JP2023117135A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路面積の増加を抑制しつつリーク電流を抑制することのできる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置10は、MOS1と、MOS2とを備え、MOS1のソースS1側のLDDをソース側LDD部E1とし、MOS1のドレインD1側のLDDをドレイン側LDD部E2とした場合に、ドレイン側LDD部E2のLDD長d2は、ソース側LDD部E1のLDD長d1よりも長く、ソース側LDD部E1のLDD長d1は、MOS2に設けられたLDD部E0のLDD長d0よりも短く、ドレイン側LDD部E2のLDD長d2は、MOS2に設けられたLDD部E0のLDD長d0よりも長い。【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。
半導体装置では、各回路を構成するために膨大な数のMOSトランジスタがシリコン基板上に構成される。
半導体装置において、低消費電力は重要なファクターである。このため、半導体装置に構成されるMOSトランジスタはリーク電流が低減されることが好ましい。リーク電流は、例えばサブスレッショルド電流やGIDL(gate induced drain leakage)である。GIDLとは、ゲートとドレインがオーバーラップする領域の電界強度が増加してバンド間をトンネルする電流が発生しこれがリーク電流となることである。
リーク電流を低減するためにはゲート長を増加させる場合があるが、ゲート長を増加させるとMOSトランジスタの面積が増加する。これは半導体装置全体のサイズの増加に起因する可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回路面積の増加を抑制しつつリーク電流を抑制することのできる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第1態様は、第1MOSFETと、第2MOSFETと、を備え、前記第1MOSFETのソース側のLDDをソース側LDD部とし、前記第1MOSFETのドレイン側のLDDをドレイン側LDD部とした場合に、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記ソース側LDD部のLDD長よりも長く、前記ソース側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長い半導体装置である。
上記のような構成によれば、ドレイン側LDD部のLDD長は、ソース側LDD部のLDD長よりも長いこととすることで、効果的にリーク電流を抑制することが可能となる。そして、ソース側LDD部のLDD長は、第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、ドレイン側LDD部のLDD長は、第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長いこととすることで、第2MOSFETと比較しても回路面積の増加を抑制することができる。すなわち、面積の増加を抑制しつつ、リーク電流を低減することができる。
上記半導体装置において、前記ソース側LDD部のLDD長と、前記ドレイン側LDD部のLDD長とを加算した長さは、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長の2倍と等しいこととしてもよい。
上記のような構成によれば、第2MOSFETと同様の回路面積としつつ、リーク電流を抑制することができる。
上記半導体装置において、前記ソース側LDD部の深さと、前記ドレイン側LDD部の深さとは等しいこととしてもよい。
上記のような構成によれば、効果的にリーク電流を抑制することができる。
上記半導体装置において、前記ソース側LDD部の不純物濃度と、前記ドレイン側LDD部の不純物濃度とは等しいこととしてもよい。
上記のような構成によれば、効果的にリーク電流を抑制することができる。
上記半導体装置において、前記半導体装置において、前記第1MOSFETは複数設けられており、互いに隣接していることとしてもよい。
上記のような構成によれば、第1MOSFETが互いに隣接する場合でも面積の増加を抑制することができる。
上記半導体装置において、前記半導体装置において、前記第1MOSFETは複数設けられており、各前記第1MOSFETのソースは互いに接続されており、各前記第1MOSFETのドレインは互いに接続されていることとしてもよい。
上記のような構成によれば、ソースが互いに接続されており、ドレインが互いに接続されている場合であっても、面積の増加を抑制することができる。
上記半導体装置において、前記第1MOSFETは、電源電圧が2.5V以上8V以下の高電圧MOSFETであることとしてもよい。
上記のような構成によれば、高電圧MOSFETであってもリーク電流を効果的に抑制することができる。
上記半導体装置において、前記第1MOSFETは、出力バッファ回路を構成することとしてもよい。
上記のような構成によれば、第1MOSFETにより、回路面積の増加を抑制しつつリーク電流を抑制した出力バッファ回路を構成することができる。
上記半導体装置において、前記ソース側LDD部のLDD長をd1とし、前記ドレイン側LDD部のLDD長をd2とした場合に、d2/d1は2以上であることとしてもよい。
