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JP7630316B2 - Semiconductor device equipped with a reference voltage circuit - Google Patents
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Description

本発明は、P型ゲート電極を備えたN型MOSトランジスタを有する基準電圧回路を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a reference voltage circuit with an N-type MOS transistor with a P-type gate electrode.

2つのN型MOSトランジスタ(エンハンスメント型およびデプレッション型)を用いて、電源電圧の変動に対し、一定の電圧を出力する基準電圧回路を構成することができる。 Using two N-type MOS transistors (enhancement type and depletion type), a reference voltage circuit can be constructed that outputs a constant voltage in response to fluctuations in the power supply voltage.

基準電圧回路においては、温度による出力電圧の変動を抑制することを求められることが多い。そこで、特許文献1に示されるように、基準電圧回路(Vref回路)を構成する2つのN型MOSトランジスタ(エンハンスメント型およびデプレッション型)において、チャネル領域の不純物濃度を同一にしつつ、ゲート電極を構成する多結晶シリコンの導電型を、従来同一のN型だったものを、エンハンスメント型トランジスタのゲート電極のみを導電型がP型の多結晶シリコンにする方法がある。ゲート電極の導電型の違いによってもたらされる仕事関数の差を利用して、P型の導電型を有する多結晶シリコンをゲート電極として有するエンハンスメント型のMOSトランジスタとN型の導電型を有する多結晶シリコンをゲート電極として有するデプレッション型MOSトランジスタのしきい値電圧(Vth)に差を設け、基準電圧を発生させるのである。 In a reference voltage circuit, it is often required to suppress fluctuations in output voltage due to temperature. Therefore, as shown in Patent Document 1, there is a method in which the impurity concentration of the channel region is made the same for two N-type MOS transistors (enhancement type and depletion type) that make up a reference voltage circuit (Vref circuit), and the conductivity type of the polycrystalline silicon that makes up the gate electrode is changed from the conventional same N type to P-type polycrystalline silicon for the gate electrode of the enhancement type transistor only. By utilizing the difference in work function brought about by the difference in the conductivity type of the gate electrode, a difference is made in the threshold voltage (Vth) between an enhancement type MOS transistor having polycrystalline silicon with P-type conductivity as its gate electrode and a depletion type MOS transistor having polycrystalline silicon with N-type conductivity as its gate electrode, and a reference voltage is generated.

この場合、チャネル領域の不純物濃度は同一なので、温度変化が両トランジスタのしきい値電圧へ与える影響も同一になり、両トランジスタのしきい値の差から得られる基準電圧の変動を抑制することが可能となる。 In this case, the impurity concentration in the channel region is the same, so the effect of temperature changes on the threshold voltage of both transistors is also the same, making it possible to suppress fluctuations in the reference voltage obtained from the difference in the threshold voltages of the two transistors.

以下では、P型の導電型を有する多結晶シリコンからなるゲート電極をP型ゲート電極、N型の導電型を有する多結晶シリコンからなるゲート電極をN型ゲート電極と称し、P型の導電型を有する多結晶シリコンをゲート電極として有するMOSトランジスタをP型ゲート電極MOSトランジスタ、N型の導電型を有する多結晶シリコンをゲート電極として有するMOSトランジスタをN型ゲート電極MOSトランジスタと称する。そして、P型ゲート電極MOSトランジスタとN型ゲート電極MOSトランジスタを用いて構成されたVref回路を異極ゲートを利用したVref回路と称する。 In the following, a gate electrode made of polycrystalline silicon having a P-type conductivity is referred to as a P-type gate electrode, a gate electrode made of polycrystalline silicon having an N-type conductivity is referred to as an N-type gate electrode, a MOS transistor having polycrystalline silicon having a P-type conductivity as its gate electrode is referred to as a P-type gate electrode MOS transistor, and a MOS transistor having polycrystalline silicon having an N-type conductivity as its gate electrode is referred to as an N-type gate electrode MOS transistor. A Vref circuit constructed using a P-type gate electrode MOS transistor and an N-type gate electrode MOS transistor is referred to as a Vref circuit using opposite polarity gates.

特開2008-293409号公報JP 2008-293409 A

この異極ゲートを利用したVref回路の信頼性を評価するために、実使用よりも厳しい環境条件を設定して実施される加速試験のひとつである高温放置試験において、P型ゲート電極MOSトランジスタが、しきい電圧のシフトを起こすことがあるということが分かった。このシフトにより基準電圧が変動し、長期信頼性試験におけるICの特性シフトにつながってしまう。閾値電圧のシフトを引き起こす原因の一つとして水素の影響があげられる。ただし、このしきい値電圧のシフト量は数ミリボルトと微小ではあるが、しきい値電圧から得られる基準電圧の高度の安定性が要求される応用においては無視できない。 In order to evaluate the reliability of this Vref circuit using a different polarity gate, a high temperature storage test is conducted under environmental conditions more severe than those in actual use, and it has been found that P-type gate electrode MOS transistors can experience a shift in threshold voltage. This shift causes the reference voltage to fluctuate, which leads to a shift in IC characteristics in long-term reliability tests. One of the causes of threshold voltage shift is the effect of hydrogen. However, although the amount of this threshold voltage shift is minute, at only a few millivolts, it cannot be ignored in applications that require a high degree of stability in the reference voltage obtained from the threshold voltage.

