JP2010118495A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般に半導体装置に係り、特に素子分離領域を有する半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention generally relates to semiconductor devices, and more particularly to a semiconductor device having an element isolation region and a method for manufacturing the same.
今日の微細な半導体装置においては、トランジスタなど多数の半導体素子が、素子分離領域により相互に電気的に分離されて共通の半導体基板上に形成されている。 In today's fine semiconductor devices, a large number of semiconductor elements such as transistors are electrically isolated from each other by an element isolation region and formed on a common semiconductor substrate.
例えばpチャネルMOSトランジスタはシリコン基板中に素子分離領域により画成されたn型ウェル中に形成され、nチャネルMOSトランジスタは同じシリコン基板中に素子分離領域により画成されたpウェル中に形成されることが多い。今日の微細な半導体装置では、このような素子分離領域を、素子分離溝を素子分離絶縁膜で埋め込んだいわゆるSTI(シャロートレンチアイソレーション)構造に形成するのが一般的である。STI構造を採用することにより、半導体基板上における素子分離領域の占有する面積を、従来のLOCOS法で形成した素子分離領域などに比べて減少させることができる。
このようなSTI構造を有する従来の半導体装置では、一対のn型ウェルが、間のp型ウェルを介して隣接する、例えば図1に示すような構造がシリコン基板中に形成されることがよくある。 In a conventional semiconductor device having such an STI structure, a pair of n-type wells are adjacent to each other through a p-type well therebetween, for example, a structure as shown in FIG. 1 is often formed in a silicon substrate. is there.
図1を参照するに、シリコン基板11中にはSTI型の素子分離領域11Iにより、第1のn型ウェル11N1と第2のn型ウェル11N2が画成されており、また前記n型ウェル11N1とn型ウェル11N2との間には、p型ウェル11Pが、やはり素子分離領域11Iにより画成されて、前記n型ウェル11N1およびn型ウェル11N2に接した状態で介在している。 Referring to FIG. 1, the device isolation region 11I STI-type in the silicon substrate 11, a first n-type well 11N 1 and second n-type well 11N 2 is defined, also the n-type between the well 11N 1 and n-type well 11N 2 is, p-type well 11P is also being defined by a device isolation region 11I, intervening in a state of being in contact with the n-type well 11N 1 and n-type well 11N 2 is doing.
このような構造では、前記n型ウェル11N1とn型ウェル11N2との間でのリーク電流は、間にp型ウェル11Pが介在するために抑制されるが、各トランジスタが微細化され、前記n型ウェル11N1,11N2あるいはp型ウェル11Pの大きさが1μm以下になると、例えばn型ウェル11N1からn型ウェル11N2へと、あるいはその逆方向に、前記p型ウェル11Pよりも深い電流経路に沿ってリーク電流が流れることがある。 In this structure, the leakage current between said n-type well 11N 1 and n-type well 11N 2 is p-type well 11P is suppressed to interposed between each transistor is miniaturized, When the size of the n-type well 11N 1 , 11N 2 or p-type well 11P becomes 1 μm or less, for example, from the n-type well 11N 1 to the n-type well 11N 2 or vice versa, the p-type well 11P In some cases, a leak current flows along a deep current path.
そこで、特許文献1では、このような深い電流経路に沿ったリーク電流を遮断するために、図1に示すように、前記シリコン基板11のうち、前記ウェル11N1,11Pおよび11N2の下に、あるいは図2に示すように、少なくとも前記p型ウェル11Pの下方に、p型の深いウェル11DPWを形成することが提案されている。ただし図1,図2では、先に図1で説明した部分には同一の参照符号を付しており、説明は省略する。また図1において、前記n型ウェル11N1,11N2に形成されるpチャネルMOSトランジスタ、あるいはp型ウェル11Pに形成されるnチャネルMOSトランジスタの図示は省略している。 Therefore, in Patent Document 1, in order to cut off the leakage current along such a deep current path, as shown in FIG. 1, below the wells 11N 1 , 11P and 11N 2 in the silicon substrate 11, as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 2, it has been proposed to form a p-type deep well 11DPW at least below the p-type well 11P. However, in FIG. 1 and FIG. 2, the same reference numerals are given to the parts described above in FIG. Further, in FIG. 1, illustration of p-channel MOS transistors formed in the n-type wells 11N1 and 11N2 or n-channel MOS transistors formed in the p-type well 11P is omitted.
一方、今日の微細化された半導体装置では、図3A,図3Bに示すように、シリコン基板21中において第1のn型ウェル21N1と第2のn型ウェル21N2を含む多数のn型ウェルが、STI型の素子分離領域21Iにより隔てられて配列された構造が使われることがある。ただし図3Bは図3A中、破線で囲んだ部分を示す拡大断面図である。 On the other hand, in a miniaturized semiconductor device today, 3A, as shown in FIG. 3B, the first n-type well 21N 1 and a plurality of n-type comprising a second n-type well 21N 2 in the silicon substrate 21 A structure in which wells are arranged separated by an STI type element isolation region 21I may be used. However, FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view showing a portion surrounded by a broken line in FIG. 3A.
このような構造では、前記素子分離領域21Iの下を通るリーク電流の経路を遮断するために、前記素子分離領域21Iの下に、前記STI構造を構成する素子分離絶縁膜を介してアクセプタとなる不純物元素(以下、p型不純物元素と称する)をイオン注入により導入し、p型のチャネルストッパ領域21PWを形成することが行われている。 In such a structure, in order to cut off a leakage current path that passes under the element isolation region 21I, it becomes an acceptor via the element isolation insulating film constituting the STI structure under the element isolation region 21I. An impurity element (hereinafter referred to as a p-type impurity element) is introduced by ion implantation to form a p-type channel stopper region 21PW.
しかし、このようなp型のチャネルストッパ領域21PWは、アモルファス相である前記素子分離絶縁膜を介してアクセプタのイオン注入がなされるため、導入されたアクセプタイオン、具体的にはボロンイオン(B+)は前記素子分離絶縁膜を通過する際に多くのエネルギを失い、その結果、前記素子分離領域21Iの下に形成されるチャネルストッパ領域21PWでは、その深さが浅くなってしまうのが避けられない。 However, since such p-type channel stopper region 21PW is implanted with acceptor ions through the element isolation insulating film which is an amorphous phase, introduced acceptor ions, specifically boron ions (B +). Loses a lot of energy when passing through the element isolation insulating film, and as a result, the depth of the channel stopper region 21PW formed under the element isolation region 21I is inevitably reduced. .
図3Cは、シリコン基板中にイオン注入により導入された不純物元素の深さ分布を示す図である。 FIG. 3C is a diagram showing the depth distribution of the impurity element introduced into the silicon substrate by ion implantation.
図3Cを参照するに、縦軸は導入された不純物元素の濃度を示し、横軸は侵入深さをミクロン単位で示す。図3C中、「A」で示す曲線は、前記STI構造21I直下に形成される前記p型チャネルストッパ領域21PWにおけるボロン(B)の深さ分布を示し、「B」で示す曲線は、シリコン基板中に直接にボロンイオンを同じ条件で打ち込んだ場合に生じる深さ分布を示している。また「C」で示す曲線は、シリコン基板中に打ち込まれたリン(P)の深さ分布、従ってn型ウェル21N1,21N2中におけるリンの深さ分布を示している。 Referring to FIG. 3C, the vertical axis represents the concentration of the introduced impurity element, and the horizontal axis represents the penetration depth in microns. In FIG. 3C, the curve indicated by “A” indicates the boron (B) depth distribution in the p-type channel stopper region 21PW formed immediately below the STI structure 21I, and the curve indicated by “B” indicates the silicon substrate. It shows the depth distribution that occurs when boron ions are implanted directly under the same conditions. The curve indicated by “C” indicates the depth distribution of phosphorus (P) implanted into the silicon substrate, and hence the depth distribution of phosphorus in the n-type wells 21N 1 and 21N 2 .
図3Cの曲線「B」あるいは曲線「C」よりわかるように、結晶構造を有するシリコン基板中に直接に打ち込まれた場合、ボロンイオンやリンイオンはいわゆるチャネリングの結果、表面から約1μm、あるいはそれ以上の深さまで、高い濃度で分布しているのに対し、STI型の素子分離領域21Iを介して打ち込まれた場合、約0.5μmの深さを過ぎると濃度が急激に減少するのがわかる。すなわち、前記p型チャネルストッパ領域21PWの下端部の深さは、前記n型ウェル21N1,21N2の下端部よりも実質的に浅い位置に位置することになる。 As can be seen from curve “B” or curve “C” in FIG. 3C, when ions are directly implanted into a silicon substrate having a crystal structure, boron ions and phosphorus ions are about 1 μm or more from the surface as a result of so-called channeling. It can be seen that the concentration is distributed up to a depth of 1 mm, whereas when implanted through the STI-type element isolation region 21I, the concentration rapidly decreases after a depth of about 0.5 μm. That is, the depth of the lower end portion of the p-type channel stopper region 21PW is located at a position that is substantially shallower than the lower end portions of the n-type wells 21N 1 and 21N 2 .
その結果、前記図3A,3Bの構造のウェルを有する半導体装置では、図3Bに矢印で示すように、前記n型ウェル21N1,21N2の間には、前記p型チャネルストッパ領域21PWの下でリーク電流が発生しやすい問題が生じる。 As a result, in the semiconductor device having the well having the structure shown in FIGS. 3A and 3B, as indicated by an arrow in FIG. 3B, the n-type wells 21N 1 and 21N 2 are located under the p-type channel stopper region 21PW. This causes a problem that leakage current is likely to occur.
この問題を解決するには、シリコン基板21のうち、前記p型チャネルストッパ領域21PWより下の部分におけるアクセプタ濃度を増大させてリーク電流路を遮断すればよく、このため、前記図1Aの構成との類推から、図4に示すように前記シリコン基板21中、前記p型チャネルストッパ領域21PWの下方にp型の深いウェル21DPWを形成することが考えられる。 In order to solve this problem, the acceptor concentration in the portion of the silicon substrate 21 below the p-type channel stopper region 21PW may be increased to cut off the leakage current path. For this reason, the configuration of FIG. From this analogy, it can be considered that a p-type deep well 21DPW is formed in the silicon substrate 21 below the p-type channel stopper region 21PW as shown in FIG.
