(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】P2024043768
(43)【公開日】2024-04-02
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20240326BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20240326BHJP
【FI】
H01L29/78 301S
H01L29/78 301G
H01L29/78 301R
H01L27/088 B
H01L27/088 C
H01L27/088 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022148940
(22)【出願日】2022-09-20
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】弁理士法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松本 裕司
【テーマコード(参考)】
5F048
5F140
【Fターム(参考)】
5F048AC01
5F048AC03
5F048BA02
5F048BA07
5F048BB01
5F048BC03
5F048BC06
5F048BF02
5F048BF07
5F048BF16
5F048BF19
5F048BG03
5F048BG13
5F048DA25
5F048DA27
5F140AA04
5F140AB03
5F140AC01
5F140BA16
5F140BF54
5F140BF58
5F140BG12
5F140BG14
5F140BH04
5F140BH15
5F140BH30
5F140BH35
5F140BJ05
5F140BJ07
5F140CB04
5F140CB08
5F140CC03
5F140CC08
(57)【要約】
【課題】ドレイン電流-ゲート電圧(Ids-Vgs)特性にハンプ現象が発生することを抑制することができる半導体装置を提供する。。
【解決手段】チップのn型ウェルに形成されたp型ソース領域25pと、n型ウェルに形成され、平面視でp型ソース領域25pの周囲を取り囲むp型ドレイン領域26pと、p型ソース領域25pとp型ドレイン領域26pとの間のn型ウェル上に形成され、平面視でp型ソース領域25pの周囲を取り囲むゲート電極43と、ゲート電極43とn型ウェルとの間に形成されたゲート絶縁膜と、トレンチ絶縁構造13上に形成されたゲートコンタクト部44と、トレンチ絶縁構造13とp側アクティブ領域14pとの境界18からp型ドレイン領域26pを横切り、ゲートコンタクト部44とゲート電極43とを接続するゲート接続部45とを含む、半導体装置1を提供する。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主面を有するチップと、
前記主面にアクティブ領域を区画するトレンチ絶縁構造と、
前記アクティブ領域に形成された第1導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域に形成された第2導電型の第1不純物領域と、
前記ウェル領域に形成され、平面視で前記第1不純物領域の周囲を取り囲む第2不純物領域と、
前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間の前記ウェル領域上に形成され、平面視で前記第1不純物領域の周囲を取り囲むゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ウェル領域との間に形成されたゲート絶縁膜と、
前記トレンチ絶縁構造上に形成されたゲートコンタクト部と、
前記トレンチ絶縁構造と前記アクティブ領域との境界から前記第2不純物領域を横切り、前記ゲートコンタクト部と前記ゲート電極とを接続するゲート接続部とを含む、半導体装置。
【請求項2】
前記第2不純物領域は、第1方向に沿って形成され、前記第1方向に直交する第2方向において前記第1不純物領域を挟む一対の第1部分と、前記第2方向に沿って形成され、前記第1方向において前記第1不純物領域を挟む一対の第2部分とを含む、請求項2に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記ゲート接続部は、前記一対の第1部分および前記一対の第2部分のうちの少なくとも1つを選択的に横切って前記ゲートコンタクト部と前記ゲート電極とを接続している、請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記ウェル領域は、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