そこで、本発明は、高温放置試験において、P型ゲート電極MOSトランジスタに生じるしきい値電圧のシフトを抑制することが可能なトランジスタの構造を利用した、基準電圧回路を備えた半導体装置を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a semiconductor device equipped with a reference voltage circuit that utilizes a transistor structure that can suppress the threshold voltage shift that occurs in a P-type gate electrode MOS transistor during a high-temperature storage test.

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る基準電圧回路を備えた半導体装置は、以下の構成をとる。即ち、P型の導電型を有する多結晶シリコンを第1のゲート電極として有するエンハンスメント型MOSトランジスタと、N型の導電型を有する多結晶シリコンを第2のゲート電極として有するデプレッション型MOSトランジスタと、からなる基準電圧回路を備えた半導体装置であって、さらに、前記エンハンスメント型MOSトランジスタは、前記第1のゲート電極の上部に配置された層間絶縁膜を介して、前記第1のゲート電極を覆って局所的に設けられた非透水性膜と、平面視において前記第1のゲート電極よりも大きく、前記非透水性膜よりは小さく設けられた開口部を有する、前記非透水性膜の周囲を覆うように設けられた窒化膜と、を有し、前記デプレッション型MOSトランジスタは、前記第2のゲート電極の上部に配置された層間絶縁膜に直接設けられた、平面視において前記デプレッション型MOSトランジスタを隙間なく覆う窒化膜を有することを特徴とする基準電圧回路を備えた半導体装置とする。 In order to solve the above problems, the semiconductor device having a reference voltage circuit according to the embodiment of the present invention has the following configuration. That is, the semiconductor device has a reference voltage circuit consisting of an enhancement type MOS transistor having polycrystalline silicon having a P-type conductivity type as a first gate electrode and a depletion type MOS transistor having polycrystalline silicon having an N-type conductivity type as a second gate electrode, and the enhancement type MOS transistor has a non-permeable film locally provided to cover the first gate electrode via an interlayer insulating film arranged on the upper part of the first gate electrode, and a nitride film provided to cover the periphery of the non-permeable film, having an opening larger than the first gate electrode in a plan view and smaller than the non-permeable film, and the depletion type MOS transistor has a nitride film directly provided on the interlayer insulating film arranged on the upper part of the second gate electrode, covering the depletion type MOS transistor without any gaps in a plan view.

本発明に係る基準電圧回路を備えた半導体装置は、P型ゲート電極MOSトランジスタにおいて、高温放置試験においてしきい値電圧のシフトを引き起こす要因である水素拡散の元となる保護膜である窒化膜をP型ゲート電極の上部から除去することで水素の拡散を抑制し、高温放置による界面準位の変動を抑制する。プロセス変更を実施せずともICの特性変動の抑制を簡便に可能にする。窒化膜を除去する範囲は局所的であり、窒化膜が除去された開口部の下は非透水性膜であるので、水分の侵入は十分に抑制され、信頼性の低下を招く恐れはない。 In a semiconductor device equipped with a reference voltage circuit according to the present invention, in a P-type gate electrode MOS transistor, the nitride film, which is a protective film that is the source of hydrogen diffusion, which is a factor in causing a shift in the threshold voltage during a high-temperature storage test, is removed from the top of the P-type gate electrode, thereby suppressing hydrogen diffusion and suppressing fluctuations in the interface state due to high-temperature storage. This makes it possible to easily suppress fluctuations in IC characteristics without implementing process changes. The range in which the nitride film is removed is localized, and the area below the opening where the nitride film has been removed is a non-permeable film, so that intrusion of moisture is sufficiently suppressed and there is no risk of reducing reliability.

