stored information at any time, or write new stored information, and is also called a memory that can be written and read at any time. There are two types of RAM as an IC memory: DRAM (Dynamic RAM) using a dynamic circuit and SRAM (Static RAM) using a static circuit. DRAM is an occasional writing / reading memory that requires a memory holding operation, and SRAM is an occasional writing / reading memory that does not require a memory holding operation. Since these
アナログ回路3は、時間的に連続して変化する電圧や電流の信号、すなわちアナログ信号を扱う回路であり、例えば増幅回路、変換回路、変調回路、発振回路、電源回路などから構成されている。これらアナログ回路3は、半導体チップCHPに形成された素子の中で、相対的に高耐圧の高耐圧MISFETが使用される。
The
EEPROM4およびフラッシュメモリ5は、書き込み動作および消去動作とも電気的に書き換え可能な不揮発性メモリの一種であり、電気的消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリとも呼ばれる。このEEPROM4およびフラッシュメモリ5のメモリセルは、記憶(メモリ)用の例えばMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタやMNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタから構成される。EEPROM4およびフラッシュメモリ5の書き込み動作および消去動作には、例えばファウラーノルドハイム型トンネル現象を利用する。なお、ホットエレクトロンやホットホールを用いて書き込み動作や消去動作させることも可能である。EEPROM4とフラッシュメモリ5の相違点は、EEPROM4が、例えば、バイト単位で消去のできる不揮発性メモリであるのに対し、フラッシュメモリ5が、例えば、ワード線単位で消去できる不揮発性メモリである点である。一般に、フラッシュメモリ5には、CPU1で種々の処理を実行するためのプログラムなどが記憶されている。これに対し、EEPROM4には、書き換え頻度の高い各種データが記憶されている。例えば、携帯電話機のICカード用半導体チップを例にとれば、EEPROM4には、電話番号、課金情報、通話メモなどのデータが記憶される。なお、これらのEEPROM4やフラッシュメモリ5では、書き込み動作や消去動作を行なう上で高電圧が必要であることから、例えば、EEPROM4やフラッシュメモリ5を駆動する周辺回路には、昇圧回路などが含まれ、この昇圧回路には、相対的に高耐圧の高耐圧MISFETが使用される。
The
I/O回路6は、入出力回路であり、半導体チップCHP内から半導体チップCHPの外部に接続された機器へのデータの出力や、半導体チップCHPの外部に接続された機器から半導体チップ内へのデータの入力を行なうための回路である。これらI/O回路6にも、半導体チップCHPに形成された素子の中で、相対的に高耐圧の高耐圧MISFETが使用される。
The I /
<本発明者が見出した課題の詳細>
上述したように、SOC(System On Chip)やMCU(Micro Controller Unit)で使用されるトランジスタは、大きく分けると、低耐圧MISFETと高耐圧MISFETがある。例えば、低耐圧MISFETは、CPU(Central Processing Unit)などのように高速性が要求される回路に使用される一方、高耐圧MISFETは、半導体チップの内部回路と外部回路とのインターフェイスを取るI/O(Input/Output)回路や、比較的高い電源電圧で動作するアナログ回路などで使用される。高耐圧MISFETは、用途にもよるが、電源電圧として、1.8V、2.5V、3.3V、5Vのいずれか1種類、あるいは、その中の2種類の電源電圧を使用することが多い。
<Details of problems found by the inventor>
As described above, transistors used in SOC (System On Chip) and MCU (Micro Controller Unit) are roughly classified into low breakdown voltage MISFETs and high breakdown voltage MISFETs. For example, the low withstand voltage MISFET is used in a circuit that requires high speed such as a CPU (Central Processing Unit), while the high withstand voltage MISFET is an I / O that interfaces an internal circuit and an external circuit of a semiconductor chip. It is used in an O (Input / Output) circuit or an analog circuit that operates with a relatively high power supply voltage. The high voltage MISFET often uses one of 1.8V, 2.5V, 3.3V, and 5V, or two of them as the power supply voltage, depending on the application. .
近年では、半導体装置の小型化の要求があり、半導体装置の小型化に対応するため、集積回路が形成される半導体チップの小型化が進められている。上述したSOCやMCUで使用される半導体チップには、低耐圧MISFETや高耐圧MISFETが形成されており、特に、低耐圧MISFETの縮小化によって、半導体チップの小型化が進められてきている。すなわち、低耐圧MISFETでは、ゲート電極のゲート長が最小加工寸法で形成されており、この最小加工寸法の微細化の進展によって、低耐圧MISFETの微細化が進展してきている。 In recent years, there is a demand for downsizing of semiconductor devices, and in order to cope with downsizing of semiconductor devices, downsizing of semiconductor chips on which integrated circuits are formed has been promoted. A semiconductor chip used in the above-described SOC or MCU is formed with a low breakdown voltage MISFET or a high breakdown voltage MISFET, and in particular, downsizing of the semiconductor chip has been promoted by downsizing of the low breakdown voltage MISFET. That is, in the low withstand voltage MISFET, the gate length of the gate electrode is formed with the minimum processing dimension, and the miniaturization of the low withstand voltage MISFET has progressed with the progress of miniaturization of the minimum processing dimension.
ところが、近年では、既に低耐圧MISFETの微細化が進んでおり、低耐圧MISFETが形成されているコア領域の半導体チップ全体に占める面積の割合が小さくなってきている。このことから、今後、低耐圧MISFETの微細化を進めても、半導体チップ全体の面積を効率良く小型化することが困難な状況になりつつある。したがって、半導体チップ全体の面積を効率良く低減するためには、高耐圧MISFETの小型化が必要になってくると考えられている。 However, in recent years, the miniaturization of the low breakdown voltage MISFET has already progressed, and the ratio of the area of the core region in which the low breakdown voltage MISFET is formed to the entire semiconductor chip has been reduced. For this reason, even if the miniaturization of the low breakdown voltage MISFET is advanced in the future, it is becoming difficult to efficiently reduce the area of the entire semiconductor chip. Therefore, in order to efficiently reduce the area of the entire semiconductor chip, it is considered that the high voltage MISFET must be downsized.
しかし、高耐圧MISFETでは、上述したように比較的高い電源電圧を使用するため、単純に、ゲート寸法の縮小化を実施すると、以下に示すような問題点が顕在化する。すなわち、高耐圧MISFETを動作させる場合、ドレイン領域に比較的高い電源電圧が印加されることになるため、ドレイン領域近傍での電界強度が大きくなる。このように、ドレイン領域近傍での電界強度が増加すると、大きなエネルギーを有するホットキャリアが発生しやすくなる。そして、エネルギーが大きなホットキャリアが発生すると、このホットキャリアがゲート絶縁膜に侵入し、高耐圧MISFETのしきい値電圧を変動させることになる。 However, since a high voltage MISFET uses a relatively high power supply voltage as described above, the following problems become apparent when the gate size is simply reduced. That is, when a high breakdown voltage MISFET is operated, a relatively high power supply voltage is applied to the drain region, so that the electric field strength near the drain region increases. Thus, when the electric field strength in the vicinity of the drain region is increased, hot carriers having large energy are likely to be generated. When hot carriers having large energy are generated, the hot carriers enter the gate insulating film, and the threshold voltage of the high voltage MISFET is changed.
特に、高耐圧MISFETのゲート寸法の縮小化を単純に実施する場合、ドレイン領域近傍での電界強度が増大してしまう。そして、ホットキャリアの発生は、電界強度の増加とともに発生確率が大きくなるため、高耐圧MISFETの微細化にあたっては、ホットキャリアの増大による信頼性低下を考慮する必要があるのである。つまり、高耐圧MISFETの微細化を進める場合、ドレイン領域近傍での電界強度の増大を抑制して、ホットキャリアによる信頼性低下を抑制する必要がある。 In particular, when the gate size of the high voltage MISFET is simply reduced, the electric field strength in the vicinity of the drain region increases. Since the generation probability of hot carriers increases with an increase in electric field strength, it is necessary to consider a decrease in reliability due to an increase in hot carriers when miniaturizing a high voltage MISFET. That is, when the miniaturization of the high breakdown voltage MISFET is advanced, it is necessary to suppress an increase in electric field strength in the vicinity of the drain region and suppress a decrease in reliability due to hot carriers.
<課題の発生するメカニズムについての検討>
まず、本発明者は、MISFETの微細化を進めるに伴って発生する信頼性低下の原因を解明するため、信頼性低下という課題の発生するメカニズムについて検討を行なったので、この検討事項について説明する。
<Examination of the mechanism that causes the problem>
First, in order to elucidate the cause of the decrease in reliability that occurs as the MISFET is miniaturized, the present inventor has studied the mechanism that causes the problem of decreased reliability. .
図2は、本発明者が検討した従来技術におけるMISFETの断面構造を示す図である。図2において、半導体基板1Sの主面側に複数の素子分離領域STIが形成されており、これらの素子分離領域STIで規定される活性領域(アクティブ領域)に、例えば、p型ウェルPWL1が形成されている。そして、このp型ウェルPWL1上にゲート絶縁膜GOX1が形成され、ゲート絶縁膜GOX1上にゲート電極G1が形成されている。ゲート電極G1の両側の側壁には、サイドウォールSWが形成されている。さらに、p型ウェルPWL1内には、ゲート電極G1に整合して、低濃度不純物領域EX1Dと低濃度不純物領域EX1Sが形成されている。そして、サイドウォールSWに整合するように、低濃度不純物領域EX1Dの外側に高濃度不純物領域NR1Dが形成され、低濃度不純物領域EX1Sの外側に高濃度不純物領域NR1Sが形成されている。このとき、低濃度不純物領域EX1Dと高濃度不純物領域NR1Dによってドレイン領域が形成され、低濃度不純物領域EX1Sと高濃度不純物領域NR1Sによってソース領域が形成される。なお、パンチスルーを防止するため、通常、低濃度不純物領域EX1Sおよび低濃度不純物領域EX1Dの周囲を囲むようにハロー領域HAL1が形成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a MISFET in the prior art studied by the present inventors. In FIG. 2, a plurality of element isolation regions STI are formed on the main surface side of the
このように構成されている高耐圧MISFETに着目すると、高耐圧MISFETでは、ドレイン領域に大きなドレイン電圧が印加されることになる。ここで、例えば、nチャネル型の高耐圧MISFETを考えると、ドレイン領域はn型半導体領域から構成され、ウェルはp型ウェルPWL1から構成される。このとき、大きな正電圧からなるドレイン電圧がnチャネル型の高耐圧MISFETのドレイン領域に印加される場合、ドレイン領域の電界強度は、p型ウェルPWL1と低濃度不純物領域EX1Dの境界領域のうち、低濃度不純物領域EX1Dの曲がっている領域近傍で最大値を取る。言い換えれば、低濃度不純物領域EX1Dの曲率の大きな領域近傍で、電界強度が最大値となる。そして、電界強度は、低濃度不純物領域EX1Dの曲率が大きくなればなるほど大きくなる。 Focusing on the high voltage MISFET configured as described above, a large drain voltage is applied to the drain region in the high voltage MISFET. Here, for example, considering an n-channel type high breakdown voltage MISFET, the drain region is composed of an n-type semiconductor region, and the well is composed of a p-type well PWL1. At this time, when a drain voltage consisting of a large positive voltage is applied to the drain region of the n-channel type high breakdown voltage MISFET, the electric field strength of the drain region is the boundary region between the p-type well PWL1 and the low concentration impurity region EX1D. The maximum value is taken near the bent region of the low-concentration impurity region EX1D. In other words, the electric field strength becomes the maximum in the vicinity of the region having a large curvature of the low concentration impurity region EX1D. The electric field strength increases as the curvature of the low concentration impurity region EX1D increases.
このように電界強度が大きくなる領域が発生すると、大きなエネルギーを有するホットキャリアが発生しやすくなる。そして、エネルギーが大きなホットキャリアが発生すると、このホットキャリアがゲート絶縁膜GOX1に侵入し、高耐圧MISFETのしきい値電圧を変動させることになる。特に、高耐圧MISFETの微細化を進めると、低濃度不純物領域EX1Dの曲率が大きくなり、ドレイン領域近傍における電界強度が増大する。したがって、高耐圧MISFETの微細化を進める場合、ドレイン電圧が大きいことに加えて、ドレイン領域近傍における電界強度が大きくなる。このことから、大きなエネルギーを有するホットキャリアが発生しやすくなり、これによって、半導体装置の信頼性低下が問題点として顕在化するのである。さらには、高耐圧MISFETの微細化を進めると、チャネル領域を流れるチャネル電流(ドレイン電流)も増加することから、この点からも、ホットキャリアが発生しやすくなる。 When such a region where the electric field strength increases is generated, hot carriers having large energy are likely to be generated. When hot carriers having large energy are generated, the hot carriers enter the gate insulating film GOX1 and change the threshold voltage of the high voltage MISFET. In particular, when the miniaturization of the high breakdown voltage MISFET is advanced, the curvature of the low concentration impurity region EX1D increases, and the electric field strength in the vicinity of the drain region increases. Therefore, when the miniaturization of the high breakdown voltage MISFET is advanced, the electric field strength in the vicinity of the drain region increases in addition to the large drain voltage. For this reason, hot carriers having large energy are likely to be generated, and this causes a decrease in reliability of the semiconductor device as a problem. Furthermore, if the miniaturization of the high-breakdown-voltage MISFET is advanced, the channel current (drain current) flowing through the channel region also increases, and from this point, hot carriers are likely to be generated.
以上のことから、高耐圧MISFETの微細化を進める場合、ドレイン領域近傍で電界強度が増加することを主要因として、半導体装置の信頼性低下が顕在化することがわかる。そして、ドレイン領域近傍で電界強度が増加する要因としては、低濃度不純物領域EX1Dの曲率が大きくなることが挙げられることから、低濃度不純物領域EX1Dの曲率をできるだけ小さくすることが、電界強度の増大を抑制するために重要であることがわかる。そこで、本実施の形態1では、ドレイン領域近傍における電界強度の増大を抑制するため、低濃度不純物領域EX1Dの曲率を小さくすることに着目した工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態1における半導体装置の構成について説明する。 From the above, it can be seen that, when the miniaturization of the high voltage MISFET is advanced, the reliability degradation of the semiconductor device becomes obvious mainly due to the increase of the electric field strength in the vicinity of the drain region. A factor that increases the electric field strength in the vicinity of the drain region is that the curvature of the low-concentration impurity region EX1D is increased. Therefore, reducing the curvature of the low-concentration impurity region EX1D as much as possible increases the electric field strength. It is understood that it is important to suppress Therefore, in the first embodiment, in order to suppress an increase in the electric field strength in the vicinity of the drain region, a contrivance is given focusing on reducing the curvature of the low concentration impurity region EX1D. The configuration of the semiconductor device according to the first embodiment to which this device has been applied will be described below.