ところが、このような深いp型ウェル21DPWは、不純物濃度が減少しているn型ウェル21N1,21N2の下部にも形成されるが、その結果、図5(A),(B)に示すように、前記n型ウェル21N1,21N2の下部には、前記深いp型ウェル21DPWに対応してp型に変化した領域21p1,21p2が出現し、図4において破線で示した、前記n型ウェル21N1,21N2のうち、かかるp型領域21p1,21p2よりも深い部分がn型アイランド21n1,21n2となって孤立してしまう問題が生じる。なお図5(A)は、前記図4の断面におけるアクセプタの濃度分布を示し、図5(B)は、前記n型ウェル21N1あるいは21N2におけるリン、すなわちドナーと、ボロン、すなわちアクセプタの深さ方向への、図4中、線A−A’に沿った濃度分布を示している。図5(B)より、前記n型ウェル21N1あるいは21N2の下端部よりやや浅い、図4において破線で囲んだ部分においてボロンの濃度がリンの濃度を上回り、導電型がp型に変化しているのがわかる。図5(A)中、「NW」は前記n型ウェル21N1,21N2に対応し、「PW」は前記p型チャネルストッパ領域21PWに対応し、「DPW」は前記深いp型ウェル21DPWに対応する。 However, such a deep p-type well 21DPW is also formed below the n-type wells 21N 1 and 21N 2 where the impurity concentration is decreased. As a result, as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B). Thus, regions 21p 1 and 21p 2 that have changed to p-type corresponding to the deep p-type well 21DPW appear below the n-type wells 21N 1 and 21N 2 , and are indicated by broken lines in FIG. wherein among the n-type well 21N 1, 21N 2, problems such p-type region 21p 1, deeper than 21p 2 will be isolated in a n-type island 21n 1, 21n 2 occurs. 5A shows the concentration distribution of the acceptor in the cross section of FIG. 4, and FIG. 5B shows the depth of phosphorus in the n-type well 21N 1 or 21N 2 , that is, donor and boron, that is, the depth of acceptor. The density distribution along the line AA ′ in FIG. 4 in the vertical direction is shown. 5 from (B), the slightly shallower than the lower end portion of the n-type well 21N 1 or 21N 2, the concentration of boron exceeds the concentration of phosphorus in the portion surrounded by a broken line in FIG. 4, the conductivity type changes to the p-type I can see that In FIG. 5A, “NW” corresponds to the n-type wells 21N1, 21N2, “PW” corresponds to the p-type channel stopper region 21PW, and “DPW” corresponds to the deep p-type well 21DPW. .
このようなn型アイランドは、隣接する前記深いp型ウェル21DPWとの界面、さらにはp−型にドープされるのが一般的であるシリコン基板のp−型領域との界面においてpn接合を形成し、かかるpn接合に捕獲された電荷による、半導体装置の動作不安定の原因となる。 Such an n-type island forms a pn junction at the interface with the adjacent deep p-type well 21DPW, and further at the interface with the p-type region of the silicon substrate, which is generally doped p-type. In addition, the charge trapped in the pn junction causes unstable operation of the semiconductor device.
また、このように図4の構成では、前記n型ウェル21N1,21N2の深さが前記深いp型ウェル21DPWの形成により、当初の深さよりも減少してしまい、その結果、シート抵抗が増大する問題、あるいはかかる基板上にCMOS素子を形成した場合には、ラッチアップの問題も発生する。 Further, in the configuration of FIG. 4 as described above, the depth of the n-type wells 21N 1 and 21N 2 is reduced from the initial depth due to the formation of the deep p-type well 21DPW. As a result, the sheet resistance is reduced. When the CMOS element is formed on such a substrate that increases, a latch-up problem also occurs.
一の側面によれば半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された素子分離領域と、前記半導体基板中に、前記素子分離領域を挟んで形成され、第1の導電型の第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1および第2の不純物拡散領域と、前記半導体基板中、前記素子分離領域の下に形成された、前記第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の不純物元素を含み前記第2の導電型を有する第3の不純物拡散領域と、前記半導体基板中、前記第3の不純物拡散領域の下に形成され、前記第2の導電型の第3の不純物元素を含む第4の不純物拡散領域と、前記第1および第2の不純物拡散領域中、前記第4の不純物拡散領域の深さよりも浅く形成され、前記第1の不純物元素に加え前記第3の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分と、を有することを特徴とする。 According to one aspect, a semiconductor device is formed with a semiconductor substrate, an element isolation region formed in the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate sandwiching the element isolation region, and having a first conductivity type first. First and second impurity diffusion regions having the first conductivity type, and the first conductivity type opposite to the first conductivity type formed below the element isolation region in the semiconductor substrate. A third impurity diffusion region containing the second impurity element of the second conductivity type and having the second conductivity type; and formed in the semiconductor substrate under the third impurity diffusion region, A fourth impurity diffusion region containing a third impurity element of conductivity type, and the first and second impurity diffusion regions are formed to be shallower than a depth of the fourth impurity diffusion region; A first and a third impurity element in addition to the element; And having a second impurity diffusion region portion.
他の側面によれば半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、溝部を形成する工程と、前記溝部が形成された前記半導体基板の全面に、第1導電型の第1の不純物元素を導入し、前記溝部の下方で前記溝部よりも深い位置に、前記第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1の不純物拡散領域を形成し、同時に前記半導体基板中、前記溝部の第1の側、および前記第1の側と対向する第2の側に、前記第1の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分を、前記第1の不純物拡散領域よりも浅い位置で形成する工程と、前記溝部に絶縁膜を埋め込み、前記素子分離領域を形成する工程と、前記半導体基板上に、前記素子分離領域を露出する第1のマスクパターンを形成する工程と、前記第1のマスクパターンの形成工程の後、前記第1のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型の第2の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記第2の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第2の不純物拡散領域を形成する工程と、前記半導体基板上に前記素子分離領域を覆う第2のマスクパターンを形成する工程と、前記第2のマスクパターンの形成工程の後、前記第2のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型と逆の第2の導電型の第3の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記半導体基板中、前記素子分離領域の前記第1の側、および前記第2の側に、前記第3の不純物元素を含み、前記第2の導電型を有する第3および第4の不純物拡散領域を、それぞれ前記第1の不純物拡散領域部分および第2の不純物拡散領域部分に重畳して形成する工程と、を有することを特徴とする。 According to another aspect, a method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a groove on a semiconductor substrate, and introducing a first impurity element of a first conductivity type over the entire surface of the semiconductor substrate on which the groove is formed. And forming a first impurity diffusion region including the first impurity element and having the first conductivity type at a position deeper than the groove below the groove, and at the same time, in the semiconductor substrate, The first and second impurity diffusion region portions containing the first impurity element are shallower than the first impurity diffusion region on the first side and the second side opposite to the first side. Forming at a position; embedding an insulating film in the groove to form the element isolation region; forming a first mask pattern exposing the element isolation region on the semiconductor substrate; First mask pattern forming step Then, using the first mask pattern as a mask, a second impurity element of the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by an ion implantation method, and includes the second impurity element and includes the first conductivity type. After the step of forming a second impurity diffusion region having, a step of forming a second mask pattern covering the element isolation region on the semiconductor substrate, and a step of forming the second mask pattern. Using the mask pattern of 2 as a mask, a third impurity element having a second conductivity type opposite to the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by an ion implantation method, and the element isolation region is formed in the semiconductor substrate. The first and second impurity diffusion regions containing the third impurity element and having the second conductivity type on the first side and the second side are referred to as the first impurity diffusion region, respectively. Part and second failure And having a step of forming superimposed on objects diffusion region portion.
他の側面によれば半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、素子分離領域に対応した開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの形成工程の後、前記レジストパターンが形成された前記半導体基板の全面に、前記レジストパターンを介して第1導電型の第1の不純物元素を導入し、前記開口部の下方に、前記第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1の不純物拡散領域を形成し、同時に前記半導体基板中、前記溝部の第1の側、および前記第1の側と対向する第2の側に、前記第1の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分を、前記第1の不純物拡散領域よりも浅い位置で形成する工程と、前記半導体基板中、前記開口部に対応して溝部を形成する工程と、前記溝部に絶縁膜を埋め込み、前記素子分離領域を形成する工程と、前記半導体基板上に、前記素子分離領域を露出する第1のマスクパターンを形成する工程と、前記第1のマスクパターンの形成工程の後、前記第1のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型の第2の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記第2の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第2の不純物拡散領域を形成する工程と、前記半導体基板上に前記素子分離領域を覆う第2のマスクパターンを形成する工程と、前記第2のマスクパターン形成工程の後、前記第2のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型と逆の第2の導電型の第3の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記半導体基板中、前記素子分離領域の第1の側、および前記第1の側と反対の第2の側に、前記第3の不純物元素を含み、前記第2の導電型を有する第3および第4の不純物拡散領域を形成する工程と、を有することを特徴とする。 According to another aspect, a method for manufacturing a semiconductor device includes: forming a resist pattern having an opening corresponding to an element isolation region on a semiconductor substrate; and forming the resist pattern after the resist pattern forming step. A first impurity element of a first conductivity type is introduced to the entire surface of the semiconductor substrate through the resist pattern, and the first conductivity type includes the first impurity element below the opening. A first impurity diffusion region having the first impurity element on the first side of the trench and the second side opposite to the first side in the semiconductor substrate. Forming the first and second impurity diffusion regions at a position shallower than the first impurity diffusion region, forming a groove corresponding to the opening in the semiconductor substrate, and forming the groove in the groove Insulation film And after the step of forming the element isolation region, the step of forming a first mask pattern exposing the element isolation region on the semiconductor substrate, and the step of forming the first mask pattern, Using the first mask pattern as a mask, a second impurity element of the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by an ion implantation method, and includes the second impurity element and the first conductivity type. The second mask pattern after the step of forming the second impurity diffusion region, the step of forming the second mask pattern covering the element isolation region on the semiconductor substrate, and the step of forming the second mask pattern. As a mask, a third impurity element of the second conductivity type opposite to the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by ion implantation, and the first side of the element isolation region in the semiconductor substrate is introduced. , And forming a third impurity diffusion region containing the third impurity element and having the second conductivity type on the second side opposite to the first side. It is characterized by.