本発明の第1の実施形態に係る基準電圧回路を備えた半導体装置の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor device including a reference voltage circuit according to a first embodiment of the present invention; 図1の切断線Aに沿った断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line A in FIG. 1 . 図1の切断線Bに沿った断面模式図である。2 is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line B in FIG. 1 . 第1の実施形態に係る基準電圧回路の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a reference voltage circuit according to a first embodiment. 高温放置試験におけるシフト量の比較図である。FIG. 11 is a comparison diagram of shift amounts in a high-temperature storage test. 本発明の第2の実施形態に係る基準電圧回路を備えた半導体装置の模式断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device including a reference voltage circuit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る基準電圧回路を備えた半導体装置の模式断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device including a reference voltage circuit according to a third embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図1は本発明の第1の実施形態に係る基準電圧回路を備えた半導体装置の平面図である。図2は、図1の切断線Aに沿った断面模式図であり、図3は、図1の切断線Bに沿った断面模式図である。 Figure 1 is a plan view of a semiconductor device including a reference voltage circuit according to a first embodiment of the present invention. Figure 2 is a schematic cross-sectional view taken along line A in Figure 1, and Figure 3 is a schematic cross-sectional view taken along line B in Figure 1.

図1に示すように、基準電圧回路を備えた半導体装置100は、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1とデプレッション型のMOSトランジスタ2を有している。エンハンスメント型のMOSトランジスタ1とデプレッション型のMOSトランジスタ2の導電型はともにN型であり、Nチャネルと呼ばれることもある。
図2および図3に示すように、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1は、N型基板7に配置されたP型ウェル8の表面に設けられており、ゲート酸化膜を介して設けられたP型ゲート電極3をはさんで、ともにN型高濃度層であるソース9Aとドレイン9Bが設けられている。P型ゲート電極3を覆って、中間絶縁膜10が設けられ、中間絶縁膜10の上に、第1の金属配線11が設けられる。第1の金属配線11を覆って層間絶縁膜12が設けられ、その上にP型ゲート電極3を覆って、非透水性膜5が局所的に配置される。非透水性膜5は、開口部6の周囲から外側を層間絶縁膜12の上に配置された最終保護膜13により覆われるが、非透水性膜5の上面に設けられた開口部6は最終保護膜13により覆われていない。最終保護膜13は非透水性膜5の上に開口部6を有しており、非透水性膜5の表面を露出させている。
1, a semiconductor device 100 equipped with a reference voltage circuit has an enhancement type MOS transistor 1 and a depletion type MOS transistor 2. The conductivity type of both the enhancement type MOS transistor 1 and the depletion type MOS transistor 2 is N type, and they are sometimes called N channel.
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the enhancement type MOS transistor 1 is provided on the surface of a P-type well 8 disposed on an N-type substrate 7, and a source 9A and a drain 9B, both of which are N-type high concentration layers, are provided on both sides of a P-type gate electrode 3 provided via a gate oxide film. An intermediate insulating film 10 is provided to cover the P-type gate electrode 3, and a first metal wiring 11 is provided on the intermediate insulating film 10. An interlayer insulating film 12 is provided to cover the first metal wiring 11, and a non-water-permeable film 5 is locally disposed on the interlayer insulating film 12 to cover the P-type gate electrode 3. The non-water-permeable film 5 is covered from the periphery of the opening 6 to the outside by a final protective film 13 disposed on the interlayer insulating film 12, but the opening 6 provided on the upper surface of the non-water-permeable film 5 is not covered by the final protective film 13. The final protective film 13 has an opening 6 on the non-water-permeable film 5, exposing the surface of the non-water-permeable film 5.

図1から見て取れるように、平面視において、非透水性膜5はP型ゲート電極3の全面を覆っているので、P型ゲート電極3よりも大きいことになる。また、開口部6はP型ゲート電極3の全面を内側に含むように、P型ゲート電極3よりも大きく設けられているが、開口部6は非透水性膜5の内側に設けられるので、非透水性膜5よりも小さいことになる。 As can be seen from FIG. 1, in plan view, the non-permeable film 5 covers the entire surface of the P-type gate electrode 3, and is therefore larger than the P-type gate electrode 3. Also, the opening 6 is provided larger than the P-type gate electrode 3 so as to include the entire surface of the P-type gate electrode 3 inside, but since the opening 6 is provided inside the non-permeable film 5, it is smaller than the non-permeable film 5.