<半導体装置の構成>
図3は、本実施の形態1における半導体装置の構成を示す断面図である。図3に示すように、本実施の形態1における半導体装置では、半導体基板1Sの領域AR1に高耐圧MISFETQ1が形成され、半導体基板1Sの領域AR2に低耐圧MISFETQ2が形成されている。このとき、高耐圧MISFETQ1および低耐圧MISFETQ2は、nチャネル型MISFETを想定している。以下に、まず、高耐圧MISFETQ1の構成について説明する。
<Configuration of semiconductor device>
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, in the semiconductor device according to the first embodiment, the high breakdown voltage MISFET Q1 is formed in the region AR1 of the
図3において、半導体基板1Sの主面側(表面側)には、複数の素子分離領域STIが形成されており、これらの素子分離領域STIによって、領域AR1および領域AR2が区画されている。そして、半導体基板1Sの領域AR1内には、p型ウェルPWL1が形成されており、このp型ウェルPWL1上に高耐圧MISFETQ1が形成されている。
In FIG. 3, a plurality of element isolation regions STI are formed on the main surface side (front surface side) of the
具体的に、高耐圧MISFETQ1は、p型ウェルPWL1上にゲート絶縁膜GOX1を有しており、このゲート絶縁膜GOX1上にゲート電極G1を有している。このとき、ゲート絶縁膜GOX1は、例えば、酸化シリコン膜から形成されるが、これに限らず、例えば、酸化ハフニウム膜などの酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。また、ゲート電極G1は、例えば、リンを導入したポリシリコン膜PF(n型ポリシリコン膜)と、ポリシリコン膜PF上に形成されたシリサイド膜SLから形成されている。シリサイド膜SLは、ゲート電極G1の低抵抗化のために形成された膜であり、シリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成されている。 Specifically, the high voltage MISFET Q1 has a gate insulating film GOX1 on the p-type well PWL1, and has a gate electrode G1 on the gate insulating film GOX1. At this time, the gate insulating film GOX1 is formed of, for example, a silicon oxide film, but is not limited thereto, and may be formed of, for example, a high dielectric constant film having a higher dielectric constant than a silicon oxide film such as a hafnium oxide film. Good. The gate electrode G1 is formed of, for example, a polysilicon film PF (n-type polysilicon film) into which phosphorus is introduced and a silicide film SL formed on the polysilicon film PF. The silicide film SL is a film formed for reducing the resistance of the gate electrode G1, and the silicide film SL is, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide. It is formed from a film or the like.
次に、ゲート電極G1の両側の側壁には、サイドウォールSWが形成されている。このサイドウォールSWは、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜から形成されている。そして、ゲート電極G1直下の半導体基板1S(p型ウェルPWL1)の表面近傍に、チャネル領域が形成されることになり、このチャネル領域を挟むようにして、ソース領域とドレイン領域が形成されている。
Next, sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode G1. The sidewall SW is formed from, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. A channel region is formed near the surface of the
ソース領域は、チャネル領域に隣接する低濃度不純物領域EX1Sと、この低濃度不純物領域EX1Sの外側領域に形成された高濃度不純物領域NR1Sとを有している。低濃度不純物領域EX1Sや高濃度不純物領域NR1Sは、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域である。特に、高濃度不純物領域NR1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。
The source region has a low concentration impurity region EX1S adjacent to the channel region and a high concentration impurity region NR1S formed in a region outside the low concentration impurity region EX1S. The low concentration impurity region EX1S and the high concentration impurity region NR1S are semiconductor regions in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the
つまり、ソース領域は、ゲート電極G1に近い位置に形成された低濃度不純物領域EX1Sと、低濃度不純物領域EX1Sよりもゲート電極G1から遠い位置に形成された高濃度不純物領域NR1Sとを含む。そして、低濃度不純物領域EX1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度は、高濃度不純物領域NR1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも小さく、低濃度不純物領域EX1Sの最深部は、高濃度不純物領域NR1Sの最深部よりも浅くなっている。 That is, the source region includes a low concentration impurity region EX1S formed at a position close to the gate electrode G1, and a high concentration impurity region NR1S formed at a position farther from the gate electrode G1 than the low concentration impurity region EX1S. The impurity concentration of the n-type impurity introduced into the low-concentration impurity region EX1S is smaller than the impurity concentration of the n-type impurity introduced into the high-concentration impurity region NR1S, and the deepest portion of the low-concentration impurity region EX1S is It is shallower than the deepest portion of the high concentration impurity region NR1S.
そして、高濃度不純物領域NR1Sの表面には、ソース領域の低抵抗化のためのシリサイド膜SLが形成されている。このシリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成することができる。 A silicide film SL for reducing the resistance of the source region is formed on the surface of the high concentration impurity region NR1S. The silicide film SL can be formed of, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide film.
なお、ソース領域の一部を構成する低濃度不純物領域EX1Sの周囲を囲むように、ハロー領域HAL1(ポケット領域)が形成されている。このハロー領域HAL1は、ボロン(B)などのp型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域であり、ハロー領域HAL1の不純物濃度は、p型ウェルPWL1の不純物濃度よりも高くなっている。この結果、ドレイン領域にドレイン電圧を印加した場合に、ドレイン領域から延びる空乏層がソース領域にまで達することを抑制することができ、これによって、パンチスルーを防止することができる。
A halo region HAL1 (pocket region) is formed so as to surround the periphery of the low-concentration impurity region EX1S constituting a part of the source region. The halo region HAL1 is a semiconductor region in which a p-type impurity such as boron (B) is introduced into the
続いて、ドレイン領域の構成について説明する。本実施の形態1では、このドレイン領域の構成に特徴がある。まず、図3に示すように、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1のドレイン領域の表面は、ゲート電極G1から離れる方向に向って、ゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面(主面)よりも下側に傾斜する傾斜部SLPを有している。したがって、ドレイン領域の表面とゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度は、ソース領域の表面とゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度よりも大きくなっている。つまり、図3に示すように、ソース領域の表面は、ゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面と概ね面一となっている。これに対し、図3に示すように、ドレイン領域の表面は、ゲート電極G1から離れる方向に向って、ゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面よりも下側に傾斜している。言い換えれば、本実施の形態1における高耐圧MISFETは、断面視において、一対の素子分離領域STIの間に形成されており、ドレイン領域の表面は、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIに向って、連続的に深くなるように傾斜している。このことから、明らかに、ドレイン領域の表面とゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度は、ソース領域の表面とゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度よりも大きくなる。
Next, the configuration of the drain region will be described. The first embodiment is characterized by the configuration of the drain region. First, as shown in FIG. 3, the surface of the drain region of the high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment is directed from the surface (main surface) of the
このように本実施の形態1における高耐圧MISFETによれば、ドレイン領域に傾斜部SLPが設けられており、この傾斜部SLPに沿って、ドレイン領域が形成されることになる。この結果、ドレイン領域の曲率をできるだけ小さくすることができることがわかる。つまり、ドレイン領域が直線形状の傾斜部SLPに並行するように形成されるため、ドレイン領域に曲率の大きな部分が形成されにくくなり、これによって、ドレイン領域全体にわたって曲率を小さくすることができる。このことは、曲率の大きな領域で電界強度の増加が顕著になることを考慮すれば、図3に示す本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1によれば、ドレイン領域近傍での電界強度の増加を抑制できることを意味する。つまり、本実施の形態1では、傾斜部SLPに沿ってドレイン領域が形成されているため、ドレイン領域近傍における電界強度の増加を抑制でき、電界強度の低減を実現できる結果、ホットキャリアの発生を低減することができる。このため、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1によれば、ホットキャリアの発生を低減できることから、ホットキャリアに起因するしきい値電圧の変動を抑制することができ、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。つまり、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1によれば、微細化を進める場合であっても、電界強度の増大を抑制できることから、半導体装置の信頼性低下を招くことなく、高耐圧MISFETQ1の微細化を推進することができる。すなわち、本実施の形態1によれば、高耐圧MISFETQ1の微細化が可能となり、高耐圧MISFETQ1を含む半導体装置の小型化を効率良く実現できるという顕著な効果を得ることができる。 Thus, according to the high breakdown voltage MISFET in the first embodiment, the inclined portion SLP is provided in the drain region, and the drain region is formed along the inclined portion SLP. As a result, it can be seen that the curvature of the drain region can be made as small as possible. That is, since the drain region is formed so as to be parallel to the linearly inclined portion SLP, it is difficult to form a portion with a large curvature in the drain region, and thus the curvature can be reduced over the entire drain region. In consideration of the fact that the increase in electric field strength becomes significant in a region with a large curvature, according to the high voltage MISFET Q1 in the first embodiment shown in FIG. 3, the increase in electric field strength in the vicinity of the drain region is caused. It means that it can be suppressed. That is, in the first embodiment, since the drain region is formed along the inclined portion SLP, an increase in the electric field strength in the vicinity of the drain region can be suppressed, and the electric field strength can be reduced. As a result, hot carriers are generated. Can be reduced. For this reason, according to the high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment, since the generation of hot carriers can be reduced, fluctuations in threshold voltage caused by hot carriers can be suppressed, and the reliability of the semiconductor device can be improved. Can be planned. That is, according to the high withstand voltage MISFET Q1 in the first embodiment, even if miniaturization is advanced, an increase in electric field strength can be suppressed, so that the high withstand voltage MISFET Q1 can be made fine without reducing the reliability of the semiconductor device. Can be promoted. That is, according to the first embodiment, the high breakdown voltage MISFET Q1 can be miniaturized, and a remarkable effect can be obtained that the semiconductor device including the high breakdown voltage MISFET Q1 can be efficiently downsized.
ここで、上述したドレイン領域は、図3に示すように、低濃度不純物領域EX1Dと高濃度不純物領域NR1Dから形成されている。このとき、低濃度不純物領域EX1Dや高濃度不純物領域NR1Dは、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域である。特に、高濃度不純物領域NR1Dに導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX1Dに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。すなわち、ドレイン領域は、図3に示すように、ドレイン領域の表面から深く形成された低濃度不純物領域EX1Dと、ドレイン領域の表面から低濃度不純物領域EX1Dよりも浅く形成された高濃度不純物領域NR1Dとを含むように構成されている。言い換えれば、低濃度不純物領域EX1Dおよび高濃度不純物領域NR1Dは、ドレイン領域に形成された傾斜部SLPに並行するように形成されている。
Here, as shown in FIG. 3, the drain region described above is formed of a low concentration impurity region EX1D and a high concentration impurity region NR1D. At this time, the low concentration impurity region EX1D and the high concentration impurity region NR1D are semiconductor regions in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the
そして、高濃度不純物領域NR1Dの表面には、ドレイン領域の低抵抗化のためのシリサイド膜SLが形成されている。このシリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成することができる。 A silicide film SL for reducing the resistance of the drain region is formed on the surface of the high concentration impurity region NR1D. The silicide film SL can be formed of, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide film.
本実施の形態1におけるさらなる特徴は、傾斜部SLPに並行するように形成されたドレイン領域において、低濃度不純物領域EX1Dが高濃度不純物領域NR1Dよりも深い領域に形成されていることにある。ドレイン領域は、p型ウェルPWL1との間でpn接合を形成する。このとき、ドレイン領域のうち、低濃度不純物領域EX1Dが高濃度不純物領域NR1Dよりも深く形成されているため、低濃度不純物領域EX1Dがp型ウェルPWL1と直接接触することになる。この結果、低濃度不純物領域EX1Dとp型ウェルPWL1との間でpn接合が形成され、比較的高い正電圧のドレイン電圧がドレイン領域に印加された場合、このpn接合に逆バイアスが印加されることになる。このとき、低濃度不純物領域EX1Dの不純物濃度が低くなっていることから、低濃度不純物領域EX1Dでは、境界領域から空乏層が延びることになる。空乏層が延びるということは、それだけ、電界密度が緩和されることを意味する。したがって、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1では、ドレイン領域近傍における電界強度の増大を抑制することができるのである。 A further feature of the first embodiment resides in that in the drain region formed so as to be parallel to the inclined portion SLP, the low concentration impurity region EX1D is formed in a region deeper than the high concentration impurity region NR1D. The drain region forms a pn junction with the p-type well PWL1. At this time, since the low concentration impurity region EX1D is formed deeper than the high concentration impurity region NR1D in the drain region, the low concentration impurity region EX1D is in direct contact with the p-type well PWL1. As a result, a pn junction is formed between the low-concentration impurity region EX1D and the p-type well PWL1, and when a relatively high positive drain voltage is applied to the drain region, a reverse bias is applied to the pn junction. It will be. At this time, since the impurity concentration of the low concentration impurity region EX1D is low, the depletion layer extends from the boundary region in the low concentration impurity region EX1D. The extension of the depletion layer means that the electric field density is reduced accordingly. Therefore, in the high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment, an increase in electric field strength in the vicinity of the drain region can be suppressed.
さらに、本実施の形態1における特徴は、ドレイン領域に隣接するようにハロー領域HAL1が形成されていない点にある。つまり、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1においては、ソース領域側にだけハロー領域HAL1が形成され、ドレイン領域側には、ハロー領域HAL1が形成されていない。 Further, the first embodiment is characterized in that the halo region HAL1 is not formed so as to be adjacent to the drain region. That is, in the high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment, the halo region HAL1 is formed only on the source region side, and the halo region HAL1 is not formed on the drain region side.
これは、以下の理由による。例えば、ドレイン領域に隣接するようにハロー領域HAL1を形成する場合、p型ウェルとドレイン領域との間ではなく、ハロー領域HAL1とドレイン領域との間にpn接合が形成される。このとき、ハロー領域HAL1に導入されているp型不純物の不純物濃度は、p型ウェルPWL1に導入されているp型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。このことから、ハロー領域HAL1では、境界領域から空乏層が延びにくくなることになる。空乏層が延びにくくなるということは、それだけ、電界密度が増加することを意味する。つまり、ドレイン領域に隣接するようにハロー領域HAL1を形成すると、ドレイン領域近傍の電界強度が増加することになるのである。そこで、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1では、ドレイン領域側にハロー領域HAL1を形成していないのである。これにより、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1では、ドレイン領域近傍における電界強度の増大を抑制することができる。 This is due to the following reason. For example, when the halo region HAL1 is formed so as to be adjacent to the drain region, a pn junction is formed between the halo region HAL1 and the drain region, not between the p-type well and the drain region. At this time, the impurity concentration of the p-type impurity introduced into the halo region HAL1 is higher than the impurity concentration of the p-type impurity introduced into the p-type well PWL1. For this reason, in the halo region HAL1, the depletion layer is difficult to extend from the boundary region. The fact that the depletion layer becomes difficult to extend means that the electric field density increases accordingly. That is, when the halo region HAL1 is formed so as to be adjacent to the drain region, the electric field strength in the vicinity of the drain region increases. Therefore, in the high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment, the halo region HAL1 is not formed on the drain region side. Thereby, in the high voltage MISFET Q1 in the first embodiment, an increase in electric field strength in the vicinity of the drain region can be suppressed.
なお、ドレイン領域側にハロー領域HAL1を形成しなくても、高耐圧MISFETQ1の場合、ゲート電極G1のゲート長が低耐圧MISFETQ2に比べて比較的長いこと、および、ソース領域側にハロー領域HAL1を形成していることにより、パンチスルーを充分に抑制することができる。 Even if the halo region HAL1 is not formed on the drain region side, in the case of the high breakdown voltage MISFET Q1, the gate length of the gate electrode G1 is relatively longer than that of the low breakdown voltage MISFET Q2, and the halo region HAL1 is formed on the source region side. By forming, punch through can be sufficiently suppressed.
以上のことから、本実施の形態1によれば、(1)ドレイン領域に傾斜部SLPを設け、この傾斜部SLPに並行するようにドレイン領域を形成する構成と、(2)低濃度不純物領域EX1Dを高濃度不純物領域NR1Dよりも深く形成する構成と、を備える。さらに、本実施の形態1によれば、(3)ドレイン領域側にハロー領域HAL1を形成しない構成も備える。したがって、本実施の形態1によれば、これらの構成(1)〜(3)の相乗効果により、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1でのドレイン領域近傍における電界強度の増大を抑制することができる。 As described above, according to the first embodiment, (1) the drain region is provided with the inclined portion SLP, and the drain region is formed in parallel with the inclined portion SLP, and (2) the low-concentration impurity region. And EX1D formed deeper than the high concentration impurity region NR1D. Furthermore, according to the first embodiment, (3) a configuration in which the halo region HAL1 is not formed on the drain region side is also provided. Therefore, according to the first embodiment, the synergistic effect of these configurations (1) to (3) can suppress an increase in electric field strength in the vicinity of the drain region in the high voltage MISFET Q1 in the first embodiment. it can.
