JP6355460B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
SOI基板を用いた半導体装置では、例えば配線工程のプラズマダメージなどによって配線に蓄積された荷電粒子により、回路セル部に形成されたSOIトランジスタのゲート絶縁膜がダメージを受けて、しきい値電圧などが変動するという問題がある。この現象はアンテナ効果と呼ばれ、アンテナ効果を抑制することが半導体装置の信頼性を向上させる上で重要となっている。
実施の形態1による半導体装置の構造を図1および図2を用いて説明する。図1は、実施の形態1による半導体装置の要部平面図、図2は、実施の形態1による半導体装置の要部断面図である。図2には、半導体装置に形成される種々の素子のうち、回路セル部に形成されたnチャネル型SOIトランジスタCTと、ダミーフィルセル部に形成されたアンテナ効果対策用ダミーフィルセルDTとを例示する。ダミーフィルセル部とは、本来回路動作に寄与する半導体素子が配置されていない領域、または他の領域と比べて回路動作に寄与する半導体素子が少ない領域であるが、半導体装置全体においてパターン密度の疎密を少なくするために、複数のダミーフィルセル(ダミーフィル、ダミーパターン、ダミーセル)が配置されている領域を言う。
Ig(薄膜ゲート絶縁膜)=Jg(薄膜ゲート絶縁膜)×2cm2
Ig(厚膜ゲート絶縁膜)=Jg(厚膜ゲート絶縁膜)×4cm2
となる。
Cox1=εox×Lg1×Wg1/Tox1
=εox×0.06(μm)×0.5(μm)/2(nm)
=εox×0.015×10−3(m)
となる。
Cox2=εox×Lg2×Wg2/Tox2
=εox×0.21(μm)×0.5(μm)/7(nm)
=εox×0.015×10−3(m)
となり、SOIトランジスタCTのゲート容量(Cox1)と同じになる。
次に、実施の形態1による半導体装置の製造方法を図7〜図25を用いて工程順に説明する。図7〜図25は、実施の形態1による半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
前述した実施の形態1では、例えば前記図2に示すように、アンテナ効果対策用ダミーフィルセルDTのゲート絶縁膜GIDを酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜により形成した。しかし、他の形態として、酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜に代えて、窒化シリコン膜よりも比誘電率が高い高誘電率膜、例えばHf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Al(アルミニウム)またはTi(チタン)などの酸化物(金属化合物)、あるいはこれらのシリケイト化合物などを用いることもできる。
1B ダミーフィルセル領域
1C バルク領域
1D 給電領域
BX 絶縁膜(埋め込み絶縁膜、埋め込み酸化膜、BOX膜)
CNT コンタクトホール
CP コンタクトプラグ
CT SOIトランジスタ
D1 酸化シリコン膜
D2 窒化シリコン膜
DD 保護ダイオード
DT,DTA,DTH アンテナ効果対策用ダミーフィルセル
E1,E2 しきい電圧制御拡散領域
EB1,EB2,EB3 エクステンション層
EP エピタキシャル層
F1,F2 ゲート絶縁膜
G1 多結晶シリコン膜
GD ゲート保護膜
GE1,GE2,GE3 ゲート電極
GEC,GED,GEH ゲート電極
GIC,GID,GIH ゲート絶縁膜
IL 層間絶縁膜
M1 配線
MS 金属シリサイド層
NS ニッケルシリサイド層
NWEL n型ウェル
O1 酸化シリコン膜
OFC,OFD オフセットスペーサ
OX 絶縁膜
PB プロテクション膜
PW1,PW2 p型ウェル
PWEL p型ウェル
RP1 フォトレジストパターン
SB 半導体基板
SD1,SD2,SD3 拡散層
SDC,SDD ソース・ドレイン用半導体領域
SL 半導体層(SOI層、シリコン層)
STI 素子分離部
SW1,SW2 サイドウォール
SWC,SWD サイドウォール
WEL ウェル
Claims (17)
- 半導体基板、前記半導体基板上の絶縁膜、および前記絶縁膜上の半導体層を有するSOI基板と、
前記SOI基板の第1領域に形成された第1電界効果トランジスタと、
前記SOI基板の前記第1領域とは異なる第2領域に形成されたダミーフィルセルと、
前記第1電界効果トランジスタおよび前記ダミーフィルセルを覆うように前記SOI基板上に形成された層間絶縁膜と、
を備える半導体装置であって、
前記第1電界効果トランジスタは、前記半導体層上に形成された第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極とを有し、
前記ダミーフィルセルは、前記半導体層上に形成された第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極とを有し、
前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート電極と前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート電極とは、前記層間絶縁膜上に形成された配線を介して電気的に接続され、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜の厚さが、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜の厚さよりも厚く、
前記ダミーフィルセルのゲート容量と、前記第1電界効果トランジスタのゲート容量とが同じである、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜および前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる、半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記ダミーフィルセルのゲート長が、前記第1電界効果トランジスタのゲート長よりも大きい、半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記ダミーフィルセルのゲート幅が、前記第1電界効果トランジスタのゲート幅よりも大きい、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜の比誘電率は、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜の比誘電率よりも高い、半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置において、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜は、Hf、Zr、AlまたはTiの酸化物あるいはシリケイト化合物からなり、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1領域および前記第2領域とは異なる第3領域の前記半導体基板に形成された第2電界効果トランジスタ、
をさらに備え、
