(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024131044
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 27/06 20060101AFI20240920BHJP
H01L 21/822 20060101ALI20240920BHJP
H01L 27/088 20060101ALI20240920BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20240920BHJP
H01L 21/329 20060101ALI20240920BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20240920BHJP
【FI】
H01L27/06 311B
H01L27/04 H
H01L27/088 331D
H01L27/088 331C
H01L21/265 V
H01L29/90 D
H01L29/91 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023041066
(22)【出願日】2023-03-15
(71)【出願人】
【識別番号】302062931
【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井上 禅
(72)【発明者】
【氏名】比嘉 友大
【テーマコード(参考)】
5F038
5F048
【Fターム(参考)】
5F038BH05
5F038BH09
5F038BH13
5F038EZ13
5F048AA05
5F048AA07
5F048BB05
5F048BB08
5F048BC03
5F048BC06
5F048BE02
5F048BE05
5F048BE06
5F048BF06
5F048BG13
5F048CC06
5F048CC08
5F048CC18
5F048DA25
5F048DA27
5F048DA30
(57)【要約】
【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】半導体装置は、ウェル領域HPW2と、ウェル領域PW1と、ボディ領域PBと、カソード領域NCとを備える。ボディ領域PBの不純物濃度は、ウェル領域HPW2の不純物濃度よりも高く、ウェル領域PW1の不純物濃度は、ボディ領域PBの不純物濃度よりも高い。平面視において、ボディ領域PBは、カソード領域NCを内包し、カソード領域NCは、ウェル領域PW1を内包する。カソード領域NCは、ツェナーダイオードZDのカソードを構成し、ウェル領域HPW2、ウェル領域PW1およびボディ領域PBは、ツェナーダイオードZDのアノードを構成する。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板内に形成された第1導電型の第1不純物領域と、
前記第1不純物領域内に形成された前記第1導電型の第2不純物領域と、
前記第1不純物領域内に形成された前記第1導電型の第3不純物領域と、
前記第3不純物領域内に形成された、前記第1導電型と反対の第2導電型の第4不純物領域と、
を備え、
前記第3不純物領域の不純物濃度は、前記第1不純物領域の不純物濃度よりも高く、
前記第2不純物領域の不純物濃度は、前記第3不純物領域の不純物濃度よりも高く、
平面視において、前記第3不純物領域は、前記第4不純物領域を内包し、
平面視において、前記第4不純物領域は、前記第2不純物領域を内包し、
前記第4不純物領域は、ツェナーダイオードのカソードを構成し、
前記第1不純物領域、前記第2不純物領域および前記第3不純物領域は、前記ツェナーダイオードのアノードを構成する、半導体装置。
【請求項2】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2不純物領域は、前記第3不純物領域よりも深く形成されている、半導体装置。
【請求項3】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第3不純物領域内に形成された前記第2導電型の第5不純物領域を更に備え、
前記第5不純物領域の不純物濃度は、前記第4不純物領域の不純物濃度よりも低く、
平面視において、前記第3不純物領域は、前記第5不純物領域を内包し、
平面視において、前記第5不純物領域は、前記第4不純物領域を内包する、半導体装置。
【請求項4】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体基板上に形成された第1絶縁膜と、
第1側面と前記第1側面と反対側の第2側面を有し、前記第1絶縁膜上に形成された第1導体パターンと、
を更に備え、
前記第2不純物領域、前記第3不純物領域および前記第4不純物領域は、前記第1導体パターンの前記第1側面と隣り合うように前記第1不純物領域内に形成され、
前記第3不純物領域の一部は、平面視において前記第1導体パターンと重なるように前記第1不純物領域内に形成されている、半導体装置。
【請求項5】
請求項4に記載の半導体装置において、
前記第1導体パターンの前記第2側面と隣り合うように、前記第1不純物領域内に形成された前記第1導電型の第6不純物領域と、
前記第6不純物領域内に形成された前記第1導電型の第7不純物領域と、
を更に備え、
前記第6不純物領域の不純物濃度は、前記第1不純物領域の不純物濃度よりも高く、
前記第7不純物領域の不純物濃度は、前記第6不純物領域の不純物濃度よりも高く、
前記第1不純物領域、前記第2不純物領域、前記第3不純物領域、前記第6不純物領域および前記第7不純物領域は、前記ツェナーダイオードのアノードを構成し、
前記第4不純物領域は、カソード電極に電気的に接続され、
前記第7不純物領域は、アノード電極に電気的に接続されている、半導体装置。
【請求項6】
請求項5に記載の半導体装置において、
前記第1導体パターンは、電気的にフローティング状態である、半導体装置。
【請求項7】
請求項5に記載の半導体装置において、
前記第1導体パターンは、前記カソード電極に電気的に接続されている、半導体装置。
【請求項8】
請求項5に記載の半導体装置において、
前記第1導体パターンは、前記アノード電極に電気的に接続されている、半導体装置。
【請求項9】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体基板上に形成された第2絶縁膜と、
前記第4不純物領域の一部を露出するように、前記第2絶縁膜に形成された開口部と、
前記開口部内において、前記第4不純物領域上に形成されたシリサイド膜と、
を更に備える、半導体装置。
【請求項10】
ツェナーダイオードが形成される第1領域を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第1領域の半導体基板内に、第1導電型の第1不純物領域を形成する工程、
(b)前記(a)工程後、前記第1不純物領域内に、前記第1導電型の第2不純物領域を形成する工程、
(c)前記(b)工程後、前記第1不純物領域内に、前記第1導電型の第3不純物領域を形成する工程、
(d)前記(c)工程後、前記第3不純物領域内に、前記第1導電型と反対の第2導電型の第4不純物領域を形成する工程、
を備え、
前記第3不純物領域の不純物濃度は、前記第1不純物領域の不純物濃度よりも高く、
前記第2不純物領域の不純物濃度は、前記第3不純物領域の不純物濃度よりも高く、
平面視において、前記第3不純物領域は、前記第4不純物領域を内包し、
平面視において、前記第4不純物領域は、前記第2不純物領域を内包し、
前記第4不純物領域は、前記ツェナーダイオードのカソードを構成し、
前記第1不純物領域、前記第2不純物領域および前記第3不純物領域は、前記ツェナーダイオードのアノードを構成する、半導体装置の製造方法。
【請求項11】