本発明によれば、素子分離領域を挟んで隣接する一導電型の一対の拡散領域間に生じるリーク電流の発生を、前記素子分離領域直下の浅い電流経路についても、また前記一対の拡散領域の下端部どうしの間を結ぶ深い電流経路についても、また前記浅い領域と深い領域の中間の深さの電流経路についても、効果的に抑制することが可能となる。 According to the present invention, the occurrence of a leakage current between a pair of diffusion regions of one conductivity type adjacent to each other with the element isolation region interposed therebetween can be caused in a shallow current path immediately below the element isolation region and also between the pair of diffusion regions. It is possible to effectively suppress a deep current path connecting the lower end portions and a current path having a depth intermediate between the shallow region and the deep region.
[第1の実施形態]
図6Aおよび図6Bは、第1の実施形態による半導体装置の構成を示す断面図である。ただし図6Bは図6A中、破線で囲んだ部分の拡大断面図になっている。
[First Embodiment]
6A and 6B are cross-sectional views illustrating the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. However, FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 6A.
図6Aを参照するに、p−型のシリコン基板41中には、第1のn型ウェル41N1と第2のn型ウェル41N2を含むn型ウェル、すなわちn型拡散領域41Nが、STI型の素子分離領域41Iにより隔てられて形成されており、図6Bの拡大図に示すように、前記素子分離領域41Iの直下には、p型拡散領域よりなるチャネルストッパ領域41PWが形成されている。 Referring to FIG 6A, during p- type silicon substrate 41, n-type well including a first n-type well 41N 1 the second n-type well 41N 2, that is, n-type diffusion region 41N, STI As shown in the enlarged view of FIG. 6B, a channel stopper region 41PW made of a p-type diffusion region is formed immediately below the device isolation region 41I. .
さらに図6Bの構造では、前記シリコン基板41の表面から見て前記p型チャネルストッパ領域41PWの下方の、前記n型ウェル41N1,41N2の下端部近傍に、別のp型拡散領域よりなる深いp型ウェル41DPWが、下端部を前記n型ウェル41N1,41N2の下端部に略一致させて形成されており、さらに前記n型ウェル41N1,41N2には、前記シリコン基板41の表面から見て前記p型チャネルストッパ領域41PWと前記深いp型ウェル41DPWの中間の深さに、ボロンイオンなどのアクセプタイオンをイオン注入することにより、電子濃度の減少したn−型領域41n1,41n2が形成されている。 Further, in the structure of FIG. 6B, a deep region formed by another p-type diffusion region in the vicinity of the lower ends of the n-type wells 41N 1 and 41N2 below the p-type channel stopper region 41PW when viewed from the surface of the silicon substrate 41. A p-type well 41DPW is formed so that the lower end thereof substantially coincides with the lower ends of the n-type wells 41N 1 and 41N 2 , and the n-type wells 41N1 and 41N2 are seen from the surface of the silicon substrate 41. As a result, by implanting acceptor ions such as boron ions into the intermediate depth between the p-type channel stopper region 41PW and the deep p-type well 41DPW, the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 having reduced electron concentration are formed. Is formed.
図7(A)は、前記図6Bの断面構造におけるBの濃度分布を示し、図7(B)は前記図7(A)中、線B−B’およびC−C’に沿ったボロンおよびリンのシミュレーション
により抽出した分布プロファイルを示す。
FIG. 7A shows the concentration distribution of B in the cross-sectional structure of FIG. 6B. FIG. 7B shows the boron concentration along the lines BB ′ and CC ′ in FIG. The distribution profile extracted by the phosphorus simulation is shown.
図7(A)を参照するに、ボロンイオンは前記p型チャネルストッパ領域41PWと、その下方の深いpウェル41DPWにおいて濃度のピークが現れるようにイオン注入されており、また前記n−型領域41n1,41n2においてもピークが現れるようにイオン注入されている。 Referring to FIG. 7A, boron ions are ion-implanted so that a concentration peak appears in the p-type channel stopper region 41PW and a deep p-well 41DPW below the p-type channel stopper region 41PW, and the n − -type region 41n. 1 and 41n 2 are also ion-implanted so that a peak appears.
図7(B)を参照するに、前記B−B’断面で見ると、前記素子分離領域41Iの直下のp型チャネルストッパ領域41PWおよび深いp型ウェル41DPWにおいてボロンの濃度ピークが、上下に離間して出現していることがわかる。 Referring to FIG. 7B, when viewed in the BB ′ cross section, the boron concentration peak is vertically separated in the p-type channel stopper region 41PW and the deep p-type well 41DPW immediately below the element isolation region 41I. You can see that it has appeared.
一方、図7(B)より、前記C−C’断面で見ると、前記p型チャネルストッパ領域41PWの深さと略一致する深さに、リンの濃度ピークが生じており、リンの濃度は、前記シリコン基板41の表面からの深さが増大するにつれて減少するが、前記図6Bのn−型領域41n1,41n2に対応して、ボロン濃度のピークが生じていることがわかる。しかし、前記n−型領域41n1,41n2では、ボロンの濃度がリンの濃度を上回ることはなく、前記n型ウェル41N1,41N2は、その深さ方向の全域にわたり、n型を維持している。 On the other hand, from FIG. 7B, when viewed in the CC ′ cross section, a phosphorus concentration peak occurs at a depth substantially coincident with the depth of the p-type channel stopper region 41PW. Although it decreases as the depth from the surface of the silicon substrate 41 increases, it can be seen that peaks of boron concentration occur corresponding to the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 in FIG. 6B. However, in the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 , the boron concentration does not exceed the phosphorus concentration, and the n-type wells 41N 1 and 41N 2 maintain the n-type throughout the entire depth direction. is doing.
図7(B)より、前記n型ウェル41N1,41N2のうち、前記n−型領域41n1,41n2の上端と接する部分は、図7(B)中、線Iで示した位置において1.5×1017cm-3から4.0×1017cm-3、典型的には約2.5×1017cm-3の電子濃度を有するのに対し、線IIで示す、前記n−型領域41n1,41n2中の部分においては、より小さい、2.0×1016cm-3から6.0×1016cm-3、典型的には4.5×1016cm-3の電子濃度が実現されているのがわかる。 7B, the portions of the n-type wells 41N 1 and 41N 2 that are in contact with the upper ends of the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 are located at the positions indicated by the line I in FIG. 7B. While having an electron concentration of 1.5 × 10 17 cm −3 to 4.0 × 10 17 cm −3 , typically about 2.5 × 10 17 cm −3 , the n -In the portions in the mold regions 41n 1 and 41n 2 are smaller, 2.0 × 10 16 cm −3 to 6.0 × 10 16 cm −3 , typically 4.5 × 10 16 cm −3. It can be seen that the electron concentration is realized.
図8は、前記図7(A)中、線D−D’に沿ったボロンおよびリンの水平方向への分布を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the horizontal distribution of boron and phosphorus along line D-D ′ in FIG. 7A.
図8を参照するに、従来は前記n−型領域41n1,41n2にボロンを導入することをしていなかったため、ボロンの水平方向への濃度分布は、前記素子分離領域41I直下の部分から外れると急激に減少していたのに対し(図中「従来技術」)、本実施形態では、前記素子分離領域41I直下の部分から水平方向に外れても、ボロンの比較的高い濃度が維持されることがわかる。 Referring to FIG. 8, conventionally, boron has not been introduced into the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 , so the concentration distribution of boron in the horizontal direction is from the portion immediately below the element isolation region 41I. In contrast to the sudden decrease when it is removed (“Prior Art” in the figure), in this embodiment, even if the element is separated from the portion immediately below the element isolation region 41I in the horizontal direction, a relatively high concentration of boron is maintained. I understand that
図6(A),(B)の構成では、前記線D−D’に沿ったリンの分布は従来と同じである。このため、図6(A),(B)の構成では、ドナー濃度とアクセプタ濃度の差として表される電子濃度が、前記n−型領域41n1,41n2においては、従来技術の場合に比べ、大きく減少し、その結果、前記n−型領域41n1,41n2においては抵抗値が、従来技術に比べ、増大している。 6A and 6B, the phosphorus distribution along the line DD ′ is the same as the conventional one. 6A and 6B, the electron concentration expressed as the difference between the donor concentration and the acceptor concentration is higher in the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 than in the prior art. As a result, the resistance values in the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 are increased as compared with the prior art.
その結果、図9に概略的に示すように、前記素子分離領域41I直下の電流路Aに沿ったn型ウェル41N1,41N2間のリーク電流は、前記p型チャネルストッパ領域41PWにより遮断され、また深い電流路Bに沿って前記nウェル41N1,41N2の下端部の間を流れるリーク電流は、前記深いp型ウェル41DPWにより遮断され、さらに中間の深さにおいて電流路Cに沿って流れるリーク電流は、前記n−型領域41n1,41n2の抵抗増加により抑制される。 As a result, as schematically shown in FIG. 9, the leakage current between the n-type wells 41N 1 and 41N 2 along the current path A immediately below the element isolation region 41I is blocked by the p-type channel stopper region 41PW. Further, the leakage current flowing between the lower ends of the n wells 41N 1 and 41N 2 along the deep current path B is blocked by the deep p-type well 41DPW, and further along the current path C at an intermediate depth. The flowing leakage current is suppressed by the increase in resistance of the n − -type regions 41n 1 and 41n 2 .
またかかる構成では、前記n型ウェル41N1,41N2下端部が孤立したアイランドを形成することはなく、このため捕獲された電荷により半導体装置の動作が不安定になる問題は生じない。さらに前記n型ウェル41N1,41N2は、その下端部までn型を維持しているため、シート抵抗が増大する問題も生じない。 In such a configuration, the lower ends of the n-type wells 41N 1 and 41N 2 do not form an isolated island, so that the problem that the operation of the semiconductor device becomes unstable due to the trapped charges does not occur. Further, since the n-type wells 41N 1 and 41N 2 maintain the n-type up to the lower end portions thereof, there is no problem that the sheet resistance increases.
図10A〜図10Fは、前記図6(A),6(B)の構造の形成方法を示す図である。 10A to 10F are views showing a method of forming the structure shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B).
