半導体装置及びその製造方法
【課題】本発明は、ボディ浮遊効果を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板1と、シリコン基板1上に形成された埋め込み絶縁層2と、埋め込み絶縁層2上に形成された半導体層3とを備えるSOI構造の半導体装置であって、半導体層3は、第1導電型のボディ領域4、第2導電型のソース領域5及び第2導電型のドレイン領域6を有し、ソース領域5とドレイン領域6との間のボディ領域4上にゲート酸化膜7を介してゲート電極8が形成され、ソース領域5は、第2導電型のエクステンション層52と、エクステンション層52と側面で接するシリサイド層51を備え、シリサイド層51とボディ領域4との境界部分に生じる空乏層の領域に結晶欠陥領域12が形成されている。
【解決手段】シリコン基板1と、シリコン基板1上に形成された埋め込み絶縁層2と、埋め込み絶縁層2上に形成された半導体層3とを備えるSOI構造の半導体装置であって、半導体層3は、第1導電型のボディ領域4、第2導電型のソース領域5及び第2導電型のドレイン領域6を有し、ソース領域5とドレイン領域6との間のボディ領域4上にゲート酸化膜7を介してゲート電極8が形成され、ソース領域5は、第2導電型のエクステンション層52と、エクステンション層52と側面で接するシリサイド層51を備え、シリサイド層51とボディ領域4との境界部分に生じる空乏層の領域に結晶欠陥領域12が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係る発明であって、特に、SOI(Silicon on Insulator)構造の半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、SOI構造のMOSトランジスタは、シリコン基板上に埋め込み酸化膜を形成し、当該酸化膜の上に半導体層である薄膜シリコン層が形成されている。そして、薄膜シリコン層には、ソース領域、ボディ領域及びドレイン領域が形成され、さらに、ソース領域とドレイン領域との間のボディ領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、トランジスタが構成されている。なお、ボディ領域をP型、ソース領域及びドレイン領域をN型とすることで、当該MOSトランジスタはNチャネル型となる。
【0003】
また、SOI構造のMOSトランジスタは、ソース領域及びドレイン領域の寄生容量を下げるために、埋め込み酸化膜とソース領域及びドレイン領域が接するように形成されている。さらに、MOSトランジスタの周囲は、薄膜シリコン層が除去され素子分離酸化膜で覆われている。以上のような、SOI構造のMOSトランジスタに関する発明として、以下の特許文献1及び特許文献2がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−332579号公報
【特許文献2】特開2003−197634号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のSOI構造におけるMOSトランジスタでは、P型のボディ領域の側面がN型のソース領域及びドレイン領域に囲まれているため、この部分においてPN接合が形成されることになる。また、ボディ領域の底面は、埋め込み酸化膜が設けられているので、ボディ領域の電位は浮遊状態となっていた。
【0006】
そのため、従来のSOI構造におけるMOSトランジスタでは、ボディ浮遊効果と呼ばれるドレイン電流のキンク現象、ソース−ドレイン耐圧の減少や回路動作時間の動作周波数依存性(ヒストリー効果)などの現象が生じ、動作上大きな問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、ボディ浮遊効果を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る解決手段は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成された半導体層とを備えるSOI構造の半導体装置であって、半導体層は、第1導電型のボディ領域、第2導電型のソース領域及び第2導電型のドレイン領域を有し、ソース領域とドレイン領域との間のボディ領域上にゲート酸化膜を介してゲート電極が形成され、ソース領域は、第2導電型のエクステンション層と、エクステンション層と側面で接するシリサイド層を備え、シリサイド層とボディ領域との境界部分に生じる空乏層の領域に結晶欠陥領域が形成されている。
【発明の効果】
【0009】
本発明に記載の半導体装置は、シリサイド層とボディ領域との境界部分に生じる空乏層の領域に結晶欠陥領域が形成されているので、逆方向のリーク電流が増加してボディ電位をソース電位に固定でき、ボディ浮遊効果を抑制することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の電位図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【図9】本発明の実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。
【図10】本発明の実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。
【図11】本発明の実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。
【図12】本発明の実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。
【図13】本発明の実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。
【図14】本発明の実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。
【図15】本発明の実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。
【図16】本発明の実施の形態7に係る半導体回路の平面図である。
【図17】本発明の実施の形態7に係る半導体回路の平面図である。
【図18】本発明の実施の形態8に係るソースタイ構造を用いたMOSFETの平面図である。
【図19】本発明の実施の形態8に係るソースタイ構造を用いたMOSFETの断面図である。
【図20】本発明の実施の形態8に係るソースタイ構造を用いたMOSFETの断面図である。
【図21】本発明の実施の形態9に係るSRAMの回路図である。
【図22】本発明の実施の形態10に係るSRAMの平面図である。
【図23】本発明の実施の形態10に係る部分トレンチ分離構造の平面図である。
【図24】本発明の実施の形態10に係る部分トレンチ分離構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(実施の形態1)
図1に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図1に示す半導体装置では、SOI構造を採用しており、シリコン基板1上に埋め込み酸化膜2が形成され、さらに埋め込み酸化膜2上に半導体層3が形成された構造である。この半導体層3には、Nチャネル型MOSトランジスタが形成されるため、P型のボディ領域4とN型のソース領域5及びドレイン領域6とが設けられている。
【0012】
ソース領域5は、ボディ領域4と底面で接するCoシリサイド層51と、Coシリサイド層51の側面と接するN型のソースエクステンション層52とで構成されている。また、ドレイン領域6は、埋め込み酸化膜2と接するN型のドレイン拡散層61と、ドレイン拡散層61の側面と接するN型のドレインエクステンション層62と、N型のドレイン拡散層61に埋め込まれるように形成されるCoシリサイド層63とで構成されている。
【0013】
また、ソース領域5とドレイン領域6との間のボディ領域4上には、ゲート酸化膜7を介してゲート電極を構成するゲートポリシリコン8が形成されている。ゲートポリシリコン8は、上面にCoシリサイド層9が形成され、側面に側壁酸化膜10が形成されている。さらに、図1に示すNチャネル型MOSトランジスタでは、素子分離酸化膜11によって、他の素子から分離されている。
【0014】
図1に示す半導体装置では、Coシリサイド層51の底面がボディ領域4と接している。このCoシリサイド層51とボディ領域4との接触は、ボディ領域4のP型不純物濃度が通常1018個/cm3程度と薄いため、オーミック接触とはならずショットキー接合となる。しかし、Coシリサイド層51とボディ領域4との界面でのラフネスが大きく、当該ショットキー接合におけるリーク電流は通常のPN接合のリーク電流より大きくなる。また、Coシリサイド層51とボディ領域4との接触している面積は比較的大きいので、Coシリサイド層51とボディ領域4とは、電気的に導通状態となる。
【0015】
さらに、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52とは、オーミック接触しているため、ボディ領域4、Coシリサイド層51及びソースエクステンション層52は電気的に導通状態となる。従って、ボディ領域4の電位(ボディ電位)は、Coシリサイド層51及びソースエクステンション層52の抵抗を介してソース電位に固定されることになる。
【0016】
図1に示すように、本実施の形態では、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界部分に生じる空乏層に、結晶欠陥領域12がさらに形成されている。この結晶欠陥領域12を、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界部分に生じる空乏層に設けることで、ショットキー接合の逆方向リーク電流を増加させることができる。ここで図2に、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界部分の電位図を示す。図2では、境界部分のボディ領域4側に空乏層が形成されており、この空乏層部分に結晶欠陥領域12の結晶欠陥が存在する。価電子帯の正孔は、空乏層の結晶欠陥を介してCoシリサイド層51に流れるので、ショットキー接合の逆方向リーク電流が増加することになる。
【0017】
なお、図2に示すEvは価電子帯の上端の電位を表し、Ecは伝導帯の下端の電位を表している。さらに、Efはボディ領域4のフェルミ準位を、EfmはCoシリサイド層51フェルミ準位をそれぞれ表している。また、空乏層は、結晶欠陥を設けることで縮まり、数十nm以下になると考えられる。
【0018】
このように、本実施の形態では、ボディ電位が、Coシリサイド層51及びソースエクステンション層52の抵抗を介してソース電位に固定される。さらに、結晶欠陥領域12を設けることでボディ電位とソース電位との間の接触抵抗が低下し、ボディ電位のソース電位への時間的な追従性が向上する。
【0019】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。ソース領域5にはソースエクステンション層52のみが形成され、ドレイン領域6にはドレインエクステンション層62のみが形成された半導体装置の断面図を図3に示す。以下に、図3に示す半導体装置が形成されるまでの工程の概略について説明する。まず、SOI基板の半導体層3にトレンチを設け素子分離酸化膜11が形成される。次に、熱酸化法によりゲート酸化膜7が形成され、当該ゲート酸化膜7上にゲートポリシリコン8を設けてゲート電極を形成する。そして、N型の不純物である砒素イオンを1014個/cm2程度イオン注入法により半導体層3に注入して、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62を形成する。次に、シリコン酸化膜を半導体層3上に堆積し、当該シリコン酸化膜を異方性エッチングすることで側壁酸化膜10を形成している。
【0020】
図3に示す半導体装置を形成した後に、本実施の形態では結晶欠陥領域12を形成する。図3に示す半導体装置において、破線で示す結晶欠陥形成領域13にシリコンイオンを1014個/cm2程度注入することで、当該領域の結晶性を破壊又は結晶欠陥を多数生じさせる。なお、注入されるイオンはシリコン以外でも良く、結晶性を破壊又は結晶欠陥を多数生じさせることで、バンド構造を変化させ、逆方向リーク電流を増加させるものであれば良い。例えば、ゲルマニウムや窒素、酸素、アルミ、鉄などが考えられる。