上記のような構成によれば、効果的にリーク電流を抑制することができる。
上記半導体装置において、前記ソース側LDD部のLDD長をd1とし、前記ドレイン側LDD部のLDD長をd2とした場合に、d2/d1は6以上であることとしてもよい。
上記のような構成によれば、より効果的にリーク電流を抑制することができる。
上記半導体装置において、前記ソース側LDD部のLDD長をd1とし、前記ドレイン側LDD部のLDD長をd2とした場合に、d2/d1は9以上であることとしてもよい。
上記のような構成によれば、さらに効果的にリーク電流を抑制することができる。
本発明の第2態様は、第1MOSFETと第2MOSFETとを備える半導体装置の製造方法であって、前記第1MOSFETのゲートを形成するゲート形成工程と、前記第1MOSFETのソース及びドレインを形成するソース-ドレイン形成工程と、前記第1MOSFETのソース側のLDDであるソース側LDD部と、前記第1MOSFETのドレイン側のLDDであるドレイン側LDD部とを形成するLDD注入工程と、を有し、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記ソース側LDD部のLDD長よりも長く、前記ソース側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長い製造方法である。
上記のような構成によれば、ドレイン側LDD部のLDD長は、ソース側LDD部のLDD長よりも長いこととすることで、効果的にリーク電流を抑制することが可能となる。そして、ソース側LDD部のLDD長は、第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、ドレイン側LDD部のLDD長は、第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長いこととすることで、第2MOSFETと比較しても回路面積の増加を抑制することができる。すなわち、面積の増加を抑制しつつ、リーク電流を低減することができる。
上記製造方法において、前記ゲート形成工程は、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成し、前記LDD注入工程は、前記ゲート電極が成膜される前に行われることとしてもよい。
上記のような構成によれば、より効率的にLDD注入を行うことが可能となる。
上記製造方法において、前記ゲート形成工程は、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成し、前記LDD注入工程は、前記ゲート電極が所定のゲートパターンに形成された後に行われることとしてもよい。
上記のような構成によれば、効率的にLDD注入を行うことが可能となる。
上記製造方法において、前記ゲート形成工程は、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成し、前記LDD注入工程は、前記ゲート電極が成膜された後であって、前記ゲート電極が所定のゲートパターンに形成される前に行われることとしてもよい。
上記のような構成によれば、効率的にLDD注入を行うことが可能となる。
本発明によれば、回路面積の増加を抑制しつつリーク電流を抑制することができるという効果を奏する。
以下に、本発明に係る半導体装置及びその製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
(半導体装置の構造)
図1は、本実施形態に係る半導体装置10の断面図である。図1に示すように、半導体装置10は、MOS1(第1MOSFET)と、MOS2(第2MOSFET)とを備えている。半導体装置10において、同じ基板上に、MOS1とMOS2とが混載されている。図1(その他の図も同様)では、混載されたMOS1とMOS2とをそれぞれ個別に示している。MOS1及びMOS2は、MOS構造の半導体素子(FET)である。なお、MOS1及びMOS2の上面には絶縁膜IF及びコンタクトCTが形成され、さらにメタル層にメタル配線Mが設けられる。
図1は、本実施形態に係る半導体装置10の断面図である。図1に示すように、半導体装置10は、MOS1(第1MOSFET)と、MOS2(第2MOSFET)とを備えている。半導体装置10において、同じ基板上に、MOS1とMOS2とが混載されている。図1(その他の図も同様)では、混載されたMOS1とMOS2とをそれぞれ個別に示している。MOS1及びMOS2は、MOS構造の半導体素子(FET)である。なお、MOS1及びMOS2の上面には絶縁膜IF及びコンタクトCTが形成され、さらにメタル層にメタル配線Mが設けられる。
MOS1は、MOS構造として、ゲート(ゲート電極)G1と、ソースS1と、ドレインD1と、ウェルW1とを備える。ゲートG1は、ゲート酸化膜OXの上に形成される。MOS1は例えばNMOSである。
そして、MOS1は、LDDが設けられる。LDD(Lightly Doped Drain)とは、ドレインD1やソースS1に対して(例えば端部)設けられ、ドレインD1やソースS1より不純物濃度が低い領域である。ソース側LDD部E1は、MOS1におけるソース側に設けられるLDDである。ドレイン側LDD部E2は、MOS1におけるドレイン側に設けられるLDDである。図1に示すように、ソース側LDD部E1のLDD長をd1とし、ドレイン側LDD部E2のLDD長をd2とする。LDD長とは、LDD領域におけるチャネル長Lと等しい方向の長さである。すなわち、ソースS1とドレインD1との間におけるLDD領域の長さをLDD長という。図1に示すように、MOS1では、LDD長d1よりもLDD長d2のほうが長い(d1<d2)。すなわちMOS1は、ドレインD1側とソース側とでLDD長が異なるアンバランス構造となる。