域の前記第1部分との間に形成され、前記第2方向に沿ってチャネルが形成される第1チャネル領域と、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域の前記第2部分との間に形成され、前記第1方向に沿ってチャネルが形成される第2チャネル領域とを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1チャネル領域のチャネル長と、前記第2チャネル領域のチャネル長とがほぼ等しい、請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第1不純物領域は、前記第2方向に長手な形状に形成されており、
前記ゲート電極は、前記第1不純物領域を取り囲む前記第2方向に長手な略楕円環状に形成されている、請求項4に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記ゲート接続部は、前記第2方向において前記第1不純物領域に対向する位置に形成され、前記第1方向において、前記第1不純物領域よりも狭い幅を有している、請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記ゲート接続部の幅は、0.08μm以上0.3μm以下である、請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第2不純物領域は、平面視において無端環状に形成されている、請求項4に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記ゲート接続部は、前記ゲート接続部が前記第2不純物領域を横切る方向に直交する方向において、前記ゲート電極および前記ゲートコンタクト部よりも狭い幅を有している、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記ゲート接続部は、前記ゲート接続部が前記第2不純物領域を横切る方向に直交する方向において、前記第1不純物領域よりも狭い幅を有している、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記ゲート接続部の幅は、0.08μm以上0.3μm以下である、請求項10に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記トレンチ絶縁構造は、前記主面に形成されたトレンチと、前記トレンチの開口端を露出させるように前記主面に埋め込まれた絶縁体と、前記絶縁体の上端部において前記トレンチの底壁に向かって窪んだ窪みとを含み、
前記ゲート接続部は、前記窪みを被覆するように形成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記第1不純物領域がソース領域であり、前記第2不純物領域がドレイン領域である、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記アクティブ領域は、CMOSトランジスタ用のCMOS領域を含み、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記CMOSトランジスタの一部である、請求項14に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば、特許文献1は、浅溝分離(STI)構造のディボットの形成を制限する方法を開示している。特許文献1の方法は、シリコン領域に形成されたトレンチに堆積された酸化物を設けるステップと、シリコン領域の上層を酸化してシリコン領域の上面に熱酸化物層を形成するステップと、熱酸化物を堆積された酸化物に対して選択的にエッチングするステップとを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示の一実施形態は、ドレイン電流-ゲート電圧(Ids-Vgs)特性にハンプ現象が発生することを抑制することができる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一実施形態に係る半導体装置は、主面を有するチップと、前記主面にアクティブ領域を区画するトレンチ絶縁構造と、前記アクティブ領域に形成された第1導電型のウェル領域と、前記ウェル領域に形成された第2導電型の第1不純物領域と、前記ウェル領域に形成され、平面視で前記第1不純物領域の周囲を取り囲む第2不純物領域と、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間の前記ウェル領域上に形成され、平面視で前記第1不純物領域の周囲を取り囲むゲート電極と、前記ゲート電極と前記ウェル領域との間に形成されたゲート絶縁膜と、前記トレンチ絶縁構造上に形成されたゲートコンタクト部と、前記トレンチ絶縁構造と前記アクティブ領域との境界から前記第2不純物領域を横切り、前記ゲートコンタクト部と前記ゲート電極とを接続するゲート接続部とを含む。