【0021】
シリコンイオンの注入によって結晶欠陥が形成されるのは、図3に示すようにソース領域だけでなくドレイン領域にも形成される。しかし、図1に示すように、本実施の形態では、埋め込み酸化膜2まで達するドレイン拡散層61が形成されることにより、ドレイン領域に形成された結晶欠陥は完全に覆われる。そのため、ドレイン領域に形成されるPN接合には、逆方向リーク電流の増加は生じない。
【0022】
また、図4に示す半導体装置のように、ドレイン領域にシリコンイオンが注入されないように、光リソグラフィ技術を用いてドレイン領域のみフォトレジスト14を形成しても良い。つまり、シリコンイオンを注入する工程の前にフォトレジスト14を形成する工程を追加することで、ソース領域のみに結晶欠陥領域12を形成することができる。
【0023】
具体的に、ドレイン拡散層61を形成する製造方法について図5を用いて説明する。まず、光リソグラフィ技術を用いてフォトレジスト15をソース領域上のみに形成する。図5では、ゲート電極の真ん中から左側のみにフォトレジスト15が形成されている様子が示されている。そして、このフォトレジスト15をマスクとして利用し、ドレイン領域のみに砒素イオンをイオン注入法で注入する。注入する砒素イオンは、1015個/cm2程度である。注入後に、フォトレジスト15を除去し、半導体装置を1000℃程度で熱アニールすることにより、埋め込み酸化膜2まで達する深いドレイン拡散層61が形成できる。
【0024】
次に、半導体層3上にCo膜を堆積させアニールすることで、ソース領域にCoシリサイド層51及びドレイン領域にCoシリサイド層63が形成される。ここで、Coシリサイド層51は、ソースエクステンション層52よりも深く形成し、且つCoシリサイド層51とボディ領域4との境界が図3に示す結晶欠陥形成領域13の位置になるようにする。これにより、Coシリサイド層51がボディ領域4とPN接合し、且つCoシリサイド層51とボディ領域4との境界に生じる空乏層に結晶欠陥領域12が形成されることになるので、PN接合の逆方向リーク電流が増加する。
【0025】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界に生じる空乏層に結晶欠陥領域12が形成されているので、本実施の形態に係る半導体装置では、ボディ電位をソース電位に固定することができ、ボディ浮遊効果を抑制することができる。さらに、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51とボディ領域4との間に流れる逆方向リーク電流が増加するため、ボディ電位のソース電位への追従性が良くなる。なお、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。
【0026】
(実施の形態2)
SOI構造の半導体装置において、ボディ浮遊効果を抑制するには、ホットキャリアの発生を低減することによっても可能である。このホットキャリアの発生を低減するためには、ゲート電極側のドレイン領域における電界を緩和すれば良い。つまり、ソース領域を寄生抵抗が少ないソース不純物構造にし、非対称なソース−ドレイン構造にすることで、ゲート電極側のドレイン領域における電界を緩和することが可能となる。本実施の形態に係る半導体装置では、上記の構造を採用している。
【0027】
具体的に、本実施の形態に係る半導体装置について説明する。まず、本実施の形態に係る半導体装置の構造は、基本的に図1に示した構造と同じである。しかし、本実施の形態では、ソースエクステンション層52の不純物濃度とドレインエクステンション層62の不純物濃度が異なっている点が、実施の形態1と異なる。例えば、ソースエクステンション層52の不純物濃度が、例えば1021個/cm3程度であるのに対し、ドレインエクステンション層62の不純物濃度は、例えば1020個/cm3程度である。
【0028】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62は、N型の不純物である砒素イオンを半導体層3に注入することで同時に形成されるので、ソースエクステンション層52の不純物濃度とドレインエクステンション層62の不純物濃度とは同じになる。そのため、本実施の形態では、ソースエクステンション層52とドレインエクステンション層62とで不純物濃度を変えるために図6に示す工程を追加している。
【0029】
図6に示す製造工程では、実施の形態1の図5に示した工程に続き、ドレインエクステンション層62のみ実効不純物濃度を低下させるために、P型不純物(例えばボロンなど)を斜め方向から注入する工程を追加する。なお、ドレインエクステンション層62に注入されるP型不純物は、例えば1019個/cm3程度である。このように、図6に示す半導体装置では、ドレインエクステンション層62にP型不純物を注入することで、ドレインエクステンション層62のN型不純物(砒素)を補償して実効の不純物濃度を低下させ、ゲート電極側のドレイン領域端の電界を下げることができる。
【0030】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、不純物濃度が非対称なソース−ドレイン構造とすることで、ホットキャリアによるボディ浮遊効果を抑制できると共に、ソース領域の寄生抵抗の低減によるトランジスタの駆動電流向上が可能となる。
【0031】
なお、本実施の形態では、ドレインエクステンション層62にP型の不純物を注入して不純物濃度が非対称なソース−ドレイン構造としているが、本発明はこれに限られず、ソースエクステンション層52にN型の不純物を注入して不純物濃度が非対称なソース−ドレイン構造を形成しても良い。例えば、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62の不純物濃度を1020個/cm3程度で形成しておき、後の工程でソースエクステンション層52にのみ砒素イオンをイオン注入法で注入し、ソースエクステンション層52の不純物濃度を1021個/cm3程度にする。
【0032】
(実施の形態3)
図7に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図7に示す半導体装置では、図1に示したソース領域5と構成が異なる。なお、図7のソース領域5以外は、図1に示した半導体装置と同じであるため、同一の構成部分については同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0033】
図7に示すソース領域5は、ゲート酸化膜7の近傍に形成されたソースエクステンション層52と、ソースエクステンション層52の側面方向に形成されたCoシリサイド層51と、Coシリサイド層51の下層に形成されるN型のソース拡散層53と、ソース拡散層53の下層に形成されるP型拡散層54とにより構成されている。そして、P型拡散層54は、ソース拡散層53とボディ領域4とが接する面積に比べ、広い面積でソース拡散層53と接している。また、P型拡散層54は、ボディ領域4に比べて不純物濃度が高い。
【0034】
この場合に、P型拡散層54とソース拡散層53との間に流れるリーク電流は、ボディ領域4とソース拡散層53との間に流れるリーク電流よりも増加するので、ボディ電位をソース電位に固定することができる。なお、リーク電流が増加する理由についてより詳しく説明すると、まず一般的にP型とN型との接合界面では接合拡散電位差による空乏層が広がる。しかし、P型拡散層54とソース拡散層53と接合界面のように、不純物濃度が高いと空乏層は広がらず、電界が急峻となる。よって、P型拡散層54とソース拡散層53と接合界面では、電界が急峻となり量子的にトンネル電流が流れ、電界誘起によるリーク電流が増加することになる。ここで、不純物濃度は濃いほどリーク電流が増加するが、少なくとも1018個/cm3以上あれば良い。
【0035】
次に、図7に示すP型拡散層54の製造方法について説明する。図8に示す半導体装置では、上記実施の形態と同じ製造工程を利用して形成した半導体装置に、さらにソース拡散層53及びドレイン拡散層61を形成するために、光リソグラフィ技術を用いてフォトレジスト16をドレイン領域6上のみに形成している。そして、P型拡散層54を形成するために、フォトレジスト16をマスクとして1015個/cm2程度のボロンイオンを注入する。なお、ボロンイオンの飛程は、ソース領域5の埋め込み酸化膜2近傍とする。これにより、図7に示すP型拡散層54を形成することができる。
【0036】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、P型拡散層54を備えることで、ボディ電位をソース電位に固定することができ、ボディ浮遊効果を抑制することができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置に対して、実施の形態2で説明した非対称なソース−ドレイン構造を適用しても良い。また、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。
【0037】
(実施の形態4)
図1に示した半導体装置において、ソースエクステンション層52の底面は、Coシリサイド層51とのみ接していた。そのため、ソースエクステンション層52は、Coシリサイド層51の側面部分としか接触しておらず、ソースエクステンション層52とCoシリサイド層51の接触抵抗は高くなる。従って、当該接触抵抗が、Coシリサイド層51からソースエクステンション層52を経由してゲート電極下のチャネル反転層まで流れる電流経路に対する寄生抵抗となり、トランジスタのオン電流を低下させる原因となる場合があった。
【0038】
そこで、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51の底面が、ソースエクステンション層52と接する領域と、ボディ領域4と接する領域とを混在して有することで、Coシリサイド層51の底面部分にもソースエクステンション層52と接する領域を設けて、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触抵抗を低減している。図9に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図9に示す半導体装置は、基本的に図1に示した半導体装置と同じであるが、Coシリサイド層51の底面部分が異なっている。
【0039】
つまり、図1に示した半導体装置では、Coシリサイド層51の底面がボディ領域4のみと接合しているが、図9に示す半導体装置では、Coシリサイド層51の底面が、ソースエクステンション層52と接する領域とボディ領域4と接する領域とが混在している。具体的に、混在している状態を説明すると、まず、図9に示すようにCoシリサイド層51の底面は、凹凸形状を有している。そのため、ソースエクステンション層52の底面が当該凹凸形状の中間に位置すれば、Coシリサイド層51の凸部がボディ領域4と接し、凹部がソースエクステンション層52と接することになる。
【0040】
ここで、膜厚20nm〜60nm程度のCoシリサイド層51を形成した場合、底面に形成される凹凸形状の振幅は5nm〜10nm程度となる。そのため、ソースエクステンション層52の底面を、Coシリサイド層51の凹凸形状の中間に位置するように、ソースエクステンション層52の深さを設定することは製造技術上可能である。なお、ドレイン領域6に形成されるCoシリサイド層63の底面も同様に凹凸形状を有するが、ソース領域5の場合と異なりドレイン拡散層61が形成されるため、Coシリサイド層63はドレイン拡散層61のみと接触することになる。
【0041】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51の底面が、ソースエクステンション層52と接する領域と、ボディ領域4と接する領域とが混在するので、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触面積が増加し、トランジスタのオン電流に対する寄生抵抗を抑制できる。また、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51がボディ領域4とも接触しているので、ボディ電位をソース電位に固定でき、ボディ浮遊効果を抑制することができる。
【0042】