図2に示すように、デプレッション型のMOSトランジスタ2は、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1が設けられているP型ウェル8とは異なる、N型基板7に配置された他のP型ウェル8の表面に設けられており、ゲート酸化膜を介して設けられたN型ゲート電極4をはさんで、ともにN型高濃度層であるソース9Cとドレイン9Dが設けられている。N型ゲート電極4を覆って、中間絶縁膜10が設けられ、中間絶縁膜10の上に、第1の金属配線11が設けられる。第1の金属配線11を覆って層間絶縁膜12が設けられ、層間絶縁膜12の上に配置された最終保護膜13により全面が覆われている。デプレッション型のMOSトランジスタ2を覆う最終保護膜13には、開口部6が設けられていないので、デプレッション型のMOSトランジスタ2は、最終保護膜13により、全面が隙間なく覆われている。 As shown in FIG. 2, the depression type MOS transistor 2 is provided on the surface of another P-type well 8 arranged in the N-type substrate 7, which is different from the P-type well 8 in which the enhancement type MOS transistor 1 is provided, and a source 9C and a drain 9D, both of which are N-type high concentration layers, are provided on either side of the N-type gate electrode 4 provided via a gate oxide film. An intermediate insulating film 10 is provided to cover the N-type gate electrode 4, and a first metal wiring 11 is provided on the intermediate insulating film 10. An interlayer insulating film 12 is provided to cover the first metal wiring 11, and the entire surface is covered by a final protective film 13 arranged on the interlayer insulating film 12. Since the final protective film 13 covering the depression type MOS transistor 2 does not have an opening 6, the depression type MOS transistor 2 is completely covered by the final protective film 13.

図1に示ように、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1のドレイン9Bはデプレッション型のMOSトランジスタ2のソース9Cに第1の金属配線11により接続されている。同じ金属配線により、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1のP型ゲート電極3とデプレッション型のMOSトランジスタ2のN型ゲート電極4も接続され同電位となっている。通常、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1のソース9Aはグランド電位の配線に接続され、デプレッション型のMOSトランジスタ2のドレイン9Dは電源電位の配線に、第1の金属配線11によって接続される。 As shown in FIG. 1, the drain 9B of the enhancement MOS transistor 1 is connected to the source 9C of the depletion MOS transistor 2 by a first metal wiring 11. The same metal wiring also connects the P-type gate electrode 3 of the enhancement MOS transistor 1 and the N-type gate electrode 4 of the depletion MOS transistor 2 to the same potential. Normally, the source 9A of the enhancement MOS transistor 1 is connected to a wiring of ground potential, and the drain 9D of the depletion MOS transistor 2 is connected to a wiring of power supply potential by the first metal wiring 11.

図4は、図1から図3を用いて説明した基準電圧回路を備えた半導体装置の基準電圧回路の部分を表す等価回路図である。直列に接続されたエンハンスメント型のMOSトランジスタ1とデプレッション型のMOSトランジスタ2を有し、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1のソースはグランド電位VSSに接続され、デプレッション型のMOSトランジスタ2のドレインは電源電位VDDに接続される。エンハンスメント型のMOSトランジスタ1とデプレッション型のMOSトランジスタ2の接続点から基準電圧Vrefを出力する。 Fig. 4 is an equivalent circuit diagram showing a portion of the reference voltage circuit of a semiconductor device including the reference voltage circuit described with reference to Fig. 1 to Fig. 3. It has an enhancement type MOS transistor 1 and a depletion type MOS transistor 2 connected in series, the source of the enhancement type MOS transistor 1 is connected to the ground potential VSS , and the drain of the depletion type MOS transistor 2 is connected to the power supply potential V DD . A reference voltage Vref is output from the connection point between the enhancement type MOS transistor 1 and the depletion type MOS transistor 2.

次に、上記基準電圧回路を備えた半導体装置の製造方法を説明する。基準電圧回路を構成するエンハンスメント型のMOSトランジスタおよびデプレッション型のMOSトランジスタは、N型シリコン基板もしくはN型ウェル中に別々に離間して形成されたP型ウェルの表面近傍にそれぞれ設けられる。素子分離領域をLOCOSもしくはSTIで形成した後、ゲート酸化膜を形成し、ゲート電極となる多結晶シリコン膜を堆積させる。多結晶シリコン膜は100nm~400nmの厚みで成膜した後、エンハンスメント型となるMOSトランジスタのゲート電極領域には、たとえばBFをイオン注入してP型多結晶シリコンにし、デプレッション型となるMOSトランジスタのゲート電極領域には、たとえばリンをイオン注入してN型多結晶シリコンとなるように不純物のイオン注入を実施する。その後多結晶シリコンをパターニング、加工しゲート電極を形成する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device equipped with the above-mentioned reference voltage circuit will be described. The enhancement type MOS transistor and the depression type MOS transistor constituting the reference voltage circuit are provided near the surface of an N-type silicon substrate or a P-type well formed separately in an N-type well. After forming an element isolation region by LOCOS or STI, a gate oxide film is formed and a polycrystalline silicon film to become a gate electrode is deposited. After forming the polycrystalline silicon film to a thickness of 100 nm to 400 nm, impurity ion implantation is performed so that, for example, BF 2 is ion-implanted into the gate electrode region of the enhancement type MOS transistor to make it P-type polycrystalline silicon, and, for example, phosphorus is ion-implanted into the gate electrode region of the depression type MOS transistor to make it N-type polycrystalline silicon. The polycrystalline silicon is then patterned and processed to form a gate electrode.