【発明の効果】
【0006】
本開示の一実施形態に係る半導体装置によれば、第2不純物領域が第1不純物領域の周囲を取り囲んでいる。これにより、第1不純物領域の周囲の略全体もしくは全体をトランジスタのチャネルとして利用することができる。チャネルの周縁が、第2不純物領域を介してトレンチ絶縁構造から離れている。その結果、たとえばトレンチ絶縁構造のディボットに起因してドレイン電流-ゲート電圧(Ids-Vgs)特性にハンプ現象が発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】
図1は、本開示の第1実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図である。
【
図3】
図3は、
図2の半導体装置からゲート電極等を取り除いた図である。
【
図4】
図4は、
図2のIV-IV線における断面を示す図である。
【
図6】
図6は、
図5の二点鎖線VIで囲まれた部分の拡大図である。
【
図7】
図7は、本開示の第1実施形態に係る半導体装置のチャネルの形成過程を説明するための図である。
【
図8】
図8は、本開示の第2実施形態に係る半導体装置のチャネルの形成過程を説明するための図である。
【
図9】
図9は、トランジスタの静特性を示す図である。
【
図10】
図10は、本開示の第3実施形態に係る半導体装置の一部を示す模式的な平面図である。
【
図11】
図11は、本開示の第4実施形態に係る半導体装置の一部を示す模式的な平面図である。
【
図12】
図12は、本開示の第5実施形態に係る半導体装置の一部を示す模式的な平面図である。
【
図13】
図13は、本開示の第6実施形態に係る半導体装置の一部を示す模式的な平面図である。
【
図14】
図14は、本開示の第7実施形態に係る半導体装置の一部を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
次に、本開示の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0009】
以下では、複数のトランジスタの配列方向が第1方向Xと定義され、当該配列方向に直交する方向が第2方向Yと定義され、チップ2の厚さ方向が第3方向Zと定義されている。第1方向X、第2方向Yおよび第3方向Zの定義は、これに限らない。
【0010】
≪半導体装置1の概要≫
図1は、本開示の第1実施形態に係る半導体装置1の模式的な平面図である。
図1を参照して、半導体装置1は、たとえば、共通のチップ2上に複数の素子が搭載された複合素子であり、CMOSエリア3を含む。CMOSエリア3には、CMOSトランジスタ4が形成されている。
図1では示されていないが、チップ2には、CMOSエリア3以外に、たとえば、DMOSトランジスタが形成されたDMOSエリア、バイポーラトランジスタが形成されたバイポーラエリア、抵抗素子、キャパシタ等の受動素子が形成された受動素子エリア等が形成されていてもよい。
【0011】
CMOSエリア3には、CMOSトランジスタ4として、たとえば、低耐圧CMOSトランジスタ5、中耐圧CMOSトランジスタ、および高耐圧トランジスタが形成されていてもよい。低耐圧CMOSトランジスタ5は、たとえば、1.0V以上4.0V以下の定格電圧を有するCMOSトランジスタであってもよい。中耐圧CMOSトランジスタは、たとえば、4.0V以上7.0V以下の定格電圧を有するCMOSトランジスタであってもよい。高耐圧CMOSトランジスタは、たとえば、7V以上60V以下の定格電圧を有するCMOSトランジスタであってもよい。定格電圧は、各CMOSトランジスタのソース-ドレイン間に印加される電圧の最大許容値の範囲で定義してもよい。また、各CMOSトランジスタの定格電圧は、各CMOSトランジスタ4の耐圧と言い換えてもよい。
【0012】
以下では、低耐圧CMOSトランジスタ5の構造、特に低耐圧p型チャネルトランジスタ6pの構造について詳しく説明するが、低耐圧p型チャネルトランジスタ6pの構造は、低耐圧n型チャネルトランジスタ6n、中耐圧CMOSトランジスタおよび高耐圧CMOSトランジスタにも適用することができる。
【0013】
≪低耐圧p型チャネルトランジスタ6pの構造≫
図2は、
図1の半導体装置1の拡大平面図である。
図3は、
図2の半導体装置1からp側プレーナゲート構造42pを取り除いた図である。
図4は、
図2のIV-IV線における断面を示す図である。
図5は、
図2のV-V線における断面を示す図である。
図6は、
図5の二点鎖線VIで囲まれた部分の拡大図である。