なお、本実施の形態に係る半導体装置に対して、実施の形態2で説明した非対称なソース−ドレイン構造を適用しても良い。また、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。
【0043】
(実施の形態5)
図10に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。本実施の形態に係る半導体装置も、実施の形態4と同様、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触抵抗を抑制する構成である。具体的に、本実施の形態では、図10に示すように、Coシリサイド層51の全部又は大半部分が、半導体層3上に形成されている。このような構造にすることで、Coシリサイド層51の底面の全面がソースエクステンション層52と接することになり、図1に示したようなCoシリサイド層51の側面でのみソースエクステンション層52と接する場合に比べて接触面積が大きくなり接触抵抗を低減できる。
【0044】
しかし、図10に示す半導体装置では、Coシリサイド層51がボディ領域4と直接接する構造でないため、ボディ電位をソース電位に固定するためにCoシリサイド層51とボディ領域4とを繋ぐP型拡散層55を設ける必要がある。
【0045】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について以下に説明する。図示していないが、まず、SOI基板の半導体層3にトレンチを設け素子分離酸化膜11が形成される。次に、熱酸化法によりゲート酸化膜7が形成され、当該ゲート酸化膜7上にゲートポリシリコン8を設けてゲート電極を形成する。そして、N型の不純物である砒素イオンをイオン注入法により半導体層3に注入して、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62を形成する。次に、シリコン酸化膜を半導体層3上に堆積し、当該シリコン酸化膜を異方性エッチングすることで側壁酸化膜10を形成している。
【0046】
さらに、本実施の形態では、選択エピタキシャル成長技術を用いて、ソース領域5及びドレイン領域6の半導体層3上にシリコンの単結晶層を成長させエピタキシャル成長層18を形成する。図11に、エピタキシャル成長層18が形成された半導体装置の断面図を示す。なお、選択エピタキシャル成長技術を用いた場合、酸化膜等の絶縁膜上にはシリコンの単結晶層は成長しないが、ゲートポリシリコン8上にはシリコンの単結晶層が成長する。そのため、選択エピタキシャル成長技術を用いる前に、ゲートポリシリコン8上にキャップ酸化膜19を形成して、ゲートポリシリコン8上にシリコンの単結晶層を成長させないようにしている。
【0047】
次に、光リソグラフィ技術等を用いて、ドレイン領域にのみN型の不純物をイオン注入法で注入し深いドレイン拡散層61を形成する(図示せず)。そして、ソース領域の一部にP型の不純物をイオン注入法で注入しP型拡散層55を形成する(図示せず)。さらに、ゲートポリシリコン8上のキャップ酸化膜19を除去する。図12に、キャップ酸化膜19除去後の半導体装置の断面を示す。
【0048】
次に、Co膜をスパッタリング法により図12に示す半導体装置上に堆積させ、アニール処理を行う。この処理により、エピタキシャル成長層18がシリサイド化されCoシリサイド層51,63となり、ゲートポリシリコン8の一部がシリサイド化されCoシリサイド層9となる。なお、アニール処理の条件によっては、エピタキシャル成長層18の一部がシリサイド化されずに残る場合や、ソースエクステンション層52やドレインエクステンション層62の一部までもシリサイド化されCoシリサイド層51,63となる場合がある。但し、シリコンが露出していない部分(例えば、素子分離酸化膜11)はCo膜と未反応であり、当該部分を除去することで図10に示す半導体装置が形成される。
【0049】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、Coシリサイド層51の全部又は大半部分が半導体層3上に形成されているので、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触面積が増加し、トランジスタのオン電流に対する寄生抵抗を抑制できる。また、本実施の形態に係る半導体装置では、P型拡散層55が設けられCoシリサイド層51がボディ領域4と接触しているので、ボディ電位をソース電位に固定でき、ボディ浮遊効果を抑制することができる。ここで、本実施の形態に係るCoシリサイド層51は、ソースエクステンション層52上に選択エピタキシャル成長させたシリコンをシリサイド化して形成することで容易に製造することができる。
【0050】
なお、本実施の形態に係る半導体装置に対して、実施の形態2で説明した非対称なソース−ドレイン構造を適用しても良い。また、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。さらに、本実施の形態では、エピタキシャル成長層18の形成後にドレイン拡散層61が形成されているが、エピタキシャル成長層18の形成前にドレイン拡散層61を形成しても良い。さらに、本実施の形態では、半導体層3上にエピタキシャル成長させてシリコン層を形成しているが、本発明はこれに限られず、他の方法で半導体層3上にシリコン層を形成しても良い。
【0051】
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態5で示したようにCoシリサイド層51とボディ領域4とを接続するP型拡散層55のような拡散層を製造する方法について説明する。なお、以下の説明においては、図13に示す一般的な半導体装置の構成を用いてP型拡散層55の製造方法を説明する。図13に示す半導体装置では、図10に示した半導体装置と異なりCoシリサイド層51が半導体層3内に形成されている。なお、図13において、図10と同一の構成部分については同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
【0052】
まず、図13に示すP型拡散層55以外の部分を、上記実施の形態で説明した製造方法で形成する。そして、図14に示すように、半導体層3上に層間絶縁膜20を形成する。その後、ソース領域5と層間絶縁膜20上に形成される配線とを接続するプラグを設けるためのコンタクトホール21を、光リソグラフィ技術を用いて、層間絶縁膜20に形成する。次に、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20をマスクに利用し、P型の不純物であるボロンを半導体層3に注入し、P型拡散層55を形成する。つまり、本実施の形態では、P型拡散層55を形成するためだけのマスクを設ける必要がなく、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20をマスクとして利用するので工程数を低減することができる。
【0053】
図14に示すように、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20をマスクとしてボロンイオンを注入するので、形成されるP型拡散層55は、ほぼコンタクトホール21の真下に形成されることになる。なお、P型の不純物であるボロンは、イオン注入法により半導体層3に注入され、注入するボロンイオンの不純物濃度は例えば1014個/cm2程度である。
【0054】
次に、導電材料(例えばタングステン)をスパッタ法等で、コンタクトホール21に埋め込みプラグ22を形成する。当該プラグ22を形成後に、銅配線23を層間絶縁膜20上に形成する。これにより、ソース領域5は、プラグ22を介して銅配線23に電気的に接続される。図15に、プラグ22及び銅配線23を形成した半導体装置の断面図を示す。
【0055】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20を利用してP型拡散層55を形成するので、工程数を低減でき製造コストを削減することができる。本実施の形態では、コンタクトホールをソース側にのみ設けたが、トレイン側に同時に形成しても良い。ドレイン側にホールを設けると、ドレイン側のホールにもボロンが注入されるが、ドレイン側にには、既に濃い砒素が注入されているのでP型に反転することはない。
【0056】
さらに、実施の形態1乃至実施の形態6では、N型チャネルMOSFETについて示したが、P型チャネルMOSFETについても同様に適用できる。また、シリサイドとしてCoSiを用いたがNiSiやTiSiでも良い。
【0057】
(実施の形態7)
上記実施の形態で示した半導体装置は、ボディ領域4をソース領域5に何らかの形で接続することにより、ボディ電位をソース電位に固定している。そのため、上記実施の形態で示した半導体装置の構造をとるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を、ソース側を常に固定して使用するインバータ回路部分などに適用することは可能であるが、ソース側とドレイン側が動作状況により反転するようなパストランジスタ回路部分などには適用できない。
【0058】
そこで、本実施の形態においては、例えば図16に示すようにインバータ論理回路31及び入出力インターフェース回路32の部分については、ソース側が常に固定して使用されるので、実施の形態1〜実施の形態6に記載したいずれか1つの半導体装置の構造をとり、パストランジスタ回路33部分については、ソース側とドレイン側が動作状況により反転するので、通常の半導体装置の構造をとる。これにより、様々な構成の半導体回路に対しても、上記実施の形態に係る半導体装置の構造を適用することが可能となり、適切にボディ浮遊効果を抑制することができる。
【0059】
また、図17では、インバータ論理回路31と入出力インターフェース回路32とからなる半導体回路において、インバータ論理回路31内の一部にパストランジスタ回路33部分が形成されている。そのため、当該パストランジスタ回路33部分には通常の半導体装置の構造を適用し、他の部分については上記実施の形態に記載した半導体装置の構造を適用する。
【0060】
以上のように、本実施の形態では、様々な構成の半導体回路に対して、上記実施の形態に記載した半導体装置の構造を適用することが可能となり、当該部分についてはボディ浮遊効果を抑制することができる。
【0061】
(実施の形態8)
上記実施の形態では、ボディ電位を固定することができる半導体装置の構造について説明した。本実施の形態では、従来、知られているソースタイ構造によるボディ電位を固定する構造と本発明の構造とを比較して説明する。
【0062】
まず、SOI構造のMOSFETにおいて、従来のボディ電位を固定する方法としてソースタイ構造について説明する。図18に、ソースタイ構造を用いたMOSFETの平面図を示す。図18に示すMOSFETはN型であり、ゲート電極81の両側にスペーサ部82、さらにその両側にN型ソース部83及びN型ドレイン部84が設けられている。さらに、図18に示すMOSFETには、N型ソース部83が形成される側に、N型ソース部83と接するようにP型ソースタイ領域85が設けられている。なお、図18に示すMOSFETの平面図では、N型ソース部83やN型ドレイン部84等の上に形成されるコバルトシリサイド層は除去した状態で図示している。
【0063】
図19に、図18のMOSFETをA−B面で切断した断面図を示す。図19に示すMOSFETは、Si基板91上に埋め込み酸化膜92が形成され、さらにその上に設けられたN型ドレイン部84、P型ソースタイ領域85及びP型の薄膜Si層からなるボディ部93が設けられている。また、図19に示すMOSFETは、ボディ部93上にはゲート絶縁膜94を介してゲート電極81が設けられ、当該ゲート電極81の両側の側面に設けられたスペーサ部82、N型ドレイン部84の側面と接するN型エクステンション部95が設けられている。さらに、図19に示すMOSFETには、N型ドレイン部84、P型ソースタイ領域85及びゲート電極81の上にコバルトシリサイド層96が設けられている。
【0064】
図19に示すMOSFETでは、P型ソースタイ領域85がボディ部93と側面で接触するように、ソース領域の一部に設けられている。これにより、P型のボディ部93とソースタイ領域85とが同電位となる。図20に、図18のMOSFETをC−D面で切断した断面図を示す。
【0065】