次に、ゲート電極を覆う中間絶縁膜を形成し、コンタクトホールを形成した後、第1の金属配線層となる金属膜を成膜する。その後、層間絶縁膜、および必要とされる数の多層配線層を形成する。
多層配線の最上層となる層には非透水層を形成し、そのパターニングにおいては、基準電圧回路を構成する少なくともエンハンスメント型のMOSトランジスタにおいてはゲート電極をカバーするようにレイアウトし、パターニングし、非透水性膜とする。エンハンスメント型のMOSトランジスタのゲート電極上のみではなくデプレッション型のMOSトランジスタのゲート電極上に非透水性膜を配置することも可能である。
非透水層としては、最上層となる金属配線層を用いることができる。金属ではなく、スパッタにより形成されるアモルファスシリコンを用いることもできる。
Next, an intermediate insulating film is formed to cover the gate electrode, and after forming contact holes, a metal film to be a first metal wiring layer is formed, followed by forming an interlayer insulating film and a required number of multi-layer wiring layers.
A water-impermeable layer is formed on the top layer of the multilayer wiring, and the water-impermeable layer is laid out and patterned so as to cover the gate electrodes of at least the enhancement-type MOS transistors constituting the reference voltage circuit, to form a water-impermeable film. It is also possible to dispose the water-impermeable film not only on the gate electrodes of the enhancement-type MOS transistors, but also on the gate electrodes of the depletion-type MOS transistors.
The impermeable layer may be a metal wiring layer that is the top layer. Instead of metal, amorphous silicon formed by sputtering may also be used.

非透水層のパターニング後、最終保護膜を形成する。最終保護膜の構造はプラズマ窒化膜単層構造、もしくは酸化膜とプラズマ窒化膜の2層構造でも構わない。このプラズマ窒化膜に含まれる水素が、高温放置試験にて脱離し界面準位として捕獲されるため、前述の基準電圧回路のゲート電極上に配置した非透水性膜の領域部分の最終保護膜をエッチングして取り除く。こうすることで、P型ゲート電極の直上に位置するプラズマ窒化膜からの水素の拡散を防ぐことが可能となり、拡散する水素の総量を抑制することができる。 After patterning the non-permeable layer, a final protective film is formed. The structure of the final protective film may be a single-layer structure of plasma nitride film, or a two-layer structure of oxide film and plasma nitride film. Since hydrogen contained in this plasma nitride film is desorbed and captured as an interface state during the high-temperature storage test, the final protective film in the area of the non-permeable film placed on the gate electrode of the aforementioned reference voltage circuit is etched and removed. This makes it possible to prevent diffusion of hydrogen from the plasma nitride film located directly above the P-type gate electrode, and suppress the total amount of hydrogen that diffuses.

図5は、図1から図4により示される基準電圧回路を備えた半導体装置が高温放置試験において示すシフト量を、従来の構造の基準電圧回路を備えた半導体装置におけるシフト量と比較したものである。従来構造におけるシフト量を1とすると、第1の実施形態に係る構造においては、シフト量が0.6に減少していることが分かる。この比較結果から、エンハンスメント型のMOSトランジスタ1のP型ゲート電極3の上方に、P型ゲート電極3を覆う非透水性膜を配置し、その上に配置される最終保護膜であるプラズマ窒化膜を除去した開口部を設けることで、高温放置試験におけるしきい値電圧のシフト量を抑制することが可能となることが分かる。 Figure 5 compares the amount of shift exhibited by a semiconductor device equipped with the reference voltage circuit shown in Figures 1 to 4 in a high-temperature storage test with the amount of shift exhibited by a semiconductor device equipped with a reference voltage circuit of a conventional structure. If the amount of shift in the conventional structure is taken as 1, it can be seen that the amount of shift is reduced to 0.6 in the structure according to the first embodiment. From this comparison result, it can be seen that by disposing a non-permeable film covering the P-type gate electrode 3 above the P-type gate electrode 3 of the enhancement-type MOS transistor 1, and providing an opening by removing the plasma nitride film, which is the final protective film disposed on top of that, it is possible to suppress the amount of shift in the threshold voltage in a high-temperature storage test.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る基準電圧回路を備えた半導体装置の断面模式図である。第1の実施形態と異なる点は、基準電圧回路の上方に配置された最終保護膜13を覆うポリイミド膜15を有する点である。非透水性膜5は水分を通さないが、最終保護膜13により覆われている周辺においては、非透水性膜5と最終保護膜13との界面から、水分が侵入する可能性がある。水分は水素とは異なり腐食を起こすので、半導体装置においては、水分の侵入を防ぐことも重要である。そこで、最終保護膜13に設けられた、非透水性膜5の表面に位置する開口部6を隙間なく覆うポリイミド膜15を配置することで、非透水性膜5と最終保護膜13との界面から、水分が侵入することを抑制する構造としたものである。ポリイミドは疎水性を示すので、水分の侵入を遅らせる効果がある。 Figure 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device equipped with a reference voltage circuit according to a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that it has a polyimide film 15 that covers the final protective film 13 arranged above the reference voltage circuit. The non-permeable film 5 does not allow moisture to pass through, but moisture may penetrate from the interface between the non-permeable film 5 and the final protective film 13 in the periphery covered by the final protective film 13. Unlike hydrogen, moisture causes corrosion, so it is also important to prevent moisture from penetrating in semiconductor devices. Therefore, by disposing a polyimide film 15 that completely covers the opening 6 located on the surface of the non-permeable film 5 provided in the final protective film 13, a structure is created that suppresses moisture from penetrating from the interface between the non-permeable film 5 and the final protective film 13. Polyimide is hydrophobic, so it has the effect of delaying the penetration of moisture.