このため、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1によれば、ホットキャリアの発生を低減できることから、ホットキャリアに起因するしきい値電圧の変動を抑制することができ、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。つまり、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1によれば、微細化を進める場合であっても、電界強度の増大を抑制できることから、半導体装置の信頼性低下を招くことなく、高耐圧MISFETQ1の微細化を推進することができる。すなわち、本実施の形態1によれば、高耐圧MISFETQ1の微細化が可能となり、高耐圧MISFETQ1を含む半導体装置の小型化を効率良く実現できる。 For this reason, according to the high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment, since the generation of hot carriers can be reduced, fluctuations in threshold voltage caused by hot carriers can be suppressed, and the reliability of the semiconductor device can be improved. Can be planned. That is, according to the high withstand voltage MISFET Q1 in the first embodiment, even if miniaturization is advanced, an increase in electric field strength can be suppressed, so that the high withstand voltage MISFET Q1 can be made fine without reducing the reliability of the semiconductor device. Can be promoted. That is, according to the first embodiment, the high breakdown voltage MISFET Q1 can be miniaturized, and the semiconductor device including the high breakdown voltage MISFET Q1 can be efficiently downsized.
続いて、本実施の形態1においては、図3に示すように、ドレイン領域側にだけ傾斜部SLPを設け、ソース領域側に傾斜部SLPを設けていない。すなわち、本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1では、ソース領域の構造とドレイン領域の構造が非対称になっている。以下に、この理由について説明する。 Subsequently, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the inclined portion SLP is provided only on the drain region side, and the inclined portion SLP is not provided on the source region side. That is, in the high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment, the structure of the source region and the structure of the drain region are asymmetric. The reason for this will be described below.
まず、高耐圧MISFETQ1を動作させる場合、通常、ソース領域およびp型ウェルPWL1には基準電位(GND電位)を印加し、ドレイン領域に正電圧のドレイン電圧を印加する。したがって、ソース領域とp型ウェルPWL1には同電位の電圧が印加されることになるから、ソース領域とp型ウェルPWL1の境界領域に形成されるpn接合には、それほど大きな電界が印加されることはないと考えられる。これに対し、ドレイン領域とp型ウェルPWL1との間のpn接合には、ドレイン領域に比較的大きなドレイン電圧(正電圧)が印加されることから、逆バイアスが印加されることになり、ドレイン領域近傍での電界強度が増大する傾向となる。このことから、高耐圧MISFETQ1において、電界強度は、ドレイン領域近傍で大きくなることがわかる。このため、特に、ドレイン領域近傍において、電界強度の増大を抑制する必要があるのである。言い換えれば、ソース領域側では、ドレイン領域側に比べて、電界強度の増大は、それほど問題とならないのである。したがって、本実施の形態1では、電界強度の増大が顕在化するドレイン領域に傾斜部SLPを設け、ドレイン領域近傍での電界強度の増大を抑制しているのである。言い換えれば、ソース領域近傍では、電界強度の増大がそれほど問題とならないことから、あえて、ソース領域に傾斜部SLPを設ける必要性は低いのである。このことから、本実施の形態1では、図3に示すように、ドレイン領域側にだけ傾斜部SLPを設け、ソース領域側に傾斜部SLPを設けないという非対称な構造を採用しているのである。 First, when the high breakdown voltage MISFET Q1 is operated, a reference potential (GND potential) is normally applied to the source region and the p-type well PWL1, and a positive drain voltage is applied to the drain region. Therefore, a voltage having the same potential is applied to the source region and the p-type well PWL1, so that a large electric field is applied to the pn junction formed in the boundary region between the source region and the p-type well PWL1. I don't think it will happen. On the other hand, since a relatively large drain voltage (positive voltage) is applied to the drain region, a reverse bias is applied to the pn junction between the drain region and the p-type well PWL1. The electric field strength in the vicinity of the region tends to increase. From this, it can be seen that the electric field strength increases in the vicinity of the drain region in the high voltage MISFET Q1. For this reason, it is necessary to suppress an increase in electric field strength, particularly in the vicinity of the drain region. In other words, on the source region side, the increase in the electric field strength is not so much a problem as compared with the drain region side. Therefore, in the first embodiment, the inclined portion SLP is provided in the drain region where the increase in the electric field strength becomes obvious, and the increase in the electric field strength in the vicinity of the drain region is suppressed. In other words, in the vicinity of the source region, the increase in the electric field strength is not a problem, so it is not necessary to provide the inclined portion SLP in the source region. Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, an asymmetric structure is adopted in which the inclined portion SLP is provided only on the drain region side and the inclined portion SLP is not provided on the source region side. .
傾斜部SLPを設けるということは、製造プロセスにおいて、傾斜部SLPを設ける工程を追加することを意味する。このとき、なるべく、通常の製造プロセスからの変更や修正が大きくないことが、製造プロセスの変更や修正に伴う歩留まり低下を防止する観点から望ましい。したがって、本実施の形態1では、必要最小限のプロセス変更に留める。 Providing the inclined portion SLP means adding a step of providing the inclined portion SLP to the manufacturing process. At this time, it is desirable that changes or corrections from the normal manufacturing process should not be large as much as possible from the viewpoint of preventing a yield reduction due to the changes or corrections in the manufacturing process. Therefore, in the first embodiment, only the minimum necessary process change is required.
ソース領域側には傾斜部SLPを設けないが、その理由は以下に示すとおりである。つまり、本実施の形態1における半導体装置では、半導体チップの面積を縮小化するため、高耐圧MISFETQ1のサイズも縮小化する必要がある。この高耐圧MISFETQ1の縮小化に伴う短チャネル特性を良くするためには、ソース領域側にハロー領域HAL1を形成することが有用である。このとき、ソース領域側にも傾斜部SLPを設けて、ソース領域で曲がっている部分をなるべく無くすか、あるいは、無くせないまでも、曲がりを小さくすると、ハロー領域HAL1に導入した不純物がソース領域(低濃度不純物領域EX1S)の不純物の影響を受けやすくなる。この結果、ハロー領域HAL1を形成したことによる効果が弱くなり、短チャネル特性が悪化する傾向が顕在化する。そこで、短チャネル特性を改善するために、ハロー領域HAL1に導入する不純物の量(ドーズ量)を増加させると、ソース領域を構成する低濃度不純物領域EX1Sのシート抵抗の上昇が懸念される。さらには、シリサイド膜SLが高濃度不純物領域NR1Sと接する部分の実効的な不純物濃度の低下から、オーミック接合とすべきところがショットキー接合になり、寄生抵抗の上昇、ひいては、ドレイン電流の低下につながることになる。したがって、ソース領域側にも傾斜部SLPを設けると、上述したような不都合が生じるので、ソース領域側に傾斜部SLPを設けない構成とすることが望ましいのである。 The inclined portion SLP is not provided on the source region side for the following reason. That is, in the semiconductor device according to the first embodiment, in order to reduce the area of the semiconductor chip, it is necessary to reduce the size of the high voltage MISFET Q1. In order to improve the short channel characteristics accompanying the reduction of the high breakdown voltage MISFET Q1, it is useful to form the halo region HAL1 on the source region side. At this time, if the inclined portion SLP is also provided on the source region side so that a bent portion in the source region is eliminated as much as possible or not, the impurity introduced into the halo region HAL1 is introduced into the source region ( It becomes susceptible to the influence of impurities in the low concentration impurity region EX1S). As a result, the effect of forming the halo region HAL1 is weakened, and the tendency for the short channel characteristics to deteriorate becomes obvious. Therefore, if the amount of impurity (dose amount) introduced into the halo region HAL1 is increased in order to improve the short channel characteristics, there is a concern that the sheet resistance of the low concentration impurity region EX1S constituting the source region will increase. Furthermore, the effective impurity concentration at the portion where the silicide film SL is in contact with the high-concentration impurity region NR1S decreases, so that the portion that should be an ohmic junction becomes a Schottky junction, leading to an increase in parasitic resistance and consequently a decrease in drain current. It will be. Therefore, if the inclined portion SLP is provided also on the source region side, the above-described disadvantages occur. Therefore, it is desirable that the inclined portion SLP is not provided on the source region side.
ここで、傾斜部SLPを設ける場合、ハロー領域HAL1に導入した不純物がソース領域を構成する低濃度不純物領域EX1Sの影響を受けやすくなる理由は、次のように説明することができる。つまり、ソース領域で曲がっている部分をなるべく無くすか、あるいは、無くせないまでも曲がりを小さくするということは、結局のところ、例えば、ドレイン領域側のように、斜めに半導体基板1Sを掘るなどの手段を用いて傾斜部SLPを形成することに他ならない。すなわち、傾斜部SLPに対して、低濃度不純物領域EX1Sや高濃度不純物領域NR1Sを並行に形成することになる。ハロー領域HAL1は、斜めイオン注入法によって行なうことが主流である(場合によっては垂直イオン注入法を使用することもあり得る)。この場合、斜め方向に並行な不純物濃度分布を持ったソース領域を形成すると、実質的に機能するハロー領域HAL1を形成することは困難なのである。このことから、ソース領域のシート抵抗やオーミック接合の劣化を伴わずに、ハロー領域HAL1を形成できるのは、ソース領域が傾斜部SLPを有さず、図3に示すように、ソース領域の表面が、ゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面と概ね面一となっている必要があるのである。以上のことから、本実施の形態1では、ソース領域側に傾斜部SLPを設けない構成としている。
Here, when the inclined portion SLP is provided, the reason why the impurity introduced into the halo region HAL1 is easily influenced by the low-concentration impurity region EX1S constituting the source region can be explained as follows. In other words, eliminating the bent portion in the source region as much as possible or reducing the bending even if it cannot be eliminated means that, for example, the
本実施の形態1における高耐圧MISFETQ1は上記のように構成されており、次に、本実施の形態1における低耐圧MISFETQ2の構成について説明する。まず、図3に示すように、半導体基板1Sの領域AR2内には、p型ウェルPWL2が形成されており、このp型ウェルPWL2上に低耐圧MISFETQ2が形成されている。
The high breakdown voltage MISFET Q1 in the first embodiment is configured as described above. Next, the configuration of the low breakdown voltage MISFET Q2 in the first embodiment will be described. First, as shown in FIG. 3, a p-type well PWL2 is formed in the region AR2 of the
具体的に、低耐圧MISFETQ2は、p型ウェルPWL2上にゲート絶縁膜GOX2を有しており、このゲート絶縁膜GOX2上にゲート電極G2を有している。このとき、ゲート絶縁膜GOX2は、例えば、酸化シリコン膜から形成されるが、これに限らず、例えば、酸化ハフニウム膜などの酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。また、ゲート電極G2は、例えば、リンを導入したポリシリコン膜PF(n型ポリシリコン膜)と、ポリシリコン膜PF上に形成されたシリサイド膜SLから形成されている。シリサイド膜SLは、ゲート電極G2の低抵抗化のために形成された膜であり、シリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成されている。 Specifically, the low breakdown voltage MISFET Q2 has a gate insulating film GOX2 on the p-type well PWL2, and has a gate electrode G2 on the gate insulating film GOX2. At this time, the gate insulating film GOX2 is formed of, for example, a silicon oxide film, but is not limited thereto, and may be formed of, for example, a high dielectric constant film having a higher dielectric constant than a silicon oxide film such as a hafnium oxide film. Good. The gate electrode G2 is formed of, for example, a polysilicon film PF (n-type polysilicon film) into which phosphorus is introduced and a silicide film SL formed on the polysilicon film PF. The silicide film SL is a film formed for reducing the resistance of the gate electrode G2. The silicide film SL is, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide. It is formed from a film or the like.
ここで、低耐圧MISFETQ2のゲート絶縁膜GOX2の膜厚は、高耐圧MISFETQ1のゲート絶縁膜GOX1の膜厚よりも小さくなっている。つまり、低耐圧MISFETQ2では、高耐圧MISFETQ1よりもゲート耐圧が低くても良いとともに、ゲート電極G2による制御性向上のために、ゲート絶縁膜GOX2の膜厚が薄くなっているのである。また、低耐圧MISFETQ2のゲート電極G2のゲート長は、高耐圧MISFETQ1のゲート電極G1のゲート長よりも小さくなっている。これは、低耐圧MISFETQ2では、ドレイン電圧が低くなっており、ドレイン電圧が低くてもドレイン電流をできるだけ大きくして電流駆動力を向上させるためである。 Here, the film thickness of the gate insulating film GOX2 of the low voltage MISFET Q2 is smaller than the film thickness of the gate insulating film GOX1 of the high voltage MISFET Q1. That is, in the low breakdown voltage MISFET Q2, the gate breakdown voltage may be lower than that in the high breakdown voltage MISFET Q1, and the film thickness of the gate insulating film GOX2 is reduced in order to improve the controllability by the gate electrode G2. In addition, the gate length of the gate electrode G2 of the low breakdown voltage MISFET Q2 is smaller than the gate length of the gate electrode G1 of the high breakdown voltage MISFET Q1. This is because in the low breakdown voltage MISFET Q2, the drain voltage is low, and even if the drain voltage is low, the drain current is increased as much as possible to improve the current driving capability.
次に、ゲート電極G2の両側の側壁には、サイドウォールSWが形成されている。このサイドウォールSWは、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜から形成されている。そして、ゲート電極G2直下の半導体基板1S(p型ウェルPWL2)の表面近傍に、チャネル領域が形成されることになり、このチャネル領域を挟むようにして、ソース領域とドレイン領域が形成されている。
Next, sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode G2. The sidewall SW is formed from, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. A channel region is formed in the vicinity of the surface of the
ソース領域は、チャネル領域に隣接する低濃度不純物領域EX2と、この低濃度不純物領域EX2の外側領域に形成された高濃度不純物領域NR2とを有している。低濃度不純物領域EX2や高濃度不純物領域NR2は、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域である。特に、高濃度不純物領域NR2に導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX2に導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。
The source region has a low-concentration impurity region EX2 adjacent to the channel region and a high-concentration impurity region NR2 formed in a region outside the low-concentration impurity region EX2. The low concentration impurity region EX2 and the high concentration impurity region NR2 are semiconductor regions in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the
つまり、ソース領域は、ゲート電極G2に近い位置に形成された低濃度不純物領域EX2と、低濃度不純物領域EX2よりもゲート電極G2から遠い位置に形成された高濃度不純物領域NR2とを含む。そして、低濃度不純物領域EX2に導入されているn型不純物の不純物濃度は、高濃度不純物領域NR2に導入されているn型不純物の不純物濃度よりも小さく、低濃度不純物領域EX2の最深部は、高濃度不純物領域NR2の最深部よりも浅くなっている。 That is, the source region includes a low concentration impurity region EX2 formed at a position close to the gate electrode G2, and a high concentration impurity region NR2 formed at a position farther from the gate electrode G2 than the low concentration impurity region EX2. The impurity concentration of the n-type impurity introduced into the low-concentration impurity region EX2 is smaller than the impurity concentration of the n-type impurity introduced into the high-concentration impurity region NR2, and the deepest portion of the low-concentration impurity region EX2 is It is shallower than the deepest portion of the high concentration impurity region NR2.
そして、高濃度不純物領域NR2の表面には、ソース領域の低抵抗化のためのシリサイド膜SLが形成されている。このシリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成することができる。 A silicide film SL for reducing the resistance of the source region is formed on the surface of the high concentration impurity region NR2. The silicide film SL can be formed of, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide film.