MOS2は、MOS1と同様のMOS構造であり、ゲートG2と、ソースS2と、ドレインD2と、ウェルW2とを備える。ゲートG2は、ゲート酸化膜OXの上に形成される。そして、MOS2は、ソースS2とドレインD2のそれぞれにLDD部E0が設けられている。MOS2において、ソース側のLDD部E0のLDD長と、ドレイン側のLDD部E0のLDD長とは、等しくd0である。すなわち、MOS2はドレイン側とソース側とでLDD長が等しい対称構造となる。MOS2は例えばNMOSである。
半導体装置10において、MOS1では上述のようにd1<d2との関係となる。一方で、MOS2では上述のように、形成されるLDD部E0のLDD長はd0として等しい。そして、互いには、MOS1のソース側LDD部E1のLDD長d1は、MOS2に設けられたLDD部E0のLDD長d0よりも短く、MOS1のドレイン側LDD部E2のLDD長d2は、MOS2に設けられたLDD部E0のLDD長d0よりも長いという関係となる。すなわち、d1<d0<d2との関係となる。
さらに、MOS1のソース側LDD部E1のLDD長d1と、ドレイン側LDD部E2のLDD長d2とを加算した長さは、MOS2に設けられたLDD部E0のLDD長d0の2倍と等しい。すなわち、d1+d2=d0+d0=2×d0となる。MOS1のゲートG1のゲート長と、MOS2のゲートG2のゲート長とは、例えばプロセスにおける最小ゲート長で製造することができ、互いに同じゲート長Lgとすることができる。
この場合に、図1のように、MOS1とMOS2とでは互いに等しいチャネル長Lとすることができる。すなわち、d1+d2+L=d0+d0+L=2×d0+Lの関係となる。
また、図1に示すようにゲート長Lg及びサイドウォールSWの長さを含めた長さをLtとすると、ゲート長LgとサイドウォールSWの長さとは、MOS1とMOS2とで互いに等しいため、Lt=d1+d2+L=d0+d0+L=2×d0+Lとの関係となる。
すなわち、最小ゲート長でMOS2を形成した場合と比較して、MOS1についても最小ゲート長でゲートG1を形成し、LDDの合計サイズ(d1+d2)を同様とすることができるため、素子としてのサイズを同等とすることができる。
なお、図1に示すように、MOS1において、ソース側LDD部E1の深さと、ドレイン側LDD部E2の深さとは互いにLdとして等しい。後述するようにドレイン側LDD部E2とソース側LDD部E1とは同じ工程(同じマスク)で形成されるため、積層方向の深さについて等しくなる。なお、MOS2のLDDの深さも同様にLdとなる。また、ソース側LDD部E1とドレイン側LDD部E2とは不純物濃度が等しい。例えば、後述するようにドレイン側LDD部E2とソース側LDD部E1とは同じ工程(同じマスク)で形成されるため、不純物濃度が等しくなる。なお、MOS2のLDDの不純物濃度も、ソース側LDD部E1とドレイン側LDD部E2と等しい。
図2は、シリコン基板上に形成される各回路の例を示した図である。例えば図2のように、MOSFET rowと、MOSFET circuitと、Core logic circuitとがシリコン基板上に形成される。MOSFET rowでは、例えば図3に示すように、複数のMOS1が設けられており、互いに隣接している。隣接とは、例えば素子同士が最小間隔で配置されているものである。例えば、隣接されたMOS1同士は、ソースS1が互いに接続されており、ドレインD1が互いに接続されていても良い。MOSFET circuitとは、MOSの素子を用いた回路が構成される領域である。MOSFET circuitでは、例えば容量性素子等の素子もMOSと混在してレイアウトされる。Core logic circuitとは、ロジック回路(コアロジック)である。MOS1は例えばMOSFET rowに形成される。MOS2は例えばMOSFET circuitに形成される。半導体装置10は、図2に示すようにマルチ電源に対応しており、例えばMOSFET rowと、MOSFET circuitとは6Vが供給され、Core logic circuitは1.2Vが供給される。すなわち、MOS1は、半導体装置10の中で高電圧MOSFETに適用される。具体的には、MOS1の電源電圧は、2.5V以上8V以下である。高電圧MOSFETに適用されることで、高電圧系であってもリーク電流を抑制することができる。
(MOS1のLDDのアンバランス)
次に、MOS1のアンバランス構造の効果について説明する。
図4、図5、図6は、LDD長のアンバランス構造のシミュレーション結果を示す図である。図4は、横軸をd2/d1とし、縦軸をIoff(オフ電流)比としている。縦軸は、d2/d1=1(すなわちd1=d2で対称構造)の場合のIoff比を基準(100%)として示している。図4では、Vd(ドレイン電圧)=8V、Vg(ゲート電圧)=0Vとしている。図5は、横軸をd2/d1とし、縦軸はΔVth[mV]としている(Vthはしきい値電圧)。縦軸は、d2/d1=1(すなわちd1=d2で対称構造)の場合のΔVthを0mVとしてこの0mVからの差分を示している。図5では、Vd=0.05Vとしている。図6は、横軸をd2/d1とし、縦軸はIdsat(飽和ドレイン電流)比としている。縦軸は、d2/d1=1(すなわちd1=d2で対称構造)の場合のIdsat比を基準(100%)として示している。図6では、Vd=Vg=8Vとしている。なお、図4、図5、図6では、ゲート長を0.9μmとしている。