図7は、本発明の第3の実施形態に係る基準電圧回路を備えた半導体装置の断面模式図である。第1の実施形態と異なる点は、開口部6の底となる非透水性膜5の表面に、耐腐食性を有する酸化物の膜を有する点である。これは、第1の実施形態において、非透水性膜5の例として、金属配線層の利用、あるいはスパッタにより堆積されるアモルファスシリコンの利用を挙げた。金属配線層を利用した場合、開口部があるので、金属配線層を利用した非透水性膜5に水分などによる腐食が発生する可能性がある。そこで、非透水性膜5が腐食されないように、少なくとも開口部の底となる非透水性膜5の表面を隙間なく覆う、耐腐食性を有する酸化物の膜16を設けることで、半導体装置の腐食に対する信頼性を高くすることが可能となる。 Figure 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device equipped with a reference voltage circuit according to a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a corrosion-resistant oxide film is provided on the surface of the non-permeable film 5 that is the bottom of the opening 6. In the first embodiment, the use of a metal wiring layer or amorphous silicon deposited by sputtering was given as an example of the non-permeable film 5. When a metal wiring layer is used, since there is an opening, there is a possibility that corrosion due to moisture or the like will occur in the non-permeable film 5 using the metal wiring layer. Therefore, by providing a corrosion-resistant oxide film 16 that covers at least the surface of the non-permeable film 5 that is the bottom of the opening without any gaps so that the non-permeable film 5 is not corroded, it is possible to increase the reliability of the semiconductor device against corrosion.

耐腐食性を有する酸化物の膜16の例としては、金属酸化物であるアルミナ(酸化アルミニウム:Al)、セラミックを挙げることができる。アルミナは、非透水性膜5がアルミニウムを主たる成分とする場合、酸素雰囲気における酸化、あるいは陽極酸化により形成することができる。セラミックの膜は、セラミック成分主体の薄い膜をコーティングにより形成することができる。これらの酸化物は耐腐食性が高く、比較的低温で形成できるので、半導体装置に用いることが可能である。 Examples of the corrosion-resistant oxide film 16 include alumina (aluminum oxide: Al2O3 ), which is a metal oxide, and ceramics. When the non-water-permeable film 5 is mainly composed of aluminum, alumina can be formed by oxidation in an oxygen atmosphere or by anodization. The ceramic film can be formed by coating a thin film mainly composed of ceramic components. These oxides have high corrosion resistance and can be formed at relatively low temperatures, so they can be used in semiconductor devices.

なお、開口部6は、少なくとも第1のチャネル幅方向において、第1のチャネル幅より長くし、第1のチャネル領域を覆うように設けるが必要がある。しかしながら、開口部6は、第1のチャネル長方向においては、第1のチャネル長より短くし、第1のチャネル領域の内側に設定しても構わない。 The opening 6 must be longer than the first channel width at least in the first channel width direction and must be provided so as to cover the first channel region. However, the opening 6 may be shorter than the first channel length in the first channel length direction and may be set inside the first channel region.

高温放置による界面準位の変動は、主にゲート絶縁膜と半導体基板の間の結合性の低い領域を中心に、ここに存在する酸化工程に起因する水素の脱離により発生すると考えられる。特にこの結合性が低い領域は、素子分離領域とチャネル領域との境界に集中する場合がある。従って、開口部6は、この領域を充分に覆うことで、保護膜である窒化膜からの水素侵入を抑制し、結合性が低い領域に存在する水素との結合及び脱離を抑制することが可能になる。 The change in the interface state due to exposure to high temperatures is thought to occur mainly in the low-bonding region between the gate insulating film and the semiconductor substrate, due to the desorption of hydrogen that is present in this region due to the oxidation process. In particular, this low-bonding region may be concentrated at the boundary between the element isolation region and the channel region. Therefore, by sufficiently covering this region, the opening 6 can suppress the penetration of hydrogen from the nitride film, which is the protective film, and suppress the bonding and desorption of hydrogen that is present in the low-bonding region.