請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
(e)前記(b)工程と前記(c)工程との間で、前記半導体基板上に、第1絶縁膜を形成する工程、
(f)前記(e)工程と前記(c)工程との間で、前記第1絶縁膜上に、第1導電性膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程と前記(c)工程との間で、前記第1領域の前記第1導電性膜を選択的にパターニングすることで、前記第1領域の前記第1導電性膜からなる第1導体パターンの第1側面を形成する工程、
(h)前記(c)工程と前記(d)工程との間で、前記第1領域の前記第1導電性膜を選択的にパターニングすることで、前記第1側面と反対側の第2側面を有する前記第1導体パターンを形成する工程、
(i)前記(h)工程と前記(d)工程との間で、前記第1側面上および前記第2側面上に、それぞれ第1サイドウォールスペーサを形成する工程、
を更に備え、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域は、前記第1側面と隣り合うように前記第1不純物領域内に形成され、
前記(c)工程では、前記第3不純物領域の一部は、斜めイオン注入によって、平面視において前記第1導体パターンと重なるように前記第1不純物領域内に形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項12】
請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
(j)前記(g)工程と前記(h)工程との間で、前記第1側面と隣り合うように、前記第1不純物領域内に、前記第1導電型の第5不純物領域を形成する工程、
を更に備え、
前記第5不純物領域の不純物濃度は、前記第4不純物領域の不純物濃度よりも低く、
平面視において、前記第3不純物領域は、前記第5不純物領域を内包し、
平面視において、前記第5不純物領域は、前記第4不純物領域を内包する、半導体装置の製造方法。
【請求項13】
請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程では、前記第2不純物領域は、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項14】
請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2不純物領域は、前記第3不純物領域よりも深く形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項15】
請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
(k)前記(d)工程後、前記サイドウォールスペーサから露出している前記第4不純物領域上に、シリサイド膜を形成する工程、
を更に備える、半導体装置の製造方法。
【請求項16】
請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
(l)前記(d)工程後、前記第4不純物領域上に、第2絶縁膜を形成する工程、
(m)前記(l)工程後、前記第4不純物領域の一部を露出するように、前記第2絶縁膜に開口部を形成する工程、
(n)前記(m)工程後、前記開口部内で露出している前記第4不純物領域上に、シリサイド膜を形成する工程、
を更に備える、半導体装置の製造方法。
【請求項17】
請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置は、第1MISFETが形成される第2領域を更に有し、
(o)前記(e)工程前に、前記第2領域の前記半導体基板内に、前記第2導電型の第8不純物領域を形成する工程、
を更に備え、
前記(e)工程では、前記第8不純物領域上に、第1ゲート絶縁膜が形成され、
前記(f)工程では、前記第1ゲート絶縁膜上に、前記第1導電性膜が形成され、
前記(g)工程では、前記第2領域の前記第1導電性膜も選択的にパターニングすることで、前記第2領域の前記第1導電性膜からなる第1ゲート電極の第3側面が形成され、
前記(c)工程では、前記第1導電型の第9不純物領域が、前記斜めイオン注入によって、前記第3側面と隣り合う前記第8不純物領域内、および前記第1導電性膜下の前記第8不純物領域内に形成され、
前記(h)工程では、前記第2領域の前記第1導電性膜も選択的にパターニングすることで、前記第3側面と、前記第3側面と反対側の第4側面とを有する前記第1ゲート電極が形成され、
前記(i)工程では、前記第3側面上および前記第4側面上に、それぞれ第2サイドウォールスペーサが形成され、
前記(d)工程では、前記第9不純物領域内に、前記第2導電型の第1ソース領域が形成されると共に、前記第8不純物領域内に、前記第2導電型の第1ドレイン領域が形成され、
前記第1ソース領域および前記第1ドレイン領域の各々の不純物濃度は、前記第8不純物領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置の製造方法。
【請求項18】
請求項17に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置は、第2MISFETが形成される第3領域を更に有し、
前記(b)工程では、前記第3領域の前記半導体基板内に、前記第1導電型の第10不純物領域が形成され、
前記(e)工程と前記(f)工程との間で、前記第10不純物領域上に、前記第1絶縁膜および前記第1ゲート絶縁膜のそれぞれよりも薄い厚さを有する第2ゲート絶縁膜が形成され、
前記(f)工程では、前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第1導電性膜が形成され、
前記(h)工程では、前記第3領域の前記第1導電性膜も選択的にパターニングすることで、第2ゲート電極が形成され、
前記(i)工程では、前記第2ゲート電極の両側面上に、それぞれ第3サイドウォールスペーサが形成され、
前記(d)工程では、前記第10不純物領域内に、前記第2導電型の第2ソース領域および前記第2導電型の第2ドレイン領域が形成される、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ツェナーダイオードを備えた半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置には、サージ電圧などからMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を保護するために、保護回路が内蔵されている。
【0003】
例えば、特許文献1には、MISFETおよび保護回路を備えた半導体装置が開示されている。この保護回路を構成する半導体素子として、ツェナーダイオードが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
保護回路にツェナーダイオードを用いた場合、ツェナーダイオードのブレークダウン電圧の安定化が重要である。しかし、ツェナーダイオードの構造によっては、降伏動作を繰り返すと、ツェナーダイオードのブレークダウン電圧の変動が起こる。ツェナーダイオードのブレークダウン電圧の変動が大きいと、保護回路に求められる耐圧を維持できない虞がある。従って、ツェナーダイオードのブレークダウン電圧の変動を抑制することで、半導体装置の信頼性を向上させることが望まれる。
【0006】
その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0008】