次に、MOS1のアンバランス構造の効果について説明する。
図4、図5、図6は、LDD長のアンバランス構造のシミュレーション結果を示す図である。図4は、横軸をd2/d1とし、縦軸をIoff(オフ電流)比としている。縦軸は、d2/d1=1(すなわちd1=d2で対称構造)の場合のIoff比を基準(100%)として示している。図4では、Vd(ドレイン電圧)=8V、Vg(ゲート電圧)=0Vとしている。図5は、横軸をd2/d1とし、縦軸はΔVth[mV]としている(Vthはしきい値電圧)。縦軸は、d2/d1=1(すなわちd1=d2で対称構造)の場合のΔVthを0mVとしてこの0mVからの差分を示している。図5では、Vd=0.05Vとしている。図6は、横軸をd2/d1とし、縦軸はIdsat(飽和ドレイン電流)比としている。縦軸は、d2/d1=1(すなわちd1=d2で対称構造)の場合のIdsat比を基準(100%)として示している。図6では、Vd=Vg=8Vとしている。なお、図4、図5、図6では、ゲート長を0.9μmとしている。
図4に示すように、d1よりもd2が大きいほど(d2/d1=1より大きい領域)、Ioffは低減される。そして、図5及び図6に示すように、d2/d1の増加によるVthとIdsatへの影響は小さいことがわかる。例えば、d2/d1=9では、d2/d1=1の場合と比較してIoffが25%低減され、Vthシフトは-1mV程度、Idsatシフトは+1.7%程度である。d2/d1に比率は1より大きく、10以下にすることが好ましい。例えばd2/d1>10の場合にはソースS1側のゲートオーバーラップが大きくなり抵抗が増加する可能性があるため、d2/d1は例えば9に保つことが好ましい。
一方で、d1よりもd2が小さいほど(d2/d1=1より小さい領域)、Ioffは増加する。d1よりもd2が小さい場合には、Ioffの増加率は大きい。
図7及び図8は、d2/d1の比と、電界強度との関係を示す図である。図7では、d2/d1を変化させた場合のドレイン側LDD部E2の様子(深さ[μm])を示す図である。図7では、d2/d1>1のパターン、d2/d1=1のパターン、d2/d1<1のパターンのそれぞれの様子を示している。図8は、ゲートG1とドレインD1がオーバーラップする図7における位置OLの、深さ方向の電界強度の変化を示す図である。図8では、d2/d1=1.0、d2/d1=9.0、d2/d1=0.9のそれぞれのパターンの場合が図示されている。d2/d1が大きいほど、d2/d1が1未満の場合と比較してドレインD1端の電界強度が小さくなる。d2/d1が小さいと局所的に電界が集中して増加するが、d2/d1が大きいと分散するため電界強度が低下する。
このため、MOS1のようにd1<d2との構造とすることによって、効果的にリーク電流を抑制することが可能となる。d2/d1は2以上とすることが好ましい。より好ましくは、d2/d1は6以上とすることがよい。さらに好ましくは、d2/d1は9以上とすることがよい。なお、上述のように、d2/d1は10以下とすることが好ましい。また、上述したd1+d2+L=2×d0+Lとの関係により、対称構造のMOS(MOS2)と比較しても専有面積の増加を抑制することができる。すなわち、MOS1のアンバランス構造は、専有面積の増加を抑制しつつ、リーク電流を低減することができる構造となる。
また、MOS1のようにd1<d2との構造とすることで、MOS2のような対称構造のMOSと比較して、リソグラフィミスアライメントに起因してd2/d1=1より小さい領域に入ってしまい、リーク電流が増加するというリスクが低減される。
なお、MOS1のようなアンバランス構造において、ソース側LDD部E1を設けない場合ドレイン電流が低下する可能性があるため、ソース側LDD部E1(すなわちd1)を設けることが好ましい。
(半導体装置の第1の製造方法)
次に、本実施形態における半導体装置10の第1の製造方法(プロセスフロー)の一例について図面を参照して説明する。
製造工程では、MOS1とMOS2とは同様の工程が行われる。例えば、MOS1でLDD注入を行う場合にはMOS2でもLDD注入を行う。その他の対応する各部も同様である。後述する第2の製造方法や第3の製造方法でも同様である。
図9から図11は、半導体装置10の各製造工程を概略的に示した図である。各図では、左側にMOS1を構成し、右側にMOS2を構成する場合を例として示している。
次に、本実施形態における半導体装置10の第1の製造方法(プロセスフロー)の一例について図面を参照して説明する。
製造工程では、MOS1とMOS2とは同様の工程が行われる。例えば、MOS1でLDD注入を行う場合にはMOS2でもLDD注入を行う。その他の対応する各部も同様である。後述する第2の製造方法や第3の製造方法でも同様である。
図9から図11は、半導体装置10の各製造工程を概略的に示した図である。各図では、左側にMOS1を構成し、右側にMOS2を構成する場合を例として示している。
まず、シリコン基板表面上に例えば、深さ300nm程度のSTIが構成される。STIは、素子分離のための構成であり、所定の位置に溝(トレンチ)を掘り、溝をシリコン酸化膜で埋めて形成される。STIは絶縁体で構成されるため、シリコン基板表面に形成された各部を電気的に分離する。