一方、チャネル領域とソース・ドレイン領域の境界には、ゲート電極形成時のプラズマエッチング処理等によって発生するシリコンの未結合手が偏在しやすい。この未結合手は水素で終端されておらず固定電荷として働き、閾値電圧を高くする傾向がある。従って、保護膜である窒化膜からの水素侵入を積極的に促し、閾値電圧の上昇やそのばらつきを抑制する事で基準電圧回路が出力する基準電圧を安定させることができる。そのため、開口部6は、第1のチャネル長方向においては、第1のチャネル長より短くし、第1のチャネル領域の内側に設定することで、水素侵入を促進するような構成としてもよい。 On the other hand, dangling silicon bonds generated by plasma etching during gate electrode formation tend to be unevenly distributed at the boundary between the channel region and the source/drain region. These dangling bonds are not terminated with hydrogen and act as fixed charges, which tend to increase the threshold voltage. Therefore, by actively promoting hydrogen penetration from the protective nitride film and suppressing the increase and variation in the threshold voltage, it is possible to stabilize the reference voltage output by the reference voltage circuit. Therefore, the opening 6 may be configured to be shorter than the first channel length in the first channel length direction and set inside the first channel region to promote hydrogen penetration.

1.Nチャネルエンハンスメント型トランジスタ
2.Nチャネルデプレッション型トランジスタ
3.P型の多結晶シリコンからなるゲート電極(P型ゲート電極)
4.N型の多結晶シリコンからなるゲート電極(N型ゲート電極)
5.非透水性膜
6.最終保護膜に設けられた開口部
7.N型基板
8.P型ウェル
9A、9C.N型高濃度層(ソース)
9B、9D.N型高濃度層(ドレイン)
10.中間絶縁膜
11.第1の金属配線
12.層間絶縁膜
13.最終保護膜
14.素子分離絶縁膜
15.ポリイミド膜
16.非浸透性膜
1. N-channel enhancement type transistor 2. N-channel depletion type transistor 3. A gate electrode made of P-type polycrystalline silicon (P-type gate electrode)
4. A gate electrode made of N-type polycrystalline silicon (N-type gate electrode)
5. Non-permeable film 6. Opening provided in final protective film 7. N-type substrate 8. P-type well 9A, 9C. N-type high concentration layer (source)
9B, 9D. N-type high concentration layer (drain)
10. intermediate insulating film 11. first metal wiring 12. interlayer insulating film 13. final protective film 14. element isolation insulating film 15. polyimide film 16. non-permeable film

Claims (7)