一実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板内に形成された第1導電型の第1不純物領域と、前記第1不純物領域内に形成された前記第1導電型の第2不純物領域と、前記第1不純物領域内に形成された前記第1導電型の第3不純物領域と、前記第3不純物領域内に形成された、前記第1導電型と反対の第2導電型の第4不純物領域とを備える。前記第3不純物領域の不純物濃度は、前記第1不純物領域の不純物濃度よりも高く、前記第2不純物領域の不純物濃度は、前記第3不純物領域の不純物濃度よりも高い。平面視において、前記第3不純物領域は、前記第4不純物領域を内包し、平面視において、前記第4不純物領域は、前記第2不純物領域を内包する。前記第4不純物領域は、ツェナーダイオードのカソードを構成し、前記第1不純物領域、前記第2不純物領域および前記第3不純物領域は、前記ツェナーダイオードのアノードを構成する。
【0009】
一実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、ツェナーダイオードが形成される第1領域を有する半導体装置の製造方法である。半導体装置の製造方法は、(a)前記第1領域の半導体基板内に、第1導電型の第1不純物領域を形成する工程、(b)前記(a)工程後、前記第1不純物領域内に、前記第1導電型の第2不純物領域を形成する工程、(c)前記(b)工程後、前記第1不純物領域内に、前記第1導電型の第3不純物領域を形成する工程、(d)前記(c)工程後、前記第3不純物領域内に、前記第1導電型と反対の第2導電型の第4不純物領域を形成する工程、を備える。前記第3不純物領域の不純物濃度は、前記第1不純物領域の不純物濃度よりも高く、前記第2不純物領域の不純物濃度は、前記第3不純物領域の不純物濃度よりも高い。平面視において、前記第3不純物領域は、前記第4不純物領域を内包し、平面視において、前記第4不純物領域は、前記第2不純物領域を内包する。前記第4不純物領域は、前記ツェナーダイオードのカソードを構成し、前記第1不純物領域、前記第2不純物領域および前記第3不純物領域は、前記ツェナーダイオードのアノードを構成する。
【発明の効果】
【0010】
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】実施の形態1における保護回路を示す等価回路図である。
【
図2】実施の形態1における半導体装置を示す断面図である。
【
図3】実施の形態1における半導体装置を示す要部平面図である。
【
図4】実施の形態1における半導体装置を示す断面図である。
【
図5】実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図6】
図5に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図7】
図6に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図8】
図7に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図9】
図8に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図10】
図9に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図11】
図10に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図12】
図11に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図13】
図12に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図14】
図13に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図15】
図14に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図16】
図15に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図17】
図16に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図18】実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【
図19】実施の形態3における半導体装置を示す断面図である。
【
図20】実施の形態3における半導体装置を示す断面図である。
【
図21】実施の形態4における半導体装置を示す要部平面図である。
【
図22】実施の形態4における半導体装置を示す断面図である。
【
図23】検討例における半導体装置を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【0013】
(実施の形態1)
<半導体装置の構造>
以下に
図1~
図4を用いて、実施の形態1における半導体装置(半導体チップ)について説明する。
図1は、半導体装置に含まれる保護回路100を示している。保護回路100は、ESD保護回路として使用される。
【0014】
図1に示されるように、保護回路100は、複数のツェナーダイオードZDおよび高耐圧MISFET1Qを含む。電源電位パッド(Vdd)と高耐圧MISFET1Qのゲート電極との間に設けられたツェナーダイオードZDは、トリガー部を構成する。接地電位パッド(GND)と高耐圧MISFET1Qのゲート電極との間に設けられたツェナーダイオードZDは、ゲート保護部を構成する。
【0015】
トリガー部のツェナーダイオードZDの耐圧は、半導体装置の最大定格電圧よりも高くなっている。このツェナーダイオードZDの耐圧が製品破壊耐圧よりも大きい場合、保護回路100が動作する前に、保護回路100自体が壊れてしまう。従って、トリガー部のツェナーダイオードZDの耐圧は、半導体装置の最大定格電圧よりも高く、且つ、製品破壊耐圧よりも低い。ゲート保護部のツェナーダイオードZDは、主に、高耐圧MISFET1Qのゲート電圧を固定するために設けられている。
【0016】
高耐圧MISFET1Qは、ゲート電圧に依存して、オン耐圧が変動する特性を備える。ツェナーダイオードZDを低い耐圧に固定できれば、高耐圧MISFET1Qを破壊するタイミングを制御できる。従って、ツェナーダイオードZDの耐圧の種類が増えれば、様々な耐圧を有する保護回路100を保護回路として使用できる。
【0017】
保護回路100の動作原理について説明する。まず、ステップS1のように、電源電位パッド(Vdd)からトリガー部のツェナーダイオードZDの耐圧を超えるサージ電圧が印加されると、ステップS2のように、トリガー部のツェナーダイオードZDを介して電流が流れ、ステップS3のように、高耐圧MISFET1Qのゲート電極にゲート電位が発生する。そうすると、ステップS4のように、高耐圧MISFET1Qがオン状態になり、サージ電流が、接地電位パッド(GND)側に流れ、ステップS5のように、サージ電圧がゲート保護部のツェナーダイオードZDによってクランプされる。
【0018】
<ツェナーダイオードZDの構造>
以下に
図2~
図4を用いて、実施の形態1におけるツェナーダイオードZDについて説明する。
【0019】
図2に示されるように、半導体装置は、ツェナーダイオードZDが形成される領域1Aと、n型の高耐圧MISFET1Qが形成される領域2Aと、n型の低耐圧MISFET2Qが形成される領域3Aとを有する。なお、半導体装置は、p型の高耐圧MISFETおよびp型の低耐圧MISFETも有しているが、ここでは、それらの説明を省略する。
【0020】
ツェナーダイオードZDは、領域1Aの半導体基板SUB内に形成されている。半導体基板SUBは、例えばp型の不純物が導入されたシリコン基板である。半導体基板SUB内には、素子分離部STIが形成されている。素子分離部STIは、半導体基板SUB内に形成された溝と、上記溝内に埋め込まれた酸化シリコン膜とからなる。
【0021】