そして、図9に示すように、例えば、ボロン(B)などのP型不純物を注入し、1×1017/cm3から5×1017/cm3程度の濃度となるP型ウェルを形成し、例えば、LPCVD膜、Wet酸化膜、ドライ酸化膜、ISSG酸化膜或いはそれらの積層膜により、膜厚15nm程度のゲート酸化膜OXを成膜した後であって、ゲートG1が形成される前に、例えば、燐(P)などのN型不純物を注入し、1×1018/cm3から1×1019/cm3程度の濃度となるLDD注入が行われる。LDD注入では、MOSを形成するシリコン基板表面(ゲート酸化膜OX上)においてLDDを形成する領域以外の領域がフォトレジストマスク(図9のPR)によって覆われた状態で、イオン注入がされる。ここで、後述するソースS1及びドレインD1が形成される領域を考慮して、マスクの位置が設計される。図9の例では、MOS1ではアンバランス構造とし、MOS2では対称構造とするため、MOS2と比較して、MOS1では左寄り(ソースS1寄り)にマスクが形成される。
LDD注入が行われ、マスクが除去されると、図10に示すように、ゲート酸化膜OXの上に、例えば、100nm程度のポリシリコンのゲートG1が形成される。なお、サイドウォールSWも形成される。また、予め設計された領域に、例えば、砒素(As)などのN型不純物を注入し、1×1021/cm3程度の濃度となるソースS1及びドレインD1が形成される。これによって、MOS1では、LDD長がd1のソース側LDD部E1が形成され、LDD長がd2のドレイン側LDD部E2が形成される。また、MOS2では、LDD長がd0のLDD部E0が形成される。
各素子が構成されると、図11に示すようにシリコン基板表面において、絶縁膜IF及びコンタクトCTが形成される。具体的には、シリコン基板表面においてCVD法等によって分厚いシリコン酸化膜を形成し、絶縁膜IFを形成する。そして、素子の各端子と他の素子とを配線接続するためのコンタクトCTを形成する。コンタクトCTは、絶縁膜IFにエッチングによりコンタクトホールが形成され、コンタクトホールにタングステン等を埋め込むことによって形成される。このように絶縁膜等形成工程においてCT(コンタクト)層が形成され、CT層の表面にメタル配線等が敷設される(メタル層)。
このように、第1の製造方法では、MOS1のゲートG1を形成するゲート形成工程と、MOS1のソースS1及びドレインD1を形成するソース-ドレイン形成工程と、MOS1のソースS1側のLDDであるソース側LDD部E1と、MOS1のドレイン側のLDDであるドレイン側LDD部E2とを形成するLDD注入工程とを有している。そして、ゲート形成工程は、ゲート酸化膜OX及びゲートG1を形成し、LDD注入工程は、ゲートG1が成膜される前に行われる。特に、図9に示すように、LDD注入工程は、ゲート酸化膜OXの成膜後であって、ゲートG1が成膜される前に行われる。なお、LDD注入工程は、ゲートG1の成膜前であれば、ゲート酸化膜OXの成膜または形成前に行うこととしてもよい。
特に、図9に示すようにゲート酸化膜OX及びゲートG1が形成される前に、LDD注入を行うことによって、所定領域により効率的にLDDを形成することができる。このため、効率的にMOS1のようなアンバランス構造のMOSを構成することができる。
(半導体装置の第2の製造方法)
次に、本実施形態における半導体装置10の第2の製造方法(プロセスフロー)の一例について図面を参照して説明する。
図12から図14は、半導体装置10の各製造工程を概略的に示した図である。各図では、左側にMOS1を構成し、右側にMOS2を構成する場合を例として示している。
次に、本実施形態における半導体装置10の第2の製造方法(プロセスフロー)の一例について図面を参照して説明する。
図12から図14は、半導体装置10の各製造工程を概略的に示した図である。各図では、左側にMOS1を構成し、右側にMOS2を構成する場合を例として示している。
図12に示すように、まず、シリコン基板表面に対して、例えば、深さ300nm程度のSTIが構成される。STIは、素子分離のための構成であり、所定の位置に溝(トレンチ)を掘り、溝をシリコン酸化膜で埋めて形成される。STIは絶縁体で構成されるため、シリコン基板表面に形成された各部を電気的に分離する。
そして、シリコン基板上、例えば、ボロン(B)などのP型不純物を注入し、1×1017/cm3から5×1017/cm3程度の濃度となるP型ウェルを形成し、例えば、LPCVD膜、Wet酸化膜、ドライ酸化膜、ISSG酸化膜或いはそれらの積層膜により、膜厚15nm程度のゲート酸化膜OXが成膜され、ゲート酸化膜OXの上に、例えば100nm程度のポリシリコンのゲートG1が形成される。ゲートG1は、ポリシリコンの層が形成された後に所定のゲートパターンにエッチングされる。
そして、図13に示すように、例えば、燐(P)などのN型不純物を注入し、1×1018/cm3から1×1019/cm3程度の濃度となるLDD注入が行われる。なお、図13に示すように、ゲートG1は所定の形状にエッチングされているものの、ゲート酸化膜OXについてはゲートG1に合わせて形状形成されず、層のまま(素子全体を覆う層)の形状となっている(すなわち成膜状態)。LDD注入では、MOSを形成するシリコン基板表面(図13ではゲートG1の上)においてLDDを形成する領域以外の領域がフォトレジストマスク(図13のPR)された状態で、イオン注入がされる。ここで、後述するソースS1及びドレインD1が形成される領域を考慮して、マスクの位置が設計される。すなわち、図13に示すように、チャネル長方向において、マスクはゲートG1よりも短い。図13の例では、MOS1ではアンバランス構造とし、MOS2では対称構造とするため、MOS2と比較して、MOS1では左寄り(ソースS1寄り)にマスクが形成される。LDD注入では、不純物はゲート酸化膜OXを通過してシリコン基板表面に注入される。また、ゲートG1付近の不純物は、ゲートG1及びゲート酸化膜OXを通過して、シリコン基板表面に注入される。