第1のチャネル長方向及び第1のチャネル幅方向を有する第1のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域を覆いP型の導電型を有する多結晶シリコンを第1のゲート電極として有するエンハンスメント型MOSトランジスタと、
第2のチャネル長方向及び第2のチャネル幅方向を有する第2のチャネル領域と、前記第2のチャネル領域を覆いN型の導電型を有する多結晶シリコンを第2のゲート電極として有するデプレッション型MOSトランジスタと、
を有する基準電圧回路を備えた半導体装置であって、
前記エンハンスメント型MOSトランジスタは、前記第1のゲート電極の上部に配置された層間絶縁膜を介して、前記第1のゲート電極を覆って局所的に設けられた非透水性膜と、平面視において前記第1のゲート電極を含み、前記非透水性膜よりは小さく設けられた開口部を有する、前記非透水性膜の周囲を覆うように設けられた窒化膜と、を有し、
前記デプレッション型MOSトランジスタは、前記第2のゲート電極の上部に配置された層間絶縁膜に直接設けられた、平面視において前記デプレッション型MOSトランジスタを隙間なく覆う窒化膜を有することを特徴とする基準電圧回路を備えた半導体装置。
an enhancement type MOS transistor including a first channel region having a first channel length direction and a first channel width direction, and a first gate electrode covering the first channel region and made of polycrystalline silicon having a P-type conductivity;
a depletion-type MOS transistor including a second channel region having a second channel length direction and a second channel width direction, the second channel region being covered with polycrystalline silicon having an N-type conductivity as a second gate electrode;
A semiconductor device including a reference voltage circuit having
the enhancement type MOS transistor comprises: a water-impermeable film locally provided to cover the first gate electrode via an interlayer insulating film arranged on an upper portion of the first gate electrode; and a nitride film provided to cover the periphery of the water-impermeable film, the nitride film including the first gate electrode in a plan view and having an opening that is smaller than the water-impermeable film;
a second gate electrode connected to the first insulating film and a second gate electrode connected to the second insulating film, the second gate electrode being electrically connected to the first insulating film and the second gate electrode being electrically connected to the second insulating film;
前記開口部は、前記第1のチャネル幅方向において前記第1のチャネル幅より長く、前記第1のチャネル長方向において前記第1のチャネル長よりも短いことを特徴とする請求項1に記載の基準電圧回路を備えた半導体装置。 The semiconductor device having the reference voltage circuit according to claim 1, characterized in that the opening is longer than the first channel width in the first channel width direction and shorter than the first channel length in the first channel length direction. P型の導電型を有する多結晶シリコンを第1のゲート電極として有するエンハンスメント型MOSトランジスタと、
N型の導電型を有する多結晶シリコンを第2のゲート電極として有するデプレッション型MOSトランジスタと、
を有する基準電圧回路を備えた半導体装置であって、
前記エンハンスメント型MOSトランジスタは、前記第1のゲート電極の上部に配置された層間絶縁膜を介して、前記第1のゲート電極を覆って局所的に設けられた非透水性膜と、平面視において前記第1のゲート電極よりも大きく、前記非透水性膜よりは小さく設けられた開口部を有する、前記非透水性膜の周囲を覆うように設けられた窒化膜と、を有し、
前記デプレッション型MOSトランジスタは、前記第2のゲート電極の上部に配置された層間絶縁膜に直接設けられた、平面視において前記デプレッション型MOSトランジスタを隙間なく覆う窒化膜を有することを特徴とする基準電圧回路を備えた半導体装置。
an enhancement type MOS transistor having a first gate electrode made of polycrystalline silicon having a P-type conductivity;
a depletion type MOS transistor having a second gate electrode made of polycrystalline silicon having an N-type conductivity;
A semiconductor device including a reference voltage circuit having
the enhancement type MOS transistor comprises: a water-impermeable film locally provided to cover the first gate electrode via an interlayer insulating film arranged on an upper portion of the first gate electrode; and a nitride film provided to cover the periphery of the water-impermeable film, the nitride film having an opening that is larger than the first gate electrode and smaller than the water-impermeable film in a plan view;
a second gate electrode connected to the first insulating film and a second gate electrode connected to the second insulating film, the second gate electrode being electrically connected to the first insulating film and the second gate electrode being electrically connected to the second insulating film;
前記非透水性膜は、最上層の配線層であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基準電圧回路を備えた半導体装置。 A semiconductor device comprising a reference voltage circuit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the non-permeable film is the uppermost wiring layer. 前記非透水性膜は、アモルファスシリコンであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基準電圧回路を備えた半導体装置。 A semiconductor device having a reference voltage circuit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the non-permeable film is made of amorphous silicon. 前記開口部隙間なく覆うポリイミド膜をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基準電圧回路を備えた半導体装置。 4. The semiconductor device comprising the reference voltage circuit according to claim 1, further comprising a polyimide film that covers the opening without any gaps . 前記非透水性膜の表面を隙間なく覆う、耐腐食性を有する酸化物の膜をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基準電圧回路を備えた半導体装置。 A semiconductor device equipped with a reference voltage circuit according to any one of claims 1 to 3, further comprising a corrosion-resistant oxide film that completely covers the surface of the non-permeable film.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002170886A (en) 2000-09-19 2002-06-14 Seiko Instruments Inc Semiconductor device for reference voltage and method of manufacturing the same
WO2005117119A1 (en) 2004-05-27 2005-12-08 Fujitsu Limited Semiconductor device and its fabricating process
JP2007081041A (en) 2005-09-13 2007-03-29 Seiko Epson Corp Semiconductor device
US20190019813A1 (en) 2017-07-11 2019-01-17 Boe Technology Group Co., Ltd. Display panel, its manufacturing method, and display device
JP7528063B2 (en) 2019-04-26 2024-08-05 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and electronic device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08148562A (en) * 1994-11-18 1996-06-07 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacture
JP3605291B2 (en) * 1997-08-29 2004-12-22 株式会社日立製作所 Semiconductor integrated circuit device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002170886A (en) 2000-09-19 2002-06-14 Seiko Instruments Inc Semiconductor device for reference voltage and method of manufacturing the same
WO2005117119A1 (en) 2004-05-27 2005-12-08 Fujitsu Limited Semiconductor device and its fabricating process
JP2007081041A (en) 2005-09-13 2007-03-29 Seiko Epson Corp Semiconductor device
US20190019813A1 (en) 2017-07-11 2019-01-17 Boe Technology Group Co., Ltd. Display panel, its manufacturing method, and display device
JP7528063B2 (en) 2019-04-26 2024-08-05 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and electronic device

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