図10Aを参照するに、前記シリコン基板41の表面には、厚さが10nmの熱酸化膜よりなるパッド酸化膜41oxを介して厚さが112nmのSiN研磨ストッパ膜41snが形成されており、前記SiN研磨ストッパ膜41sn上には、前記シリコン基板41表面のうち、前記素子分離領域41Iの形成予定領域を露出する開口部R1Aを有するレジスト膜R1が形成されている。 Referring to FIG. 10A, a SiN polishing stopper film 41 sn having a thickness of 112 nm is formed on the surface of the silicon substrate 41 via a pad oxide film 41 ox made of a thermal oxide film having a thickness of 10 nm. on SiN polishing stopper film 41Sn, wherein in the silicon substrate 41 surface, the resist film R 1 having an opening R1A exposing a formation region of the isolation region 41I is formed.
次に図10Bの工程において前記レジストパターンR1をマスクに前記SiN研磨ストッパ膜41snおよびその下のパッド酸化膜41oxがパターニングされ、前記SiN研磨ストッパ膜41snおよびその下のパッド酸化膜41oxには、前記レジスト開口部R1Aに対応して、前記シリコン基板41の表面のうち前記素子分離領域41Iの形成予定領域を露出する開口部41SNOが形成される。 Then the resist pattern the SiN polishing stopper film R 1 as a mask 41sn and the pad oxide film 41ox thereunder in the step of FIG. 10B is patterned, the SiN polishing stopper film 41sn and the pad oxide film 41ox thereunder, Corresponding to the resist opening R1A, an opening 41SNO is formed to expose a region where the element isolation region 41I is to be formed in the surface of the silicon substrate 41.
さらに図10Cの工程において前記シリコン基板41を、前記SiN研磨ストッパ膜41snをマスクにRIE法により、例えば0.4μmの幅で280nmの深さまでドライエッチングし、前記シリコン基板41中に、前記開口部41SNOに対応して素子分離溝41Tを形成する。 Further, in the step of FIG. 10C, the silicon substrate 41 is dry-etched to a depth of 280 nm, for example, with a width of 0.4 μm by the RIE method using the SiN polishing stopper film 41 sn as a mask, and the openings are formed in the silicon substrate 41. An element isolation trench 41T is formed corresponding to 41SNO.
次に図10Dの工程において前記SiN膜41snおよびパッド酸化膜41oxを介して前記素子分離溝41Tの下方、例えば前記シリコン基板41の表面から1.1〜1.4μmの深さにボロンの濃度ピークが現れるように、ボロンを例えば250keVの加速電圧下、2×1012cm-2のドーズ量、チルト角0°で、前記シリコン基板41の全面にイオン注入し、前記p型の深いウェル41DPWを形成する。この場合、前記p型の深いウェル41DPWにおけるボロンのピーク濃度は、例えば3.3×1016cm-3程度となる。 Next, in the step of FIG. 10D, the boron concentration peak is below the element isolation trench 41T, for example, at a depth of 1.1 to 1.4 μm from the surface of the silicon substrate 41 through the SiN film 41sn and the pad oxide film 41ox. So that boron is ion-implanted into the entire surface of the silicon substrate 41 under an acceleration voltage of 250 keV, for example, at a dose of 2 × 10 12 cm −2 and a tilt angle of 0 °, the p-type deep well 41DPW is formed. Form. In this case, the peak concentration of boron in the p-type deep well 41DPW is, for example, about 3.3 × 10 16 cm −3 .
同時に、前記図10Dの工程により、前記素子分離領域41Iの両側の前記n型ウェル41NW1,41NW2の形成予定領域にもボロンが導入され、その結果、前記p型の深いウェル41DPWの濃度ピークが現れる深さよりも浅い、前記シリコン基板41の表面から例えば0.4μmの深さに例えば4.5×1016cm-3のピーク濃度を有するボロン導入領域41B1,41B2が、前記n−型領域41n1,41n2に対応して形成される。 At the same time, by the process of FIG. 10D, boron is also introduced into the formation regions of the n-type wells 41NW 1 and 41NW 2 on both sides of the element isolation region 41I. As a result, the concentration peak of the p-type deep well 41DPW Boron introduction regions 41B 1 and 41B 2 having a peak concentration of, for example, 4.5 × 10 16 cm −3 at a depth of 0.4 μm, for example, from the surface of the silicon substrate 41, which is shallower than the depth at which n appears, Formed corresponding to the mold regions 41n 1 and 41n 2 .
次に図10Eの工程において前記素子分離溝41Tがシリコン酸化膜により充填され、さらに前記シリコン基板41上の余計なシリコン酸化膜が、前記SiN研磨ストッパ膜41snをストッパとした化学機械研磨(CMP)法により除去され、さらに前記SiN研磨ストッパ膜41snおよびその下のパッド酸化膜41oxが除去される。その結果、前記素子分離溝41Tを素子分離酸化膜で充填したシャロートレンチアイソレーション構造の素子分離領域41Iが形成される。図10Eの構造では、前記素子分離溝41Tを充填する素子分離酸化膜は、前記シリコン基板41の上方に多少突出するが、図10Eでは、突出部の図示は省略する。 Next, in the step of FIG. 10E, the element isolation trench 41T is filled with a silicon oxide film, and an extra silicon oxide film on the silicon substrate 41 is further subjected to chemical mechanical polishing (CMP) using the SiN polishing stopper film 41sn as a stopper. Then, the SiN polishing stopper film 41 sn and the pad oxide film 41 ox therebelow are removed. As a result, an element isolation region 41I having a shallow trench isolation structure in which the element isolation trench 41T is filled with an element isolation oxide film is formed. In the structure of FIG. 10E, the element isolation oxide film filling the element isolation trench 41T slightly protrudes above the silicon substrate 41, but the protrusion is not shown in FIG. 10E.
次に図10Fの工程において、前記素子分離領域41Iを露出するレジスト開口部R2Aを有するレジスト膜R2が前記シリコン基板41上に形成され、前記レジスト膜R2をマスクにボロンを、前記素子分離領域41Iの直下で、前記シリコン基板41の表面から約0.5μmの深さにボロンの濃度ピークが現れるように、例えば150keVの加速電圧下、3×1013cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入することにより、前記素子分離領域41Iの直下に前記p型チャネルストッパ領域41PWを形成する。この場合、前記p型チャネルストッパ領域41PWにおけるボロンのピーク濃度は、例えば1.5×1018cm-3程度となる。 Next, in the step of FIG. 10F, the resist film R 2 having the resist opening R 2A exposing the device isolation region 41I is formed on the silicon substrate 41, the boron the resist film R 2 as a mask, the element For example, under an acceleration voltage of 150 keV, a dose of 3 × 10 13 cm −2 and a tilt so that a boron concentration peak appears at a depth of about 0.5 μm from the surface of the silicon substrate 41 immediately below the isolation region 41I. By ion implantation at an angle of 0 °, the p-type channel stopper region 41PW is formed immediately below the element isolation region 41I. In this case, the peak concentration of boron in the p-type channel stopper region 41PW is, for example, about 1.5 × 10 18 cm −3 .
さらに前記図10Fの工程の後、図10Gの工程において前記素子分離領域41IをレジストパターンR3により保護し、リンイオンを例えば360keVの加速電圧下、3×1013cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入することにより、前記シリコン基板41のうち、前記素子分離領域41Iの両側がn型にドープされ、これに伴い、前記ボロン導入領域41B1,41B2がn−型の導電型に変化する。この場合、前記n型ウェル41NW1,41NW2においてリンの濃度ピークは、前記シリコン基板41の表面から0.5μmの深さに出現し、その際のリンのピーク濃度は、6×1017cm-3程度となる。 Furthermore after the Figure 10F step, protected by the resist pattern R 3 the device isolation region 41I in the step of FIG. 10G, under the acceleration voltage of the phosphorous ions example 360 keV, a dose amount of 3 × 10 13 cm -2, tilt angle By implanting ions at 0 °, both sides of the element isolation region 41I in the silicon substrate 41 are doped n-type, and accordingly, the boron introduction regions 41B 1 and 41B 2 are n-type conductivity type. To change. In this case, the phosphorus concentration peak in the n-type wells 41NW1 and 41NW2 appears at a depth of 0.5 μm from the surface of the silicon substrate 41, and the peak concentration of phosphorus at that time is 6 × 10 17 cm −3. It will be about.
図11は、このようにして形成された前記図6(A),(B)の構造における前記n型ウェル41NW1,41NW2の間に生じるリーク電流を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing a leakage current generated between the n-type wells 41NW 1 and 41NW 2 in the structure of FIGS. 6A and 6B formed as described above.
図11中、「本実施形態技術」で示した曲線は、前記図6(A),(B)の構造において、前記シリコン基板41の電位を0Vに維持し、前記n型ウェル41NW1に0Vの電圧を印加し、前記n型ウェル41NW2に印加される電圧を0〜10Vの範囲で変化させた場合の、前記n型ウェル41NW1とn型ウェル41NW2との間のリーク電流を示す。ただし上記リーク電流は、前記シリコン基板41として比抵抗が10Ωcmのp型シリコン基板を使った場合についてのものである。また図11の実験では、前記素子分離溝41Tの幅は、底部において0.4μm、上部において0.68μmとしている。 In FIG. 11, the curve indicated by “technology of the present embodiment” indicates that the potential of the silicon substrate 41 is maintained at 0V in the structure of FIGS. 6A and 6B, and 0 V is applied to the n-type well 41 NW 1 . the voltage is applied, when a voltage applied to the n-type well 41NW 2 was varied in the range of 0 to 10V, showing the leakage current between the n-type well 41NW 1 and n-type well 41NW 2 . However, the leak current is for the case where a p-type silicon substrate having a specific resistance of 10 Ωcm is used as the silicon substrate 41. In the experiment of FIG. 11, the width of the element isolation trench 41T is 0.4 μm at the bottom and 0.68 μm at the top.