半導体基板SUB内には、n型のウェル領域DNWおよびn型のウェル領域HNW2が形成されている。ウェル領域HNW2は、半導体基板SUBの上面からウェル領域DNWに達するように形成されている。ウェル領域DNWおよびウェル領域HNW2は、ツェナーダイオードZDを囲むように形成されている。ウェル領域DNWおよびウェル領域HNW2によって、ツェナーダイオードZDは、半導体基板SUBから電気的に分離され、領域2Aの高耐圧MISFET1Qおよび領域3Aの低耐圧MISFET2Qから電気的に分離されている。なお、ウェル領域HNW2内には、n型の高濃度拡散領域NRが形成されている。高濃度拡散領域NRは、ウェル領域HNW2内において半導体基板SUBの上面に形成されている。高濃度拡散領域NRの不純物濃度は、ウェル領域HNW2の不純物濃度よりも高い。
【0022】
ウェル領域DNWおよびウェル領域HNW2によって囲まれた領域1Aの半導体基板SUB内には、p型のウェル領域HPW2が形成されている。ウェル領域HPW2は、ウェル領域HNW2に囲まれるように形成されており、ウェル領域HPW2の底面は、ウェル領域DNWによって覆われている。ウェル領域HPW2内には、p型のボディ領域PBおよびp型のウェル領域PW1、PW2が形成されている。ボディ領域PBの不純物濃度は、ウェル領域HPW2の不純物濃度よりも高い。ウェル領域PW1、PW2の不純物濃度は、ボディ領域PBの不純物濃度よりも高い。ウェル領域PW1、PW2は、ボディ領域PBよりも深く形成されている。すなわち、ウェル領域PW1、PW2の底面は、ボディ領域PBの底面よりも深く位置している。
【0023】
ボディ領域PB内には、n型の低濃度拡散領域LDDおよびn型のカソード領域NCが形成されている。低濃度拡散領域LDDおよびカソード領域NCは、ボディ領域PB内において半導体基板SUBの上面に形成されている。低濃度拡散領域LDDの不純物濃度は、カソード領域NCの不純物濃度よりも低い。
【0024】
ウェル領域HPW2上には、絶縁膜IF1が形成されている。絶縁膜IF1上には、導体パターンCPが形成されている。導体パターンCPおよび絶縁膜IF1は、カソード領域NCと後述する高濃度拡散領域PRの間において、半導体基板SUB上に形成されている。絶縁膜IF1は、例えば酸化シリコン膜である。絶縁膜IF1の厚さは、例えば5nm以上且つ15nm以下である。導体パターンCPは、例えばn型の不純物が導入された多結晶シリコン膜である。
【0025】
図3は、ツェナーダイオードZDの平面図である。
図3に示されるように、平面視において、カソード領域NCはウェル領域PW1を内包し、低濃度拡散領域LDDはカソード領域NCを内包し、ボディ領域PBは低濃度拡散領域LDDを内包する。つまり、平面視において、カソード領域NCはウェル領域PW1と重なるように形成され、低濃度拡散領域LDDはカソード領域NCを囲むように形成され、ボディ領域PBは低濃度拡散領域LDD、カソード領域NCおよびウェル領域PW1を囲むように形成されている。
【0026】
また、
図3、
図11および
図14などに示されるように、導体パターンCPは、側面SS1、および、側面SS1と反対側の側面SS2を有する。
図3に示されるように、導体パターンCPには開口部が設けられ、側面SS1がこの開口部を構成する。
【0027】
図2に示されるように、ウェル領域PW1、ボディ領域PB、低濃度拡散領域LDDおよびカソード領域NCは、側面SS1側のウェル領域HPW2内に形成されている。つまり、ウェル領域PW1、ボディ領域PB、低濃度拡散領域LDDおよびカソード領域NCは、側面SS1と隣り合うように、ウェル領域HPW2内に形成されている。また、ボディ領域PBの一部は、ウェル領域HPW2内において導体パターンCP直下にも形成されている。すなわち、ボディ領域PBの一部は、平面視において導体パターンCPと重なるようにウェル領域HPW2内に形成されている。
【0028】
側面SS2側において、ウェル領域HPW2内には、p型のウェル領域PW2が形成され、このウェル領域PW2内には、p型の高濃度拡散領域PRが形成されている。つまり、p型のウェル領域PW2は、側面SS2と隣り合うように、ウェル領域HPW2内に形成されている。高濃度拡散領域PRは、ウェル領域HPW2内において半導体基板SUBの上面に形成されている。高濃度拡散領域PRの不純物濃度は、ウェル領域PW2の不純物濃度よりも高い。
【0029】
導体パターンCPの側面SS1上および側面SS2上には、サイドウォールスペーサSWが形成されている。サイドウォールスペーサSWは、例えば、酸化シリコン膜と、上記酸化シリコン膜上に形成された窒化シリコン膜との積層膜からなる。
【0030】
また、導体パターンCP上、カソード領域NC上、高濃度拡散領域PR上および高濃度拡散領域NR上には、シリサイド膜SIが形成されている。シリサイド膜SIは、例えばコバルトシリサイド、ニッケルシリサイドまたはニッケル白金シリサイドからなる。
【0031】
低濃度拡散領域LDDおよびカソード領域NCは、ツェナーダイオードZDのカソードを構成する。ウェル領域HPW2、側面SS1側のウェル領域PW1、ボディ領域PB、側面SS2側のウェル領域PW2および高濃度拡散領域PRは、ツェナーダイオードZDのアノードを構成する。
【0032】
図4に示されるように、カソード領域NCには、カソード電極CEが電気的に接続され、高濃度拡散領域PRには、アノード電極AEが電気的に接続されている。また、実施の形態1では、導体パターンCPは、カソード電極NCやアノード電極AEなどに電気的に接続されておらず、電気的にフローティング状態(Open)である。
【0033】
ここでは図示を省略しているが、半導体基板SUB上には、層間絶縁膜が形成されている。上記層間絶縁膜中には、コンタクトプラグが形成され、上記層間絶縁膜上には、配線が形成されている。カソード電極CEおよびアノード電極AEは、例えば上記コンタクトプラグである。カソード領域NCは、カソード電極CEであるコンタクトプラグにシリサイド膜SIを介して接続され、高濃度拡散領域PRは、アノード電極AEであるコンタクトプラグにシリサイド膜SIを介して接続されている。カソード電極CEおよびアノード電極AEは、上記配線を介して領域2Aの高耐圧MISFET1Qまたは領域3Aの低耐圧MISFET2Qなど、他の半導体素子に電気的に接続される。なお、上記コンタクトプラグは、例えばタングステン膜を主体とする導電性膜からなる。上記配線は、例えばアルミニウム合金膜または銅膜を主体とする導電性膜からなる。
【0034】
図4には、ツェナーダイオードZDを流れる主な電流の経路が、矢印として示されている。電流は、主に、カソード電極CEから、カソード領域NC、側面SS1側のウェル領域PW1、ウェル領域HPW2、側面SS2側のウェル領域PW2および高濃度拡散領域PRを経由して、アノード電極AEへ流れる。
【0035】
<検討例と、実施の形態1の主な特徴>
図23は、本願発明者らが検討を行った検討例におけるツェナーダイオードの要部を示している。
図23に示されるように、検討例では、ボディ領域PB内にカソード領域NCが設けられているが、実施の形態1のような高濃度のウェル領域PW1が設けられていない。
【0036】
検討例のツェナーダイオードの場合、カソード領域NCの側面においても降伏が起きる。そのため、カソード領域NCの底面からだけでなく、カソード領域NCの側面からもボディ領域PBに電流が流れる。その際、インパクトイオン化によってホットキャリアが発生し、酸化シリコン膜中にホットキャリアが注入される。そうすると、酸化シリコン膜中のシリコンと水素との結合(Si-H)が破壊され、水素イオン(H+)が、ボディ領域PBの表面近傍に放出される。
【0037】
放出された水素イオン(H+)は、ボディ領域PBに含まれるボロン(B)と結合(B-H)し、ボロン(B)を不活性化する。それ故、ボディ領域PBの表面近傍において空乏層が拡大し、ブレークダウン電圧の変動が起こる。このブレークダウン電圧の変動が大きいと、保護回路100に求められる耐圧を維持できない虞がある。