【0014】
前述のように、低耐圧CMOSトランジスタ5は、低耐圧p型チャネルトランジスタ6pと、低耐圧n型チャネルトランジスタ6nとを含む。低耐圧p型チャネルトランジスタ6pおよび低耐圧n型チャネルトランジスタ6nは、共通のチップ2上に形成されている。
【0015】
図4および
図5を参照して、チップ2は、この実施形態では、半導体基板7と、エピタキシャル層8とを含んでいてもよい。半導体基板7は、p型のシリコン基板であってもよい。半導体基板7の不純物濃度は、たとえば、1.0×10
13cm
-3以上1.0×10
20cm
-3以下であってもよい。半導体基板7は、第1主面9およびその反対側の第2主面10を有している。第1主面9および第2主面10は、それぞれ、半導体基板7の表面および裏面と言い換えてもよい。本願の図面中の「p
+」、「p
-」、「n
+」、「n」および「n
-」の表示は、p型不純物またはn型不純物を含有する各不純物領域(半導体領域)の相対的な大小関係を便宜的に示しているに過ぎず、特定の範囲の不純物濃度を定義するものではない。
【0016】
エピタキシャル層8は、半導体基板7上に形成されている。エピタキシャル層8は、この実施形態では、n型のシリコン半導体層であってもよい。エピタキシャル層8の不純物濃度は、たとえば、1.0×1013cm-3以上1.0×1017cm-3以下であってもよい。エピタキシャル層8は、第1主面11およびその反対側の第2主面12を有していてもよい。第1主面11および第2主面12は、それぞれ、エピタキシャル層8の表面および裏面と言い換えてもよい。エピタキシャル層8の第2主面12は、チップ2の第1主面9との接合面であってもよい。
【0017】
図1~
図6を参照して、エピタキシャル層8には、第1主面11上の領域を複数のアクティブ領域に区画するトレンチ絶縁構造13が形成されている。トレンチ絶縁構造13は、素子分離部と称されてもよい。
図1を参照して、トレンチ絶縁構造13は、エピタキシャル層8の第1主面11に、低耐圧CMOSトランジスタ5用のLV-アクティブ領域14を区画している。LV-アクティブ領域14は、低耐圧p型チャネルトランジスタ6p用のp側アクティブ領域14pと、低耐圧n型チャネルトランジスタ6n用のn側アクティブ領域14nとを含む。
【0018】
p側アクティブ領域14pとn側アクティブ領域14nは、第1方向Xにおいて、トレンチ絶縁構造13を隔てて隣接している。p側アクティブ領域14pおよびn側アクティブ領域14nは、第1主面11の法線方向から見た平面視において、第2方向Yに長手な同じ大きさの長方形状に形成されていてもよい。
【0019】
図5を参照して、p側アクティブ領域14pは、第2方向Yにおいて、一方側の第1端部15、その反対側の第2端部16、および第1端部15と第2端部16との間の中央部17を有していてもよい。第1端部15および第2端部16と中央部17との間に明確な境界はなくてもよい。
【0020】
たとえば、p側アクティブ領域14pにおいて、後述するp型ドレイン領域26pで占有された領域が第1端部15および第2端部16であり、p型ドレイン領域26pで取り囲まれた領域が中央部17であってもよい。また、p側アクティブ領域14pとトレンチ絶縁構造13との境界18から第1方向Xにおける内側に向かって0.1μm以上1.0μm以下までの範囲が第1端部15および第2端部16であり、それ以外の部分が中央部17であってもよい。
【0021】
図4~
図6を参照して、トレンチ絶縁構造13は、この実施形態では、エピタキシャル層8に形成されたトレンチ19と、トレンチ19に埋め込まれた埋め込み絶縁体20とを含む。
【0022】
トレンチ19は、側壁21および底壁22を有している。トレンチ19の側壁21は、
図4および
図5に示すようにエピタキシャル層8の第1主面11に対して直交する面であってもよいし、
図6に示すようにエピタキシャル層8の第1主面11に対して傾斜する面であってもよい。
図6の場合、トレンチ19は、断面視において、第3方向Zにおいて第1主面11から底壁22に向かうに従って幅が狭くなるテーパ形状を有していてもよい。
【0023】
埋め込み絶縁体20は、たとえば、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)等であってもよい。この実施形態では、埋め込み絶縁体20は、酸化シリコンからなる。埋め込み絶縁体20は、トレンチ19の開口端23を露出させている。また、トレンチ絶縁構造13は、一般的な名称として、STI(Shallow Trench Isolation)と称してもよい。
【0024】
エピタキシャル層8の表層部には、低耐圧p型チャネルトランジスタ6p用のn型ウェル24が形成されている。n型ウェル24の不純物濃度は、エピタキシャル層8の不純物濃度よりも高く、たとえば、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。このn型ウェル24内に低耐圧p型チャネルトランジスタ6pが形成されている。