図11には、他に比較例として、先に図4で説明した、シリコン基板21中にp型の深いウェル21DPWを形成した構造についてのリーク電流の測定結果(「比較例1」)、および図12に示すように前記図4の構成において前記p型の深いウェル21DPWの形成を素子分離領域21Iの直下に限定した構造についてのリーク電流の測定結果(「比較例2」)が示されている。ただし前記比較例1では前記シリコン基板21中にボロンイオンを500keVの加速電圧下、2×1012cm-2のドーズ量、チルト角0°でブランケット注入を行い、前記p型の深いウェル21DPWを形成している。また前記比較例2では、前記素子分離領域21Iの素子分離溝の形成後、前記素子分離溝の直下の部分にのみボロンイオンを、250keVの加速電圧下、2×1012cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入している。 FIG. 11 shows, as another comparative example, a leakage current measurement result (“Comparative Example 1”) for a structure in which the p-type deep well 21DPW is formed in the silicon substrate 21 described above with reference to FIG. As shown in FIG. 12, the measurement result of leak current (“Comparative Example 2”) is shown for the structure in which the formation of the p-type deep well 21DPW is limited to just below the element isolation region 21I in the configuration of FIG. Yes. In Comparative Example 1, however, boron ions are implanted into the silicon substrate 21 under an acceleration voltage of 500 keV at a dose of 2 × 10 12 cm −2 and a tilt angle of 0 °, and the p-type deep well 21DPW is formed. Forming. In Comparative Example 2, after the formation of the element isolation groove in the element isolation region 21I, boron ions are applied only to the portion immediately below the element isolation groove under an acceleration voltage of 250 keV and a dose amount of 2 × 10 12 cm −2 . The ions are implanted at a tilt angle of 0 °.
その他の条件は、「本実施形態技術」、「比較例1」、「比較例2」で共通である。例えば前記シリコン基板21,41としては比抵抗が10Ωのp型シリコン基板を使っており、前記素子分離領域21Iあるいは41Iにおいて素子分離溝は280nmの深さに形成しており、p型チャネルストッパ領域21PWあるいは41PWはボロンイオンを150keVの加速電圧下、3×1013cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入して形成しており、またn型ウェル21NW1,21NW2、およびn型ウェル41NW1,41NW2は、リンイオンを360keVの加速電圧か、3×1013cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入して形成している。また熱処理など他のプロセス条件も同一としている。 Other conditions are common to the “technology of the present embodiment”, “Comparative Example 1”, and “Comparative Example 2”. For example, a p-type silicon substrate having a specific resistance of 10Ω is used as the silicon substrates 21 and 41. In the element isolation region 21I or 41I, an element isolation groove is formed to a depth of 280 nm, and a p-type channel stopper region is formed. 21PW or 41PW is formed by implanting boron ions with an acceleration voltage of 150 keV and a dose of 3 × 10 13 cm −2 at a tilt angle of 0 °, and n-type wells 21NW 1 , 21NW 2 , and n The mold wells 41NW 1 and 41NW 2 are formed by implanting phosphorus ions at an acceleration voltage of 360 keV or a dose of 3 × 10 13 cm −2 and a tilt angle of 0 °. Also, other process conditions such as heat treatment are the same.
図11を参照するに、「本実施形態技術」によれば、前記n型ウェル21NW2あるいは41NW2への印加電圧が少なくとも0.00Vから3.50Vの範囲において、「従来技術1」、「従来技術2」のいずれよりもリーク電流を低減できることがわかる。 Referring to FIG. 11, according to the “present embodiment technique”, when the applied voltage to the n-type well 21 NW 2 or 41 NW 2 is at least in the range of 0.00 V to 3.50 V, the “prior art 1”, “ It can be seen that the leakage current can be reduced more than any of the “prior art 2”.
図13A,13Bは、本実施形態の一変形例を示す。 13A and 13B show a modification of the present embodiment.
本変形例においては、図13Aに示すように、前記図10Cの工程に対応して前記シリコン基板41中の素子分離溝41Tを形成した後、図13Bに示すように前記SiN膜41snを除去し、前記パッド酸化膜41oxのみを介してボロンイオンをイオン注入し、前記p型が他の深いウェル41DPWおよびボロン導入領域41B1,41B2を形成する。以後の工程は、図10E〜図10Gの実施形態と同じである。本変形例では、前記ボロン導入領域41B1,41B2は、前記SiN膜41snが存在しないため、前記図10Dの工程におけるよりもやや深く形成され、ボロンの濃度ピークは前記シリコン基板41の表面から約0.7μm程度の深さに形成される。 In this modified example, as shown in FIG. 13A, after forming the element isolation trench 41T in the silicon substrate 41 corresponding to the step of FIG. 10C, the SiN film 41sn is removed as shown in FIG. 13B. Then, boron ions are ion-implanted only through the pad oxide film 41ox to form the other deep well 41DPW and boron introduction regions 41B 1 and 41B 2 for the p-type. The subsequent steps are the same as those in the embodiment of FIGS. 10E to 10G. In this modification, the boron introduction regions 41B 1 and 41B 2 are formed slightly deeper than in the process of FIG. 10D because the SiN film 41sn does not exist, and the boron concentration peak is from the surface of the silicon substrate 41. It is formed to a depth of about 0.7 μm.
再び図10Gに戻って、このようにして形成されたn型ウェル41N1,41N2は、前記シリコン基板41上に形成されるpチャネルMOSトランジスタの素子領域を構成する。 Returning to FIG. 10G again, the n-type wells 41N 1 and 41N 2 formed in this way constitute an element region of a p-channel MOS transistor formed on the silicon substrate 41.
そこで前記図10Gの工程の後、図10Hに示すように前記n型ウェル41N1,41N2の表面にヒ素イオンを60keVの加速電圧下、2×1013cm-2のドーズ量、チルト角7°でイオン注入し、前記n型ウェル41N1,41N2の表面にチャネルドープ領域41ch1,41ch2をそれぞれ形成する。この場合、例えば図14に示すように、前記n型ウェル41N1,41N2の表面から約30nmの深さにヒ素の濃度ピークが、4.3×1018cm-3のピーク濃度で出現する。ただし本発明は、かかる特定のヒ素の濃度分布に限定されるものではない。 Therefore, after the step of FIG. 10G, as shown in FIG. 10H, arsenic ions are applied to the surfaces of the n-type wells 41N 1 and 41N 2 under an acceleration voltage of 60 keV and a dose amount of 2 × 10 13 cm −2 and a tilt angle of 7 ° in ions are implanted to form the n-type well 41N 1, the surface of 41N 2 doped channel region 41CH 1, 41CH 2 respectively. In this case, for example, as shown in FIG. 14, an arsenic concentration peak appears at a depth of about 30 nm from the surface of the n-type wells 41N 1 and 41N 2 at a peak concentration of 4.3 × 10 18 cm −3. . However, the present invention is not limited to such a specific arsenic concentration distribution.
さらに図10Hの工程では、図示はしないが前記シリコン基板41の全体を1000℃の温度で10秒間急速熱処理(RTA)し、シリコン基板41中に導入されている不純物元素を活性化する。 Further, in the step of FIG. 10H, although not shown, the entire silicon substrate 41 is rapidly heat-treated (RTA) for 10 seconds at a temperature of 1000 ° C. to activate the impurity element introduced into the silicon substrate 41.
さらに図10Iに示すように前記n型ウェル41N1,41N2の表面に熱酸化処理あるいはプラズマ酸化処理によりゲート絶縁膜となる誘電体膜42を例えば1.6nmの膜厚に形成し、さらに前記誘電体膜42上に、ゲート電極となるポリシリコン膜43を600℃でのCVD法により、例えば105nmの膜厚に堆積する。 Further, as shown in FIG. 10I, a dielectric film 42 serving as a gate insulating film is formed on the surface of the n-type wells 41N 1 and 41N 2 by thermal oxidation or plasma oxidation to a thickness of 1.6 nm, for example. A polysilicon film 43 serving as a gate electrode is deposited on the dielectric film 42 by a CVD method at 600 ° C. to a film thickness of, for example, 105 nm.
さらに前記ポリシリコン膜43をレジストプロセスによりパターニングすることにより、図10Jに示すように前記n型ウェル41NW1の表面にポリシリコンゲート電極43G1が、また同時に前記n型ウェル41NW2の表面には、ポリシリコンゲート電極43G2が、前記誘電体膜42を介して形成される。 Furthermore patterned by the polysilicon film 43 using the resist process, the n-type well 41NW polysilicon gate electrode 43G 1 on the surface of the 1, and simultaneously the n-type well 41NW 2 surface as shown in FIG. 10J , polysilicon gate electrode 43G 2 are formed through the dielectric film 42.
さらに図10Jの工程では、前記シリコン基板41の全体を950℃の温度で5秒間急速熱処理した後、前記n型ウェル41NW1および41NW2中に、前記ポリシリコンゲート電極43G1,43G2をマスクとしてヒ素イオンを60keVの加速電圧下、5×1012cm-2のドーズ量、28°のチルト角でポケット注入し、前記n型ウェル41N1においてはn型のポケット注入領域41pk1を前記ゲート電極413G1の両側に、また前記n型ウェル41N2においてはn型のポケット注入領域41pk2を前記ゲート電極413G2の両側に形成する。 Further, in the step of FIG. 10J, the entire silicon substrate 41 is rapidly heat-treated at a temperature of 950 ° C. for 5 seconds, and then arsenic is used in the n-type wells 41NW1 and 41NW2 using the polysilicon gate electrodes 43G 1 and 43G 2 as a mask. Ions are pocket-implanted under an acceleration voltage of 60 keV at a dose of 5 × 10 12 cm −2 and a tilt angle of 28 °, and in the n-type well 41N 1 , the n-type pocket implantation region 41pk 1 is formed as the gate electrode 413G. 1 and on the n-type well 41N 2 , n-type pocket implantation regions 41pk 2 are formed on both sides of the gate electrode 413G 2 .
さらに前記図10Jの構造上に前記ポリシリコンゲート電極43G1,43G2を覆うようにシリコン酸化膜をプラズマCVD法により520°の基板温度にて例えば15nmの膜厚に形成した後、これを基板面に略垂直方向にエッチバックし、図10Kに示すように、前記ゲート電極43G1の両側壁面に、膜厚が約12nmの薄い側壁酸化膜43w1を、また前記ゲート電極43G2の両側壁面に、膜厚が約12nmの薄い側壁酸化膜43w2を形成する。 Further, a silicon oxide film is formed on the structure of FIG. 10J so as to cover the polysilicon gate electrodes 43G 1 and 43G 2 by a plasma CVD method at a substrate temperature of 520 °, for example, to a thickness of 15 nm. etched back in a direction substantially perpendicular to the plane, as shown in FIG. 10K, the both sides walls of the gate electrodes 43G 1, the film thickness is thin sidewall oxide films 43 w 1 of approximately 12 nm, also both sidewall surfaces of the gate electrode 43G 2 the film thickness to form a sidewall oxide film 43 w 2 thin about 12 nm.
