JP7526010B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
まず、本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、素子主面を有する第1導電型の半導体層と、前記半導体層の前記素子主面に形成された第2導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に形成され、かつ前記ボディ領域の外縁から内側に離間して形成された第1導電型のソース領域と、前記半導体層の前記素子主面に形成され、かつ前記ボディ領域から第1方向において離間して形成された第1導電型のドレイン領域と、前記ソース領域と前記ボディ領域の外縁との間のチャネル領域に対向するゲート電極であって、前記ソース領域に隣接する第1縁部と、前記第1縁部から前記ドレイン領域に向かって離間した部分に形成された第1開口または前記第1縁部が前記ドレイン領域に向かって選択的に凹んで形成された凹部とを含むゲート電極とを含み、前記ボディ領域は、前記ゲート電極の前記第1開口または前記凹部に露出する部分を選択的に有し、前記第1開口または前記凹部に露出する前記ボディ領域の部分に形成され、前記ボディ領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型のボディコンタクト領域を含む。
そこで、この半導体装置では、ゲート電極に第1開口または凹部が形成され、当該第1開口または凹部にボディコンタクト領域が形成されている。これにより、第1方向において、ソース領域に対してドレイン領域に近い位置で、ボディコンタクト領域からボディ領域の電位を提供することができる。そのため、第1方向において、ソース領域からドレイン領域に向かってボディ領域の電位上昇を抑えることができる。その結果、寄生バイポーラトランジスタのターンオンを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記ボディ領域は、第1の幅を有する第1部分と、前記第1部分に対して前記第1方向に選択的に突出し、前記ゲート電極の前記第1開口または前記凹部に露出しており、かつ前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有する第2部分とを含み、前記ボディコンタクト領域は、前記ボディ領域の前記第2部分に形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記ゲート電極の第1縁部は、前記ソース領域および前記ボディコンタクトを共通に露出させる第2開口の縁部を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記ボディコンタクト領域は、前記第1開口と前記第2開口との間の部分において、前記素子主面からの深さが選択的に浅い部分を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1開口は、前記第2開口から0.4μm~1.0μm離間していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記ドレイン領域は、前記第1方向において、前記ソース領域を挟んで対向する第1ドレイン領域および第2ドレイン領域を含み、前記ゲート電極の凹部は、前記第1ドレイン領域側および前記第2ドレイン領域側のそれぞれに向かって形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記凹部の凹み量が、0.4μm~1.0μmであってもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、前記半導体層が、前記ボディ領域、前記ソース領域および前記ドレイン領域を含む第1素子領域と、前記第1素子領域とは独立して形成された第2素子領域とを含む場合、前記第1素子領域および前記第2素子領域が共通の前記半導体層に集積された集積回路装置を含んでいてもよい。
<本発明の実施形態の詳細な説明>
次に、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
[第1実施形態]
(半導体装置1の構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の模式的な斜視図である。
半導体装置1は、回路素子が形成された複数の素子領域2,3を有している。複数の素子領域2,3は、後述する共通の半導体基板4に形成されている。
半導体装置1は、半導体基板4と、素子分離部5と、埋め込み層6と、フィールド絶縁膜7と、ボディ領域8と、ソース領域9と、ドレイン領域10,11と、ゲート絶縁膜12と、ゲート電極13と、ボディコンタクト領域14と、層間絶縁膜15と、ソースコンタクト16と、ボディコンタクト17と、ソース配線18と、ドレインコンタクト19と、ドレイン配線20とを含んでいてもよい。
ベース基板21は、この実施形態ではシリコン(Si)基板で形成されているが、他の素材(たとえば、炭化シリコン(SiC)等)で形成された基板であってもよい。ベース基板21は、この実施形態ではp-型である。ベース基板21は、たとえば、1×1014cm-3~5×1018cm-3の不純物濃度を有していてもよい。また、ベース基板21の厚さは、たとえば、研削前で500μm~800μmであってもよい。
また、半導体基板4において、第1素子領域2の外周領域には、第1素子領域2と同じく電気的にフローティングされた第2素子領域3が区画されている。第2素子領域3は、素子分離部5を隔てて第1素子領域2と隣接して形成されていてもよいし、第1素子領域2から離間した領域において、図示しない素子分離構造(たとえば、素子分離部5と同様のウェル)によって形成されていてもよい。なお、第1素子領域2は、たとえば、5V~100V程度の低基準電圧を基準に動作する低電圧素子領域であってもよいし、たとえば、400V~600V程度の高基準電圧を基準に動作する高電圧素子領域であってもよい。