【0025】
n型ウェル24の表層部には、互いに間隔を開けてp型ソース領域25p(第1不純物領域)およびp型ドレイン領域26p(第2不純物領域)が形成されている。p型ソース領域25pおよびp型ドレイン領域26pの不純物濃度は、n型ウェル24の不純物濃度よりも高く、たとえば、1.0×10
19cm
-3以上1.0×10
21cm
-3以下であってもよい。p型ソース領域25pおよびp型ドレイン領域26pは、第1主面11から互いに同じ深さで形成されている。p型ドレイン領域26pは、第1主面11からエピタキシャル層8の深さ方向全体にわたって、トレンチ絶縁構造13の埋め込み絶縁体20に接している。なお、
図1では、p型ソース領域25pおよびp型ドレイン領域26pに対応する低耐圧n型チャネルトランジスタ6n構造として、それぞれ、n型ソース領域25nおよびn型ドレイン領域26nが示されている。
【0026】
図3を参照して、p型ソース領域25pは、n型ウェル24の外周縁から離れた内方領域に形成されている。p型ソース領域25pは、トレンチ絶縁構造13とp側アクティブ領域14pとの境界18から内側に間隔を空けて形成されていてもよい。p型ソース領域25pは、全周にわたって境界18から内側に離れた外周縁27を有している。
【0027】
p型ソース領域25pは、この実施形態では、平面視において第2方向Yに長手な形状に形成されている。より詳細には、p型ソース領域25pは、平面視において第2方向Yに長手な略楕円形状に形成されている。p型ソース領域25pの外周縁27は、第2方向Yに沿って平行に延びる一対の直線部28と、第1方向Xに沿って延び、一対の直線部28の端部同士を接続する一対の曲線部29とを含んでいてもよい。
図2を参照して、p型ソース領域25pの第1方向Xにおける幅W1は、たとえば、3μm以上10μm以下であってもよい。
【0028】
p型ドレイン領域26pは、p型ソース領域25pの外周縁27から外側に離れ、かつ平面視でp型ソース領域25pの周囲を取り囲むように形成されている。p型ドレイン領域26pは、トレンチ絶縁構造13とp側アクティブ領域14pとの境界18から内側に所定幅の領域を占有する領域であってもよい。この実施形態では、p型ドレイン領域26pは、平面視において、p型ソース領域25pの周囲を取り囲む無端環状に形成されている。
【0029】
図3を参照して、p型ドレイン領域26pは、境界18を形成する外周縁30と、p型ソース領域25pの外周縁27と間隔を空けて対向する内周縁31とを有している。外周縁30と内周縁31との間に挟まれた環状の領域がp型ドレイン領域26pである。p型ドレイン領域26pの外周縁30は、平面視において第2方向Yに長手な長方形環状に形成されている。p型ドレイン領域26pの外周縁30は、第1方向Xに沿って平行に延びる一対の第1直線部32と、第2方向Yに沿って平行に延び、一対の第1直線部32の端部同士を接続する一対の第2直線部33とを含んでいてもよい。
【0030】
p型ドレイン領域26pの内周縁31は、平面視において第2方向Yに長手な略楕円環状に形成されている。p型ドレイン領域26pの内周縁31は、第2方向Yに沿って平行に延びる一対の直線部34と、第1方向Xに沿って延び、一対の直線部34の端部同士を接続する一対の曲線部35とを含んでいてもよい。p型ドレイン領域26pの内周縁31は、p型ソース領域25pの外周縁27と相似形であってもよい。
【0031】
これにより、p型ソース領域25pの外周縁27とp型ドレイン領域26pの内周縁31との間に外周縁27に対する垂線を引いた場合、その長さは全て等しくてもよい。
図3では、p型ソース領域25pの一対の直線部28および一対の曲線部29に対する垂線は、垂線P1,P2,P3,P4を含む。垂線P1,P2,P3,P4のそれぞれの長さL1,L2,L3,L4が互いに等しい。
【0032】
p型ドレイン領域26pは、一対の第1部分36と、一対の第2部分37とを含んでいてもよい。一対の第1部分36および一対の第2部分37は、n型ウェル24の表層部の所定面積を占める領域であり、互いに組み合わさってp型ドレイン領域26pを形成している。第1部分36および第2部分37は、それぞれ、第1領域および第2領域と称されてもよいし、第1エリアおよび第2エリアと称されてもよい。
図3では、一対の第1部分36が斜めハッチングの付された領域であり、一対の第2部分37がクロスハッチングの付された領域である。
【0033】