さらに前記図10Kの工程では、前記シリコン基板41中に前記ゲート電極43G1,43G2、および側壁酸化膜43w1,43w2をマスクにボロンイオンを例えば0.6keVの加速電圧下、3×1014cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入し、前記n型ウェル41N1中、前記ゲート電極43G1直下のチャネル領域に対して前記側壁絶縁膜43w1の外側に、p型のソースエクステンション領域41aおよびドレインエクステンション領域41bを形成する。同様に、前記n型ウェル41N2中、前記ゲート電極43G2直下のチャネル領域に対して前記側壁絶縁膜43w2の外側に、p型のソースエクステンション領域41cおよびドレインエクステンション領域41dがそれぞれ形成される。 Further, in the step of FIG. 10K, boron ions are used in the silicon substrate 41 with an acceleration voltage of 0.6 keV, for example, 3 × 10 4 using the gate electrodes 43G 1 and 43G 2 and the sidewall oxide films 43w 1 and 43w 2 as a mask. dose of 14 cm -2, and ion implantation with a tilt angle of 0 °, in the n-type well 41N 1, the outer sides of the sidewall insulating film 43 w 1 with respect to the channel region right underneath the gate electrode 43G 1, p-type A source extension region 41a and a drain extension region 41b are formed. Similarly, in the n-type well 41N 2, outer sides of the sidewall insulating film 43 w 2 with respect to the channel region right underneath the gate electrode 43G 2, p-type source extension region 41c and a drain extension region 41d are respectively formed .
さらに図10Lの工程において前記図10Kの構造上に前記ポリシリコンゲート電極43G1,43G2をそれぞれの側壁酸化膜43w1,43w2を介して覆うようにシリコン酸化膜をプラズマCVD法により520°の基板温度にて例えば70nmの膜厚に形成した後、これを基板面に略垂直方向にエッチバックし、図10Lに示すように、前記ゲート電極43G1の両側壁面に、前記側壁酸化膜43w1を介して膜厚が約68nmの厚い側壁酸化膜43W1を、また前記ゲート電極43G2の両側壁面に、膜厚が約68nmの厚い側壁酸化膜43W2を形成する。 Further, in the step of FIG. 10L, the silicon oxide film is formed by a plasma CVD method at 520 ° so as to cover the polysilicon gate electrodes 43G 1 and 43G 2 via the side wall oxide films 43w 1 and 43w 2 on the structure of FIG. after forming at the substrate temperature for example to a thickness of 70nm, and which is etched back in a direction substantially perpendicular to the substrate surface, as shown in FIG. 10L, to respective sidewalls of the gate electrode 43G 1, wherein the side wall oxide film 43w a thick sidewall oxide films 43W 1 film thickness of approximately 68nm through 1, also on both sidewall surfaces of the gate electrode 43G 2, film thickness to form a sidewall oxide film 43W 2 thick about 68nm.
さらに図10Lの工程では、前記ゲート電極43G1,43G2および側壁酸化膜43W1,43W2をマスクとしてボロンイオンを、はじめに8keVの加速電圧下、1×1013cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入し、さらに4keVの加速電圧下、6×1015cm-2のドーズ量、チルト角0°でイオン注入し、前記n型ウェル41N1においては前記ゲート電極43G1直下のチャネル領域から見て前記側壁酸化膜41W1の外側に、p型のソース領域41eおよびドレイン領域41fを、それぞれ形成する。同様に前記n型ウェル41N2においては前記ゲート電極43G2直下のチャネル領域から見て前記側壁酸化膜41W2の外側に、p型のソース領域41gおよびドレイン領域41hを、それぞれ形成する。 Further, in the step of FIG. 10L, boron ions are first masked with an acceleration voltage of 8 keV, a dose of 1 × 10 13 cm −2 , and tilt using the gate electrodes 43G 1 and 43G 2 and the sidewall oxide films 43W 1 and 43W 2 as a mask. angle 0 is ion-implanted in °, further under the acceleration voltage of 4 keV, the dose amount of 6 × 10 15 cm -2, and ion implantation with a tilt angle of 0 °, right underneath the gate electrode 43G 1 in the n-type well 41N 1 outside the viewed from the channel region sidewall oxide films 41W 1, the p-type source region 41e and the drain region 41f, are formed respectively. Similarly, in the n-type well 41N 2 on the outside of the sidewall oxide films 41W 2 as viewed from the channel region right underneath the gate electrode 43G 2, a p-type source region 41g and the drain region 41h, are formed respectively.
さらに前記図10Lの工程では、イオン注入工程の後、前記シリコン基板41を1025°の温度で1秒間急速熱処理し、これにより、導入されたボロンを活性化する。 Further, in the step of FIG. 10L, after the ion implantation step, the silicon substrate 41 is rapidly heat-treated at a temperature of 1025 ° C. for 1 second, thereby activating the introduced boron.
次に図10Mの工程において、前記ゲート電極43G1,43G2,ソース領域41eおよびドレイン領域41f、さらにソース領域41gおよびドレイン領域41hの表面に、サリサイド法により、例えばコバルトシリサイド膜44を形成し、さらに図10Nの工程において、前記図10Mの構造上にSiN膜45をコンタクトストッパとして、プラズマCVD法により例えば600℃の温度で約80nmの膜厚に形成し、さらに図10Oの工程において前記図10Nの構造上に非ドープシリカガラス膜およびTEOS酸化膜を積層した構造の絶縁膜46を形成し、さらに前記絶縁膜46中に前記ソース領域41e、ドレイン領域41f、ソース領域41gおよびドレイン領域41hを露出する開口部を形成、それぞれの開口部に、図示は省略するがTi/TiN積層構造の密着膜を介してタングステンプラグ46A〜46Dが、それぞれのシリサイド層44とコンタクトして形成される。 Next, in the step of FIG. 10M, for example, a cobalt silicide film 44 is formed on the surfaces of the gate electrodes 43G1 and 43G2, the source region 41e and the drain region 41f, and the source region 41g and the drain region 41h by the salicide method. In the process of 10N, the SiN film 45 is formed as a contact stopper on the structure of FIG. 10M by a plasma CVD method to a film thickness of about 80 nm, for example, at a temperature of 600 ° C. Further, in the process of FIG. 10O, the structure of FIG. An insulating film 46 having a structure in which an undoped silica glass film and a TEOS oxide film are stacked is formed on the insulating film 46, and an opening exposing the source region 41 e, drain region 41 f, source region 41 g and drain region 41 h is formed in the insulating film 46. The part is formed in each opening. Abbreviated Although Ti / tungsten plug 46A~46D via an adhesion layer of TiN multilayer structure is formed by each of the silicide layers 44 and the contact.
かかる構成の半導体装置では、先にも図11で説明したように、半導体装置の動作中にそれぞれのpチャネルMOSトランジスタの素子領域となるn型ウェル41N1と41N2の間に電位差が生じても、リーク電流の発生が効果的に抑制される。 In the semiconductor device having such a configuration, as described above with reference to FIG. 11, even if a potential difference is generated between the n-type wells 41N1 and 41N2 which are element regions of the respective p-channel MOS transistors during the operation of the semiconductor device, Generation of leakage current is effectively suppressed.
上記の説明では、前記素子分離領域41Iの幅を0.4μmとして説明したが、本発明は素子分離領域41Iの幅がさらに減少し、0.3μmに達した場合であっても有効である。 In the above description, the width of the element isolation region 41I is 0.4 μm. However, the present invention is effective even when the width of the element isolation region 41I is further reduced to reach 0.3 μm.
なお本実施形態においては、n型ウェル41N1,41N2においてドナー不純物元素としてリンを使う例を説明したが、リンの代わりにヒ素(As)あるいはアンチモン(Sb)を使うことも可能である。また本実施形態においてp型とn型を反転させることも可能である。 In the present embodiment, the example in which phosphorus is used as the donor impurity element in the n-type wells 41N 1 and 41N 2 has been described, but arsenic (As) or antimony (Sb) can be used instead of phosphorus. In this embodiment, the p-type and n-type can be inverted.
[第2の実施形態]
図15A〜図15Eは、第2の実施形態による半導体装置の製造方法を示す図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 15A to FIG. 15E are views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. However, in the figure, the same reference numerals are assigned to portions corresponding to the portions described above, and description thereof is omitted.
図15Aを参照するに、本実施形態では前記シリコン基板41上に、形成予定の素子分離領域41Iに対応した開口部R1Aを有するレジスト膜R1が形成され、図15Bの工程において、前記レジスト膜R1をマスクに、前記シリコン基板41中にボロンイオンがイオン注入により導入される。一例では、前記ボロンイオンのイオン注入は、500keVの加速電圧下、2×1012cm-2のドーズ量、チルト角0°で実行され、その結果、レジスト膜R1の存在しない素子分離領域41Iの形成予定領域ではボロンイオンが深く侵入し、例えば前記シリコン基板41の表面から1.1〜1.4μmの深さにおいてボロン濃度のピークが、約2.8×1016cm-3の濃度で生じ、前記p型の深いウェル41DPWが形成される。 Referring to FIG. 15A, in this embodiment, a resist film R1 having an opening R1A corresponding to the element isolation region 41I to be formed is formed on the silicon substrate 41. In the step of FIG. 15B, the resist film R1 As a mask, boron ions are introduced into the silicon substrate 41 by ion implantation. In one example, the boron ion implantation is performed under an acceleration voltage of 500 keV with a dose of 2 × 10 12 cm −2 and a tilt angle of 0 °. As a result, in the element isolation region 41I where the resist film R1 is not present. Boron ions penetrate deeply in the region to be formed and, for example, a boron concentration peak occurs at a depth of 1.1 to 1.4 μm from the surface of the silicon substrate 41 at a concentration of about 2.8 × 10 16 cm −3. The p-type deep well 41DPW is formed.