フィールド絶縁膜7は、たとえば、エピタキシャル層22の素子主面23を選択的に酸化させることによって形成されたLOCOS膜であってもよい。フィールド絶縁膜7は、ボディ領域8およびソース領域9を露出させる第1開口27と、ドレイン領域10,11を露出させる第2開口28とを有している。
ソース領域9は、エピタキシャル層22の素子主面23においてボディ領域8の内方領域に形成されている。ソース領域9は、ボディ領域8の外周縁30から内側に離れており、かつボディ領域8の外周縁30に沿う外周縁34を有している。ボディ領域8の外周縁30とソース領域9の外周縁34との間に挟まれ、かつボディ領域8で構成された領域は、ゲート電極13に適切な電圧が印加されたときにチャネルが形成されるチャネル領域35である。
ゲート絶縁膜12は、この実施形態では、酸化シリコン(SiO2)で形成されているが、他の絶縁材料(たとえば、窒化シリコン酸化膜(SiON)等)で形成されていてもよい。また、ゲート絶縁膜12の厚さは、フィールド絶縁膜7よりも薄く、たとえば、2nm~55nmであってもよい。
ボディコンタクト領域14は、エピタキシャル層22の素子主面23においてボディ領域8の内方領域に形成されている。ボディコンタクト領域14は、ボディ領域8の外周縁30から内側に離れており、かつボディ領域8の外周縁30に沿う外周縁43を有している。
また、ボディコンタクト領域14は、第1ドレイン領域10側の第1開口39から、第2開口40を介して第2ドレイン領域11側の第1開口39に向かって一体的に形成されていてもよい。つまり、第2開口40と第1開口39との間のゲート電極13の下方において、ボディコンタクト領域14が途切れずに連続していてもよい。この場合、ボディコンタクト領域14は、図3に示すように、第2開口40と第1開口39との間のゲート電極13の下方において、素子主面23からの深さが選択的に浅い部分46を有していてもよい。
ボディコンタクト17は、層間絶縁膜15に埋め込まれている。より具体的には、層間絶縁膜15には、層間絶縁膜15の表面から第1開口39を通過してボディコンタクト領域14に至るボディコンタクト孔48が形成されている。ボディコンタクト17は、ボディコンタクト孔48に埋め込まれ、かつボディコンタクト領域14に接続されている。
ソース配線18は、層間絶縁膜15の表面に形成されている。ソース配線18は、ソースコンタクト16およびボディコンタクト17を覆っており、かつソースコンタクト16およびボディコンタクト17に接続されている。これにより、ソース配線18は、ソース領域9およびボディコンタクト領域14に電気的に接続されている。
ドレインコンタクト19は、層間絶縁膜15に埋め込まれている。より具体的には、層間絶縁膜15には、層間絶縁膜15の表面からドレイン領域10,11に至るドレインコンタクト孔49が形成されている。ドレインコンタクト孔49は、第2方向Yに沿ってライン状に形成されており、ドレイン領域10,11を露出させている。ドレインコンタクト19は、ドレインコンタクト孔49に埋め込まれ、かつドレイン領域10,11に接続されている。ドレインコンタクト19は、図2に示すように第2方向Yに沿ってライン状に形成されていてもよいし、図示しないが、第2方向Yに沿って、互いに間隔を空けてドット状に複数配列されていてもよい。
ドレイン配線20は、層間絶縁膜15の表面に形成されている。ドレイン配線20は、ドレインコンタクト19を覆っており、かつドレインコンタクト19に接続されている。これにより、ドレイン配線20は、ドレイン領域10,11に電気的に接続されている。
(半導体装置1の製造方法)
図5A~図5Hは、半導体装置1の製造工程の一部を工程順に示す図である。図6~図8は、ボディコンタクト領域14の形成に関連する工程を示す図である。図6~図8は、ボディコンタクト領域14の形成に関連する工程を示す図である。
次に、図5Dに示すように、p-型のボディ領域8を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク(図示せず)がエピタキシャル層22上に形成される。そして、当該イオン注入マスクを介してp型の不純物がエピタキシャル層22に注入される。これにより、p-型のボディ領域8が形成される。ボディ領域8の形成後、イオン注入マスクは除去される。
次に、図5Fに示すように、ゲート電極13を形成すべき領域に選択的に開口を有するレジストマスク(図示せず)がポリシリコン層51上に形成される。そして、当該レジストマスクを介してポリシリコン層51の不要な部分がエッチングによって除去される。これにより、第1開口39および第2開口40が同時に形成され、ゲート電極13が形成される。
このイオン注入に際して、エピタキシャル層22のゲート電極13で覆われた部分には、ゲート電極13が障害となってn型の不純物およびp型の不純物が注入されない。つまり、n型の不純物およびp型の不純物は、イオン注入マスク(図示せず)の開口、かつ第1開口39および第2開口40から露出したエピタキシャル層22の素子主面23に選択的に注入される。
次に、図5Hに示すように、ゲート電極13を覆うように絶縁材料が堆積されて層間絶縁膜15が形成される。次に、層間絶縁膜15を貫通するようにソースコンタクト16、ボディコンタクト17およびドレインコンタクト19が形成されて、ソース領域9、ボディコンタクト領域14およびドレイン領域10,11とそれぞれ電気的に接続される。
[第2実施形態]