一対の第1部分36は、p型ドレイン領域26pのうち一対の第1直線部32に沿って形成された部分であり、一対の第2部分37は、p型ドレイン領域26pのうち一対の第2直線部33に沿って形成された部分である。第1部分36と第2部分37との間に明確な境界はないが、たとえば、内周縁31の曲線部35に対する垂線によって定義されていてもよい。他の定義方法としては、たとえば
図3に示すように、ソース側の外周縁27の各曲線部29の円の中心Cから、ドレイン側の外周縁30の第1直線部32と第2直線部33との交差点まで引いた仮想境界線38によって、第1部分36と第2部分37との境界が定義されていてもよい。この実施形態では、ソース側の曲線部29およびドレイン側の曲線部35が互いに相似関係である半円であるため、中心Cから引いた仮想境界線38は、ドレイン側の曲線部35に対する垂線である。
【0034】
一対の第1部分36は、第2方向Yにおいて間隔を空けてp型ソース領域25pを挟み、p型ソース領域25pを介して互いに対向している。各第1部分36は、第1方向Xに沿って形成されており、第2方向Yにおいて、p型ドレイン領域26pの第1直線部32とドレイン側の曲線部35とで挟まれた領域であってもよい。各第1部分36の第2方向Yにおける幅W2(たとえば、ドレイン側の曲線部35とドレイン側の第1直線部32との距離)は、たとえば、0.1μm以上1.0μm以下であってもよい。
【0035】
一対の第2部分37は、第1方向Xにおいて間隔を空けてp型ソース領域25pを挟み、p型ソース領域25pを介して互いに対向している。各第2部分37は、第2方向Yに沿って形成されており、第1方向Xにおいて、p型ドレイン領域26pの第2直線部33とドレイン側の直線部34とで挟まれた領域であってもよい。各第2部分37の第1方向Xにおける幅W3(たとえば、ドレイン側の直線部34とドレイン側の第2直線部33との距離)は、たとえば、0.4μm以上1.5μm以下であってもよい。
【0036】
n型ウェル24においてp型ソース領域25pとp型ドレイン領域26pに挟まれた領域は、トランジスタのチャネルが形成されるチャネル領域39である。
図3を参照して、チャネル領域39は、平面視においてp型ソース領域25pの周囲を取り囲むように形成されている。この実施形態では、チャネル領域39は、p型ソース領域25pの周囲を取り囲む第2方向Yに長手な略楕円環状に形成されている。
【0037】
チャネル領域39は、第1チャネル領域40と、第2チャネル領域41とを含んでいてもよい。この実施形態では、第2方向Yにおいてp型ソース領域25pの一方側および他方側に1つずつ第1チャネル領域40が形成され、第1方向Xにおいてp型ソース領域25pの一方側および他方側に1つずつ第2チャネル領域41が形成されている。つまり、チャネル領域39は、一対の第1チャネル領域40と、一対の第2チャネル領域41とを含んでいてもよい。
【0038】
一対の第1チャネル領域40は、チャネル領域39のうち第1方向Xに沿って形成された部分であり、一対の第2チャネル領域41は、チャネル領域39のうち第2方向Yに沿って形成された部分である。第1チャネル領域40と第2チャネル領域41との間に明確な境界はないが、たとえば、外周縁27の曲線部29に対する垂線によって定義されていてもよい。他の定義方法としては、たとえば
図3に示すように、前述の仮想境界線38によって、第1チャネル領域40と第2チャネル領域41との境界が定義されていてもよい。第1チャネル領域40は、第2方向Yにおいて、ドレイン側の曲線部35とソース側の曲線部29とで挟まれた領域であってもよい。第2チャネル領域41は、第1方向Xにおいて、ドレイン側の直線部34とソース側の直線部28とで挟まれた領域であってもよい。
【0039】
この実施形態では、p型ドレイン領域26pの内周縁31が全周にわたって、p型ソース領域25pの外周縁27から等距離に形成されている。これにより、第1チャネル領域40のチャネル長と第2チャネル領域41のチャネル長とは、互いに等しいか、ほぼ等しい。「ほぼ等しい」は、半導体装置1の製造工程において、第1チャネル領域40のチャネル長と第2チャネル領域41のチャネル長との間に生じる少しの誤差を含むことを意味している。
図3において、第1チャネル領域40のチャネル長は、前述の垂線P1,P3の長さL1,L3であってもよく、第2チャネル領域41のチャネル長は、前述の垂線P2,P4の長さL2,L4であってもよい。
【0040】
p側アクティブ領域14pにおいて、エピタキシャル層8の第1主面11には、p側プレーナゲート構造42pが形成されている。
図1では、p側プレーナゲート構造42pに対応する低耐圧n型チャネルトランジスタ6n構造として、n側プレーナゲート構造42nが示されている。p側プレーナゲート構造42pは、チャネル領域39を被覆するように第1主面11の上に形成されている。
図2を参照して、p側プレーナゲート構造42pは、チャネル領域39のオンオフを制御するゲート電極43と、電圧の供給を受けるゲートコンタクト部44と、ゲートコンタクト部44とゲート電極43とを接続するゲート接続部45とを一体的に含む。