LDD注入が行われ、マスクが除去されると、図14に示すように、予め設計された領域に、例えば、砒素(As)などのN型不純物を注入し、1×1021/cm3程度の濃度となるソースS1及びドレインD1が形成される。これによって、MOS1では、LDD長がd1のソース側LDD部E1が形成され、LDD長がd2のドレイン側LDD部E2が形成される。また、MOS2では、LDD長がd0のLDD部E0が形成される。
各素子が構成されると、絶縁膜IF及びコンタクトCTが形成される。具体的には、シリコン基板表面においてCVD法等によって分厚いシリコン酸化膜を形成し、絶縁膜IFを形成する。そして、素子の各端子と他の素子とを配線接続するためのコンタクトCTを形成する。コンタクトCTは、絶縁膜IFにエッチングによりコンタクトホールが形成され、コンタクトホールにタングステン等を埋め込むことによって形成される。このように絶縁膜等形成工程においてCT(コンタクト)層が形成され、CT層の表面にメタル配線等が敷設される(メタル層)。
このように、第2の製造方法では、MOS1のゲートG1を形成するゲート形成工程と、MOS1のソースS1及びドレインD1を形成するソース-ドレイン形成工程と、MOS1のソースS1側のLDDであるソース側LDD部E1と、MOS1のドレインD1側のLDDであるドレイン側LDD部E2とを形成するLDD注入工程とを有している。そして、ゲート形成工程は、ゲート酸化膜OX及びゲートG1を形成し、LDD注入工程は、ゲートG1が所定のゲートパターンに形成(すなわちエッチング)された後に行われる。
図13では、LDD注入において、不純物の注入方向に角度をつけている。例えば、ゲートG1の下部に不純物が注入されやすいように積層方向に対して、例えば、30度から45度の角度をつけて不純物注入を行う。このようにすることで、ゲートG1の下方に不純物を効率的に注入することが可能となる。なお、図15に示すように、積層方向に対して角度をつけずに不純物注入を行うこととしてもよい。
(半導体装置の第3の製造方法)
次に、本実施形態における半導体装置10の第3の製造方法(プロセスフロー)の一例について図面を参照して説明する。
図16から図18は、半導体装置10の各製造工程を概略的に示した図である。各図では、左側にMOS1を構成し、右側にMOS2を構成する場合を例として示している。
次に、本実施形態における半導体装置10の第3の製造方法(プロセスフロー)の一例について図面を参照して説明する。
図16から図18は、半導体装置10の各製造工程を概略的に示した図である。各図では、左側にMOS1を構成し、右側にMOS2を構成する場合を例として示している。
図16に示すように、まず、シリコン基板表面に対して、例えば、深さ300nm程度のSTIが構成される。STIは、素子分離のための構成であり、所定の位置に溝(トレンチ)を掘り、溝をシリコン酸化膜で埋めて形成される。STIは絶縁体で構成されるため、シリコン基板表面に形成された各部を電気的に分離する。
そして、シリコン基板上に、例えば、ボロン(B)などのP型不純物を注入し、1×1017/cm3から5×1017/cm3程度の濃度となるP型ウェルを形成し、例えば、LPCVD膜、Wet酸化膜、ドライ酸化膜、ISSG酸化膜或いはそれらの積層膜により、膜厚15nm程度のゲート酸化膜OXが形成され、ゲート酸化膜OXの上にゲートG1のための、例えば100nm程度のポリシリコンの層が形成される。すなわち、ゲート酸化膜OX及びゲートG1が成膜される。
そして、図17に示すように、例えば、燐(P)などのN型不純物を注入し、1×1018/cm3から1×1019/cm3程度の濃度となるLDD注入が行われる。なお、図17に示すように、ゲートG1のためのポリシリコン及びゲート酸化膜OXについてはゲートG1に合わせて形状形成(すなわちエッチング)されず、層のまま(素子全体を覆う層)の形状となっている。LDD注入では、MOSを形成するシリコン基板表面においてLDDを形成する領域以外の領域がフォトレジストマスク(図17のPR)された状態で、イオン注入がされる。ここで、後述するソースS1及びドレインD1が形成される領域を考慮して、マスクの位置が設計される。図17の例では、MOS1ではアンバランス構造とし、MOS2では対称構造とするため、MOS2と比較して、MOS1では左寄り(ソースS1寄り)にマスクが形成される。LDD注入では、不純物はポリシリコン及びゲート酸化膜OXを通過してシリコン基板表面に注入される。
LDD注入が行われ、マスクが除去されると、図18に示すように、ポリシリコン及びゲート酸化膜OXがゲートパターンに合わせてエッチングされる。また、予め設計された領域に、例えば、砒素(As)などのN型不純物を注入し、1×1021/cm3程度の濃度となるソースS1及びドレインD1が形成される。これによって、MOS1では、LDD長がd1のソース側LDD部E1が形成され、LDD長がd2のドレイン側LDD部E2が形成される。また、MOS2では、LDD長がd0のLDD部E0が形成される。