図9は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置1の一部の模式的な平面図である。図10は、図9のX-X断面を示す断面図である。図11は、図9のXI-XI断面を示す断面図である。図9~図11において、前述の実施形態と同一または類似の要素には、前述の実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態では、ゲート電極13の凹部52は、第2開口40に対して第1ドレイン領域10側および第2ドレイン領域11側のそれぞれに向かって形成されている。第1方向Xにおいては、第2開口40を挟むように、一対の凹部52が形成されている。図9では、一対の凹部52は、第2方向Yに対して対称な位置に形成されているが、互いに対称な位置関係に形成されていなくてもよい。
なお、このような凹部52を有するゲート電極13は、たとえば前述の図5Fの工程において、レジストマスクのレイアウトを変更するだけで得ることができる。
[半導体装置1から発生する効果]
以上説明した半導体装置1は、エピタキシャル層22の素子主面23に沿う第1方向Xに並んだn+型のソース領域9、p-型のボディ領域8およびn+型のドレイン領域10,11によって形成されたnpn寄生バイポーラトランジスタを含んでいる。
そこで、この半導体装置1では、ゲート電極13に第1開口39または凹部52が形成され、当該第1開口39または凹部52にボディコンタクト領域14が形成されている。これにより、第1方向Xにおいて、ソース領域9に対してドレイン領域10,11に近い位置で、ボディコンタクト領域14からボディ領域8の電位を提供することができる。そのため、第1方向Xにおいて、ソース領域9からドレイン領域10,11に向かってボディ領域8の電位上昇を抑えることができる。その結果、寄生バイポーラトランジスタのターンオンを抑制することができる。
[マシンモデル試験の結果]
図12は、マシンモデル試験の結果を示す図である。前述の半導体装置1に関して、ESD耐圧試験を実施し、その結果を図12に示す。なお、図12の「L/S」は、第1開口39および凹部52のサイズを示している。ESD耐圧試験は、東京電子交易社製の「ECDM-400E(製品名)」を用い、マシンモデル試験で、隣接する入力端子と出力端子に0V~800Vの範囲でESDを印加した。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、半導体装置1において、ゲート電極13の第1開口39および凹部52が混在していてもよい。この場合、たとえば図13に示すように、ゲート電極13の第1開口39および凹部52が、第2方向Yにおいて間隔を空けて形成され、それに合わせて、ボディコンタクト領域14が複数形成されていてもよい。また、図示はしないが、ソース領域9に対して第1ドレイン領域10側に第1開口39が形成され、第2ドレイン領域11側に凹部52が形成されていてもよい。
また、図15に示すように、ゲート電極13の凹部52が、第2方向Yにおいて間隔を空けて複数形成され、それに合わせて、ボディコンタクト領域14が複数形成されていてもよい。
また、前述の実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構成が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされた半導体装置1が採用されてもよい。
2 第1素子領域
3 第2素子領域
4 半導体基板
8 ボディ領域
9 ソース領域
10 第1ドレイン領域
11 第2ドレイン領域
13 ゲート電極
14 ボディコンタクト領域
15 層間絶縁膜
16 ソースコンタクト
17 ボディコンタクト
18 ソース配線
23 素子主面
30 (ボディ領域)外周縁
32 (ボディ領域)第1部分
33 (ボディ領域)第2部分
34 (ソース領域)外周縁
35 チャネル領域
36 (フィールド絶縁膜の第2開口)周縁部
39 (ゲート電極)第1開口
40 (ゲート電極)第2開口
42 (ゲート電極の第2開口)周縁部
46 浅い部分
52 凹部
Claims (15)
- 素子主面を有する第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の前記素子主面に形成された第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域に形成され、かつ前記ボディ領域の外縁から内側に離間して形成された第1導電型のソース領域と、
前記半導体層の前記素子主面に形成され、かつ前記ボディ領域から第1方向において離間して形成された第1導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ボディ領域の外縁との間のチャネル領域に対向するゲート電極であって、前記ソース領域に隣接する第1縁部と、前記第1縁部から前記ドレイン領域に向かって離間した部分に形成された第1開口または前記第1縁部が前記ドレイン領域に向かって選択的に凹んで形成された凹部とを含むゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記ゲート電極の前記第1開口または前記凹部に露出する部分を選択的に有し、
前記第1開口または前記凹部に露出する前記ボディ領域の部分に形成され、前記ボディ領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型のボディコンタクト領域を含み、
前記ボディ領域は、第1の幅を有する第1部分と、前記第1部分に対して前記第1方向に選択的に突出し、前記ゲート電極の前記第1開口または前記凹部に露出しており、かつ前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有する第2部分とを含み、
前記ボディコンタクト領域は、前記ボディ領域の前記第2部分に形成されている、半導体装置。 - 前記ボディコンタクト領域は、前記ゲート電極の前記第1縁部に向かって延びており、