【0038】
このような問題に対して、実施の形態1では、
図2および
図3に示されるように、平面視においてカソード領域NCがウェル領域PW1を内包するように、カソード領域NC下に高濃度のウェル領域PW1が形成されている。これにより、ボディ領域PBとカソード領域NCの間よりも、ウェル領域PW1とカソード領域NCの間で降伏が発生しやすい。そのため、
図4に示されるように、カソード領域NCの側面からボディ領域PBに電流が流れ難く、ツェナーダイオードZDを流れる主な電流の経路が、カソード領域NCからウェル領域PW1へ至る経路になっている。従って、実施の形態1では、検討例のようなホットキャリアに起因したブレークダウン電圧の変動を抑制できるので、保護回路100に求められる耐圧を維持でき、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【0039】
また、ボディ領域PB内には、カソード領域NCよりも低い不純物濃度を有する低濃度拡散領域LDDが形成されている。平面視において、低濃度拡散領域LDDはカソード領域NCを内包する。このような低濃度拡散領域LDDによって、カソード領域NCの側面近傍(サイドウォールスペーサSW下)の電界を緩和できるので、ホットキャリアに対する耐性も向上する。
【0040】
更に、詳しくは後述の「半導体装置の製造方法」で説明するが、実施の形態1のツェナーダイオードZDは、領域2Aの高耐圧MISFET1Qおよび領域3Aの低耐圧MISFET2Qを形成するための製造工程を利用して形成できる。すなわち、ツェナーダイオードZDを形成するための追加工程が不要なので、半導体装置の製造コストの増加を抑制できる。
【0041】
<高耐圧MISFET1Qの構造>
以下に
図2を用いて、実施の形態1における高耐圧MISFET1Qについて説明する。
【0042】
領域2Aの半導体基板SUB内には、n型のウェル領域DNWが形成されている。半導体基板SUB内には、ウェル領域DNWよりも上方にp型のウェル領域HPW1が形成されている。半導体基板SUB内には、ウェル領域HPW1よりも上方にn型のウェル領域HNW1およびp型のボディ領域PBが形成されている。
【0043】
ウェル領域HNW1およびボディ領域PBの両方に跨るように、半導体基板SUB上には、ゲート絶縁膜GI1が形成されている。ゲート絶縁膜GI1上には、ゲート電極GE1が形成されている。ゲート電極GE1は、後述するドレイン領域ND1とソース領域NS1との間に配置されている。ゲート絶縁膜GI1は、例えば酸化シリコン膜である。ゲート絶縁膜GI1の厚さは、例えば5nm以上且つ15nm以下である。ゲート電極GE1は、例えばn型の不純物が導入された多結晶シリコン膜である。
【0044】
また、
図11および
図14などに示されるように、ゲート電極GE1は、側面SS3、および、側面SS3と反対側の側面SS4を有する。側面SS3上および側面SS4上には、サイドウォールスペーサSWが形成されている。
【0045】
ウェル領域HNW1内には、ゲート電極GE1の側面SS4から離れてn型のドレイン領域ND1が形成されている。ボディ領域PB内には、n型の低濃度拡散領域LDD、n型のソース領域NS1およびp型の高濃度拡散領域PRが形成されている。低濃度拡散領域LDDは、側面SS3側のサイドウォールスペーサSW下に形成されている。ソース領域NS1は、側面SS3から離れて形成されており、低濃度拡散領域LDDは、ソース領域NS1と側面SS3の間に配置されている。高濃度拡散領域PRは、側面SS3から離れて形成されており、ソース領域NS1は、高濃度拡散領域PRと低濃度拡散領域LDDの間に配置されている。
【0046】
ドレイン領域ND1およびソース領域NS1の各々の不純物濃度は、低濃度拡散領域LDDおよびウェル領域HNW1の各々の不純物濃度よりも高い。ドレイン領域ND1およびウェル領域HNW1によって、高耐圧MISFET1Qのドレインが構成される。ソース領域NS1および低濃度拡散領域LDDによって、高耐圧MISFET1Qのソースが構成される。ボディ領域PBのうち、低濃度拡散領域LDDとウェル領域HNW1との間に位置し、且つ、ゲート電極GE1下に位置する領域が、高耐圧MISFET1Qのチャネル領域を構成する。
【0047】
ゲート電極GE1の一部、サイドウォールスペーサSWおよびウェル領域HNW1を覆うように、半導体基板SUB上に絶縁膜IF2が形成されている。絶縁膜IF2は、例えば酸化シリコン膜である。絶縁膜IF2およびサイドウォールスペーサSWから露出した領域上に、シリサイド膜SIが形成されている。すなわち、ゲート電極GE1上、ドレイン領域ND1上、ソース領域NS1上および高濃度拡散領域PR上に、シリサイド膜SIが形成されている。
【0048】
<低耐圧MISFET2Qの構造>
以下に
図2を用いて、実施の形態1における低耐圧MISFET2Qについて説明する。
【0049】
領域3Aの半導体基板SUB内には、p型のウェル領域PW3が形成されている。ウェル領域PW3上には、ゲート絶縁膜GI2が形成されている。ゲート絶縁膜GI2上には、ゲート電極GE2が形成されている。ゲート電極GE2は、後述するドレイン領域ND2とソース領域NS2との間に配置されている。ゲート絶縁膜GI2は、例えば酸化シリコン膜である。ゲート絶縁膜GI2の厚さは、ゲート絶縁膜GI1の厚さよりも小さく、例えば2nm以上且つ5nm以下である。ゲート電極GE2は、例えばn型の不純物が導入された多結晶シリコン膜である。
【0050】
ゲート電極GE2の両側面上には、サイドウォールスペーサSWが形成されている。ウェル領域PW3内には、サイドウォールスペーサSW下にn型の低濃度拡散領域EXが形成されている。ウェル領域PW3内には、ゲート電極GE2の両側面から離れてn型のドレイン領域ND2およびn型のソース領域NS2が形成されている。低濃度拡散領域EXは、ゲート電極GE2の一方の側面とドレイン領域ND2との間およびゲート電極GE2の他方の側面とソース領域NS2との間に形成されている。
【0051】
ドレイン領域ND2およびソース領域NS2の各々の不純物濃度は、低濃度拡散領域EXの不純物濃度よりも高い。ドレイン領域ND2および一方の低濃度拡散領域EXによって、低耐圧MISFET2Qのドレインが構成される。ソース領域NS2および他方の低濃度拡散領域EXによって、低耐圧MISFET2Qのソースが構成される。ウェル領域PW3のうち、2つの低濃度拡散領域LDDの間に位置し、且つ、ゲート電極GE2下に位置する領域が、低耐圧MISFET2Qのチャネル領域を構成する。
【0052】
ゲート電極GE2上、ドレイン領域ND2上およびソース領域NS2上には、シリサイド膜SIが形成されている。
【0053】
<半導体装置の製造方法>
以下に
図5~
図21を用いて、実施の形態1における半導体装置の製造方法に含まれる各製造工程について説明する。
【0054】
図5に示されるように、まず、半導体基板SUBを用意する。次に、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法によって、領域1A、2Aの半導体基板SUBに、それぞれn型のウェル領域DNWを形成する。
【0055】
次に、半導体基板SUB内に複数の溝を形成する。絶縁膜を上記溝内に埋め込み、溝外に形成された絶縁膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法などによって除去することで、半導体基板SUB内に素子分離部STIを形成する。
【0056】
図6に示されるように、まず、領域1Aおよび領域3Aの半導体基板SUB上に、レジストパターンRP1を形成する。次に、レジストパターンRP1をマスクとしてイオン注入を行うことで、領域2Aの半導体基板SUB内に、p型のウェル領域HPW1およびn型のウェル領域HNW1を形成する。その後、アッシング処理によってレジストパターンRP1を除去する。