なお、ソース領域の一部を構成する低濃度不純物領域EX2の周囲を囲むように、ハロー領域HAL2(ポケット領域)が形成されている。このハロー領域HAL2は、ボロン(B)などのp型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域であり、ハロー領域HAL2の不純物濃度は、p型ウェルPWL2の不純物濃度よりも高くなっている。この結果、ドレイン領域にドレイン電圧を印加した場合に、ドレイン領域から延びる空乏層がソース領域にまで達することを抑制することができ、これによって、パンチスルーを防止することができる。
A halo region HAL2 (pocket region) is formed so as to surround the periphery of the low-concentration impurity region EX2 constituting a part of the source region. The halo region HAL2 is a semiconductor region in which a p-type impurity such as boron (B) is introduced into the
同様に、ドレイン領域も、チャネル領域に隣接する低濃度不純物領域EX2と、この低濃度不純物領域EX2の外側領域に形成された高濃度不純物領域NR2とを有している。低濃度不純物領域EX2や高濃度不純物領域NR2は、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域である。特に、高濃度不純物領域NR2に導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX2に導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。
Similarly, the drain region also has a low concentration impurity region EX2 adjacent to the channel region and a high concentration impurity region NR2 formed in a region outside the low concentration impurity region EX2. The low concentration impurity region EX2 and the high concentration impurity region NR2 are semiconductor regions in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the
つまり、ドレイン領域は、ゲート電極G2に近い位置に形成された低濃度不純物領域EX2と、低濃度不純物領域EX2よりもゲート電極G2から遠い位置に形成された高濃度不純物領域NR2とを含む。そして、低濃度不純物領域EX2に導入されているn型不純物の不純物濃度は、高濃度不純物領域NR2に導入されているn型不純物の不純物濃度よりも小さく、低濃度不純物領域EX2の最深部は、高濃度不純物領域NR2の最深部よりも浅くなっている。 That is, the drain region includes a low concentration impurity region EX2 formed at a position close to the gate electrode G2, and a high concentration impurity region NR2 formed at a position farther from the gate electrode G2 than the low concentration impurity region EX2. The impurity concentration of the n-type impurity introduced into the low-concentration impurity region EX2 is smaller than the impurity concentration of the n-type impurity introduced into the high-concentration impurity region NR2, and the deepest portion of the low-concentration impurity region EX2 is It is shallower than the deepest portion of the high concentration impurity region NR2.
そして、高濃度不純物領域NR2の表面には、ドレイン領域の低抵抗化のためのシリサイド膜SLが形成されている。このシリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成することができる。 A silicide film SL for reducing the resistance of the drain region is formed on the surface of the high concentration impurity region NR2. The silicide film SL can be formed of, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide film.
なお、ドレイン領域の一部を構成する低濃度不純物領域EX2の周囲を囲むように、ハロー領域HAL2(ポケット領域)が形成されている。このハロー領域HAL2は、ボロン(B)などのp型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域であり、ハロー領域HAL2の不純物濃度は、p型ウェルPWL2の不純物濃度よりも高くなっている。この結果、ドレイン領域にドレイン電圧を印加した場合に、ドレイン領域から延びる空乏層がソース領域にまで達することを抑制することができ、これによって、パンチスルーを防止することができる。
A halo region HAL2 (pocket region) is formed so as to surround the periphery of the low-concentration impurity region EX2 constituting a part of the drain region. The halo region HAL2 is a semiconductor region in which a p-type impurity such as boron (B) is introduced into the
ここで、低耐圧MISFETQ2においては、図3に示すように、ソース領域の表面が、ゲート電極G2下の半導体基板1Sの表面と概ね面一となっている。同様に、低耐圧MISFETQ2のドレイン領域の表面も、ゲート電極G2下の半導体基板1Sの表面と概ね面一となっている。したがって、低耐圧MISFETQ2のソース領域の表面と、低耐圧MISFETQ2のドレイン領域の表面は、面一になっているということができる。これに対し、図3に示すように、高耐圧MISFETQ1のドレイン領域の表面は、ゲート電極G1から離れる方向に向って、ゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面よりも下側に傾斜している。言い換えれば、本実施の形態1における高耐圧MISFETは、断面視において、一対の素子分離領域STIの間に形成されており、ドレイン領域の表面は、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIに向って、連続的に深くなるように傾斜している。このことから、明らかに、高耐圧MISFETQ1のドレイン領域の表面とゲート電極G1下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度は、低耐圧MISFETQ2のドレイン領域の表面とゲート電極G2下の半導体基板1Sの表面との間の傾斜角度よりも大きくなる。
Here, in the low breakdown voltage MISFET Q2, as shown in FIG. 3, the surface of the source region is substantially flush with the surface of the
このように構成されている半導体素子(高耐圧MISFETQ1および低耐圧MISFETQ2)を覆う半導体基板1S上には、例えば、図3に示すように、TEOSを原料とした酸化シリコン膜からなるコンタクト層間絶縁膜CILが形成されている。そして、このコンタクト層間絶縁膜CILを貫通して、高耐圧MISFETQ1のソース領域の表面およびドレイン領域の表面に形成されたシリサイド膜SLに達するようにコンタクトホールCNTが形成されている。同様に、コンタクト層間絶縁膜CILを貫通して、低耐圧MISFETQ2のソース領域の表面およびドレイン領域の表面に形成されたシリサイド膜SLに達するようにコンタクトホールCNTが形成されている。コンタクトホールCNTの内部には、バリア導体膜となるチタン膜と窒化チタン膜との積層膜と、このバリア導体膜上に形成されたタングステン膜が埋め込まれて、プラグPLGが形成されている。プラグPLGを形成したコンタクト層間絶縁膜CIL上には、配線L1が形成されている。この配線L1は、例えば、銅膜を使用したダマシン配線から形成することができる。具体的には、層間絶縁膜IL1に溝を形成し、この溝の内部にタンタル膜と窒化タンタル膜を介して銅膜を埋め込むことにより、ダマシン配線からなる配線L1を形成することができる。なお、配線L1は、銅膜を使用したダマシン配線に限らず、アルミニウム膜を使用したアルミニウム配線を採用してもよい。
On the
<半導体装置の製造方法>
本実施の形態1における半導体装置は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
The semiconductor device according to the first embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
まず、図4に示すように、ホウ素(B)などのp型不純物を導入したシリコン単結晶よりなる半導体基板1Sを用意する。このとき、半導体基板1Sは、略円盤形状をした半導体ウェハの状態になっている。そして、半導体基板1Sに素子間を分離する素子分離領域STIを形成する。素子分離領域STIは、素子が互いに干渉しないようにするために設けられる。この素子分離領域STIは、例えばLOCOS(local Oxidation of silicon)法やSTI(shallow trench isolation)法を用いて形成することができる。例えば、STI法では、以下のようにして素子分離領域を形成している。すなわち、半導体基板1Sにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して素子分離溝を形成する。そして、素子分離溝を埋め込むように半導体基板上に酸化シリコン膜を形成し、その後、化学的機械的研磨法(CMP;chemical mechanical polishing)により、半導体基板1S上に形成された不要な酸化シリコン膜を除去する。これにより、素子分離溝内にだけ酸化シリコン膜を埋め込んだ素子分離領域STIを形成することができる。本実施の形態1では、素子分離領域STIによって、高耐圧MISFET形成領域である領域AR1と、低耐圧MISFET形成領域である領域AR2が区画される。
First, as shown in FIG. 4, a
次に、素子分離領域STIで区画された領域AR1の活性領域(アクティブ領域)に不純物を導入してp型ウェルPWL1を形成する。また、領域AR2の活性領域に不純物を導入してp型ウェルPWL2を形成する。p型ウェルPWL1およびp型ウェルPWL2は、例えばホウ素などのp型不純物をイオン注入法により半導体基板1Sに導入することで形成される。
Next, an impurity is introduced into the active region (active region) of the region AR1 partitioned by the element isolation region STI to form the p-type well PWL1. Further, an impurity is introduced into the active region of the region AR2 to form the p-type well PWL2. The p-type well PWL1 and the p-type well PWL2 are formed by introducing a p-type impurity such as boron into the
続いて、p型ウェルPWL1〜PWL2の表面領域にチャネル形成用の半導体領域(図示せず)を形成する。このチャネル形成用の半導体領域は、チャネルを形成するしきい値電圧を調整するために形成される。 Subsequently, a semiconductor region (not shown) for forming a channel is formed in the surface region of the p-type wells PWL1 to PWL2. This channel forming semiconductor region is formed to adjust the threshold voltage for forming the channel.
次に、図5に示すように、半導体基板1Sの主面上に、例えば、熱酸化法を使用することにより、酸化シリコン膜を形成する。具体的に、領域AR1の半導体基板1Sの表面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOX1を形成し、領域AR2の半導体基板1Sの表面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOX2を形成する。このとき、ゲート絶縁膜GOX1の膜厚は、ゲート絶縁膜GOX2の膜厚よりも厚くなるように形成される。具体的には、例えば、半導体基板1Sの全面に第1酸化シリコン膜を形成し、次に、領域AR2に形成されている第1酸化シリコン膜を除去する。その後、再び、半導体基板1Sの全面に第2酸化シリコン膜を形成する。これにより、領域AR1では、第1酸化シリコン膜と第2酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOX1が形成され、領域AR2では、第2酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOX2が形成される。なお、本実施の形態1では、ゲート絶縁膜GOX1およびゲート絶縁膜GOX2を、酸化シリコン膜から形成する例について説明したが、これに限らず、例えば、酸化ハフニウム膜などの酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film is formed on the main surface of the
その後、半導体基板1S上にポリシリコン膜PFを形成する。これにより、領域AR1においては、ゲート絶縁膜GOX1上にポリシリコン膜PFが形成される。一方、領域AR2においては、ゲート絶縁膜GOX2上にポリシリコン膜PFが形成される。
Thereafter, a polysilicon film PF is formed on the
続いて、図6に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、ポリシリコン膜PFをパターニングして、領域AR1にゲート電極G1を形成し、領域AR2にゲート電極G2を形成する。このとき、ゲート電極G1のゲート長は、ゲート電極G2のゲート長よりも長くなるように形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 6, by using the photolithography technique and the etching technique, the polysilicon film PF is patterned to form the gate electrode G1 in the region AR1, and form the gate electrode G2 in the region AR2. . At this time, the gate length of the gate electrode G1 is formed to be longer than the gate length of the gate electrode G2.
次に、図7に示すように、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR1を塗布する。そして、このレジスト膜FR1に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR1をパターニングする。レジスト膜FR1のパターニングは、領域AR1を覆い、かつ、領域AR2を露出するように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR1をマスクにしたイオン注入法により、ゲート電極G2に整合して、ソース領域形成用表面およびドレイン領域形成用表面の内部に、ハロー領域HAL2と低濃度不純物領域EX2を形成する。具体的には、まず、例えば、ボロン(B)などのp型不純物をイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、ハロー領域HAL2を形成する。このハロー領域HAL2に導入されているp型不純物の不純物濃度は、p型ウェルPWL2に導入されているp型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。その後、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物をイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、低濃度不純物領域EX2を形成する。この低濃度不純物領域EX2は、ハロー領域HAL2に内包されるように形成される。この結果、低濃度不純物領域EX2の周囲を囲むようにハロー領域HAL2が形成されることになる。
Next, as shown in FIG. 7, a photosensitive resist film FR1 is applied on the
そして、パターニングしたレジスト膜FR1を除去した後、半導体基板1Sの主面の全面に、例えば、酸化シリコン膜からなる絶縁膜を形成する。その後、図8に示すように、この絶縁膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極G1の両側の側壁およびゲート電極G2の両側の側壁に、絶縁膜からなるサイドウォールSWを形成する。本実施の形態1において、サイドウォールSWは、酸化シリコン膜の単層膜から形成するようにしたが、これに限らず、例えば、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層膜からなるサイドウォールSWを形成してもよい。
Then, after removing the patterned resist film FR1, an insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire main surface of the
続いて、図9に示すように、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR2を塗布する。そして、このレジスト膜FR2に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR2をパターニングする。レジスト膜FR2のパターニングは、領域AR1を覆い、かつ、領域AR2を露出するように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR2をマスクにしたイオン注入法により、サイドウォールSWに整合して、ソース領域形成用表面およびドレイン領域形成用表面の内部に、高濃度不純物領域NR2を形成する。具体的には、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物をイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、高濃度不純物領域NR2を形成する。この高濃度不純物領域NR2は、低濃度不純物領域EX2の外側に形成される。そして、高濃度不純物領域NR2に導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX2に導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。なお、高濃度不純物領域NR2の最深部は、低濃度不純物領域EX2の最深部よりも深くなるように形成される。これにより、低濃度不純物領域EX2および高濃度不純物領域NR2からなる低耐圧MISFETのソース領域とドレイン領域を形成することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 9, a photosensitive resist film FR2 is applied on the
次に、図10に示すように、パターニングしたレジスト膜FR2を除去した後、再び、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR3を塗布する。そして、このレジスト膜FR3に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR3をパターニングする。レジスト膜FR3のパターニングは、領域AR1のうち、ドレイン形成領域側の素子分離領域STIに隣接する微小領域を開口するとともに、その他の領域AR1および領域AR2を覆うように行なわれる。その後、パターニングしたレジスト膜FR3をマスクにしたエッチングにより、レジスト膜FR3から開口する微小領域をリセスさせる。具体的には、フォトリソグラフィ技術により、レジスト膜FR3を開口するホールパターンを形成し、その後、ドライエッチング技術により、開口されている微小領域に小さな溝DITを形成する。
Next, as shown in FIG. 10, after removing the patterned resist film FR2, a photosensitive resist film FR3 is applied again on the
続いて、図11に示すように、パターニングしたレジスト膜FR3を除去した後、小さな溝DITを起点として異方性ウェットエッチングを施すことにより、半導体基板1Sの表面を異方性エッチングする。異方性ウェットエッチングには、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を主成分とした溶液を用い、これによって、半導体基板1Sを構成するシリコンの結晶面(111)が露出する。この結果、領域AR1のドレイン形成領域に傾斜部SLPを形成することができる。半導体基板1Sの異方性ウェットエッチングについては、例えば、pチャネル型MISFETの形成工程において良く知られた技術である。すなわち、異方性ウェットエッチングは、ソース領域およびドレイン領域のシリコン(Si)をシリコンゲルマニウム(SiGe)で置き換え、圧縮ストレスを印加する方法として良く知られた技術であり、特に特殊な技術ではない。
Subsequently, as shown in FIG. 11, after the patterned resist film FR3 is removed, the surface of the
その後、図12に示すように、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR4を塗布する。そして、このレジスト膜FR4に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR4をパターニングする。レジスト膜FR4のパターニングは、領域AR1に形成される高耐圧MISFETのドレイン形成領域を露出し、その他の領域を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR4をマスクにしたイオン注入法により、ドレイン領域形成用表面の内部である傾斜部SLPの内部に低濃度不純物領域EX1Dを形成する。具体的に、低濃度不純物領域EX1Dは、1回の垂直イオン注入、あるいは、複数回の斜めイオン注入、あるいは、それらの適切な組合せにより行なわれる。この結果、斜めにエッチングされた傾斜部SLPに並行な不純物濃度分布を有し、かつ、pn接合の形状の曲がりがなるべく無い状態の低濃度不純物領域EX1Dを形成することができる。ここで、素子分離領域STIと傾斜部SLPの境界領域に段差がある場合は、シャドーイングが起こるため、複数回のイオン注入を適切に組み合わせることにより、傾斜部SLPに並行な低濃度不純物領域EX1Dを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 12, a photosensitive resist film FR4 is applied on the
次に、図13に示すように、引き続き、パターニングしたレジスト膜FR4をマスクにしたイオン注入法により、ドレイン領域形成用表面の内部に高濃度不純物領域NR1Dを形成する。具体的には、1回の垂直イオン注入、あるいは、複数回の斜めイオン注入、あるいは、それらの適切な組合せにより、なるべく、傾斜部SLPに並行するような不純物濃度分布を有する高濃度不純物領域NR1Dを形成する。ただし、並行度が要求される領域は、ドレイン電流が主として流れるゲート電極G1に近い上部領域である。ゲート電極G1から遠い下部領域には、ドレイン電流がほとんど流れず、さらには、パンチスルーが上部領域の不純物濃度分布に影響を受け、下部領域の不純物濃度分布にはほとんど依存しないと考えられるからである。もちろん、下部領域にわたって不純物濃度分布が並行であってもよいが、下部領域の不純物濃度分布がこれに限らない場合にあっては、高濃度不純物領域NR1Dの不純物濃度分布の設計自由度が増大する利点が得られる。 Next, as shown in FIG. 13, a high-concentration impurity region NR1D is formed inside the drain region formation surface by ion implantation using the patterned resist film FR4 as a mask. Specifically, the high concentration impurity region NR1D having an impurity concentration distribution parallel to the inclined portion SLP as much as possible by one vertical ion implantation, a plurality of oblique ion implantations, or an appropriate combination thereof. Form. However, the region where parallelism is required is an upper region close to the gate electrode G1 through which the drain current mainly flows. It is considered that almost no drain current flows in the lower region far from the gate electrode G1, and further, punch-through is affected by the impurity concentration distribution in the upper region and hardly depends on the impurity concentration distribution in the lower region. is there. Of course, the impurity concentration distribution may be parallel over the lower region, but when the impurity concentration distribution in the lower region is not limited to this, the degree of freedom in designing the impurity concentration distribution in the high concentration impurity region NR1D increases. Benefits are gained.