図20に示されているように、さらに、N型ソース部83やP型ソースタイ領域85の上には、抵抗を低減するために、通常コバルトシリサイド層96が形成されている。そのため、ソース領域(N型ソース部83とP型ソースタイ領域85とが形成される領域)においては、P型ソースタイ領域85とN型ソース部83との上にまたがって形成されたコバルトシリサイド層96により、P型ソースタイ領域85とN型ソース部83とが同電位となる。
【0066】
従って、図18乃至図20に示すソースタイ構造のMOSFETでは、ボディ電位とソース部電位とを同電位にすることが可能となる。
【0067】
このソースタイ構造は、P型ソースタイ領域85を除き、N型ソース部83とN型ドレイン部84とが同じ不純物拡散層の構成で良く、N型ソース部83とN型ドレイン部84とを同時に形成することが可能となる。そのため、上記の実施の形態で説明した半導体装置の構造とを比較すると、ソースタイ構造は、製造プロセスが簡略化できるメリットがある。
【0068】
しかし、ソースタイ構造の場合、P型ソースタイ領域85を図18のように平面方向に設けるため、全てのソース領域をN型ソース部83とした場合に比べて、FETの駆動電流が流れるチャネル幅がP型ソースタイ領域85の幅分だけ狭くなる。逆に、上記の実施の形態1〜5に示した半導体装置の構造では、P型ソースタイ領域85を設ける必要がなくチャネル幅を狭くすることなく、ボディ電位を固定することができるメリットがある。
【0069】
(実施の形態9)
本実施の形態では、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造をSRAM(Static Random Access Memory)回路に適用する。
【0070】
SOI構造の半導体装置を用いたSRAMは、ボディ電位を固定せずに浮遊状態にしておくと、回路動作によるボディ電位の変化に応じて閾値Vthが変動する。そのため、SOI構造の半導体装置を用いたSRAMは、データ読み出し時や書き込み時にSRAMの動作が不安定になる問題があった。
【0071】
そこで、本実施の形態に係るSRAMでは、実施の形態1〜6に示したボディ電位をソース電位に固定することができる半導体装置の構造を適用し、上記の課題を解決している。具体的に、実施の形態1〜6に示した半導体装置をどのように適用するかについて図21を用いて説明する。図21は、本実施の形態に係るSRAMにおける1つのメモリセルの回路図である。
【0072】
図21に示すSRAMのメモリセルは、ビット線と記憶ノード1の間に接続されたアクセストランジスタ101aと、/ビット線と記憶ノード2の間に接続されたアクセストランジスタ101bと、電源と記憶ノード1の間に接続された負荷トランジスタ102aと、電源と記憶ノード2の間に接続された負荷トランジスタ102bと、GNDと記憶ノード1の間に接続されたドライバトランジスタ103aと、GNDと記憶ノード2の間に接続されたドライバトランジスタ103bとで構成されている。なお、アクセストランジスタ101a,101bのゲート電極にはワード線が接続されている。
【0073】
本実施の形態に係るSRAMでは、図21に示したトランジスタの内、負荷トランジスタ102a,102bとドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を適用する。しかし、アクセストランジスタ101a,101bは、ソースとドレインが動作状態に応じて入れ替わるため、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を適用することはできず、ボディ浮遊状態で用いる。つまり、本実施の形態に係るSRAMでは、動作状態においてソース側が決まっている負荷トランジスタ102a,102bとドライバトランジスタ103a,103bとに対して、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を適用する。
【0074】
従って、本実施の形態に係るSRAMは、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6で示した半導体装置の構造を適用し、パストランジスタであるアクセストランジスタ101a,101bには適用しないことで、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bのボディ電位が固定され、データ読み出し時や書き込み時にSRAMの動作が安定する効果がある。
【0075】
(実施の形態10)
実施の形態9では、SRAMを構成する負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bにのみ実施の形態1〜6で示した半導体装置の構造を適用し、アクセストランジスタ101a,101bはボディ浮遊構造としていた。
【0076】
しかし、アクセストランジスタ101a,101bのみがボディ浮遊構造であっても、閾値Vthが回路動作に依存し変動するため、SRAMの動作マージンを狭める問題が発生する。
【0077】
従って、本実施の形態に係るSRAMでは、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6で示したボディ電位固定構造を適用し、且つアクセストランジスタ101a,101bに他のボディ電位固定構造を適用する。図22に、本実施の形態に係るSRAMの平面図を示す。図22に示すSRAMでは、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6で示した構造を、アクセストランジスタ101a,101bに部分トレンチ分離構造をそれぞれ用いて、ボディ電位を固定している。なお、図22に示す部分トレンチ分離構造の場合、アクセストランジスタ101a,101bとボディ端子104とが同電位となる。また、図22では、分離酸化膜が浅くなっている領域を示すために、破線で浅い分離の端を示している。
【0078】
次に、アクセストランジスタ101a,101bに用いた部分トレンチ分離構造を説明する。図23に具体的な部分トレンチ分離構造の平面図を示す。図23には、アクセストランジスタ101a,101bを構成するゲート電極111とその両側にN型ソース領域112とN型ドレイン領域113とが図示されている。さらに、図23には、分離酸化膜114によりアクセストランジスタ101a,101bから分離されているボディ端子104が図示されている。図23では、部分トレンチ分離構造を採用しているため、破線で示した浅い分離の端より内側が、分離酸化膜114の浅い領域である。
【0079】
図24は、図23のE−F面で切断した断面図である。図24に示すように、本実施の形態に係るアクセストランジスタ101a,101bはSOI構造であるため、埋め込み酸化膜117上に形成されている。なお、埋め込み酸化膜117の下層は、Si基板116である。また、図24に示すアクセストランジスタ101a,101bでは、P型のボディ部118とボディ端子104とが分離酸化膜114で分離されている。但し、アクセストランジスタ101a,101b及びボディ端子104は、浅い分離の端より内側の領域にあり、当該領域の分離酸化膜114は浅く、埋め込み酸化膜117まで形成されていないので、分離酸化膜114の下層でP型のボディ部118とボディ端子104とが電気的に繋がっている。なお、P型のボディ部118の上にはゲート絶縁膜119、さらにゲート絶縁膜119上にゲート電極111が形成されている。
【0080】
従って、本実施の形態に係るアクセストランジスタ101a,101bは、図23及び図24に示す部分トレンチ分離構造を採用することでボディ電位を固定することができる。なお、ボディ端子104は、P型のボディ部118よりP型の不純物濃度が高い。これにより、本実施の形態に係るSRAMは、アクセストランジスタ101a,101bの閾値Vthも回路動作による影響を受けずに安定化し、SRAMのデータ読み出し時や書き込み時の動作マージンより確保することができる。
【0081】
なお、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bについても部分トレンチ分離構造を採用してボディ電位を固定する方法も考えられる。しかし、部分トレンチ分離構造を用いる場合、部分トレンチ分離膜下の薄い半導体層を介してボディ電位を固定するため、図24に示すようにボディ端子104とボディ部118との間に薄い半導体層の抵抗が存在することになる。そのため、部分トレンチ分離構造は、薄い半導体層の部分の距離が長い場合、当該部分の抵抗が大きくなりボディ電位の固定能力が低下する問題がある。
【0082】
従って、本実施の形態に係るSRAMでは、部分トレンチ分離構造を採用するトランジスタはアクセストランジスタ101a,101bのみとし、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bについては、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を用いることで、データ読み出し時や書き込み時にSRAMの動作がより安定させることができる。
【符号の説明】
【0083】
1 シリコン基板、2 埋め込み酸化膜、3 半導体層、4 ボディ領域、5 ソース領域、6 ドレイン領域、7 ゲート酸化膜、8 ゲートポリシリコン、9,51,63 Coシリサイド層、10 側壁酸化膜、11 素子分離酸化膜、12 結晶欠陥領域、13 結晶欠陥形成領域、15,16 フォトレジスト、18 エピタキシャル成長層、19 キャップ酸化膜、20 層間絶縁膜、21 コンタクトホール、22 プラグ、23 銅配線、31 インバータ論理回路、32 入出力インターフェース回路、33 パストランジスタ回路、52 ソースエクステンション層、53 ソース拡散層、54,55 P型拡散層、61 ドレイン拡散層、62 ドレインエクステンション層、81,111 ゲート電極、82 スペーサ部、83,112 N型ソース部、84,113 N型ドレイン部、85 P型ソースタイ領域、91,116 Si基板、92,117 埋め込み酸化膜、93,118 ボディ部、94 ゲート絶縁膜、95 N型エクステンション部、96 コバルトシリサイド層、101 アクセストランジスタ、102 負荷トランジスタ、103 ドライバトランジスタ、104 ボディ端子、114 分離酸化膜、119 ゲート絶縁膜。
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係る発明であって、特に、SOI(Silicon on Insulator)構造の半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、SOI構造のMOSトランジスタは、シリコン基板上に埋め込み酸化膜を形成し、当該酸化膜の上に半導体層である薄膜シリコン層が形成されている。そして、薄膜シリコン層には、ソース領域、ボディ領域及びドレイン領域が形成され、さらに、ソース領域とドレイン領域との間のボディ領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、トランジスタが構成されている。なお、ボディ領域をP型、ソース領域及びドレイン領域をN型とすることで、当該MOSトランジスタはNチャネル型となる。
【0003】
また、SOI構造のMOSトランジスタは、ソース領域及びドレイン領域の寄生容量を下げるために、埋め込み酸化膜とソース領域及びドレイン領域が接するように形成されている。さらに、MOSトランジスタの周囲は、薄膜シリコン層が除去され素子分離酸化膜で覆われている。以上のような、SOI構造のMOSトランジスタに関する発明として、以下の特許文献1及び特許文献2がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−332579号公報
【特許文献2】特開2003−197634号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のSOI構造におけるMOSトランジスタでは、P型のボディ領域の側面がN型のソース領域及びドレイン領域に囲まれているため、この部分においてPN接合が形成されることになる。また、ボディ領域の底面は、埋め込み酸化膜が設けられているので、ボディ領域の電位は浮遊状態となっていた。
【0006】