前記第2電界効果トランジスタは、前記半導体基板上に形成された第3ゲート絶縁膜と、前記第3ゲート絶縁膜上に形成された第3ゲート電極とを有し、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜の厚さと、前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜の厚さとは同じであり、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜と、前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜とは、同層の絶縁膜から形成されている、半導体装置。 - 請求項7記載の半導体装置において、
前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜、前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜および前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1領域および前記第2領域とは異なる第3領域の前記半導体基板に形成された第2電界効果トランジスタ、
をさらに備え、
前記第2電界効果トランジスタは、前記半導体基板上に形成された第3ゲート絶縁膜と、前記第3ゲート絶縁膜上に形成された第3ゲート電極とを有し、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜の比誘電率は、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜および前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜の比誘電率よりも高い、半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置において、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜は、Hf、Zr、AlまたはTiの酸化物あるいはシリケイト化合物からなり、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜および前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる、半導体装置。 - 請求項9または10記載の半導体装置において、
前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜の厚さは、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜の厚さよりも厚い、半導体装置。 - 第1領域に第1電界効果トランジスタを形成し、前記第1領域とは異なる第2領域にダミーフィルセルを形成し、前記第1領域および前記第2領域とは異なる第3領域に第2電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板、前記半導体基板上の絶縁膜、および前記絶縁膜上の半導体層を有するSOI基板を準備する工程、
(b)前記第3領域の前記絶縁膜および前記半導体層を除去する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記第1領域の前記半導体層上に第1ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成し、前記第2領域の前記半導体層上に第2ゲート絶縁膜を介して第2ゲート電極を形成し、前記第3領域の前記半導体基板上に第3ゲート絶縁膜を介して第3ゲート電極を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1ゲート電極の両側および前記第2ゲート電極の両側のそれぞれの前記半導体層の上面、並びに前記第3ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に接するエピタキシャル層を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1ゲート電極の両側の前記エピタキシャル層およびその下の前記半導体層に不純物を導入して第1ソース・ドレインを形成し、前記第2ゲート電極の両側の前記エピタキシャル層およびその下の前記半導体層に不純物を導入して第2ソース・ドレインを形成し、前記第3ゲート電極の両側の前記エピタキシャル層およびその下の前記半導体基板に不純物を導入して第3ソース・ドレインを形成する工程、
(f)前記(e)工程の後、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記層間絶縁膜に、前記第1ゲート電極に達する第1コンタクトホールおよび前記第2ゲート電極に達する第2コンタクトホールを形成した後、前記第1コンタクトホールおよび前記第2コンタクトホールを介して、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とを電気的に接続する配線を形成する工程、
を有し、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜の厚さが、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜の厚さよりも厚く、
前記ダミーフィルセルのゲート容量と、前記第1電界効果トランジスタのゲート容量とが同じである、半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜、前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜、および第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる、半導体装置の製造方法。 - 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記ダミーフィルセルのゲート長が、前記第1電界効果トランジスタのゲート長よりも大きい、半導体装置の製造方法。 - 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記ダミーフィルセルのゲート幅が、前記第1電界効果トランジスタのゲート幅よりも大きい、半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜の比誘電率は、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜および前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜の比誘電率よりも高い、半導体装置の製造方法。 - 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記ダミーフィルセルの前記第2ゲート絶縁膜は、Hf、Zr、AlまたはTiの酸化物あるいはシリケイト化合物からなり、前記第1電界効果トランジスタの前記第1ゲート絶縁膜および前記第2電界効果トランジスタの前記第3ゲート絶縁膜は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる、半導体装置の製造方法。
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