なお、本実施の形態1では、上述した低濃度不純物領域EX1Dおよび高濃度不純物領域NR1Dによって、高耐圧MISFETのドレイン領域が形成される。このとき、傾斜部SLPに並行するように形成されたドレイン領域において、低濃度不純物領域EX1Dが高濃度不純物領域NR1Dよりも深い領域に形成される。 In the first embodiment, the drain region of the high breakdown voltage MISFET is formed by the low concentration impurity region EX1D and the high concentration impurity region NR1D described above. At this time, in the drain region formed so as to be parallel to the inclined portion SLP, the low concentration impurity region EX1D is formed in a region deeper than the high concentration impurity region NR1D.
続いて、図14に示すように、パターニングしたレジスト膜FR4を除去した後、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR5を塗布する。そして、このレジスト膜FR5に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR5をパターニングする。レジスト膜FR5のパターニングは、領域AR1に形成される高耐圧MISFETのソース形成領域を露出し、その他の領域を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR5をマスクにしたイオン注入法により、ゲート電極G1に整合して、ソース領域形成用表面の内部に、ハロー領域HAL1と低濃度不純物領域EX1Sを形成する。具体的には、まず、例えば、ボロン(B)などのp型不純物を斜めイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、ハロー領域HAL1を形成する。このハロー領域HAL1に導入されているp型不純物の不純物濃度は、p型ウェルPWL1に導入されているp型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。その後、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を垂直イオン注入法および斜めイオン注入法の組合せで半導体基板1S内に導入することにより、低濃度不純物領域EX1Sを形成する。この低濃度不純物領域EX1Sは、ハロー領域HAL1に内包されるように形成される。この結果、低濃度不純物領域EX1Sの周囲を囲むようにハロー領域HAL1が形成されることになる。
Subsequently, as shown in FIG. 14, after removing the patterned resist film FR4, a photosensitive resist film FR5 is applied over the
その後、図15に示すように、引き続き、パターニングしたレジスト膜FR5をマスクにした垂直イオン注入法により、サイドウォールSWに整合して、ソース領域形成用表面の内部に、高濃度不純物領域NR1Sを形成する。具体的には、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を垂直イオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、高濃度不純物領域NR1Sを形成する。この高濃度不純物領域NR1Sは、低濃度不純物領域EX1Sの外側に形成される。そして、高濃度不純物領域NR1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。なお、高濃度不純物領域NR1Sの最深部は、低濃度不純物領域EX1Sの最深部よりも深くなるように形成される。これにより、低濃度不純物領域EX1Sおよび高濃度不純物領域NR1Sからなる高耐圧MISFETのソース領域を形成することができる。
After that, as shown in FIG. 15, a high-concentration impurity region NR1S is formed inside the source region formation surface by vertical ion implantation using the patterned resist film FR5 as a mask so as to align with the sidewall SW. To do. Specifically, for example, an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the
次に、図16に示すように、パターニングしたレジスト膜FR5を除去した後、半導体基板1S上に、例えば、ニッケルプラチナ膜(図示せず)を形成する。このとき、ゲート電極G1〜G2の上面に直接接するようにニッケルプラチナ膜が形成される。同様に、高濃度不純物領域NR1D、NR1Sの表面や高濃度不純物領域NR2の表面にもニッケルプラチナ膜が直接接する。
Next, as shown in FIG. 16, after removing the patterned resist film FR5, for example, a nickel platinum film (not shown) is formed on the
ニッケルプラチナ膜は、例えば、スパッタリング法を使用して形成することができる。そして、ニッケルプラチナ膜を形成した後、熱処理を施すことにより、ゲート電極G1〜G2を構成するポリシリコン膜PFとニッケルプラチナ膜を反応させて、ニッケルプラチナシリサイド膜からなるシリサイド膜SLを形成する。これにより、ゲート電極G1〜G2は、ポリシリコン膜PFとシリサイド膜SLの積層構造となる。シリサイド膜SLは、ゲート電極G1〜G2の低抵抗化のために形成される。同様に、上述した熱処理により、高濃度不純物領域NR1D、NR1Sの表面や高濃度不純物領域NR2の表面においてもシリコンとニッケルプラチナ膜が反応してニッケルプラチナシリサイド膜からなるシリサイド膜SLが形成される。このため、高濃度不純物領域NR1D、NR1Sや高濃度不純物領域NR2においても低抵抗化を図ることができる。 The nickel platinum film can be formed using, for example, a sputtering method. Then, after the nickel platinum film is formed, heat treatment is performed to react the polysilicon film PF constituting the gate electrodes G1 to G2 with the nickel platinum film, thereby forming a silicide film SL made of a nickel platinum silicide film. Thereby, the gate electrodes G1 to G2 have a laminated structure of the polysilicon film PF and the silicide film SL. The silicide film SL is formed to reduce the resistance of the gate electrodes G1 to G2. Similarly, by the heat treatment described above, silicon and a nickel platinum film react with each other on the surfaces of the high concentration impurity regions NR1D and NR1S and the surface of the high concentration impurity region NR2 to form a silicide film SL made of a nickel platinum silicide film. Therefore, the resistance can be reduced also in the high concentration impurity regions NR1D and NR1S and the high concentration impurity region NR2.
そして、未反応のニッケルプラチナ膜は、半導体基板1S上から除去される。なお、本実施の形態1では、ニッケルプラチナシリサイド膜からなるシリサイド膜SLを形成するように構成しているが、例えば、ニッケルプラチナシリサイド膜に代えてニッケルシリサイド膜、チタンシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、あるいは、プラチナシリサイド膜などからシリサイド膜SLを形成するようにしてもよい。以上のようにして、例えば、半導体基板1S上に、高耐圧MISFETQ1および低耐圧MISFETQ2を形成することができる。
Then, the unreacted nickel platinum film is removed from the
次に、配線工程について図3を参照しながら説明する。図3に示すように、半導体基板1Sの主面上にコンタクト層間絶縁膜CILを形成する。このコンタクト層間絶縁膜CILは、例えば、オゾンとTEOS(tetra ethyl ortho silicate)とを原料に使用した熱CVD法により形成されるオゾンTEOS膜と、このオゾンTEOS膜上に設けられたTEOSを原料に使用したプラズマCVD法により形成されるプラズマTEOS膜との積層膜から形成されている。その後、コンタクト層間絶縁膜CILの表面を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使用して平坦化する。
Next, the wiring process will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, a contact interlayer insulating film CIL is formed on the main surface of the
続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、コンタクト層間絶縁膜CILにコンタクトホールCNTを形成する。 Subsequently, contact holes CNT are formed in the contact interlayer insulating film CIL by using a photolithography technique and an etching technique.
その後、コンタクトホールCNTの底面および内壁を含むコンタクト層間絶縁膜CIL上にチタン/窒化チタン膜を形成する。チタン/窒化チタン膜は、チタン膜と窒化チタン膜の積層膜から構成され、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。このチタン/窒化チタン膜は、例えば、後の工程で埋め込む膜の材料であるタングステンがシリコン中へ拡散するのを防止する、いわゆるバリア性を有する。 Thereafter, a titanium / titanium nitride film is formed on the contact interlayer insulating film CIL including the bottom surface and inner wall of the contact hole CNT. The titanium / titanium nitride film is composed of a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film, and can be formed by using, for example, a sputtering method. This titanium / titanium nitride film has a so-called barrier property that prevents, for example, tungsten, which is a material of a film to be embedded in a later process, from diffusing into silicon.
そして、コンタクトホールCNTを埋め込むように、半導体基板1Sの主面の全面にタングステン膜を形成する。このタングステン膜は、例えばCVD法を使用して形成することができる。そして、コンタクト層間絶縁膜CIL上に形成された不要なチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を例えばCMP法で除去することにより、プラグPLGを形成することができる。
Then, a tungsten film is formed on the entire main surface of the
次に、図3に示すように、プラグPLGを形成したコンタクト層間絶縁膜CIL上に層間絶縁膜IL1を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、層間絶縁膜IL1に溝を形成する。その後、溝内を含む層間絶縁膜IL1上にタンタル/窒化タンタル膜を形成する。このタンタル/窒化タンタル膜は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。続いて、タンタル/窒化タンタル膜上に薄い銅膜よりなるシード膜を、例えば、スパッタリング法で形成した後、このシード膜を電極とする電解めっき法により、溝を形成した層間絶縁膜IL1上に銅膜を形成する。その後、溝の内部以外の層間絶縁膜IL1上に露出している銅膜を、例えば、CMP法で研磨して除去することにより、層間絶縁膜IL1に形成された溝内にだけ銅膜を残す。これにより、配線L1を形成することができる。さらに、配線L1の上層に配線を形成するが、ここでの説明は省略する。このようにして、最終的に、本実施の形態1における半導体装置を製造することができる。 Next, as shown in FIG. 3, an interlayer insulating film IL1 is formed on the contact interlayer insulating film CIL on which the plug PLG is formed. Then, a trench is formed in the interlayer insulating film IL1 by using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, a tantalum / tantalum nitride film is formed on the interlayer insulating film IL1 including the inside of the trench. This tantalum / tantalum nitride film can be formed by sputtering, for example. Subsequently, after a seed film made of a thin copper film is formed on the tantalum / tantalum nitride film by, for example, a sputtering method, an electrolytic plating method using this seed film as an electrode is formed on the interlayer insulating film IL1 in which the groove is formed. A copper film is formed. Thereafter, the copper film exposed on the interlayer insulating film IL1 other than the inside of the trench is removed by polishing, for example, by CMP, thereby leaving the copper film only in the trench formed in the interlayer insulating film IL1. . Thereby, the wiring L1 can be formed. Furthermore, although wiring is formed in the upper layer of wiring L1, description here is abbreviate | omitted. In this way, the semiconductor device according to the first embodiment can be finally manufactured.
なお、本実施の形態1では、銅膜よりなる配線L1を形成する例について説明したが、例えば、アルミニウム膜よりなる配線L1を形成してもよい。この場合は、コンタクト層間絶縁膜CILおよびプラグPLG上にチタン/窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタン/窒化チタン膜を順次、形成する。これらの膜は、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、これらの膜のパターニングを行い、配線L1を形成する。これにより、アルミニウム膜よりなる配線L1を形成することができる。 In the first embodiment, the example of forming the wiring L1 made of a copper film has been described. However, for example, the wiring L1 made of an aluminum film may be formed. In this case, a titanium / titanium nitride film, an aluminum film, and a titanium / titanium nitride film are sequentially formed on the contact interlayer insulating film CIL and the plug PLG. These films can be formed by using, for example, a sputtering method. Subsequently, these films are patterned by using a photolithography technique and an etching technique to form the wiring L1. Thereby, the wiring L1 made of an aluminum film can be formed.
(実施の形態2)
本実施の形態2では、高耐圧MISFETが半導体基板の表面から傾斜している傾斜部を有し、傾斜部は、ゲート電極の直下からドレイン領域にわたって形成されている例について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an example in which the high breakdown voltage MISFET has an inclined portion inclined from the surface of the semiconductor substrate, and the inclined portion is formed from directly under the gate electrode to the drain region will be described.
図17は、本実施の形態2における半導体装置の構成を示す断面図である。図17において、半導体基板1Sは、半導体基板1Sの表面側(主面側)に形成された複数の素子分離領域STIによって、領域AR1と領域AR2に区画されている。領域AR1には、高耐圧MISFETQ1が形成され、領域AR2には、低耐圧MISFETQ2が形成されている。ここで、領域AR2に形成されている低耐圧MISFETQ2の構成は、前記実施の形態1で説明した低耐圧MISFETQ2の構成と同様であるため、その説明は省略する。以下では、領域AR1に形成されている高耐圧MISFETQ1の構成について説明する。半導体基板1Sの領域AR1内には、p型ウェルPWL1が形成されており、このp型ウェルPWL1上に高耐圧MISFETQ1が形成されている。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment. In FIG. 17, the
具体的に、高耐圧MISFETQ1は、p型ウェルPWL1上にゲート絶縁膜GOX1を有しており、このゲート絶縁膜GOX1上にゲート電極G1を有している。このとき、ゲート絶縁膜GOX1は、例えば、酸化シリコン膜から形成されるが、これに限らず、例えば、酸化ハフニウム膜などの酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。また、ゲート電極G1は、例えば、リンを導入したポリシリコン膜PF(n型ポリシリコン膜)と、ポリシリコン膜PF上に形成されたシリサイド膜SLから形成されている。シリサイド膜SLは、ゲート電極G1の低抵抗化のために形成された膜であり、シリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成されている。 Specifically, the high voltage MISFET Q1 has a gate insulating film GOX1 on the p-type well PWL1, and has a gate electrode G1 on the gate insulating film GOX1. At this time, the gate insulating film GOX1 is formed of, for example, a silicon oxide film, but is not limited thereto, and may be formed of, for example, a high dielectric constant film having a higher dielectric constant than a silicon oxide film such as a hafnium oxide film. Good. The gate electrode G1 is formed of, for example, a polysilicon film PF (n-type polysilicon film) into which phosphorus is introduced and a silicide film SL formed on the polysilicon film PF. The silicide film SL is a film formed for reducing the resistance of the gate electrode G1, and the silicide film SL is, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide. It is formed from a film or the like.
次に、ゲート電極G1の両側の側壁には、サイドウォールSWが形成されている。このサイドウォールSWは、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜から形成されている。そして、ゲート電極G1直下の半導体基板1S(p型ウェルPWL1)の表面近傍に、チャネル領域が形成されることになり、このチャネル領域を挟むようにして、ソース領域とドレイン領域が形成されている。
Next, sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode G1. The sidewall SW is formed from, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. A channel region is formed near the surface of the
ソース領域は、チャネル領域に隣接する低濃度不純物領域EX1Sと、この低濃度不純物領域EX1Sの外側領域に形成された高濃度不純物領域NR1Sとを有している。低濃度不純物領域EX1Sや高濃度不純物領域NR1Sは、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域である。特に、高濃度不純物領域NR1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。
The source region has a low concentration impurity region EX1S adjacent to the channel region and a high concentration impurity region NR1S formed in a region outside the low concentration impurity region EX1S. The low concentration impurity region EX1S and the high concentration impurity region NR1S are semiconductor regions in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the
つまり、ソース領域は、ゲート電極G1に近い位置に形成された低濃度不純物領域EX1Sと、低濃度不純物領域EX1Sよりもゲート電極G1から遠い位置に形成された高濃度不純物領域NR1Sとを含む。そして、低濃度不純物領域EX1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度は、高濃度不純物領域NR1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも小さく、低濃度不純物領域EX1Sの最深部は、高濃度不純物領域NR1Sの最深部よりも浅くなっている。 That is, the source region includes a low concentration impurity region EX1S formed at a position close to the gate electrode G1, and a high concentration impurity region NR1S formed at a position farther from the gate electrode G1 than the low concentration impurity region EX1S. The impurity concentration of the n-type impurity introduced into the low-concentration impurity region EX1S is smaller than the impurity concentration of the n-type impurity introduced into the high-concentration impurity region NR1S, and the deepest portion of the low-concentration impurity region EX1S is It is shallower than the deepest portion of the high concentration impurity region NR1S.