そのため、従来のSOI構造におけるMOSトランジスタでは、ボディ浮遊効果と呼ばれるドレイン電流のキンク現象、ソース−ドレイン耐圧の減少や回路動作時間の動作周波数依存性(ヒストリー効果)などの現象が生じ、動作上大きな問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、ボディ浮遊効果を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る解決手段は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成された半導体層とを備えるSOI構造の半導体装置であって、半導体層は、第1導電型のボディ領域、第2導電型のソース領域及び第2導電型のドレイン領域を有し、ソース領域とドレイン領域との間のボディ領域上にゲート酸化膜を介してゲート電極が形成され、ソース領域は、第2導電型のエクステンション層と、エクステンション層と側面で接するシリサイド層を備え、シリサイド層とボディ領域との境界部分に生じる空乏層の領域に結晶欠陥領域が形成されている。
【発明の効果】
【0009】
本発明に記載の半導体装置は、シリサイド層とボディ領域との境界部分に生じる空乏層の領域に結晶欠陥領域が形成されているので、逆方向のリーク電流が増加してボディ電位をソース電位に固定でき、ボディ浮遊効果を抑制することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の電位図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【図9】本発明の実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。
【図10】本発明の実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。
【図11】本発明の実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。
【図12】本発明の実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。
【図13】本発明の実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。
【図14】本発明の実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。
【図15】本発明の実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。
【図16】本発明の実施の形態7に係る半導体回路の平面図である。
【図17】本発明の実施の形態7に係る半導体回路の平面図である。
【図18】本発明の実施の形態8に係るソースタイ構造を用いたMOSFETの平面図である。
【図19】本発明の実施の形態8に係るソースタイ構造を用いたMOSFETの断面図である。
【図20】本発明の実施の形態8に係るソースタイ構造を用いたMOSFETの断面図である。
【図21】本発明の実施の形態9に係るSRAMの回路図である。
【図22】本発明の実施の形態10に係るSRAMの平面図である。
【図23】本発明の実施の形態10に係る部分トレンチ分離構造の平面図である。
【図24】本発明の実施の形態10に係る部分トレンチ分離構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(実施の形態1)
図1に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図1に示す半導体装置では、SOI構造を採用しており、シリコン基板1上に埋め込み酸化膜2が形成され、さらに埋め込み酸化膜2上に半導体層3が形成された構造である。この半導体層3には、Nチャネル型MOSトランジスタが形成されるため、P型のボディ領域4とN型のソース領域5及びドレイン領域6とが設けられている。
【0012】
ソース領域5は、ボディ領域4と底面で接するCoシリサイド層51と、Coシリサイド層51の側面と接するN型のソースエクステンション層52とで構成されている。また、ドレイン領域6は、埋め込み酸化膜2と接するN型のドレイン拡散層61と、ドレイン拡散層61の側面と接するN型のドレインエクステンション層62と、N型のドレイン拡散層61に埋め込まれるように形成されるCoシリサイド層63とで構成されている。
【0013】
また、ソース領域5とドレイン領域6との間のボディ領域4上には、ゲート酸化膜7を介してゲート電極を構成するゲートポリシリコン8が形成されている。ゲートポリシリコン8は、上面にCoシリサイド層9が形成され、側面に側壁酸化膜10が形成されている。さらに、図1に示すNチャネル型MOSトランジスタでは、素子分離酸化膜11によって、他の素子から分離されている。
【0014】
図1に示す半導体装置では、Coシリサイド層51の底面がボディ領域4と接している。このCoシリサイド層51とボディ領域4との接触は、ボディ領域4のP型不純物濃度が通常1018個/cm3程度と薄いため、オーミック接触とはならずショットキー接合となる。しかし、Coシリサイド層51とボディ領域4との界面でのラフネスが大きく、当該ショットキー接合におけるリーク電流は通常のPN接合のリーク電流より大きくなる。また、Coシリサイド層51とボディ領域4との接触している面積は比較的大きいので、Coシリサイド層51とボディ領域4とは、電気的に導通状態となる。
【0015】
さらに、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52とは、オーミック接触しているため、ボディ領域4、Coシリサイド層51及びソースエクステンション層52は電気的に導通状態となる。従って、ボディ領域4の電位(ボディ電位)は、Coシリサイド層51及びソースエクステンション層52の抵抗を介してソース電位に固定されることになる。
【0016】
図1に示すように、本実施の形態では、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界部分に生じる空乏層に、結晶欠陥領域12がさらに形成されている。この結晶欠陥領域12を、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界部分に生じる空乏層に設けることで、ショットキー接合の逆方向リーク電流を増加させることができる。ここで図2に、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界部分の電位図を示す。図2では、境界部分のボディ領域4側に空乏層が形成されており、この空乏層部分に結晶欠陥領域12の結晶欠陥が存在する。価電子帯の正孔は、空乏層の結晶欠陥を介してCoシリサイド層51に流れるので、ショットキー接合の逆方向リーク電流が増加することになる。
【0017】
なお、図2に示すEvは価電子帯の上端の電位を表し、Ecは伝導帯の下端の電位を表している。さらに、Efはボディ領域4のフェルミ準位を、EfmはCoシリサイド層51フェルミ準位をそれぞれ表している。また、空乏層は、結晶欠陥を設けることで縮まり、数十nm以下になると考えられる。
【0018】
このように、本実施の形態では、ボディ電位が、Coシリサイド層51及びソースエクステンション層52の抵抗を介してソース電位に固定される。さらに、結晶欠陥領域12を設けることでボディ電位とソース電位との間の接触抵抗が低下し、ボディ電位のソース電位への時間的な追従性が向上する。
【0019】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。ソース領域5にはソースエクステンション層52のみが形成され、ドレイン領域6にはドレインエクステンション層62のみが形成された半導体装置の断面図を図3に示す。以下に、図3に示す半導体装置が形成されるまでの工程の概略について説明する。まず、SOI基板の半導体層3にトレンチを設け素子分離酸化膜11が形成される。次に、熱酸化法によりゲート酸化膜7が形成され、当該ゲート酸化膜7上にゲートポリシリコン8を設けてゲート電極を形成する。そして、N型の不純物である砒素イオンを1014個/cm2程度イオン注入法により半導体層3に注入して、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62を形成する。次に、シリコン酸化膜を半導体層3上に堆積し、当該シリコン酸化膜を異方性エッチングすることで側壁酸化膜10を形成している。
【0020】
図3に示す半導体装置を形成した後に、本実施の形態では結晶欠陥領域12を形成する。図3に示す半導体装置において、破線で示す結晶欠陥形成領域13にシリコンイオンを1014個/cm2程度注入することで、当該領域の結晶性を破壊又は結晶欠陥を多数生じさせる。なお、注入されるイオンはシリコン以外でも良く、結晶性を破壊又は結晶欠陥を多数生じさせることで、バンド構造を変化させ、逆方向リーク電流を増加させるものであれば良い。例えば、ゲルマニウムや窒素、酸素、アルミ、鉄などが考えられる。
【0021】
シリコンイオンの注入によって結晶欠陥が形成されるのは、図3に示すようにソース領域だけでなくドレイン領域にも形成される。しかし、図1に示すように、本実施の形態では、埋め込み酸化膜2まで達するドレイン拡散層61が形成されることにより、ドレイン領域に形成された結晶欠陥は完全に覆われる。そのため、ドレイン領域に形成されるPN接合には、逆方向リーク電流の増加は生じない。
【0022】
また、図4に示す半導体装置のように、ドレイン領域にシリコンイオンが注入されないように、光リソグラフィ技術を用いてドレイン領域のみフォトレジスト14を形成しても良い。つまり、シリコンイオンを注入する工程の前にフォトレジスト14を形成する工程を追加することで、ソース領域のみに結晶欠陥領域12を形成することができる。
【0023】
具体的に、ドレイン拡散層61を形成する製造方法について図5を用いて説明する。まず、光リソグラフィ技術を用いてフォトレジスト15をソース領域上のみに形成する。図5では、ゲート電極の真ん中から左側のみにフォトレジスト15が形成されている様子が示されている。そして、このフォトレジスト15をマスクとして利用し、ドレイン領域のみに砒素イオンをイオン注入法で注入する。注入する砒素イオンは、1015個/cm2程度である。注入後に、フォトレジスト15を除去し、半導体装置を1000℃程度で熱アニールすることにより、埋め込み酸化膜2まで達する深いドレイン拡散層61が形成できる。
【0024】
次に、半導体層3上にCo膜を堆積させアニールすることで、ソース領域にCoシリサイド層51及びドレイン領域にCoシリサイド層63が形成される。ここで、Coシリサイド層51は、ソースエクステンション層52よりも深く形成し、且つCoシリサイド層51とボディ領域4との境界が図3に示す結晶欠陥形成領域13の位置になるようにする。これにより、Coシリサイド層51がボディ領域4とPN接合し、且つCoシリサイド層51とボディ領域4との境界に生じる空乏層に結晶欠陥領域12が形成されることになるので、PN接合の逆方向リーク電流が増加する。
【0025】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51とボディ領域4との境界に生じる空乏層に結晶欠陥領域12が形成されているので、本実施の形態に係る半導体装置では、ボディ電位をソース電位に固定することができ、ボディ浮遊効果を抑制することができる。さらに、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51とボディ領域4との間に流れる逆方向リーク電流が増加するため、ボディ電位のソース電位への追従性が良くなる。なお、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。
【0026】
(実施の形態2)
SOI構造の半導体装置において、ボディ浮遊効果を抑制するには、ホットキャリアの発生を低減することによっても可能である。このホットキャリアの発生を低減するためには、ゲート電極側のドレイン領域における電界を緩和すれば良い。つまり、ソース領域を寄生抵抗が少ないソース不純物構造にし、非対称なソース−ドレイン構造にすることで、ゲート電極側のドレイン領域における電界を緩和することが可能となる。本実施の形態に係る半導体装置では、上記の構造を採用している。
【0027】