これに対し、前記レジスト膜R1を通過したボロンイオンは、レジスト膜R1の通過の際にエネルギーを失い、その結果、ボロン濃度のピークは前記シリコン基板41の表面から約0.7μmの深さにおいて、約3.5×1016cm-3の濃度で出現する。これにより、前記レジスト膜R1の下にはボロン導入領域41B1,41B2が、図15Bに示すように、前記p型の深いウェル41DPWよりも浅い位置に形成される。 In contrast, the boron ions that have passed through the resist film R1 lose their energy when passing through the resist film R1, and as a result, the peak of the boron concentration is at a depth of about 0.7 μm from the surface of the silicon substrate 41. Appear at a concentration of about 3.5 × 10 16 cm −3 . Thereby, boron introduction regions 41B 1 and 41B 2 are formed under the resist film R1 at a position shallower than the p-type deep well 41DPW, as shown in FIG. 15B.
次に図15Cの工程において前記レジスト膜R1を除去し、さらに熱酸化およびCVD法により、前記シリコン基板41の表面にパッド酸化膜41oxおよびSiN研磨ストッパ膜41snを形成し、さらに前記SiN研磨ストッパ膜41sn上に、前記レジスト膜R1と同じく、素子分離領域41Iの形成予定領域を露出する開口部R1A’を有するレジスト膜R1’を形成する。 Next, in the step of FIG. 15C, the resist film R1 is removed, and further, a pad oxide film 41ox and a SiN polishing stopper film 41sn are formed on the surface of the silicon substrate 41 by thermal oxidation and CVD, and further the SiN polishing stopper film Similar to the resist film R1, a resist film R1 ′ having an opening R1A ′ that exposes a region where the element isolation region 41I is to be formed is formed on 41sn.
さらに図15Dの工程において前記レジスト膜R1’をマスクに前記SiN膜41snをパターニングし、さらに前記SiN膜41snをマスクに前記シリコン基板41をRIE法によりドライエッチングすることにより、前記素子分離領域41Iの形成予定領域に素子分離溝41Tが形成される。 Further, in the step of FIG. 15D, the SiN film 41sn is patterned using the resist film R1 ′ as a mask, and the silicon substrate 41 is dry-etched by the RIE method using the SiN film 41sn as a mask, thereby forming the element isolation region 41I. An element isolation trench 41T is formed in the planned formation region.
さらに図15Eの工程において前記レジスト膜R1’を除去し、前記素子分離溝41Tをシリコン酸化膜により充填することにより、素子分離領域41Iが形成される。 Further, in the step of FIG. 15E, the resist film R1 'is removed and the element isolation trench 41T is filled with a silicon oxide film, thereby forming an element isolation region 41I.
以後は、図10G〜図10Oの工程を実行することにより、所望のリーク電流の抑制された半導体装置を得ることができる。 Thereafter, by performing the steps of FIGS. 10G to 10O, a semiconductor device in which a desired leakage current is suppressed can be obtained.
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
(付記1)
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された素子分離領域と、
前記半導体基板中に、前記素子分離領域を挟んで形成され、第1の導電型の第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1および第2の不純物拡散領域と、
前記半導体基板中、前記素子分離領域の下に形成された、前記第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の不純物元素を含み前記第2の導電型を有する第3の不純物拡散領域と、
前記半導体基板中、前記第3の不純物拡散領域の下に形成され、前記第2の導電型の第3の不純物元素を含む第4の不純物拡散領域と、
前記第1および第2の不純物拡散領域中、前記第4の不純物拡散領域の深さよりも浅く形成され、前記第1の不純物元素に加え前記第3の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記第1および第2の不純物拡散領域部分は、前記第3の不純物拡散領域よりも深く形成されていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記3)
前記第1の不純物拡散領域は、前記第1の不純物拡散領域部分を含め、前記第1の導電型を有し、前記第2の不純物拡散領域は、前記第2の不純物拡散領域部分を含め、前記第1の導電型を有することを特徴とする付記1または2記載の半導体装置。
(付記4)
前記第1および第2の不純物拡散領域では、前記シリコン基板の表面から深さ方向の全域にわたり、前記第1の不純物元素の濃度が前記第2の不純物元素の濃度よりも高いことを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
(付記5)
前記第1および第2の不純物拡散領域部分は、前記第4の不純物拡散領域よりも浅く形成されていることを特徴とする付記1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
(付記6)
前記第1および第2の不純物拡散領域には、それぞれ第1および第2の活性素子が形成され、前記第1および第2の不純物拡散領域には、前記半導体装置の動作中、相互に異なった電位が印加されることを特徴とする付記1〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
(付記7)
前記第1および第2の不純物拡散領域は、それぞれ前記第1および第2の不純物拡散領域部分に接する部分において、2.0×1016cm-3〜5.5×1017cm-3の第1のキャリア密度を有し、前記第1および第2の不純物拡散領域部分においては、1.5×1015cm-3〜4.5×1016cm-3の、前記第1のキャリア密度よりも低い第2のキャリア密度を有することを特徴とする付記1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
(付記8)
前記第2の不純物元素および前記第3の不純物元素は、同一の不純物元素であることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
(付記9)
半導体基板上に、溝部を形成する工程と、
前記溝部が形成された前記半導体基板の全面に、第1導電型の第1の不純物元素を導入し、前記溝部の下方で前記溝部よりも深い位置に、前記第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1の不純物拡散領域を形成し、同時に前記半導体基板中、前記溝部の第1の側、および前記第1の側と対向する第2の側に、前記第1の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分を、前記第1の不純物拡散領域よりも浅い位置で形成する工程と、
前記溝部に絶縁膜を埋め込み、前記素子分離領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記素子分離領域を露出する第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンの形成工程の後、前記第1のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型の第2の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記第2の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第2の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記素子分離領域を覆う第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターンの形成工程の後、前記第2のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型と逆の第2の導電型の第3の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記半導体基板中、前記素子分離領域の前記第1の側、および前記第2の側に、前記第3の不純物元素を含み、前記第2の導電型を有する第3および第4の不純物拡散領域を、それぞれ前記第1の不純物拡散領域部分および第2の不純物拡散領域部分に重畳して形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記第1の不純物元素を導入する工程は、酸化膜を介して実行されることを特徴とする付記9記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
半導体基板上に、素子分離領域に対応した開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの形成工程の後、前記レジストパターンが形成された前記半導体基板の全面に、前記レジストパターンを介して第1導電型の第1の不純物元素を導入し、前記開口部の下方に、前記第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1の不純物拡散領域を形成し、同時に前記半導体基板中、前記溝部の第1の側、および前記第1の側と対向する第2の側に、前記第1の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分を、前記第1の不純物拡散領域よりも浅い位置で形成する工程と、
前記半導体基板中、前記開口部に対応して溝部を形成する工程と、
前記溝部に絶縁膜を埋め込み、前記素子分離領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記素子分離領域を露出する第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンの形成工程の後、前記第1のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型の第2の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記第2の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第2の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記素子分離領域を覆う第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターン形成工程の後、前記第2のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型と逆の第2の導電型の第3の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記半導体基板中、前記素子分離領域の第1の側、および前記第1の側と反対の第2の側に、前記第3の不純物元素を含み、前記第2の導電型を有する第3および第4の不純物拡散領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記第2の不純物拡散領域は、前記第1の不純物拡散領域よりも浅い位置に形成されることを特徴とする付記9〜11のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記第3および第4の不純物拡散領域では、それぞれの深さ方向の全域にわたり、前記第3の不純物元素の濃度が前記第1の不純物元素の濃度よりも高いことを特徴とする付記9〜12のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記第2の不純物拡散領域を形成する工程は、前記第2の不純物元素の深さ方向への濃度分布のピークが、前記第1および第2の不純物拡散領域部分における前記第1の不純物元素の深さ方向への濃度ピークよりも浅い位置に形成されるように実行されることを特徴とする付記9〜12のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
(Appendix 1)
A semiconductor substrate;
An element isolation region formed in the semiconductor substrate;
First and second impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate with the element isolation region interposed therebetween and including the first impurity element of the first conductivity type and having the first conductivity type;
A third impurity having a second conductivity type, which is formed under the element isolation region in the semiconductor substrate and includes a second impurity element of a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A diffusion region;
A fourth impurity diffusion region formed under the third impurity diffusion region in the semiconductor substrate and containing a third impurity element of the second conductivity type;
First and second impurities that are formed shallower than the fourth impurity diffusion region in the first and second impurity diffusion regions and include the third impurity element in addition to the first impurity element. A diffusion region portion;
A semiconductor device comprising:
(Appendix 2)
The semiconductor device according to appendix 1, wherein the first and second impurity diffusion region portions are formed deeper than the third impurity diffusion region.
(Appendix 3)
The first impurity diffusion region includes the first impurity diffusion region portion and has the first conductivity type, and the second impurity diffusion region includes the second impurity diffusion region portion, The semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the semiconductor device has the first conductivity type.
(Appendix 4)
In the first and second impurity diffusion regions, the concentration of the first impurity element is higher than the concentration of the second impurity element across the entire depth direction from the surface of the silicon substrate. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3.
(Appendix 5)
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second impurity diffusion region portions are formed shallower than the fourth impurity diffusion region.
(Appendix 6)
First and second active elements are respectively formed in the first and second impurity diffusion regions, and the first and second impurity diffusion regions differ from each other during the operation of the semiconductor device. The semiconductor device according to claim 1, wherein a potential is applied.
(Appendix 7)
The first and second impurity diffusion regions are 2.0 × 10 16 cm −3 to 5.5 × 10 17 cm −3 in the portions in contact with the first and second impurity diffusion regions, respectively. 1 in the first and second impurity diffusion region portions, the first carrier density is 1.5 × 10 15 cm −3 to 4.5 × 10 16 cm −3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a low second carrier density.
(Appendix 8)
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity element and the third impurity element are the same impurity element.
(Appendix 9)
Forming a groove on the semiconductor substrate;
A first impurity element of a first conductivity type is introduced into the entire surface of the semiconductor substrate in which the groove is formed, and the first impurity element is contained below the groove and deeper than the groove. Forming a first impurity diffusion region having one conductivity type, and simultaneously forming the first impurity on the first side of the trench and the second side opposite to the first side in the semiconductor substrate; Forming first and second impurity diffusion region portions containing an element at a position shallower than the first impurity diffusion region;
Embedding an insulating film in the groove and forming the element isolation region;
Forming a first mask pattern exposing the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the step of forming the first mask pattern, using the first mask pattern as a mask, the second impurity element of the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by an ion implantation method, and the second mask pattern is formed. Forming a second impurity diffusion region containing an impurity element and having the first conductivity type;
Forming a second mask pattern covering the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the step of forming the second mask pattern, ion implantation of a third impurity element having a second conductivity type opposite to the first conductivity type into the semiconductor substrate using the second mask pattern as a mask. In the semiconductor substrate, the third and fourth elements containing the third impurity element on the first side and the second side of the element isolation region and having the second conductivity type are included. Forming the impurity diffusion regions of the first impurity diffusion region portion and the second impurity diffusion region portion, respectively,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 10)
The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, wherein the step of introducing the first impurity element is performed through an oxide film.