【0057】
ウェル領域HPW1を形成するためのイオン注入は、不純物として例えばボロン(B)または二フッ化ボロン(BF2)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば400keV以上且つ500keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1012/cm2以上且つ5.0×1013/cm2以下である条件で行われる。
【0058】
ウェル領域HNW1を形成するためのイオン注入は、不純物として例えば燐(P)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば20keV以上且つ350keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1012/cm2以上且つ5.0×1013/cm2以下である条件で行われる。なお、ウェル領域HNW1は、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0059】
図7に示されるように、まず、領域1Aの一部、領域2Aおよび領域3Aの半導体基板SUB上に、レジストパターンRP2を形成する。次に、レジストパターンRP2をマスクとしてイオン注入を行うことで、領域1Aの一部の半導体基板SUB内にp型のウェル領域HPW2を形成する。その後、アッシング処理によってレジストパターンRP2を除去する。
【0060】
ウェル領域HPW2を形成するためのイオン注入は、不純物として例えばボロン(B)または二フッ化ボロン(BF2)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば10keV以上且つ400keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1011/cm2以上且つ5.0×1013/cm2以下である条件で行われる。なお、ウェル領域HPW2は、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0061】
図8に示されるように、まず、領域1Aの一部、領域2Aおよび領域3Aの半導体基板SUB上に、レジストパターンRP3を形成する。次に、レジストパターンRP3をマスクとしてイオン注入を行うことで、領域1Aの一部の半導体基板SUB内に、n型のウェル領域HNW2を形成する。その後、アッシング処理によってレジストパターンRP3を除去する。
【0062】
ウェル領域HNW2を形成するためのイオン注入は、不純物として例えば燐(P)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば50keV以上且つ1000keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1012/cm2以上且つ5.0×1013/cm2以下である条件で行われる。なお、ウェル領域HNW2は、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0063】
図9に示されるように、まず、領域1Aの一部および領域2Aの半導体基板SUB上に、レジストパターンRP4を形成する。次に、レジストパターンRP4をマスクとしてイオン注入を行うことで、領域1Aの一部の半導体基板SUB内に、p型のウェル領域PW1、PW2を形成し、領域3Aの半導体基板SUB内に、p型のウェル領域PW3を形成する。その後、アッシング処理によってレジストパターンRP4を除去する。
【0064】
ウェル領域PW1、PW2、PW3を形成するためのイオン注入は、不純物として例えばボロン(B)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば30keV以上且つ150keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1012/cm2以上且つ5.0×1013/cm2以下である条件で行われる。なお、ウェル領域PWは、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0065】
図10に示されるように、まず、領域1Aのウェル領域HPW2、HNW2、PW1、PW2上と、領域2Aのウェル領域HNW1上と、領域3Aのウェル領域PW3上とに、例えば熱酸化処理によって、相対的に厚い酸化シリコン膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術および等方性エッチング処理によって、領域3Aの厚い酸化シリコン膜を選択的に除去する。次に、領域3Aのウェル領域PW3上に、例えば熱酸化処理によって、相対的に薄い酸化シリコン膜を形成する。
図10では、領域1Aに形成された厚い酸化シリコン膜が絶縁膜IF1として示され、領域2Aに形成された厚い酸化シリコン膜がゲート絶縁膜GI1として示され、領域3Aに形成された薄い酸化シリコン膜がゲート絶縁膜GI2として示されている。
【0066】
次に、絶縁膜IF1上、ゲート絶縁膜GI1上およびゲート絶縁膜GI2上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、導電性膜CF1を形成する。導電性膜CF1は、多結晶シリコン膜である。次に、イオン注入法によって、導電性膜CF1にn型の不純物を導入する。
【0067】
図11に示されるように、まず、領域1Aの一部、領域2Aの一部および領域3Aの導電性膜CF1上に、レジストパターンRP5を形成する。次に、レジストパターンRP5をマスクとして異方性エッチング処理を行うことで、領域1Aおよび領域2Aの導電性膜CF1を選択的にパターニングする。このパターニングによって、領域1Aでは、導体パターンCPの側面SS1が形成され、領域2Aでは、ゲート電極GE1の側面SS3が形成される。側面SS1は開口部を構成し、開口部内において絶縁膜IF1が露出している。なお、レジストパターンRP5は、この時点では除去されず、後述の
図12および
図13の製造工程においても利用される。
【0068】
図12に示されるように、レジストパターンRP5をマスクとしてイオン注入を行うことで、領域1Aのウェル領域HPW2内および領域2Aのウェル領域HNW1内に、p型のボディ領域PBを形成する。
【0069】
ボディ領域PBを形成するためのイオン注入は、不純物として例えばボロン(B)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば40keV以上且つ90keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1×1012/cm2以上且つ5×1013/cm2以下である条件で行われる。また、このイオン注入は、斜めイオン注入を用いて行われる。すなわち、このイオン注入は、半導体基板SUBの上面に対する垂線から、例えば20度以上且つ40度以下に傾けた角度で行われる。なお、この斜めイオン注入は、4回行われており、1回毎に半導体基板SUBを90度回転させて行われている。なお、ボディ領域PBは、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0070】
上記斜めイオン注入によって、領域1Aのボディ領域PBは、側面SS1側のウェル領域HPW2内だけでなく、ウェル領域HPW2内において導電性膜CF1直下にも形成される。つまり、領域1Aにおいてボディ領域PBは側面SS1と隣り合うようにウェル領域HPW2内に形成され、ボディ領域PBの一部は、