具体的に、本実施の形態に係る半導体装置について説明する。まず、本実施の形態に係る半導体装置の構造は、基本的に図1に示した構造と同じである。しかし、本実施の形態では、ソースエクステンション層52の不純物濃度とドレインエクステンション層62の不純物濃度が異なっている点が、実施の形態1と異なる。例えば、ソースエクステンション層52の不純物濃度が、例えば1021個/cm3程度であるのに対し、ドレインエクステンション層62の不純物濃度は、例えば1020個/cm3程度である。
【0028】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62は、N型の不純物である砒素イオンを半導体層3に注入することで同時に形成されるので、ソースエクステンション層52の不純物濃度とドレインエクステンション層62の不純物濃度とは同じになる。そのため、本実施の形態では、ソースエクステンション層52とドレインエクステンション層62とで不純物濃度を変えるために図6に示す工程を追加している。
【0029】
図6に示す製造工程では、実施の形態1の図5に示した工程に続き、ドレインエクステンション層62のみ実効不純物濃度を低下させるために、P型不純物(例えばボロンなど)を斜め方向から注入する工程を追加する。なお、ドレインエクステンション層62に注入されるP型不純物は、例えば1019個/cm3程度である。このように、図6に示す半導体装置では、ドレインエクステンション層62にP型不純物を注入することで、ドレインエクステンション層62のN型不純物(砒素)を補償して実効の不純物濃度を低下させ、ゲート電極側のドレイン領域端の電界を下げることができる。
【0030】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、不純物濃度が非対称なソース−ドレイン構造とすることで、ホットキャリアによるボディ浮遊効果を抑制できると共に、ソース領域の寄生抵抗の低減によるトランジスタの駆動電流向上が可能となる。
【0031】
なお、本実施の形態では、ドレインエクステンション層62にP型の不純物を注入して不純物濃度が非対称なソース−ドレイン構造としているが、本発明はこれに限られず、ソースエクステンション層52にN型の不純物を注入して不純物濃度が非対称なソース−ドレイン構造を形成しても良い。例えば、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62の不純物濃度を1020個/cm3程度で形成しておき、後の工程でソースエクステンション層52にのみ砒素イオンをイオン注入法で注入し、ソースエクステンション層52の不純物濃度を1021個/cm3程度にする。
【0032】
(実施の形態3)
図7に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図7に示す半導体装置では、図1に示したソース領域5と構成が異なる。なお、図7のソース領域5以外は、図1に示した半導体装置と同じであるため、同一の構成部分については同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0033】
図7に示すソース領域5は、ゲート酸化膜7の近傍に形成されたソースエクステンション層52と、ソースエクステンション層52の側面方向に形成されたCoシリサイド層51と、Coシリサイド層51の下層に形成されるN型のソース拡散層53と、ソース拡散層53の下層に形成されるP型拡散層54とにより構成されている。そして、P型拡散層54は、ソース拡散層53とボディ領域4とが接する面積に比べ、広い面積でソース拡散層53と接している。また、P型拡散層54は、ボディ領域4に比べて不純物濃度が高い。
【0034】
この場合に、P型拡散層54とソース拡散層53との間に流れるリーク電流は、ボディ領域4とソース拡散層53との間に流れるリーク電流よりも増加するので、ボディ電位をソース電位に固定することができる。なお、リーク電流が増加する理由についてより詳しく説明すると、まず一般的にP型とN型との接合界面では接合拡散電位差による空乏層が広がる。しかし、P型拡散層54とソース拡散層53と接合界面のように、不純物濃度が高いと空乏層は広がらず、電界が急峻となる。よって、P型拡散層54とソース拡散層53と接合界面では、電界が急峻となり量子的にトンネル電流が流れ、電界誘起によるリーク電流が増加することになる。ここで、不純物濃度は濃いほどリーク電流が増加するが、少なくとも1018個/cm3以上あれば良い。
【0035】
次に、図7に示すP型拡散層54の製造方法について説明する。図8に示す半導体装置では、上記実施の形態と同じ製造工程を利用して形成した半導体装置に、さらにソース拡散層53及びドレイン拡散層61を形成するために、光リソグラフィ技術を用いてフォトレジスト16をドレイン領域6上のみに形成している。そして、P型拡散層54を形成するために、フォトレジスト16をマスクとして1015個/cm2程度のボロンイオンを注入する。なお、ボロンイオンの飛程は、ソース領域5の埋め込み酸化膜2近傍とする。これにより、図7に示すP型拡散層54を形成することができる。
【0036】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、P型拡散層54を備えることで、ボディ電位をソース電位に固定することができ、ボディ浮遊効果を抑制することができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置に対して、実施の形態2で説明した非対称なソース−ドレイン構造を適用しても良い。また、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。
【0037】
(実施の形態4)
図1に示した半導体装置において、ソースエクステンション層52の底面は、Coシリサイド層51とのみ接していた。そのため、ソースエクステンション層52は、Coシリサイド層51の側面部分としか接触しておらず、ソースエクステンション層52とCoシリサイド層51の接触抵抗は高くなる。従って、当該接触抵抗が、Coシリサイド層51からソースエクステンション層52を経由してゲート電極下のチャネル反転層まで流れる電流経路に対する寄生抵抗となり、トランジスタのオン電流を低下させる原因となる場合があった。
【0038】
そこで、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51の底面が、ソースエクステンション層52と接する領域と、ボディ領域4と接する領域とを混在して有することで、Coシリサイド層51の底面部分にもソースエクステンション層52と接する領域を設けて、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触抵抗を低減している。図9に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図9に示す半導体装置は、基本的に図1に示した半導体装置と同じであるが、Coシリサイド層51の底面部分が異なっている。
【0039】
つまり、図1に示した半導体装置では、Coシリサイド層51の底面がボディ領域4のみと接合しているが、図9に示す半導体装置では、Coシリサイド層51の底面が、ソースエクステンション層52と接する領域とボディ領域4と接する領域とが混在している。具体的に、混在している状態を説明すると、まず、図9に示すようにCoシリサイド層51の底面は、凹凸形状を有している。そのため、ソースエクステンション層52の底面が当該凹凸形状の中間に位置すれば、Coシリサイド層51の凸部がボディ領域4と接し、凹部がソースエクステンション層52と接することになる。
【0040】
ここで、膜厚20nm〜60nm程度のCoシリサイド層51を形成した場合、底面に形成される凹凸形状の振幅は5nm〜10nm程度となる。そのため、ソースエクステンション層52の底面を、Coシリサイド層51の凹凸形状の中間に位置するように、ソースエクステンション層52の深さを設定することは製造技術上可能である。なお、ドレイン領域6に形成されるCoシリサイド層63の底面も同様に凹凸形状を有するが、ソース領域5の場合と異なりドレイン拡散層61が形成されるため、Coシリサイド層63はドレイン拡散層61のみと接触することになる。
【0041】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51の底面が、ソースエクステンション層52と接する領域と、ボディ領域4と接する領域とが混在するので、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触面積が増加し、トランジスタのオン電流に対する寄生抵抗を抑制できる。また、本実施の形態に係る半導体装置では、Coシリサイド層51がボディ領域4とも接触しているので、ボディ電位をソース電位に固定でき、ボディ浮遊効果を抑制することができる。
【0042】
なお、本実施の形態に係る半導体装置に対して、実施の形態2で説明した非対称なソース−ドレイン構造を適用しても良い。また、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。
【0043】
(実施の形態5)
図10に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。本実施の形態に係る半導体装置も、実施の形態4と同様、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触抵抗を抑制する構成である。具体的に、本実施の形態では、図10に示すように、Coシリサイド層51の全部又は大半部分が、半導体層3上に形成されている。このような構造にすることで、Coシリサイド層51の底面の全面がソースエクステンション層52と接することになり、図1に示したようなCoシリサイド層51の側面でのみソースエクステンション層52と接する場合に比べて接触面積が大きくなり接触抵抗を低減できる。
【0044】
しかし、図10に示す半導体装置では、Coシリサイド層51がボディ領域4と直接接する構造でないため、ボディ電位をソース電位に固定するためにCoシリサイド層51とボディ領域4とを繋ぐP型拡散層55を設ける必要がある。
【0045】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について以下に説明する。図示していないが、まず、SOI基板の半導体層3にトレンチを設け素子分離酸化膜11が形成される。次に、熱酸化法によりゲート酸化膜7が形成され、当該ゲート酸化膜7上にゲートポリシリコン8を設けてゲート電極を形成する。そして、N型の不純物である砒素イオンをイオン注入法により半導体層3に注入して、ソースエクステンション層52及びドレインエクステンション層62を形成する。次に、シリコン酸化膜を半導体層3上に堆積し、当該シリコン酸化膜を異方性エッチングすることで側壁酸化膜10を形成している。
【0046】
さらに、本実施の形態では、選択エピタキシャル成長技術を用いて、ソース領域5及びドレイン領域6の半導体層3上にシリコンの単結晶層を成長させエピタキシャル成長層18を形成する。図11に、エピタキシャル成長層18が形成された半導体装置の断面図を示す。なお、選択エピタキシャル成長技術を用いた場合、酸化膜等の絶縁膜上にはシリコンの単結晶層は成長しないが、ゲートポリシリコン8上にはシリコンの単結晶層が成長する。そのため、選択エピタキシャル成長技術を用いる前に、ゲートポリシリコン8上にキャップ酸化膜19を形成して、ゲートポリシリコン8上にシリコンの単結晶層を成長させないようにしている。
【0047】
次に、光リソグラフィ技術等を用いて、ドレイン領域にのみN型の不純物をイオン注入法で注入し深いドレイン拡散層61を形成する(図示せず)。そして、ソース領域の一部にP型の不純物をイオン注入法で注入しP型拡散層55を形成する(図示せず)。さらに、ゲートポリシリコン8上のキャップ酸化膜19を除去する。図12に、キャップ酸化膜19除去後の半導体装置の断面を示す。
【0048】
次に、Co膜をスパッタリング法により図12に示す半導体装置上に堆積させ、アニール処理を行う。この処理により、エピタキシャル成長層18がシリサイド化されCoシリサイド層51,63となり、ゲートポリシリコン8の一部がシリサイド化されCoシリサイド層9となる。なお、アニール処理の条件によっては、エピタキシャル成長層18の一部がシリサイド化されずに残る場合や、ソースエクステンション層52やドレインエクステンション層62の一部までもシリサイド化されCoシリサイド層51,63となる場合がある。但し、シリコンが露出していない部分(例えば、素子分離酸化膜11)はCo膜と未反応であり、当該部分を除去することで図10に示す半導体装置が形成される。