そして、高濃度不純物領域NR1Sの表面には、ソース領域の低抵抗化のためのシリサイド膜SLが形成されている。このシリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成することができる。 A silicide film SL for reducing the resistance of the source region is formed on the surface of the high concentration impurity region NR1S. The silicide film SL can be formed of, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide film.
なお、ソース領域の一部を構成する低濃度不純物領域EX1Sの周囲を囲むように、ハロー領域HAL1(ポケット領域)が形成されている。このハロー領域HAL1は、ボロン(B)などのp型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域であり、ハロー領域HAL1の不純物濃度は、p型ウェルPWL1の不純物濃度よりも高くなっている。この結果、ドレイン領域にドレイン電圧を印加した場合に、ドレイン領域から延びる空乏層がソース領域にまで達することを抑制することができ、これによって、パンチスルーを防止することができる。
A halo region HAL1 (pocket region) is formed so as to surround the periphery of the low-concentration impurity region EX1S constituting a part of the source region. The halo region HAL1 is a semiconductor region in which a p-type impurity such as boron (B) is introduced into the
続いて、ドレイン領域の構成について説明する。本実施の形態2では、このドレイン領域の構成に特徴がある。図17に示すように、本実施の形態2における高耐圧MISFETQ1のドレイン領域の表面は、ゲート電極G1から離れる方向に向って、半導体基板1Sの表面(主面)よりも下側に傾斜する傾斜部SLP2を有している。すなわち、本実施の形態2における高耐圧MISFETQ1は、断面視において、一対の素子分離領域STIの間に形成されており、傾斜部SLP2の表面は、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIに向って、連続的に深くなるように傾斜している。そして、本実施の形態2では、この傾斜部SLP2がゲート電極G1の直下領域まで延びている。つまり、平面視において、傾斜部SLP2の一端部は、ゲート電極G1の直下領域に存在する。言い換えれば、平面視において、傾斜部SLP2の一端部を覆うように、ゲート電極G1が形成されている。これにより、実効的なチャネル領域の長さを確保しながら、平面視におけるゲート電極G1のゲート長を短くすることができる。すなわち、ゲート電極G1の直下領域に形成されるチャネル領域は、ソース領域からゲート電極G1の直下領域に延び、さらに、ゲート電極G1直下の中央部より形成されている傾斜部SLP2の傾斜に沿ってドレイン領域まで延びている。このため、チャネル領域の長さは、傾斜部SLP2の傾斜に沿っている分だけ、平面視におけるゲート電極G1のゲート長よりも長くなる。すなわち、チャネル領域の実効的な長さが、ゲート電極G1のゲート長よりも長くなるのである。この結果、本実施の形態2における高耐圧MISFETQ1によれば、チャネル領域の実効的な長さを確保しながら、ゲート電極G1のゲート長を縮小することができる。したがって、本実施の形態2によれば、短チャネル特性の劣化を抑制しながら、高耐圧MISFETQ1の縮小化を図ることができる。
Next, the configuration of the drain region will be described. The second embodiment is characterized by the configuration of the drain region. As shown in FIG. 17, the surface of the drain region of high breakdown voltage MISFET Q1 in the second embodiment is inclined downward from the surface (main surface) of
ここで、上述したドレイン領域は、図17に示すように、低濃度不純物領域EX1Dと高濃度不純物領域NR1Dから形成されている。このとき、低濃度不純物領域EX1Dや高濃度不純物領域NR1Dは、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1S内に導入した半導体領域である。特に、高濃度不純物領域NR1Dに導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX1Dに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。すなわち、ドレイン領域は、図17に示すように、ドレイン領域の表面から深く形成された低濃度不純物領域EX1Dと、ドレイン領域の表面から低濃度不純物領域EX1Dよりも浅く形成された高濃度不純物領域NR1Dとを含むように構成されている。言い換えれば、低濃度不純物領域EX1Dに内包されるように、高濃度不純物領域NR1Dが形成されている。
Here, as shown in FIG. 17, the drain region described above is formed of a low concentration impurity region EX1D and a high concentration impurity region NR1D. At this time, the low concentration impurity region EX1D and the high concentration impurity region NR1D are semiconductor regions in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the
そして、高濃度不純物領域NR1Dの表面には、ドレイン領域の低抵抗化のためのシリサイド膜SLが形成されている。このシリサイド膜SLは、例えば、コバルトシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、プラチナシリサイド膜、あるいは、ニッケルプラチナシリサイド膜などから形成することができる。 A silicide film SL for reducing the resistance of the drain region is formed on the surface of the high concentration impurity region NR1D. The silicide film SL can be formed of, for example, a cobalt silicide film, a titanium silicide film, a nickel silicide film, a platinum silicide film, or a nickel platinum silicide film.
さらに、本実施の形態2においても、(1)低濃度不純物領域EX1Dを高濃度不純物領域NR1Dよりも深く形成する構成と、(2)ドレイン領域側にハロー領域HAL1を形成しない構成も備える。したがって、本実施の形態2においても、前記実施の形態1と同様に、構成(1)〜(2)の相乗効果により、本実施の形態2における高耐圧MISFETQ1でのドレイン領域近傍における電界強度の増大を抑制することができる。 Further, the second embodiment also includes (1) a configuration in which the low concentration impurity region EX1D is formed deeper than the high concentration impurity region NR1D, and (2) a configuration in which the halo region HAL1 is not formed on the drain region side. Therefore, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the electric field strength in the vicinity of the drain region in the high voltage MISFET Q1 in the second embodiment is obtained by the synergistic effect of the configurations (1) to (2). The increase can be suppressed.
このため、本実施の形態2における高耐圧MISFETQ1によれば、ホットキャリアの発生を低減できることから、ホットキャリアに起因するしきい値電圧の変動を抑制することができ、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。つまり、本実施の形態2における高耐圧MISFETQ1によれば、微細化を進める場合であっても、電界強度の増大を抑制できることから、半導体装置の信頼性低下を招くことなく、高耐圧MISFETQ1の微細化を推進することができる。すなわち、本実施の形態2によれば、高耐圧MISFETQ1の微細化が可能となり、高耐圧MISFETQ1を含む半導体装置の小型化を効率良く実現できる。 For this reason, according to the high breakdown voltage MISFET Q1 in the second embodiment, since the generation of hot carriers can be reduced, fluctuations in threshold voltage due to hot carriers can be suppressed, and the reliability of the semiconductor device can be improved. Can be planned. That is, according to the high withstand voltage MISFET Q1 in the second embodiment, even if miniaturization is advanced, an increase in electric field strength can be suppressed. Therefore, the high withstand voltage MISFET Q1 can be made fine without reducing the reliability of the semiconductor device. Can be promoted. That is, according to the second embodiment, the high breakdown voltage MISFET Q1 can be miniaturized, and the semiconductor device including the high breakdown voltage MISFET Q1 can be efficiently downsized.
なお、本実施の形態2では、傾斜部SLP2と、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIとにより挟まれた領域に、ゲート電極G1を構成するポリシリコン膜PF(導体膜)と同種類のポリシリコン膜PF(導体膜)が残存している。そして、傾斜部SLP2と、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIとにより挟まれた領域に残存しているポリシリコン膜PFを覆うように、サイドウォールSWと同種類の絶縁膜が形成されている。 In the second embodiment, in the region sandwiched between the inclined portion SLP2 and the element isolation region STI close to the drain region side, the same type of polysilicon as the polysilicon film PF (conductor film) constituting the gate electrode G1 is used. The silicon film PF (conductor film) remains. Then, an insulating film of the same type as the sidewall SW is formed so as to cover the polysilicon film PF remaining in the region sandwiched between the inclined portion SLP2 and the element isolation region STI close to the drain region side. .
<半導体装置の製造方法>
本実施の形態2における半導体装置は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
The semiconductor device according to the second embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
まず、図18に示すように、半導体基板1Sの表面側(主面側)に複数の素子分離領域STIを形成する。これにより、素子分離領域STIによって、高耐圧MISFET形成領域である領域AR1と、低耐圧MISFET形成領域である領域AR2が区画される。その後、素子分離領域STIで区画された領域AR1の活性領域(アクティブ領域)に不純物を導入してp型ウェルPWL1を形成する。また、領域AR2の活性領域に不純物を導入してp型ウェルPWL2を形成する。p型ウェルPWL1およびp型ウェルPWL2は、例えばホウ素などのp型不純物をイオン注入法により半導体基板1Sに導入することで形成される。続いて、p型ウェルPWL1〜PWL2の表面領域にチャネル形成用の半導体領域(図示せず)を形成する。このチャネル形成用の半導体領域は、チャネルを形成するしきい値電圧を調整するために形成される。
First, as shown in FIG. 18, a plurality of element isolation regions STI are formed on the surface side (main surface side) of the
次に、図19に示すように、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR6を塗布する。そして、このレジスト膜FR6に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR6をパターニングする。レジスト膜FR6のパターニングは、領域AR1のうち、ドレイン形成領域側の素子分離領域STIに隣接する微小領域を開口するとともに、その他の領域AR1および領域AR2を覆うように行なわれる。その後、パターニングしたレジスト膜FR6をマスクにしたエッチングにより、レジスト膜FR6から開口する微小領域をリセスさせる。具体的には、フォトリソグラフィ技術により、レジスト膜FR6を開口するホールパターンを形成し、その後、ドライエッチング技術により、開口されている微小領域に小さな溝DITを形成する。
Next, as shown in FIG. 19, a photosensitive resist film FR6 is applied on the
続いて、図20に示すように、パターニングしたレジスト膜FR6を除去した後、小さな溝DITを起点として異方性ウェットエッチングを施すことにより、半導体基板1Sの表面を異方性エッチングする。異方性ウェットエッチングには、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を主成分とした溶液を用い、これによって、半導体基板1Sを構成するシリコンの結晶面(111)が露出する。この結果、領域AR1のドレイン形成領域に傾斜部SLP2を形成することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 20, after the patterned resist film FR6 is removed, the surface of the
その後、図21に示すように、半導体基板1Sの主面上に、例えば、熱酸化法を使用することにより、酸化シリコン膜を形成する。具体的に、領域AR1の半導体基板1Sの表面から傾斜部SLP2にわたって酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOX1を形成し、領域AR2の半導体基板1Sの表面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOX2を形成する。このとき、ゲート絶縁膜GOX1の膜厚は、ゲート絶縁膜GOX2の膜厚よりも厚くなるように形成される。なお、本実施の形態2では、ゲート絶縁膜GOX1およびゲート絶縁膜GOX2を、酸化シリコン膜から形成する例について説明したが、これに限らず、例えば、酸化ハフニウム膜などの酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 21, a silicon oxide film is formed on the main surface of the
その後、半導体基板1S上にポリシリコン膜PFを形成する。これにより、領域AR1においては、ゲート絶縁膜GOX1上にポリシリコン膜PFが形成される。一方、領域AR2においては、ゲート絶縁膜GOX2上にポリシリコン膜PFが形成される。
Thereafter, a polysilicon film PF is formed on the
次に、図22に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、ポリシリコン膜PFをパターニングして、領域AR1にゲート電極G1を形成し、領域AR2にゲート電極G2を形成する。このとき、ゲート電極G1のゲート長は、ゲート電極G2のゲート長よりも長くなるように形成される。ここで、傾斜部SLP2と、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIとにより挟まれた領域に、ゲート電極G1を構成するポリシリコン膜PF(導体膜)と同種類のポリシリコン膜PF(導体膜)が残存する。 Next, as shown in FIG. 22, by using the photolithography technique and the etching technique, the polysilicon film PF is patterned to form the gate electrode G1 in the region AR1 and the gate electrode G2 in the region AR2. . At this time, the gate length of the gate electrode G1 is formed to be longer than the gate length of the gate electrode G2. Here, a polysilicon film PF (conductor film) of the same type as the polysilicon film PF (conductor film) constituting the gate electrode G1 is sandwiched between the inclined portion SLP2 and the element isolation region STI close to the drain region side. ) Remains.