(Appendix 11)
Forming a resist pattern having an opening corresponding to an element isolation region on a semiconductor substrate;
After the resist pattern forming step, a first impurity element of a first conductivity type is introduced into the entire surface of the semiconductor substrate on which the resist pattern is formed via the resist pattern, and below the opening, A first impurity diffusion region containing the first impurity element and having the first conductivity type is formed, and at the same time, a first side of the groove portion and a first side of the groove portion facing the first side are formed in the semiconductor substrate. Forming a first and second impurity diffusion region portion containing the first impurity element at a position shallower than the first impurity diffusion region on the second side;
Forming a groove corresponding to the opening in the semiconductor substrate;
Embedding an insulating film in the groove and forming the element isolation region;
Forming a first mask pattern exposing the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the step of forming the first mask pattern, using the first mask pattern as a mask, the second impurity element of the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by an ion implantation method, and the second mask pattern is formed. Forming a second impurity diffusion region containing an impurity element and having the first conductivity type;
Forming a second mask pattern covering the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the second mask pattern forming step, a third impurity element having a second conductivity type opposite to the first conductivity type is ion-implanted into the semiconductor substrate using the second mask pattern as a mask. And introducing the third impurity element on the first side of the element isolation region and the second side opposite to the first side in the semiconductor substrate and having the second conductivity type. Forming third and fourth impurity diffusion regions;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 12)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 9 to 11, wherein the second impurity diffusion region is formed at a position shallower than the first impurity diffusion region.
(Appendix 13)
In the third and fourth impurity diffusion regions, the concentration of the third impurity element is higher than the concentration of the first impurity element over the entire depth direction. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of these.
(Appendix 14)
In the step of forming the second impurity diffusion region, the peak of the concentration distribution of the second impurity element in the depth direction is that of the first impurity element in the first and second impurity diffusion region portions. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 9 to 12, wherein the method is performed so as to be formed at a position shallower than a concentration peak in a depth direction.
21,41 シリコン基板
21DPW,41DPW p型の深いウェル
21I,41I 素子分離領域
21PW,41PW p型チャネルストッパ領域
21p1,21p2 p型領域
21n1,21n2 n型アイランド
41a,41c ソースエクステンション領域
41b,41d ドレインエクステンション領域
41Ch1,41Ch2 チャネルドープ領域
41e,41g ソース領域
41f,41h ドレイン領域
41B1,41B2 B導入領域
41pk1,41pk2 ポケット注入領域
41N,41N1,41N2 n型ウェル
41n1,41n2 n−型領域
41T 素子分離溝
42 ゲート絶縁膜
43 ポリシリコン膜
43G1,43G2 ポリシリコンゲート電極
44 シリサイド層
45 コンタクトストッパ層
46 絶縁膜
46A〜46D コンタクトプラグ
21 and 41 a silicon substrate 21DPW, 41DPW p-type deep well 21I, 41I isolation region 21PW, 41PW p-type channel stopper region 21p 1, 21p 2 p-type region 21n 1, 21n 2 n-type island 41a, 41c source extension region 41b , 41d drain extension region 41Ch 1 , 41Ch 2 channel doped region 41e, 41g source region 41f, 41h drain region 41B1, 41B2 B introduction region 41pk 1 , 41pk 2 pocket injection region 41N, 41N 1 , 41N 2 n-type well 41n 1 , 41n 2 n− type region 41T element isolation trench 42 gate insulating film 43 polysilicon film 43G 1 , 43G 2 polysilicon gate electrode 44 silicide layer 45 contact stopper layer 46 insulation Membrane 46A-46D Contact plug
Claims (7)
前記半導体基板に形成された素子分離領域と、
前記半導体基板中に、前記素子分離領域を挟んで形成され、第1の導電型の第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1および第2の不純物拡散領域と、
前記半導体基板中、前記素子分離領域の下に形成された、前記第1の導電型と反対の第2の導電型の第2の不純物元素を含み前記第2の導電型を有する第3の不純物拡散領域と、
前記半導体基板中、前記第3の不純物拡散領域の下に形成され、前記第2の導電型の第3の不純物元素を含む第4の不純物拡散領域と、
前記第1および第2の不純物拡散領域中、前記第4の不純物拡散領域の深さよりも浅く形成され、前記第1の不純物元素に加え前記第3の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An element isolation region formed in the semiconductor substrate;
First and second impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate with the element isolation region interposed therebetween and including the first impurity element of the first conductivity type and having the first conductivity type;
A third impurity having a second conductivity type, which is formed under the element isolation region in the semiconductor substrate and includes a second impurity element of a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A diffusion region;
A fourth impurity diffusion region formed under the third impurity diffusion region in the semiconductor substrate and containing a third impurity element of the second conductivity type;
First and second impurities that are formed shallower than the fourth impurity diffusion region in the first and second impurity diffusion regions and include the third impurity element in addition to the first impurity element. A diffusion region portion;
A semiconductor device comprising:
前記溝部が形成された前記半導体基板の全面に、第1導電型の第1の不純物元素を導入し、前記溝部の下方で前記溝部よりも深い位置に、前記第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1の不純物拡散領域を形成し、同時に前記半導体基板中、前記溝部の第1の側、および前記第1の側と対向する第2の側に、前記第1の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分を、前記第1の不純物拡散領域よりも浅い位置で形成する工程と、
前記溝部に絶縁膜を埋め込み、前記素子分離領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記素子分離領域を露出する第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンの形成工程の後、前記第1のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型の第2の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記第2の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第2の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記素子分離領域を覆う第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターンの形成工程の後、前記第2のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型と逆の第2の導電型の第3の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記半導体基板中、前記素子分離領域の前記第1の側、および前記第2の側に、前記第3の不純物元素を含み、前記第2の導電型を有する第3および第4の不純物拡散領域を、それぞれ前記第1の不純物拡散領域部分および第2の不純物拡散領域部分に重畳して形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a groove on the semiconductor substrate;
A first impurity element of a first conductivity type is introduced into the entire surface of the semiconductor substrate in which the groove is formed, and the first impurity element is contained below the groove and deeper than the groove. Forming a first impurity diffusion region having one conductivity type, and simultaneously forming the first impurity on the first side of the trench and the second side opposite to the first side in the semiconductor substrate; Forming first and second impurity diffusion region portions containing an element at a position shallower than the first impurity diffusion region;
Embedding an insulating film in the groove and forming the element isolation region;
Forming a first mask pattern exposing the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the step of forming the first mask pattern, using the first mask pattern as a mask, the second impurity element of the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by an ion implantation method, and the second mask pattern is formed. Forming a second impurity diffusion region containing an impurity element and having the first conductivity type;
Forming a second mask pattern covering the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the step of forming the second mask pattern, ion implantation of a third impurity element having a second conductivity type opposite to the first conductivity type into the semiconductor substrate using the second mask pattern as a mask. In the semiconductor substrate, the third and fourth elements containing the third impurity element on the first side and the second side of the element isolation region and having the second conductivity type are included. Forming the impurity diffusion regions of the first impurity diffusion region portion and the second impurity diffusion region portion, respectively,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記レジストパターンの形成工程の後、前記レジストパターンが形成された前記半導体基板の全面に、前記レジストパターンを介して第1導電型の第1の不純物元素を導入し、前記開口部の下方に、前記第1の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第1の不純物拡散領域を形成し、同時に前記半導体基板中、前記溝部の第1の側、および前記第1の側と対向する第2の側に、前記第1の不純物元素を含む第1および第2の不純物拡散領域部分を、前記第1の不純物拡散領域よりも浅い位置で形成する工程と、
前記半導体基板中、前記開口部に対応して溝部を形成する工程と、
前記溝部に絶縁膜を埋め込み、前記素子分離領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記素子分離領域を露出する第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンの形成工程の後、前記第1のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型の第2の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記第2の不純物元素を含み前記第1の導電型を有する第2の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記素子分離領域を覆う第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターン形成工程の後、前記第2のマスクパターンをマスクに、前記半導体基板中に前記第1導電型と逆の第2の導電型の第3の不純物元素をイオン注入法により導入し、前記半導体基板中、前記素子分離領域の第1の側、および前記第1の側と反対の第2の側に、前記第3の不純物元素を含み、前記第2の導電型を有する第3および第4の不純物拡散領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a resist pattern having an opening corresponding to an element isolation region on a semiconductor substrate;
After the resist pattern forming step, a first impurity element of a first conductivity type is introduced into the entire surface of the semiconductor substrate on which the resist pattern is formed via the resist pattern, and below the opening, A first impurity diffusion region containing the first impurity element and having the first conductivity type is formed, and at the same time, a first side of the groove portion and a first side of the groove portion facing the first side are formed in the semiconductor substrate. Forming a first and second impurity diffusion region portion containing the first impurity element at a position shallower than the first impurity diffusion region on the second side;
Forming a groove corresponding to the opening in the semiconductor substrate;
Embedding an insulating film in the groove and forming the element isolation region;
Forming a first mask pattern exposing the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the step of forming the first mask pattern, using the first mask pattern as a mask, the second impurity element of the first conductivity type is introduced into the semiconductor substrate by an ion implantation method, and the second mask pattern is formed. Forming a second impurity diffusion region containing an impurity element and having the first conductivity type;
Forming a second mask pattern covering the element isolation region on the semiconductor substrate;
After the second mask pattern forming step, a third impurity element having a second conductivity type opposite to the first conductivity type is ion-implanted into the semiconductor substrate using the second mask pattern as a mask. And introducing the third impurity element on the first side of the element isolation region and the second side opposite to the first side in the semiconductor substrate and having the second conductivity type. Forming third and fourth impurity diffusion regions;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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