【0049】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、Coシリサイド層51の全部又は大半部分が半導体層3上に形成されているので、Coシリサイド層51とソースエクステンション層52との接触面積が増加し、トランジスタのオン電流に対する寄生抵抗を抑制できる。また、本実施の形態に係る半導体装置では、P型拡散層55が設けられCoシリサイド層51がボディ領域4と接触しているので、ボディ電位をソース電位に固定でき、ボディ浮遊効果を抑制することができる。ここで、本実施の形態に係るCoシリサイド層51は、ソースエクステンション層52上に選択エピタキシャル成長させたシリコンをシリサイド化して形成することで容易に製造することができる。
【0050】
なお、本実施の形態に係る半導体装置に対して、実施の形態2で説明した非対称なソース−ドレイン構造を適用しても良い。また、本実施の形態では、Coシリサイド層9,51,63を形成しているが、本発明はこれに限られずNiシリサイド層など、Co以外の材料でシリサイド化した層を用いても良い。さらに、本実施の形態では、エピタキシャル成長層18の形成後にドレイン拡散層61が形成されているが、エピタキシャル成長層18の形成前にドレイン拡散層61を形成しても良い。さらに、本実施の形態では、半導体層3上にエピタキシャル成長させてシリコン層を形成しているが、本発明はこれに限られず、他の方法で半導体層3上にシリコン層を形成しても良い。
【0051】
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態5で示したようにCoシリサイド層51とボディ領域4とを接続するP型拡散層55のような拡散層を製造する方法について説明する。なお、以下の説明においては、図13に示す一般的な半導体装置の構成を用いてP型拡散層55の製造方法を説明する。図13に示す半導体装置では、図10に示した半導体装置と異なりCoシリサイド層51が半導体層3内に形成されている。なお、図13において、図10と同一の構成部分については同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
【0052】
まず、図13に示すP型拡散層55以外の部分を、上記実施の形態で説明した製造方法で形成する。そして、図14に示すように、半導体層3上に層間絶縁膜20を形成する。その後、ソース領域5と層間絶縁膜20上に形成される配線とを接続するプラグを設けるためのコンタクトホール21を、光リソグラフィ技術を用いて、層間絶縁膜20に形成する。次に、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20をマスクに利用し、P型の不純物であるボロンを半導体層3に注入し、P型拡散層55を形成する。つまり、本実施の形態では、P型拡散層55を形成するためだけのマスクを設ける必要がなく、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20をマスクとして利用するので工程数を低減することができる。
【0053】
図14に示すように、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20をマスクとしてボロンイオンを注入するので、形成されるP型拡散層55は、ほぼコンタクトホール21の真下に形成されることになる。なお、P型の不純物であるボロンは、イオン注入法により半導体層3に注入され、注入するボロンイオンの不純物濃度は例えば1014個/cm2程度である。
【0054】
次に、導電材料(例えばタングステン)をスパッタ法等で、コンタクトホール21に埋め込みプラグ22を形成する。当該プラグ22を形成後に、銅配線23を層間絶縁膜20上に形成する。これにより、ソース領域5は、プラグ22を介して銅配線23に電気的に接続される。図15に、プラグ22及び銅配線23を形成した半導体装置の断面図を示す。
【0055】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、コンタクトホール21を形成した層間絶縁膜20を利用してP型拡散層55を形成するので、工程数を低減でき製造コストを削減することができる。本実施の形態では、コンタクトホールをソース側にのみ設けたが、トレイン側に同時に形成しても良い。ドレイン側にホールを設けると、ドレイン側のホールにもボロンが注入されるが、ドレイン側にには、既に濃い砒素が注入されているのでP型に反転することはない。
【0056】
さらに、実施の形態1乃至実施の形態6では、N型チャネルMOSFETについて示したが、P型チャネルMOSFETについても同様に適用できる。また、シリサイドとしてCoSiを用いたがNiSiやTiSiでも良い。
【0057】
(実施の形態7)
上記実施の形態で示した半導体装置は、ボディ領域4をソース領域5に何らかの形で接続することにより、ボディ電位をソース電位に固定している。そのため、上記実施の形態で示した半導体装置の構造をとるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を、ソース側を常に固定して使用するインバータ回路部分などに適用することは可能であるが、ソース側とドレイン側が動作状況により反転するようなパストランジスタ回路部分などには適用できない。
【0058】
そこで、本実施の形態においては、例えば図16に示すようにインバータ論理回路31及び入出力インターフェース回路32の部分については、ソース側が常に固定して使用されるので、実施の形態1〜実施の形態6に記載したいずれか1つの半導体装置の構造をとり、パストランジスタ回路33部分については、ソース側とドレイン側が動作状況により反転するので、通常の半導体装置の構造をとる。これにより、様々な構成の半導体回路に対しても、上記実施の形態に係る半導体装置の構造を適用することが可能となり、適切にボディ浮遊効果を抑制することができる。
【0059】
また、図17では、インバータ論理回路31と入出力インターフェース回路32とからなる半導体回路において、インバータ論理回路31内の一部にパストランジスタ回路33部分が形成されている。そのため、当該パストランジスタ回路33部分には通常の半導体装置の構造を適用し、他の部分については上記実施の形態に記載した半導体装置の構造を適用する。
【0060】
以上のように、本実施の形態では、様々な構成の半導体回路に対して、上記実施の形態に記載した半導体装置の構造を適用することが可能となり、当該部分についてはボディ浮遊効果を抑制することができる。
【0061】
(実施の形態8)
上記実施の形態では、ボディ電位を固定することができる半導体装置の構造について説明した。本実施の形態では、従来、知られているソースタイ構造によるボディ電位を固定する構造と本発明の構造とを比較して説明する。
【0062】
まず、SOI構造のMOSFETにおいて、従来のボディ電位を固定する方法としてソースタイ構造について説明する。図18に、ソースタイ構造を用いたMOSFETの平面図を示す。図18に示すMOSFETはN型であり、ゲート電極81の両側にスペーサ部82、さらにその両側にN型ソース部83及びN型ドレイン部84が設けられている。さらに、図18に示すMOSFETには、N型ソース部83が形成される側に、N型ソース部83と接するようにP型ソースタイ領域85が設けられている。なお、図18に示すMOSFETの平面図では、N型ソース部83やN型ドレイン部84等の上に形成されるコバルトシリサイド層は除去した状態で図示している。
【0063】
図19に、図18のMOSFETをA−B面で切断した断面図を示す。図19に示すMOSFETは、Si基板91上に埋め込み酸化膜92が形成され、さらにその上に設けられたN型ドレイン部84、P型ソースタイ領域85及びP型の薄膜Si層からなるボディ部93が設けられている。また、図19に示すMOSFETは、ボディ部93上にはゲート絶縁膜94を介してゲート電極81が設けられ、当該ゲート電極81の両側の側面に設けられたスペーサ部82、N型ドレイン部84の側面と接するN型エクステンション部95が設けられている。さらに、図19に示すMOSFETには、N型ドレイン部84、P型ソースタイ領域85及びゲート電極81の上にコバルトシリサイド層96が設けられている。
【0064】
図19に示すMOSFETでは、P型ソースタイ領域85がボディ部93と側面で接触するように、ソース領域の一部に設けられている。これにより、P型のボディ部93とソースタイ領域85とが同電位となる。図20に、図18のMOSFETをC−D面で切断した断面図を示す。
【0065】
図20に示されているように、さらに、N型ソース部83やP型ソースタイ領域85の上には、抵抗を低減するために、通常コバルトシリサイド層96が形成されている。そのため、ソース領域(N型ソース部83とP型ソースタイ領域85とが形成される領域)においては、P型ソースタイ領域85とN型ソース部83との上にまたがって形成されたコバルトシリサイド層96により、P型ソースタイ領域85とN型ソース部83とが同電位となる。
【0066】
従って、図18乃至図20に示すソースタイ構造のMOSFETでは、ボディ電位とソース部電位とを同電位にすることが可能となる。
【0067】
このソースタイ構造は、P型ソースタイ領域85を除き、N型ソース部83とN型ドレイン部84とが同じ不純物拡散層の構成で良く、N型ソース部83とN型ドレイン部84とを同時に形成することが可能となる。そのため、上記の実施の形態で説明した半導体装置の構造とを比較すると、ソースタイ構造は、製造プロセスが簡略化できるメリットがある。
【0068】
しかし、ソースタイ構造の場合、P型ソースタイ領域85を図18のように平面方向に設けるため、全てのソース領域をN型ソース部83とした場合に比べて、FETの駆動電流が流れるチャネル幅がP型ソースタイ領域85の幅分だけ狭くなる。逆に、上記の実施の形態1〜5に示した半導体装置の構造では、P型ソースタイ領域85を設ける必要がなくチャネル幅を狭くすることなく、ボディ電位を固定することができるメリットがある。
【0069】
(実施の形態9)
本実施の形態では、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造をSRAM(Static Random Access Memory)回路に適用する。
【0070】
SOI構造の半導体装置を用いたSRAMは、ボディ電位を固定せずに浮遊状態にしておくと、回路動作によるボディ電位の変化に応じて閾値Vthが変動する。そのため、SOI構造の半導体装置を用いたSRAMは、データ読み出し時や書き込み時にSRAMの動作が不安定になる問題があった。
【0071】
そこで、本実施の形態に係るSRAMでは、実施の形態1〜6に示したボディ電位をソース電位に固定することができる半導体装置の構造を適用し、上記の課題を解決している。具体的に、実施の形態1〜6に示した半導体装置をどのように適用するかについて図21を用いて説明する。図21は、本実施の形態に係るSRAMにおける1つのメモリセルの回路図である。
【0072】
図21に示すSRAMのメモリセルは、ビット線と記憶ノード1の間に接続されたアクセストランジスタ101aと、/ビット線と記憶ノード2の間に接続されたアクセストランジスタ101bと、電源と記憶ノード1の間に接続された負荷トランジスタ102aと、電源と記憶ノード2の間に接続された負荷トランジスタ102bと、GNDと記憶ノード1の間に接続されたドライバトランジスタ103aと、GNDと記憶ノード2の間に接続されたドライバトランジスタ103bとで構成されている。なお、アクセストランジスタ101a,101bのゲート電極にはワード線が接続されている。
【0073】
本実施の形態に係るSRAMでは、図21に示したトランジスタの内、負荷トランジスタ102a,102bとドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を適用する。しかし、アクセストランジスタ101a,101bは、ソースとドレインが動作状態に応じて入れ替わるため、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を適用することはできず、ボディ浮遊状態で用いる。つまり、本実施の形態に係るSRAMでは、動作状態においてソース側が決まっている負荷トランジスタ102a,102bとドライバトランジスタ103a,103bとに対して、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を適用する。