図3に示すように、平面視において導体パターンCPと重なるようにウェル領域HPW2内に形成される。また、上記斜めイオン注入によって、領域2Aのボディ領域PBは、側面SS3側のウェル領域HNW1内だけでなく、ウェル領域HNW1内において導電性膜CF1下にも形成される。つまり、領域2Aにおいてボディ領域PBは側面SS3と隣り合うウェル領域HNW1内、および導電性膜CF1下のウェル領域HNW1内に形成される。また、ボディ領域PBを形成するためのイオン注入によって、不純物がウェル領域PW1内にも導入される。このため、ウェル領域PW1の不純物濃度が、ボディ領域PBの不純物濃度よりも高くなる。
【0071】
なお、ボディ領域PBは、ボディ領域PBがウェル領域PW1を内包するように、斜めイオン注入ではなく垂直イオン注入によって形成されても良い。しかし、垂直イオン注入では、不純物が導体パターンの下に注入され難い。そのため、垂直イオン注入によってボディ領域PBを形成する場合、斜めイオン注入によってボディ領域PBを形成する場合と比較して、導体パターンCPの側面SS1によって構成される開口部の平面積を広くする必要がある。斜めイオン注入を用いれば、導体パターンCPの下にも不純物を注入することができるので、導体パターンCPの側面SS1によって構成される開口部の平面積を狭くすることができる。これにより、平面視において導体パターンCPを小さく形成できるので、半導体装置を小型化できる。従って、ボディ領域PBは、斜めイオン注入によって形成することが好ましい。
【0072】
図13に示されるように、レジストパターンRP5をマスクとしてイオン注入を行うことで、領域1Aにおける側面SS1側のウェル領域HPW2内および領域2Aにおける側面SS3側のウェル領域HNW1内に、n型の低濃度拡散領域LDDを形成する。つまり、低濃度拡散領域LDDは、側面SS1と隣り合うようにウェル領域HPW2内に形成される。その後、アッシング処理によってレジストパターンRP5を除去する。なお、ボディ領域PBを形成する工程と、低濃度拡散領域LDDを形成する工程とは、何れが先に行われてもよい。
【0073】
低濃度拡散領域LDDを形成するためのイオン注入は、不純物として例えば砒素(As)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば20keV以上且つ60keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1014/cm2以上且つ5.0×1014/cm2以下である条件で行われる。
【0074】
図14に示されるように、まず、領域1Aの一部、領域2Aの一部および領域3Aの一部の導電性膜CF1上に、レジストパターンRP6を形成する。なお、レジストパターンRP6は、導体パターンCPの側面SS1およびゲート電極GE1の側面SS3を覆っている。
【0075】
次に、レジストパターンRP6をマスクとして異方性エッチング処理を行うことで、領域1A、領域2Aおよび領域3Aの導電性膜CF1を選択的にパターニングする。このパターニングによって、領域1Aでは、側面SS1および側面SS2を有する導体パターンCPが形成され、領域2Aでは、側面SS3および側面SS4を有するゲート電極GE1が形成され、領域3Aでは、ゲート電極GE2が形成される。その後、アッシング処理によってレジストパターンRP6を除去する。
【0076】
また、等方性エッチング処理によって、導体パターンCP、ゲート電極GE1およびゲート電極GE2から露出している絶縁膜IF1、ゲート絶縁膜GI1およびゲート絶縁膜GI2を除去する。
【0077】
図15に示されるように、まず、領域1Aおよび領域2Aの半導体基板SUB上に、レジストパターンRP7を形成する。次に、レジストパターンRP7をマスクとしてイオン注入を行うことで、領域3Aのウェル領域PW3内に、n型の低濃度拡散領域EXを形成する。その後、アッシング処理によってレジストパターンRP7を除去する。
【0078】
低濃度拡散領域EXを形成するためのイオン注入は、不純物として例えば燐(P)、砒素(As)および二フッ化ボロン(BF2)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば10keV以上且つ50keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1012/cm2以上且つ1.0×1014/cm2以下である条件で行われる。また、このイオン注入は、斜めイオン注入を用いて行われる。すなわち、このイオン注入は、半導体基板SUBの上面に対する垂線から、例えば0度以上且つ45度以下に傾けた角度で行われる。なお、低濃度拡散領域EXは、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0079】
図16に示されるように、導体パターンCPの側面SS1上および側面SS2上と、ゲート電極GE1の側面SS3上および側面SS4上と、ゲート電極GE2の両側面上とに、サイドウォールスペーサSWを形成する。
【0080】
まず、導体パターンCP、ゲート電極GE1およびゲート電極GE2を覆うように、半導体基板SUB上に、例えばCVD法によって酸化シリコン膜を形成する。次に、上記酸化シリコン膜上に、例えばCVD法によって窒化シリコン膜を形成する。次に、上記酸化シリコン膜と上記窒化シリコン膜との積層膜に対して異方性エッチング処理を行うことで、サイドウォールスペーサSWが形成される。
【0081】
図17に示されるように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法によって、領域1Aのボディ領域PB内にn型のカソード領域NCを形成し、領域1Aのウェル領域HNW2内にn型の高濃度拡散領域NRを形成し、領域2Aのボディ領域PB内にn型のソース領域NS1を形成し、領域2Aのウェル領域HNW1内にn型のドレイン領域ND1を形成し、領域3Aのウェル領域PW3内にn型のソース領域NS2およびn型のドレイン領域ND2を形成する。カソード領域NCは、側面SS1と隣り合うようにウェル領域HPW2内に形成される。
【0082】
これらの領域を形成するためのイオン注入は、不純物として例えば砒素(As)および燐(P)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば10keV以上且つ30keV以下であり、不純物のドーズ量が例えば1.0×1015/cm2以上且つ5.0×1015/cm2以下である条件で行われる。なお、カソード領域NC、高濃度拡散領域NR、ソース領域NS1、ドレイン領域ND1、ソース領域NS2およびドレイン領域ND2は、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0083】
次に、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法によって、領域1Aのウェル領域PW2内およびウェル領域HPW2内にp型の高濃度拡散領域PRを形成し、領域2Aのボディ領域PB内にp型の高濃度拡散領域PRを形成する。
【0084】
これらの領域を形成するためのイオン注入は、不純物として例えばボロン(B)を用いて行われ、不純物の注入エネルギーが例えば1keV以上且つ20keV以下であり、ドーズ量が例えば1.0×1013/cm2以上且つ5.0×1015/cm2以下である条件で行われる。なお、高濃度拡散領域PRは、上記条件の範囲内で、互いに注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成されてもよい。
【0085】
以上の製造工程によって、領域1AにツェナーダイオードZDが形成され、領域2Aに高耐圧MISFET1Qが形成され、領域3Aに低耐圧MISFET2Qが形成される。
【0086】
その後、以下の製造工程を行うことで、