前記ソース領域は、前記第1方向に交差する第2方向において、前記ボディコンタクト領域によって分断されている、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ゲート電極の第1縁部は、前記ソース領域および前記ボディコンタクト領域を共通に露出させる第2開口の縁部を含む、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極の第1縁部は、前記ソース領域を露出させる第2開口の縁部を含み、
前記ドレイン領域は、前記第1方向において、前記ソース領域を挟んで対向する第1ドレイン領域および第2ドレイン領域を含み、
前記ゲート電極の第1開口は、前記ソース領域に対して前記第1ドレイン領域側および前記第2ドレイン領域側のそれぞれに形成されている、請求項1に記載の半導体装置。 - 素子主面を有する第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の前記素子主面に形成された第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域に形成され、かつ前記ボディ領域の外縁から内側に離間して形成された第1導電型のソース領域と、
前記半導体層の前記素子主面に形成され、かつ前記ボディ領域から第1方向において離間して形成された第1導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ボディ領域の外縁との間のチャネル領域に対向するゲート電極であって、前記ソース領域に隣接する第1縁部と、前記第1縁部から前記ドレイン領域に向かって離間した部分に形成された第1開口または前記第1縁部が前記ドレイン領域に向かって選択的に凹んで形成された凹部とを含むゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記ゲート電極の前記第1開口または前記凹部に露出する部分を選択的に有し、
前記第1開口または前記凹部に露出する前記ボディ領域の部分に形成され、前記ボディ領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型のボディコンタクト領域を含み、
前記ゲート電極の第1縁部は、前記ソース領域を露出させる第2開口の縁部を含み、
前記ドレイン領域は、前記第1方向において、前記ソース領域を挟んで対向する第1ドレイン領域および第2ドレイン領域を含み、
前記ゲート電極の第1開口は、前記ソース領域に対して前記第1ドレイン領域側および前記第2ドレイン領域側のそれぞれに形成されている、半導体装置。 - 前記ボディコンタクト領域は、前記第1ドレイン領域側の前記第1開口から前記第2ドレイン領域側の前記第1開口に向かってライン状に形成されており、
前記ソース領域は、前記第1方向に交差する第2方向において、前記ボディコンタクト領域によって分断されている、請求項4または5に記載の半導体装置。 - 前記ボディコンタクト領域は、前記第1開口と前記第2開口との間の部分において、前記素子主面からの深さが選択的に浅い部分を有している、請求項6に記載の半導体装置。
- 前記第1開口の幅が、0.4μm~1.0μmである、請求項4~7のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1開口は、前記第2開口から0.4μm~1.0μm離間している、請求項4~8のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記ドレイン領域は、前記第1方向において、前記ソース領域を挟んで対向する第1ドレイン領域および第2ドレイン領域を含み、
前記ゲート電極の凹部は、前記第1ドレイン領域側および前記第2ドレイン領域側のそれぞれに向かって形成されている、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ボディコンタクト領域は、前記第1ドレイン領域側の前記凹部から前記第2ドレイン領域側の前記凹部に向かってライン状に形成されており、
前記ソース領域は、前記第1方向に交差する第2方向おいて、前記ボディコンタクト領域によって分断されている、請求項10に記載の半導体装置。 - 前記凹部の凹み量が、0.4μm~1.0μmである、請求項10または11に記載の半導体装置。
- 前記半導体層上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を貫通し、前記ソース領域に接続されたソースコンタクトと、
前記絶縁層を貫通し、前記第1開口または前記凹部を介して前記ボディコンタクト領域に接続されたボディコンタクトと、
前記絶縁層上に形成され、前記ソースコンタクトおよび前記ボディコンタクトに共通に接続されたソース配線とを含む、請求項1~12のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記ボディ領域の不純物濃度は、1×1017cm-3~1×1018cm-3であり、前記ボディコンタクト領域の不純物濃度は、1×1019cm-3~1×1020cm-3である、請求項1~10のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体層は、前記ボディ領域、前記ソース領域および前記ドレイン領域を含む第1素子領域と、前記第1素子領域とは独立して形成された第2素子領域とを含み、
前記半導体装置は、前記第1素子領域および前記第2素子領域が共通の前記半導体層に集積された集積回路装置を含む、請求項1~14のいずれか一項に記載の半導体装置。
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