各素子が構成されると、絶縁膜IF及びコンタクトCTが形成される。具体的には、シリコン基板表面においてCVD法等によって分厚いシリコン酸化膜を形成し、絶縁膜IFを形成する。そして、素子の各端子と他の素子とを配線接続するためのコンタクトCTを形成する。コンタクトCTは、絶縁膜IFにエッチングによりコンタクトホールが形成され、コンタクトホールにタングステン等を埋め込むことによって形成される。このように絶縁膜等形成工程においてCT(コンタクト)層が形成され、CT層の表面にメタル配線等が敷設される(メタル層)。
このように、第3の製造方法では、MOS1のゲートG1を形成するゲート形成工程と、MOS1のソースS1及びドレインD1を形成するソース-ドレイン形成工程と、MOS1のソースS1側のLDDであるソース側LDD部E1と、MOS1のドレインD1側のLDDであるドレイン側LDD部E2とを形成するLDD注入工程とを有している。そして、ゲート形成工程は、ゲート酸化膜OX及びゲートG1を形成し、LDD注入工程は、ゲートG1が成膜された後であって、ゲートG1が所定のゲートパターンに形成される前に行われる。
(半導体装置の適用例)
次に、MOS1の適用例を説明する。
図19は、ソースドライバのブロック図を示している。ソースドライバは、例えば、シフトレジスタ、レベルシフタ、サンプルアンドホールド回路、出力バッファ回路により構成される。
次に、MOS1の適用例を説明する。
図19は、ソースドライバのブロック図を示している。ソースドライバは、例えば、シフトレジスタ、レベルシフタ、サンプルアンドホールド回路、出力バッファ回路により構成される。
出力バッファ回路において、使用されるMOSは例えば図3に示すように最小間隔でレイアウトされる。図20は、出力バッファ回路の例を示す図である。図18では192個の入出力を有しているが、図20はそのうちの1つの入出力セットを示す回路である。図20に示すように、信号は、入力端子VINからバッファBFとインバータINV(PMOS及びNMOS)とを介して出力端子VOUTへ出力される。MOS1は、インバータINVにおけるNMOSに適用される。
出力バッファ回路では、図20に示す回路が192個レイアウトする必要があるが、NMOSをMOS1のようにアンバランス構造とすることで、リーク電流を抑制しつつ、回路面積を抑えることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、ドレイン側LDD部E2のLDD長は、ソース側LDD部E1のLDD長よりも長いこととすることで、効果的にリーク電流を抑制することが可能となる。そして、ソース側LDD部E1のLDD長は、MOS2に設けられたLDDのLDD長よりも短く、ドレイン側LDD部E2のLDD長は、MOS2に設けられたLDDのLDD長よりも長いこととすることで、MOS2と比較しても回路面積の増加を抑制することができる。すなわち、面積の増加を抑制しつつ、リーク電流を低減することができる。
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。なお、各実施形態を組み合わせることも可能である。
1、2 :MOS
10 :半導体装置
BF :バッファ
CT :コンタクト
D1、D2:ドレイン
E0 :LDD部
E1 :ソース側LDD部
E2 :ドレイン側LDD部
G1、G2:ゲート
IF :絶縁膜
INV :インバータ
L :チャネル長
Lg :ゲート長
M :メタル配線
OX :ゲート酸化膜
S1、S2:ソース
SW :サイドウォール
W1、W2:ウェル
d0 :LDD長
d1 :LDD長
d2 :LDD長
10 :半導体装置
BF :バッファ
CT :コンタクト
D1、D2:ドレイン
E0 :LDD部
E1 :ソース側LDD部
E2 :ドレイン側LDD部
G1、G2:ゲート
IF :絶縁膜
INV :インバータ
L :チャネル長
Lg :ゲート長
M :メタル配線
OX :ゲート酸化膜
S1、S2:ソース
SW :サイドウォール
W1、W2:ウェル
d0 :LDD長
d1 :LDD長
d2 :LDD長
本発明の第2態様は、第1MOSFETと第2MOSFETとを備える半導体装置の製造方法であって、前記第1MOSFETのゲートを形成するゲート形成工程と、前記第1MOSFETのソース及びドレインを形成するソース-ドレイン形成工程と、前記第1MOSFETのソース側のLDDであるソース側LDD部と、前記第1MOSFETのドレイン側のLDDであるドレイン側LDD部とを形成するLDD注入工程と、を有し、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記ソース側LDD部のLDD長よりも長く、前記ソース側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長く、前記ソース側LDD部のLDD長と、前記ドレイン側LDD部のLDD長とを加算した長さは、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長の2倍と等しい製造方法である。