続いて、図23に示すように、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR7を塗布する。そして、このレジスト膜FR7に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR7をパターニングする。レジスト膜FR7のパターニングは、領域AR1に形成される高耐圧MISFETのドレイン形成領域を露出し、その他の領域を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR7をマスクにしたイオン注入法により、ドレイン領域形成用表面の内部である傾斜部SLP2の内部に低濃度不純物領域EX1Dを形成する。具体的に、低濃度不純物領域EX1Dは、1回の垂直イオン注入、あるいは、複数回の斜めイオン注入、あるいは、それらの適切な組合せにより行なわれる。この結果、斜めにエッチングされた傾斜部SLP2に並行な不純物濃度分布を有する低濃度不純物領域EX1Dを形成することができる。ここで、素子分離領域STIと傾斜部SLP2の境界領域に段差がある場合は、シャドーイングが起こるため、複数回のイオン注入を適切に組み合わせることにより、傾斜部SLP2に並行な低濃度不純物領域EX1Dを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 23, a photosensitive resist film FR7 is applied on the
次に、図24に示すように、パターニングしたレジスト膜FR7を除去した後、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR8を塗布する。そして、このレジスト膜FR8に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR8をパターニングする。レジスト膜FR8のパターニングは、領域AR1に形成される高耐圧MISFETのソース形成領域を露出し、その他の領域を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR8をマスクにしたイオン注入法により、ゲート電極G1に整合して、ソース領域形成用表面の内部に、ハロー領域HAL1と低濃度不純物領域EX1Sを形成する。具体的には、まず、例えば、ボロン(B)などのp型不純物を斜めイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、ハロー領域HAL1を形成する。このハロー領域HAL1に導入されているp型不純物の不純物濃度は、p型ウェルPWL1に導入されているp型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。その後、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を垂直イオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、低濃度不純物領域EX1Sを形成する。この低濃度不純物領域EX1Sは、ハロー領域HAL1に内包されるように形成される。この結果、低濃度不純物領域EX1Sの周囲を囲むようにハロー領域HAL1が形成されることになる。
Next, as shown in FIG. 24, after removing the patterned resist film FR7, a photosensitive resist film FR8 is applied on the
そして、図25に示すように、パターニングしたレジスト膜FR8を除去した後、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR9を塗布する。そして、このレジスト膜FR9に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR9をパターニングする。レジスト膜FR9のパターニングは、領域AR1を覆い、かつ、領域AR2を露出するように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR9をマスクにしたイオン注入法により、ゲート電極G2に整合して、ソース領域形成用表面およびドレイン領域形成用表面の内部に、ハロー領域HAL2と低濃度不純物領域EX2を形成する。具体的には、まず、例えば、ボロン(B)などのp型不純物をイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、ハロー領域HAL2を形成する。このハロー領域HAL2に導入されているp型不純物の不純物濃度は、p型ウェルPWL2に導入されているp型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。その後、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物をイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、低濃度不純物領域EX2を形成する。この低濃度不純物領域EX2は、ハロー領域HAL2に内包されるように形成される。この結果、低濃度不純物領域EX2の周囲を囲むようにハロー領域HAL2が形成されることになる。
Then, as shown in FIG. 25, after removing the patterned resist film FR8, a photosensitive resist film FR9 is applied on the
続いて、パターニングしたレジスト膜FR9を除去した後、半導体基板1Sの主面の全面に、例えば、酸化シリコン膜からなる絶縁膜を形成する。その後、図26に示すように、この絶縁膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極G1の両側の側壁およびゲート電極G2の両側の側壁に、絶縁膜からなるサイドウォールSWを形成する。本実施の形態2において、サイドウォールSWは、酸化シリコン膜の単層膜から形成するようにしたが、これに限らず、例えば、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層膜からなるサイドウォールSWを形成してもよい。このとき、傾斜部SLP2と、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIとにより挟まれた領域に残存しているポリシリコン膜PFを覆うように、サイドウォールSWと同種類の絶縁膜が形成される。この結果、ドレイン領域側に近い素子分離領域STIの側壁に形成されている導電性のポリシリコン膜PFが、サイドウォールSWと同種類の絶縁膜(サイドウォールSW)で覆われることになるため、このポリシリコン膜PFに起因するショート不良やリーク電流の発生を防止することができる。
Subsequently, after removing the patterned resist film FR9, an insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire main surface of the
次に、図27に示すように、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR10を塗布する。そして、このレジスト膜FR10に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR10をパターニングする。レジスト膜FR10のパターニングは、領域AR1に形成される高耐圧MISFETのドレイン形成領域を露出し、その他の領域を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR10をマスクにしたイオン注入法により、ドレイン領域形成用表面の内部に、高濃度不純物領域NR1Dを形成する。具体的には、1回の垂直イオン注入、あるいは、複数回の斜めイオン注入、あるいは、それらの適切な組合せにより、なるべく、傾斜部SLP2に並行するような不純物濃度分布を有する高濃度不純物領域NR1Dを形成する。これにより、本実施の形態2では、低濃度不純物領域EX1Dおよび高濃度不純物領域NR1Dによって、高耐圧MISFETのドレイン領域が形成される。このとき、傾斜部SLP2に並行するように形成されたドレイン領域において、低濃度不純物領域EX1Dが高濃度不純物領域NR1Dよりも深い領域に形成される。
Next, as shown in FIG. 27, a photosensitive resist film FR10 is applied on the
その後、図28に示すように、パターニングしたレジスト膜FR10を除去した後、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR11を塗布する。そして、このレジスト膜FR11に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR11をパターニングする。レジスト膜FR11のパターニングは、領域AR1に形成される高耐圧MISFETのソース形成領域を露出し、その他の領域を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR11をマスクにした垂直イオン注入法により、サイドウォールSWに整合して、ソース領域形成用表面の内部に、高濃度不純物領域NR1Sを形成する。具体的には、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を垂直イオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、高濃度不純物領域NR1Sを形成する。この高濃度不純物領域NR1Sは、低濃度不純物領域EX1Sの外側に形成される。そして、高濃度不純物領域NR1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX1Sに導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。なお、高濃度不純物領域NR1Sの最深部は、低濃度不純物領域EX1Sの最深部よりも深くなるように形成される。これにより、低濃度不純物領域EX1Sおよび高濃度不純物領域NR1Sからなる高耐圧MISFETのソース領域を形成することができる。
Then, as shown in FIG. 28, after removing the patterned resist film FR10, a photosensitive resist film FR11 is applied on the
続いて、図29に示すように、パターニングしたレジスト膜FR11を除去した後、半導体基板1S上に感光性のレジスト膜FR12を塗布する。そして、このレジスト膜FR12に対して、露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR12をパターニングする。レジスト膜FR12のパターニングは、領域AR1を覆い、かつ、領域AR2を露出するように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR12をマスクにしたイオン注入法により、サイドウォールSWに整合して、ソース領域形成用表面およびドレイン領域形成用表面の内部に、高濃度不純物領域NR2を形成する。具体的には、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物をイオン注入法で半導体基板1S内に導入することにより、高濃度不純物領域NR2を形成する。この高濃度不純物領域NR2は、低濃度不純物領域EX2の外側に形成される。そして、高濃度不純物領域NR2に導入されているn型不純物の不純物濃度は、低濃度不純物領域EX2に導入されているn型不純物の不純物濃度よりも高くなっている。なお、高濃度不純物領域NR2の最深部は、低濃度不純物領域EX2の最深部よりも深くなるように形成される。これにより、低濃度不純物領域EX2および高濃度不純物領域NR2からなる低耐圧MISFETのソース領域とドレイン領域を形成することができる。なお、図27に示す高濃度不純物領域NR1Dを形成する工程と、図28に示す高濃度不純物領域NR1Sを形成する工程と、図29に示す高濃度不純物領域NR2を形成する工程の順番は、本実施の形態2で示す順番に限らず、その他の順番で行なってもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 29, after removing the patterned resist film FR11, a photosensitive resist film FR12 is applied on the
次に、図30に示すように、パターニングしたレジスト膜FR12を除去した後、半導体基板1S上に、例えば、ニッケルプラチナ膜(図示せず)を形成する。このとき、ゲート電極G1〜G2の上面に直接接するようにニッケルプラチナ膜が形成される。同様に、高濃度不純物領域NR1D、NR1Sの表面や高濃度不純物領域NR2の表面にもニッケルプラチナ膜が直接接する。
Next, as shown in FIG. 30, after removing the patterned resist film FR12, for example, a nickel platinum film (not shown) is formed on the
ニッケルプラチナ膜は、例えば、スパッタリング法を使用して形成することができる。そして、ニッケルプラチナ膜を形成した後、熱処理を施すことにより、ゲート電極G1〜G2を構成するポリシリコン膜PFとニッケルプラチナ膜を反応させて、ニッケルプラチナシリサイド膜からなるシリサイド膜SLを形成する。これにより、ゲート電極G1〜G2は、ポリシリコン膜PFとシリサイド膜SLの積層構造となる。シリサイド膜SLは、ゲート電極G1〜G2の低抵抗化のために形成される。同様に、上述した熱処理により、高濃度不純物領域NR1D、NR1Sの表面や高濃度不純物領域NR2の表面においてもシリコンとニッケルプラチナ膜が反応してニッケルプラチナシリサイド膜からなるシリサイド膜SLが形成される。このため、高濃度不純物領域NR1D、NR1Sや高濃度不純物領域NR2においても低抵抗化を図ることができる。 The nickel platinum film can be formed using, for example, a sputtering method. Then, after the nickel platinum film is formed, heat treatment is performed to react the polysilicon film PF constituting the gate electrodes G1 to G2 with the nickel platinum film, thereby forming a silicide film SL made of a nickel platinum silicide film. Thereby, the gate electrodes G1 to G2 have a laminated structure of the polysilicon film PF and the silicide film SL. The silicide film SL is formed to reduce the resistance of the gate electrodes G1 to G2. Similarly, by the heat treatment described above, silicon and a nickel platinum film react with each other on the surfaces of the high concentration impurity regions NR1D and NR1S and the surface of the high concentration impurity region NR2 to form a silicide film SL made of a nickel platinum silicide film. Therefore, the resistance can be reduced also in the high concentration impurity regions NR1D and NR1S and the high concentration impurity region NR2.
そして、未反応のニッケルプラチナ膜は、半導体基板1S上から除去される。なお、本実施の形態2では、ニッケルプラチナシリサイド膜からなるシリサイド膜SLを形成するように構成しているが、例えば、ニッケルプラチナシリサイド膜に代えてニッケルシリサイド膜、チタンシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、あるいは、プラチナシリサイド膜などからシリサイド膜SLを形成するようにしてもよい。以上のようにして、例えば、半導体基板1S上に、高耐圧MISFETQ1および低耐圧MISFETQ2を形成することができる。その後は、前記実施の形態1で説明した配線工程を経ることにより、最終的に、本実施の形態2における半導体装置を製造することができる。
Then, the unreacted nickel platinum film is removed from the
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。 The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.
1 CPU
1S 半導体基板
2 RAM
3 アナログ回路
4 EEPROM
5 フラッシュメモリ
6 I/O回路
AR1 領域
AR2 領域
CHP 半導体チップ
CIL コンタクト層間絶縁膜
CNT コンタクトホール
DIT 溝
EX1D 低濃度不純物領域
EX1S 低濃度不純物領域
EX2 低濃度不純物領域
FR1 レジスト膜
FR2 レジスト膜
FR3 レジスト膜
FR4 レジスト膜
FR5 レジスト膜
FR6 レジスト膜
FR7 レジスト膜
FR8 レジスト膜
FR9 レジスト膜
FR10 レジスト膜
FR11 レジスト膜
FR12 レジスト膜
G1 ゲート電極
G2 ゲート電極
GOX1 ゲート絶縁膜
GOX2 ゲート絶縁膜
HAL1 ハロー領域
HAL2 ハロー領域
IL1 層間絶縁膜
L1 配線
NR1D 高濃度不純物領域
NR1S 高濃度不純物領域
NR2 高濃度不純物領域
PF ポリシリコン膜
PLG プラグ
PWL1 p型ウェル
PWL2 p型ウェル
Q1 高耐圧MISFET
Q2 低耐圧MISFET
SL シリサイド膜
SLP 傾斜部
SLP2 傾斜部
STI 素子分離領域
SW サイドウォール
1 CPU
3
5 Flash memory 6 I / O circuit AR1 region AR2 region CHP semiconductor chip CIL contact interlayer insulating film CNT contact hole DIT trench EX1D low concentration impurity region EX1S low concentration impurity region EX2 low concentration impurity region FR1 resist film FR2 resist film FR3 resist film FR4 Resist film FR5 Resist film FR6 Resist film FR7 Resist film FR8 Resist film FR9 Resist film FR10 Resist film FR11 Resist film FR12 Resist film G1 Gate electrode G2 Gate electrode GOX1 Gate insulating film GOX2 Gate insulating film HAL1 Halo region HAL1 Halo region HAL1 Halo region HAL1 Halo region HAL1 L1 wiring NR1D high concentration impurity region NR1S high concentration impurity region NR2 high concentration impurity region PF polysilicon film PLG plastic PWL1 p-type well PWL2 p-type well Q1 high breakdown voltage MISFET
Q2 Low voltage MISFET
SL Silicide film SLP Inclined portion SLP2 Inclined portion STI Element isolation region SW Side wall
Claims (28)
前記第1MISFETは、
(a)前記半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜と、
(b)前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、
(c)前記半導体基板内に形成された第1ソース領域と、
(d)前記半導体基板内に形成された第1ドレイン領域と、を有し、
前記第1ドレイン領域の表面は、前記第1ゲート電極から離れる方向に向って、前記第1ゲート電極下の前記半導体基板の表面よりも下側に傾斜しており、
前記第1ドレイン領域の表面と前記第1ゲート電極下の前記半導体基板の表面との間の傾斜角度は、前記第1ソース領域の表面と前記第1ゲート電極下の前記半導体基板の表面との間の傾斜角度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 A first MISFET is provided on the semiconductor substrate,
The first MISFET is
(A) a first gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
(B) a first gate electrode formed on the first gate insulating film;
(C) a first source region formed in the semiconductor substrate;
(D) a first drain region formed in the semiconductor substrate;
The surface of the first drain region is inclined downward from the surface of the semiconductor substrate below the first gate electrode in a direction away from the first gate electrode.
The inclination angle between the surface of the first drain region and the surface of the semiconductor substrate under the first gate electrode is between the surface of the first source region and the surface of the semiconductor substrate under the first gate electrode. A semiconductor device characterized by being larger than the inclination angle between them.
前記第1ソース領域の表面は、前記第1ゲート電極下の前記半導体基板の表面と面一であ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 a surface of the first source region is flush with a surface of the semiconductor substrate under the first gate electrode.
前記第1MISFETは、断面視において、一対の素子分離領域の間に形成されており、
前記第1ドレイン領域の表面は、前記第1ドレイン領域側に近い前記素子分離領域に向って、連続的に深くなるように傾斜していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The first MISFET is formed between a pair of element isolation regions in a cross-sectional view,
The semiconductor device is characterized in that the surface of the first drain region is inclined so as to be continuously deeper toward the element isolation region close to the first drain region side.
前記第1ドレイン領域は、
(d1)前記第1ドレイン領域の表面から深く形成された第1低濃度不純物領域と、
(d2)前記第1ドレイン領域の表面から前記第1低濃度不純物領域よりも浅く形成された第1高濃度不純物領域と、を含み、
前記第1低濃度不純物領域に導入されている不純物の濃度は、前記第1高濃度不純物領域に導入されている不純物の濃度よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first drain region is
(D1) a first low-concentration impurity region formed deep from the surface of the first drain region;
(D2) a first high concentration impurity region formed shallower than the first low concentration impurity region from the surface of the first drain region,
A semiconductor device, wherein a concentration of impurities introduced into the first low concentration impurity region is lower than a concentration of impurities introduced into the first high concentration impurity region.
前記第1ソース領域は、
(c1)前記第1ゲート電極に近い位置に形成された第2低濃度不純物領域と、
(c2)前記第2低濃度不純物領域よりも前記第1ゲート電極から遠い位置に形成された第2高濃度不純物領域と、を含み、
前記第2低濃度不純物領域に導入されている不純物の濃度は、前記第2高濃度不純物領域に導入されている不純物の濃度よりも小さく、
前記第2低濃度不純物領域の最深部は、前記第2高濃度不純物領域の最深部よりも浅いことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The first source region is
(C1) a second low-concentration impurity region formed at a position close to the first gate electrode;
(C2) a second high concentration impurity region formed at a position farther from the first gate electrode than the second low concentration impurity region,
The concentration of the impurity introduced into the second low concentration impurity region is smaller than the concentration of the impurity introduced into the second high concentration impurity region,
The deepest portion of the second low concentration impurity region is shallower than the deepest portion of the second high concentration impurity region.
前記半導体装置は、さらに、第2MISFETを含み、
前記第1MISFETは、前記第2MISFETよりも高耐圧MISFETであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device further includes a second MISFET,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first MISFET is a higher voltage MISFET than the second MISFET.
前記第2MISFETは、
(e)前記半導体基板上に形成され、かつ、前記第1ゲート絶縁膜の膜厚よりも薄い膜厚の第2ゲート絶縁膜と、
(f)前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極であって、前記第1ゲート電極のゲート長よりもゲート長が短い前記第2ゲート電極と、
(g)前記半導体基板内に形成された第2ソース領域と、
(h)前記半導体基板内に形成された第2ドレイン領域と、を有することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6,
The second MISFET is
(E) a second gate insulating film formed on the semiconductor substrate and having a thickness smaller than that of the first gate insulating film;
(F) a second gate electrode formed on the second gate insulating film, wherein the second gate electrode has a gate length shorter than that of the first gate electrode;
(G) a second source region formed in the semiconductor substrate;
(H) a semiconductor device comprising a second drain region formed in the semiconductor substrate.
前記第1ドレイン領域の表面と前記第1ゲート電極下の前記半導体基板の表面との間の傾斜角度は、前記第2ドレイン領域の表面と前記第2ゲート電極下の前記半導体基板の表面との間の傾斜角度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7,
The inclination angle between the surface of the first drain region and the surface of the semiconductor substrate under the first gate electrode is between the surface of the second drain region and the surface of the semiconductor substrate under the second gate electrode. A semiconductor device characterized by being larger than the inclination angle between them.
前記第2ドレイン領域の表面と、前記第2ゲート電極下の前記半導体基板の表面とは、面一であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8,
A semiconductor device, wherein a surface of the second drain region and a surface of the semiconductor substrate under the second gate electrode are flush with each other.
前記第2ソース領域の表面と、前記第2ドレイン領域の表面とは、面一であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7,
The surface of the second source region and the surface of the second drain region are flush with each other.
前記第1MISFETは、nチャネル型MISFETであ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 first MISFET is an n-channel MISFET.
前記第1ソース領域と接する前記半導体基板内に、前記第1ソース領域とは逆導電型のハロー領域が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,
A semiconductor device, wherein a halo region having a conductivity type opposite to that of the first source region is formed in the semiconductor substrate in contact with the first source region.
前記半導体基板の表面から傾斜している傾斜部を有し、
前記傾斜部は、前記第1ゲート電極の直下から前記第1ドレイン領域にわたっ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,
Having an inclined portion inclined from the surface of the semiconductor substrate;
The inclined portion is formed from directly under the first gate electrode to the first drain region.
平面視において、前記傾斜部の一端部は、前記第1ゲート電極の直下領域に存在することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 13,
In plan view, one end portion of the inclined portion exists in a region immediately below the first gate electrode.
平面視において、前記傾斜部の一端部を覆うように、前記第1ゲート電極が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 13,
The semiconductor device, wherein the first gate electrode is formed so as to cover one end of the inclined portion in plan view.