【0074】
従って、本実施の形態に係るSRAMは、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6で示した半導体装置の構造を適用し、パストランジスタであるアクセストランジスタ101a,101bには適用しないことで、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bのボディ電位が固定され、データ読み出し時や書き込み時にSRAMの動作が安定する効果がある。
【0075】
(実施の形態10)
実施の形態9では、SRAMを構成する負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bにのみ実施の形態1〜6で示した半導体装置の構造を適用し、アクセストランジスタ101a,101bはボディ浮遊構造としていた。
【0076】
しかし、アクセストランジスタ101a,101bのみがボディ浮遊構造であっても、閾値Vthが回路動作に依存し変動するため、SRAMの動作マージンを狭める問題が発生する。
【0077】
従って、本実施の形態に係るSRAMでは、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6で示したボディ電位固定構造を適用し、且つアクセストランジスタ101a,101bに他のボディ電位固定構造を適用する。図22に、本実施の形態に係るSRAMの平面図を示す。図22に示すSRAMでは、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bに実施の形態1〜6で示した構造を、アクセストランジスタ101a,101bに部分トレンチ分離構造をそれぞれ用いて、ボディ電位を固定している。なお、図22に示す部分トレンチ分離構造の場合、アクセストランジスタ101a,101bとボディ端子104とが同電位となる。また、図22では、分離酸化膜が浅くなっている領域を示すために、破線で浅い分離の端を示している。
【0078】
次に、アクセストランジスタ101a,101bに用いた部分トレンチ分離構造を説明する。図23に具体的な部分トレンチ分離構造の平面図を示す。図23には、アクセストランジスタ101a,101bを構成するゲート電極111とその両側にN型ソース領域112とN型ドレイン領域113とが図示されている。さらに、図23には、分離酸化膜114によりアクセストランジスタ101a,101bから分離されているボディ端子104が図示されている。図23では、部分トレンチ分離構造を採用しているため、破線で示した浅い分離の端より内側が、分離酸化膜114の浅い領域である。
【0079】
図24は、図23のE−F面で切断した断面図である。図24に示すように、本実施の形態に係るアクセストランジスタ101a,101bはSOI構造であるため、埋め込み酸化膜117上に形成されている。なお、埋め込み酸化膜117の下層は、Si基板116である。また、図24に示すアクセストランジスタ101a,101bでは、P型のボディ部118とボディ端子104とが分離酸化膜114で分離されている。但し、アクセストランジスタ101a,101b及びボディ端子104は、浅い分離の端より内側の領域にあり、当該領域の分離酸化膜114は浅く、埋め込み酸化膜117まで形成されていないので、分離酸化膜114の下層でP型のボディ部118とボディ端子104とが電気的に繋がっている。なお、P型のボディ部118の上にはゲート絶縁膜119、さらにゲート絶縁膜119上にゲート電極111が形成されている。
【0080】
従って、本実施の形態に係るアクセストランジスタ101a,101bは、図23及び図24に示す部分トレンチ分離構造を採用することでボディ電位を固定することができる。なお、ボディ端子104は、P型のボディ部118よりP型の不純物濃度が高い。これにより、本実施の形態に係るSRAMは、アクセストランジスタ101a,101bの閾値Vthも回路動作による影響を受けずに安定化し、SRAMのデータ読み出し時や書き込み時の動作マージンより確保することができる。
【0081】
なお、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bについても部分トレンチ分離構造を採用してボディ電位を固定する方法も考えられる。しかし、部分トレンチ分離構造を用いる場合、部分トレンチ分離膜下の薄い半導体層を介してボディ電位を固定するため、図24に示すようにボディ端子104とボディ部118との間に薄い半導体層の抵抗が存在することになる。そのため、部分トレンチ分離構造は、薄い半導体層の部分の距離が長い場合、当該部分の抵抗が大きくなりボディ電位の固定能力が低下する問題がある。
【0082】
従って、本実施の形態に係るSRAMでは、部分トレンチ分離構造を採用するトランジスタはアクセストランジスタ101a,101bのみとし、負荷トランジスタ102a,102b及びドライバトランジスタ103a,103bについては、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造を用いることで、データ読み出し時や書き込み時にSRAMの動作がより安定させることができる。
【符号の説明】
【0083】
1 シリコン基板、2 埋め込み酸化膜、3 半導体層、4 ボディ領域、5 ソース領域、6 ドレイン領域、7 ゲート酸化膜、8 ゲートポリシリコン、9,51,63 Coシリサイド層、10 側壁酸化膜、11 素子分離酸化膜、12 結晶欠陥領域、13 結晶欠陥形成領域、15,16 フォトレジスト、18 エピタキシャル成長層、19 キャップ酸化膜、20 層間絶縁膜、21 コンタクトホール、22 プラグ、23 銅配線、31 インバータ論理回路、32 入出力インターフェース回路、33 パストランジスタ回路、52 ソースエクステンション層、53 ソース拡散層、54,55 P型拡散層、61 ドレイン拡散層、62 ドレインエクステンション層、81,111 ゲート電極、82 スペーサ部、83,112 N型ソース部、84,113 N型ドレイン部、85 P型ソースタイ領域、91,116 Si基板、92,117 埋め込み酸化膜、93,118 ボディ部、94 ゲート絶縁膜、95 N型エクステンション部、96 コバルトシリサイド層、101 アクセストランジスタ、102 負荷トランジスタ、103 ドライバトランジスタ、104 ボディ端子、114 分離酸化膜、119 ゲート絶縁膜。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、前記埋め込み絶縁層上に形成された半導体層とを備えるSOI構造の半導体装置であって、
前記半導体層は、第1導電型のボディ領域、第2導電型のソース領域及び第2導電型のドレイン領域を有し、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記ボディ領域上にゲート酸化膜を介してゲート電極が形成され、
前記ソース領域は、第2導電型のエクステンション層と、前記エクステンション層に接するように前記半導体層上に形成されるシリサイド層とを備え、前記シリサイド層が前記半導体層に形成された第1導電型の拡散層を介して前記ボディ領域に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、前記埋め込み絶縁層上に形成された半導体層とを備えるSOI構造の半導体装置であって、
前記半導体層は、第1導電型のボディ領域、第2導電型のソース領域及び第2導電型のドレイン領域を有し、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記ボディ領域上にゲート酸化膜を介してゲート電極が形成され、
前記ソース領域は、第2導電型のエクステンション層と、前記エクステンション層上に選択エピタキシャル成長させたシリコンをシリサイド化して形成したシリサイド層とを備え、前記シリサイド層が前記半導体層に形成された第1導電型の拡散層を介して前記ボディ領域に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置であって、
前記エクステンション層は、前記ドレイン領域に形成されるエクステンション層に比べて第2導電型の不純物の実効濃度が高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項4】
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置を製造する方法であって、
(c)前記エクステンション層上に第2導電型のシリコンを選択エピタキシャル成長させる工程と、
(d)前記(c)工程で形成した前記シリコンをシリサイド化して前記シリサイド層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項1】
シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、前記埋め込み絶縁層上に形成された半導体層とを備えるSOI構造の半導体装置であって、
前記半導体層は、第1導電型のボディ領域、第2導電型のソース領域及び第2導電型のドレイン領域を有し、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記ボディ領域上にゲート酸化膜を介してゲート電極が形成され、
前記ソース領域は、第2導電型のエクステンション層と、前記エクステンション層に接するように前記半導体層上に形成されるシリサイド層とを備え、前記シリサイド層が前記半導体層に形成された第1導電型の拡散層を介して前記ボディ領域に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層と、前記埋め込み絶縁層上に形成された半導体層とを備えるSOI構造の半導体装置であって、
前記半導体層は、第1導電型のボディ領域、第2導電型のソース領域及び第2導電型のドレイン領域を有し、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記ボディ領域上にゲート酸化膜を介してゲート電極が形成され、
前記ソース領域は、第2導電型のエクステンション層と、前記エクステンション層上に選択エピタキシャル成長させたシリコンをシリサイド化して形成したシリサイド層とを備え、前記シリサイド層が前記半導体層に形成された第1導電型の拡散層を介して前記ボディ領域に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置であって、
前記エクステンション層は、前記ドレイン領域に形成されるエクステンション層に比べて第2導電型の不純物の実効濃度が高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項4】
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置を製造する方法であって、
(c)前記エクステンション層上に第2導電型のシリコンを選択エピタキシャル成長させる工程と、
(d)前記(c)工程で形成した前記シリコンをシリサイド化して前記シリサイド層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【公開番号】特開2012−182478(P2012−182478A)
【公開日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−105298(P2012−105298)
【出願日】平成24年5月2日(2012.5.2)
【分割の表示】特願2005−268263(P2005−268263)の分割
【原出願日】平成17年9月15日(2005.9.15)
【出願人】(302062931)ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年5月2日(2012.5.2)
【分割の表示】特願2005−268263(P2005−268263)の分割
【原出願日】平成17年9月15日(2005.9.15)
【出願人】(302062931)ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Fターム(参考)】
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