本発明の第3態様は、第1MOSFETと第2MOSFETとを備える半導体装置の製造方法であって、前記第1MOSFETのゲートを形成するゲート形成工程と、前記第1MOSFETのソース及びドレインを形成するソース-ドレイン形成工程と、前記第1MOSFETのソース側のLDDであるソース側LDD部と、前記第1MOSFETのドレイン側のLDDであるドレイン側LDD部とを形成するLDD注入工程と、を有し、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記ソース側LDD部のLDD長よりも長く、前記ソース側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長く、前記ゲート形成工程は、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成し、前記LDD注入工程は、前記ゲート電極が成膜された後であって、前記ゲート電極が所定のゲートパターンに形成される前に行われる製造方法である。
Claims (15)
- 第1MOSFETと、
第2MOSFETと、
を備え、
前記第1MOSFETのソース側のLDDをソース側LDD部とし、前記第1MOSFETのドレイン側のLDDをドレイン側LDD部とした場合に、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記ソース側LDD部のLDD長よりも長く、
前記ソース側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長い半導体装置。 - 前記ソース側LDD部のLDD長と、前記ドレイン側LDD部のLDD長とを加算した長さは、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長の2倍と等しい請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ソース側LDD部の深さと、前記ドレイン側LDD部の深さとは等しい請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記ソース側LDD部の不純物濃度と、前記ドレイン側LDD部の不純物濃度とは等しい請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記半導体装置において、前記第1MOSFETは複数設けられており、互いに隣接している請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記半導体装置において、前記第1MOSFETは複数設けられており、各前記第1MOSFETのソースは互いに接続されており、各前記第1MOSFETのドレインは互いに接続されている請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1MOSFETは、電源電圧が2.5V以上8V以下の高電圧MOSFETである請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1MOSFETは、出力バッファ回路を構成する請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ソース側LDD部のLDD長をd1とし、前記ドレイン側LDD部のLDD長をd2とした場合に、d2/d1は2以上である請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ソース側LDD部のLDD長をd1とし、前記ドレイン側LDD部のLDD長をd2とした場合に、d2/d1は6以上である請求項1から9のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ソース側LDD部のLDD長をd1とし、前記ドレイン側LDD部のLDD長をd2とした場合に、d2/d1は9以上である請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 第1MOSFETと第2MOSFETとを備える半導体装置の製造方法であって、
前記第1MOSFETのゲートを形成するゲート形成工程と、
前記第1MOSFETのソース及びドレインを形成するソース-ドレイン形成工程と、
前記第1MOSFETのソース側のLDDであるソース側LDD部と、前記第1MOSFETのドレイン側のLDDであるドレイン側LDD部とを形成するLDD注入工程と、
を有し、
前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記ソース側LDD部のLDD長よりも長く、
前記ソース側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも短く、前記ドレイン側LDD部のLDD長は、前記第2MOSFETに設けられたLDDのLDD長よりも長い製造方法。 - 前記ゲート形成工程は、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成し、
前記LDD注入工程は、前記ゲート電極が成膜される前に行われる請求項12に記載の製造方法。 - 前記ゲート形成工程は、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成し、
前記LDD注入工程は、前記ゲート電極が所定のゲートパターンに形成された後に行われる請求項12に記載の製造方法。 - 前記ゲート形成工程は、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成し、
前記LDD注入工程は、前記ゲート電極が成膜された後であって、前記ゲート電極が所定のゲートパターンに形成される前に行われる請求項12に記載の製造方法。
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