前記第1MISFETは、断面視において、一対の素子分離領域の間に形成されており、
前記傾斜部の表面は、前記第1ドレイン領域側に近い前記素子分離領域に向って、連続的に深くなるように傾斜していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 13,
The first MISFET is formed between a pair of element isolation regions in a cross-sectional view,
The surface of the inclined portion is inclined so as to be continuously deeper toward the element isolation region close to the first drain region side.
前記傾斜部と、前記第1ドレイン領域側に近い前記素子分離領域とにより挟まれた領域に、前記第1ゲート電極と同種類の導体膜が残存していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16,
A semiconductor device characterized in that a conductive film of the same type as the first gate electrode remains in a region sandwiched between the inclined portion and the element isolation region close to the first drain region side.
前記第1ゲート電極の側壁には、絶縁膜からなるサイドウォールが形成されており、
前記傾斜部と、前記第1ドレイン領域側に近い前記素子分離領域とにより挟まれた領域に残存している前記導体膜を覆うように、前記サイドウォールと同種類の絶縁膜が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 17,
A sidewall made of an insulating film is formed on the sidewall of the first gate electrode,
An insulating film of the same type as the sidewall is formed so as to cover the conductor film remaining in a region sandwiched between the inclined portion and the element isolation region close to the first drain region side. A semiconductor device.
(b)前記(a)工程後、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記(b)工程後、前記ゲート絶縁膜上に第1導体膜を形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記第1導体膜をパターニングすることにより、ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記半導体基板の表面のうち、ドレイン領域形成用表面に対して異方性エッチングすることにより、前記ドレイン領域形成用表面に傾斜部を形成する工程と、
(g)前記(f)工程後、前記傾斜部の内部にドレイン領域を形成する工程と、
(h)前記半導体基板の表面のうち、ソース領域形成用表面の内部にソース領域を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) preparing a semiconductor substrate;
(B) after the step (a), forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(C) after the step (b), a step of forming a first conductor film on the gate insulating film;
(D) after the step (c), patterning the first conductor film to form a gate electrode;
(E) after the step (d), forming a sidewall on the side wall of the gate electrode;
(F) After the step (e), by performing anisotropic etching on the drain region forming surface of the surface of the semiconductor substrate, a step of forming an inclined portion on the drain region forming surface;
(G) after the step (f), forming a drain region inside the inclined portion;
(H) forming a source region inside the surface for forming a source region of the surface of the semiconductor substrate, and a method for manufacturing a semiconductor device.
前記ドレイン領域は、ドレイン領域用低濃度不純物領域と、前記ドレイン領域用低濃度不純物領域よりも不純物濃度の大きいドレイン領域用高濃度不純物領域と、を含み、
前記(g)工程は、
(g1)前記傾斜部の内部に前記ドレイン領域用低濃度不純物領域を形成する工程と、
(g2)前記(g1)工程後、前記傾斜部の内部に前記ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成する工程と、を有し、
前記(g2)工程は、前記ドレイン領域用高濃度不純物領域が、前記ドレイン領域用低濃度不純物領域の上部に配置されるように、前記ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19,
The drain region includes a low concentration impurity region for a drain region, and a high concentration impurity region for a drain region having a larger impurity concentration than the low concentration impurity region for the drain region,
The step (g)
(G1) forming the drain region low-concentration impurity region inside the inclined portion;
(G2) after the step (g1), forming a high concentration impurity region for the drain region inside the inclined portion,
The step (g2) is characterized in that the high concentration impurity region for the drain region is formed so that the high concentration impurity region for the drain region is disposed above the low concentration impurity region for the drain region. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記(g1)工程および前記(g2)工程は、前記ゲート電極下の前記半導体基板の表面に対して斜めに傾いた方向から、前記傾斜部の内部へ不純物を導入する工程を含むことにより、前記ドレイン領域用低濃度不純物領域および前記ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20,
The step (g1) and the step (g2) include a step of introducing impurities into the inclined portion from a direction inclined obliquely to the surface of the semiconductor substrate under the gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a low concentration impurity region for a drain region and the high concentration impurity region for a drain region.
(i)前記(h)工程前に、前記ソース領域よりも深い領域に、前記ソース領域とは逆導電型のハロー領域を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19,
(I) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a halo region having a conductivity type opposite to that of the source region in a region deeper than the source region before the step (h).
(a)半導体基板の第1MISFET形成領域に第1ゲート絶縁膜を形成し、第2MISFET形成領域に前記第1ゲート絶縁膜よりも膜厚の薄い第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記(a)工程後、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に第1導体膜を形成する工程と、
(c)前記(b)工程後、前記第1導体膜をパターニングすることにより、前記第1ゲート絶縁膜上に第1ゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第1ゲート電極のゲート長よりも小さいゲート長を有する第2ゲート電極を形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記第2MISFET形成領域において、第2ソース領域形成用表面の内部に第2ソース領域用低濃度不純物領域を形成し、第2ドレイン領域形成用表面の内部に第2ドレイン領域用低濃度不純物領域を形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第1ゲート電極の側壁、および、前記第2ゲート電極の側壁のそれぞれに、サイドウォールを形成する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第1MISFET形成領域において、前記半導体基板の表面のうち、第1ドレイン領域形成用表面に対して異方性エッチングすることにより、前記第1ドレイン領域形成用表面に傾斜部を形成する工程と、
(g)前記(f)工程後、前記傾斜部の内部に第1ドレイン領域を形成する工程と、
(h)前記(e)工程後、前記第1MISFET形成領域において、前記半導体基板の表面のうち、第1ソース領域形成用表面の内部に第1ソース領域を形成する工程と、
(i)前記(e)工程後、前記第2MISFET形成領域において、前記第2ソース領域形成用表面の内部に、前記第2ソース領域用低濃度不純物領域よりも不純物濃度の大きい第2ソース領域用高濃度不純物領域を形成し、前記第2ドレイン領域形成用表面の内部に、前記第2ドレイン領域用低濃度不純物領域よりも不純物濃度の大きい第2ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a first MISFET and a second MISFET having a lower withstand voltage than the first MISFET,
(A) forming a first gate insulating film in a first MISFET forming region of a semiconductor substrate and forming a second gate insulating film having a thickness smaller than that of the first gate insulating film in a second MISFET forming region;
(B) after the step (a), forming a first conductor film on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
(C) After the step (b), by patterning the first conductor film, a first gate electrode is formed on the first gate insulating film, and the first gate is formed on the second gate insulating film. Forming a second gate electrode having a gate length smaller than the gate length of the electrode;
(D) After the step (c), in the second MISFET forming region, a second source region low concentration impurity region is formed inside the second source region forming surface, and inside the second drain region forming surface. Forming a low concentration impurity region for the second drain region;
(E) after the step (d), forming a sidewall on each of the sidewall of the first gate electrode and the sidewall of the second gate electrode;
(F) After the step (e), anisotropic etching is performed on the first drain region forming surface of the surface of the semiconductor substrate in the first MISFET forming region, thereby forming the first drain region. Forming a slope on the surface;
(G) after the step (f), forming a first drain region inside the inclined portion;
(H) After the step (e), in the first MISFET formation region, a step of forming a first source region inside the surface for forming the first source region of the surface of the semiconductor substrate;
(I) After the step (e), in the second MISFET formation region, in the second source region formation surface, the second source region has a higher impurity concentration than the second source region low concentration impurity region. Forming a high concentration impurity region, and forming a high concentration impurity region for the second drain region having an impurity concentration larger than that of the low concentration impurity region for the second drain region inside the surface for forming the second drain region; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(b)前記(a)工程後、前記半導体基板の表面のうち、ドレイン領域形成用表面に対して異方性エッチングすることにより、前記ドレイン領域形成用表面に傾斜部を形成する工程と、
(c)前記(b)工程後、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記ゲート絶縁膜上に第1導体膜を形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第1導体膜をパターニングすることにより、平面視において、前記傾斜部の一端部を覆うゲート電極を形成する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記ゲート電極から露出する前記傾斜部の内部にドレイン領域用低濃度不純物領域を形成する工程と、
(g)前記(e)工程後、ソース領域形成用表面の内部にソース領域用低濃度不純物領域を形成する工程と、
(h)前記(f)工程および前記(g)工程後、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
(i)前記(h)工程後、前記サイドウォールから露出する前記傾斜部の内部に、前記ドレイン領域用低濃度不純物領域よりも不純物濃度の大きいドレイン領域用高濃度不純物領域を形成する工程と、
(j)前記(h)工程後、前記ソース領域形成用表面の内部に、前記ソース領域用低濃度不純物領域よりも不純物濃度の大きいソース領域用高濃度不純物領域を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) preparing a semiconductor substrate;
(B) After the step (a), by performing anisotropic etching on the drain region forming surface of the surface of the semiconductor substrate, a step of forming an inclined portion on the drain region forming surface;
(C) after the step (b), forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(D) after the step (c), forming a first conductor film on the gate insulating film;
(E) after the step (d), by patterning the first conductor film, in a plan view, forming a gate electrode that covers one end of the inclined portion;
(F) After the step (e), forming a low concentration impurity region for the drain region inside the inclined portion exposed from the gate electrode;
(G) after the step (e), forming a source region low concentration impurity region inside the source region forming surface;
(H) After the step (f) and the step (g), forming a sidewall on the side wall of the gate electrode;
(I) After the step (h), forming a high concentration impurity region for a drain region having an impurity concentration larger than that of the low concentration impurity region for the drain region inside the inclined portion exposed from the sidewall;
(J) after the step (h), forming a source region high concentration impurity region having an impurity concentration higher than that of the source region low concentration impurity region inside the source region formation surface. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記(i)工程は、前記ドレイン領域用高濃度不純物領域が、前記ドレイン領域用低濃度不純物領域に内包されるように、前記ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成し、
前記(j)工程は、前記ソース領域用高濃度不純物領域の最深部が、前記ソース領域用低濃度不純物領域の最深部よりも深くなるように、前記ソース領域用高濃度不純物領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 25. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24, comprising:
The step (i) forms the drain region high concentration impurity region so that the drain region high concentration impurity region is included in the drain region low concentration impurity region,
In the step (j), the source region high concentration impurity region is formed so that the deepest portion of the source region high concentration impurity region is deeper than the deepest portion of the source region low concentration impurity region. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記(f)工程および前記(i)工程は、前記半導体基板の厚さ方向に対して斜めに傾いた方向から、前記傾斜部の内部へ不純物を導入する工程を含むことにより、前記ドレイン領域用低濃度不純物領域および前記ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 25. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24, comprising:
The step (f) and the step (i) include a step of introducing impurities into the inclined portion from a direction inclined obliquely with respect to the thickness direction of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a low concentration impurity region and a high concentration impurity region for the drain region.
(k)前記(g)工程前に、前記ソース領域用低濃度不純物領域よりも深い領域に、前記ソース領域用低濃度不純物領域とは逆導電型のハロー領域を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 25. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24, comprising:
(K) Before the step (g), a step of forming a halo region having a conductivity type opposite to that of the source region low concentration impurity region in a region deeper than the source region low concentration impurity region is provided. A method for manufacturing a semiconductor device.
(a)半導体基板の第1MISFET形成領域において、前記半導体基板の表面のうち、ドレイン領域形成用表面に対して異方性エッチングすることにより、前記ドレイン領域形成用表面に傾斜部を形成する工程と、
(b)前記(a)工程後、前記半導体基板の前記第1MISFET形成領域に第1ゲート絶縁膜を形成し、第2MISFET形成領域に前記第1ゲート絶縁膜よりも膜厚の薄い第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記(b)工程後、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に第1導体膜を形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記第1導体膜をパターニングすることにより、前記第1ゲート絶縁膜上に、平面視において、前記傾斜部の一端部を覆う第1ゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第1ゲート電極のゲート長よりも小さいゲート長を有する第2ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第1MISFET形成領域において、前記第1ゲート電極から露出する前記傾斜部の内部に第1ドレイン領域用低濃度不純物領域を形成する工程と、
(f)前記(d)工程後、前記第1MISFET形成領域において、第1ソース領域形成用表面の内部に第1ソース領域用低濃度不純物領域を形成する工程と、
(g)前記(d)工程後、前記第2MISFET形成領域において、第2ソース領域形成用表面の内部に、第2ソース領域用低濃度不純物領域を形成し、第2ドレイン領域形成用表面の内部に、第2ドレイン領域用低濃度不純物領域を形成する工程と、
(h)前記(e)工程、前記(f)工程、および、前記(g)工程後、前記第1ゲート電極の側壁、および、前記第2ゲート電極の側壁のそれぞれに、サイドウォールを形成する工程と、
(i)前記(h)工程後、前記第1MISFET形成領域において、前記サイドウォールから露出する前記傾斜部の内部に第1ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成する工程と、
(j)前記(h)工程後、前記第1MISFET形成領域において、前記半導体基板の表面のうち、前記第1ソース領域形成用表面の内部に第1ソース領域用高濃度不純物領域を形成する工程と、
(k)前記(h)工程後、前記第2MISFET形成領域において、前記第2ソース領域形成用表面の内部に、前記第2ソース領域用低濃度不純物領域よりも不純物濃度の大きい第2ソース領域用高濃度不純物領域を形成し、前記第2ドレイン領域形成用表面の内部に、前記第2ドレイン領域用低濃度不純物領域よりも不純物濃度の大きい第2ドレイン領域用高濃度不純物領域を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a first MISFET and a second MISFET having a lower withstand voltage than the first MISFET,
(A) forming an inclined portion on the drain region forming surface by anisotropically etching the drain region forming surface of the surface of the semiconductor substrate in the first MISFET forming region of the semiconductor substrate; ,
(B) After the step (a), a first gate insulating film is formed in the first MISFET forming region of the semiconductor substrate, and a second gate insulating film having a thickness smaller than that of the first gate insulating film is formed in the second MISFET forming region. Forming a film;
(C) after the step (b), forming a first conductor film on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
(D) After the step (c), by patterning the first conductor film, a first gate electrode is formed on the first gate insulating film so as to cover one end of the inclined portion in plan view. Forming a second gate electrode having a gate length smaller than the gate length of the first gate electrode on the second gate insulating film;
(E) after the step (d), in the first MISFET formation region, forming a low-concentration impurity region for the first drain region inside the inclined portion exposed from the first gate electrode;
(F) After the step (d), forming a first source region low-concentration impurity region inside the first source region formation surface in the first MISFET formation region;
(G) After the step (d), in the second MISFET formation region, a second source region low concentration impurity region is formed inside the second source region formation surface, and the inside of the second drain region formation surface. Forming a low concentration impurity region for the second drain region;
(H) After the step (e), the step (f), and the step (g), a sidewall is formed on each of the sidewall of the first gate electrode and the sidewall of the second gate electrode. Process,
(I) After the step (h), in the first MISFET formation region, a step of forming a high concentration impurity region for the first drain region inside the inclined portion exposed from the sidewall;
(J) After the step (h), in the first MISFET formation region, a step of forming a first source region high-concentration impurity region inside the first source region formation surface of the surface of the semiconductor substrate; ,
(K) After the step (h), in the second MISFET formation region, in the second source region formation surface, the second source region has a higher impurity concentration than the second source region low concentration impurity region. Forming a high concentration impurity region, and forming a high concentration impurity region for the second drain region having an impurity concentration larger than that of the low concentration impurity region for the second drain region inside the surface for forming the second drain region; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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JP2016004845A (en) * | 2014-06-13 | 2016-01-12 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN111668126A (en) * | 2019-03-07 | 2020-09-15 | 西安电子科技大学 | Test structure and characterization method of hot hole effect of a compound MISFET device |
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- 2012-01-27 JP JP2012014783A patent/JP2013157365A/en active Pending
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CN111668126A (en) * | 2019-03-07 | 2020-09-15 | 西安电子科技大学 | Test structure and characterization method of hot hole effect of a compound MISFET device |
CN111668126B (en) * | 2019-03-07 | 2023-04-25 | 西安电子科技大学 | Test structure and characterization method of hot hole effect in a compound MISFET device |
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