図2に示される構造体が得られる。まず、ツェナーダイオードZD、高耐圧MISFET1Qおよび低耐圧MISFET2Qを覆うように、半導体基板SUB上に、例えばCVD法によって、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜IF2を形成する。次に、ゲート電極GE1の一部、サイドウォールスペーサSWおよびウェル領域HNW1を覆うように、フォトリソグラフィ技術および異方性エッチング処理によって、絶縁膜IF2を選択的にパターニングする。
【0087】
次に、既存のサリサイド技術を用いることで、絶縁膜IF2およびサイドウォールスペーサSWから露出している領域に、シリサイド膜SIを形成する。すなわち、導体パターンCP上、カソード領域NC上、高濃度拡散領域PR上、高濃度拡散領域NR上、ゲート電極GE1上、ドレイン領域ND1上、ソース領域NS1上、ゲート電極GE2上、ドレイン領域ND2上およびソース領域NS2上に、シリサイド膜SIを形成する。
【0088】
以上のように、実施の形態1では、領域2Aの高耐圧MISFET1Qおよび領域3Aの低耐圧MISFET2Qを形成するための製造工程を利用して、ツェナーダイオードZDを形成できる。従って、ツェナーダイオードZDのウェル領域PW1を形成するために注入工程を追加する必要がないので、半導体装置の製造コストの増加を抑制できる。
【0089】
(実施の形態2)
以下に
図18を用いて、実施の形態2における半導体装置について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点について主に説明し、実施の形態1と重複する点については説明を省略する。
【0090】
実施の形態2では、領域1Aのカソード領域NC直下に位置するウェル領域PW1が、実施の形態1のウェル領域PW1よりも深く形成されている。
【0091】
図18は、
図9と
図10との間に行われる製造工程を示している。
図18では、まず、領域1Aにおいてカソード領域NCに接続されるウェル領域PW1を選択的に開口するように、領域2Aおよび領域3Aの半導体基板SUB上に、レジストパターンRP8を形成する。次に、レジストパターンRP8をマスクとしてイオン注入を行うことで、ウェル領域PW1の下部に、ウェル領域PWaを形成する。ウェル領域PWaは、ウェル領域PW1と一体化し、ウェル領域PW1の一部となる。
【0092】
ウェル領域PWaを形成するためのイオン注入は、不純物として例えばボロン(B)を用いて行われ、不純物のドーズ量が例えば1.0×1012/cm2以上且つ5.0×1013/cm2以下である条件で行われる。また、ウェル領域PWaを形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、ウェル領域PW1を形成するためのイオン注入の注入エネルギーよりも高く、ウェル領域PWaを形成するためのイオン注入は、不純物の注入エネルギーが例えば150keV以上且つ180keV以下である条件で行われる。
【0093】
実施の形態2によれば、高濃度のウェル領域PW1を、より確実に、ボディ領域PBよりも深く形成できる。すなわち、ウェル領域PW1の底面が、ボディ領域PBの底面よりも深く位置するように、ウェル領域PW1を形成できる。カソード領域NCの下方における抵抗成分が小さくなるので、ツェナーダイオードZDを流れる主な電流の経路が、カソード領域NCからウェル領域PW1へ至る経路になり易くなる。従って、検討例のようなホットキャリアに起因したブレークダウン電圧の変動を更に抑制し易くなるので、半導体装置の信頼性を更に向上させることができる。
【0094】
(実施の形態3)
以下に
図19および
図20を用いて、実施の形態3における半導体装置について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点について主に説明し、実施の形態1と重複する点については説明を省略する。
【0095】
実施の形態1では、
図4に示されるように、導体パターンCPは、電気的にフローティング状態であった。
【0096】
実施の形態3では、
図19に示されるように、導体パターンCPは、カソード電極CEに電気的に接続されている。導体パターンCPに正電位が印加されることで、導体パターンCP直下の領域が空乏化し、導体パターンCPの端部における電界が緩和され、ブレークダウン電圧の変動を抑制することができる。
【0097】
また、
図20に示されるように、導体パターンCPは、アノード電極AEまたは半導体基板SUBに電気的に接続されていてもよい。この場合でも、ブレークダウン電圧の変動を抑制することができる。
【0098】
なお、実施の形態3で説明した技術は、実施の形態2の技術と組み合わせて適用できる。
【0099】
(実施の形態4)
以下に
図21および
図22を用いて、実施の形態4における半導体装置について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点について主に説明し、実施の形態1と重複する点については説明を省略する。
【0100】
実施の形態1では、カソード領域NCのほぼ全上面上にシリサイド膜SIが形成されていた。実施の形態4では、カソード領域NC上に形成されるシリサイド膜SIの平面積が、実施の形態1においてカソード領域NC上に形成されるシリサイド膜SIの平面積よりも小さくなっている。
【0101】
図21は、カソード領域NCの周囲を示す平面図である。
図22は、
図21に示されるA-A線に沿った断面図である。
【0102】
図22に示されるように、領域2Aで選択的に残していた絶縁膜IF2を、領域1Aにも残しておく。すなわち、シリサイド膜SIを形成する前に、領域1Aにおいて、導体パターンCPの一部、サイドウォールスペーサSWおよびカソード領域NCの一部を覆うように、絶縁膜IF2を形成する。絶縁膜IF2には開口部OPが設けられ、開口部OPから露出しているカソード領域NC上に、シリサイド膜SIが形成される。そのため、シリサイド膜SIの平面積が、実施の形態1におけるシリサイド膜SIの平面積よりも小さくなっている。
【0103】
図21に示されるように、実施の形態4では、シリサイド膜SIは、平面視においてカソード領域NCおよびウェル領域PW1に内包されている。従って、シリサイド膜SI上に形成されるカソード電極CEが、カソード領域NCの中央部に配置される。電界がカソード領域NCの中央部に集中するので、カソード領域NCの側面における電界の集中が更に緩和される。そのため、ホットキャリアに対する耐性が更に向上するので、ブレークダウン電圧の変動を更に抑制できる。
【0104】
なお、実施の形態4で説明した技術は、実施の形態2および実施の形態3の技術と組み合わせて適用できる。
【0105】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【0106】
100 保護回路
1A 領域(ツェナーダイオード領域)
2A 領域(高耐圧MISFET領域)
3A 領域(低耐圧MISFET領域)
1Q 高耐圧MISFET
2Q 低耐圧MISFET
AE アノード電極
CE カソード電極
CF1 導電性膜
CP 導体パターン
DNW ウェル領域(n型の不純物領域)
EX 低濃度拡散領域(n型の不純物領域)
GE1、GE2 ゲート電極
GI1、GI2 ゲート絶縁膜
HNW1、HNW2 ウェル領域(n型の不純物領域)
HPW1、HPW2 ウェル領域(p型の不純物領域)
IF1、IF2 絶縁膜
LDD 低濃度拡散領域(n型の不純物領域)
NC カソード領域(n型の不純物領域)
ND1、ND2 ドレイン領域(n型の不純物領域)
NR 高濃度拡散領域(n型の不純物領域)
NS1、NS2 ソース領域(n型の不純物領域)
OP 開口部
PB ボディ領域(p型の不純物領域)
PR 高濃度拡散領域(p型の不純物領域)
PW1、PW2、PW3 ウェル領域(p型の不純物領域)
RP1~RP8 レジストパターン
SI シリサイド膜
SS1、SS2 導体パターンの側面
SS3、SS4 ゲート電極の側面
STI 素子分離部
SUB 半導体基板
SW サイドウォールスペーサ
ZD ツェナーダイオード