【0041】
図2を参照して、ゲート電極43は、その全体がp側アクティブ領域14pに形成されている。ゲート電極43は、境界18から内側に離れた外周縁46を有している。ゲート電極43は、チャネル領域39上に形成されている。ゲート電極43は、チャネル領域39と同様に、平面視においてp型ソース領域25pの周囲を取り囲むように形成されている。この実施形態では、ゲート電極43は、p型ソース領域25pの周囲を取り囲む第2方向Yに長手な略楕円環状に形成されている。ゲート電極43は、一対の第1チャネル領域40に対向する一対の曲線部47と、一対の第2チャネル領域41に対向する一対の直線部48とを含んでいてもよい。
【0042】
ゲート電極43の中央部には、ゲート電極43の内周縁49によって区画されたゲート開口50が形成されている。ゲート開口50から、p型ソース領域25pが露出している。ゲート開口50は、平面視において略楕円形状に形成されている。
図4および
図5を参照して、p型ソース領域25pはゲート電極43の内周縁49に対して自己整合的に形成され、p型ドレイン領域26pはゲート電極43の外周縁46に対して自己整合的に形成されていてもよい。
【0043】
ゲートコンタクト部44は、トレンチ絶縁構造13上に形成され、ゲート電極43から境界18を隔てて対向している。ゲートコンタクト部44は、たとえば、ゲート電極43に対して第1方向Xまたは第2方向Yに間隔を空けて配置されている。この実施形態では、ゲートコンタクト部44は、第2方向Yにおけるゲート電極43の一方側に選択的に配置されている。ゲートコンタクト部44の第1方向Xにおける幅W5は、ゲート電極43の第1方向Xにおける幅W4よりも狭くてもよい。図示は省略するが、ゲートコンタクト部44は、p側アクティブ領域14pの周囲を取り囲むように形成されていてもよい。
【0044】
ゲート接続部45は、トレンチ絶縁構造13とp側アクティブ領域14pとの境界18からp型ドレイン領域26pを横切ってゲート電極43に接続されている。
図3を参照して、この実施形態では、ゲート接続部45は、p型ドレイン領域26pの一対の第1部分36および一対の第2部分37のうちの1つの第1部分36を選択的に横切っている。
【0045】
ゲート電極43におけるゲート接続部45の接続位置は特に制限されない。好ましくは、
図2に示すように、ゲート電極43の曲線部47の頂部51(第2方向Yにおいて曲線部47の最も外側の部分)にゲート接続部45が接続されている。これにより、ゲートコンタクト部44とゲート電極43とを最短距離で接続できるので、抵抗成分であるゲート接続部45に起因する電圧降下を抑制することができる。たとえば、ゲート接続部45の長さL5は、0.3μm以上1.2μm以下であってもよい。
【0046】
ゲート接続部45は、ゲート接続部45がp型ドレイン領域26pを横切る方向(
図2では第2方向Y)に直交する方向(
図2では第1方向X)において、p型ソース領域25pの幅W1よりも狭い幅W6を有している。幅W1<幅W4および幅W1<幅W5であるので、ゲート接続部45の幅W6は、ゲート電極43の幅W4およびゲートコンタクト部44の幅W5よりも狭い。ゲート接続部45の幅W6は、たとえば、0.08μm以上0.3μm以下であってもよい。また、幅W5は、たとえば、0.3μm以上であってもよい。
【0047】
p側プレーナゲート構造42pと第1主面11との間にゲート絶縁膜52が形成されている。ゲート絶縁膜52は、酸化シリコン膜を含んでいてもよい。ゲート絶縁膜52は、エピタキシャル層8の酸化物からなる酸化シリコン膜を含むことが好ましい。
【0048】
図6を参照して、p側アクティブ領域14pの第1端部15および第2端部16におけるp側プレーナゲート構造42pの断面構造について詳細に説明する。
図6では、第1端部15および第2端部16のうち第1端部15における構造を一例として示すが、第1端部15の構造は、第2端部16にも適用することができる。さらに、第1端部15の構造は、p側アクティブ領域14pの第1方向Xにおける両端部にも適用することができる。
【0049】
p側アクティブ領域14pの第1端部15の近傍において埋め込み絶縁体20には、窪み53が選択的に形成されている。窪み53は、ゲート絶縁膜52の形成のための熱酸化工程前に、その都度行われる洗浄処理(フッ酸液によるライトエッチング等)等に起因して発生する窪み53である。窪み53は、ディボットと称してもよい。この窪み53は、p側アクティブ領域14pを取り囲むように、p側アクティブ領域14pの周囲全体に亘って連続的に形成されていてもよい。
【0050】
ゲート絶縁膜52は、窪み53内において埋め込み絶縁体20に一体的に接続されるようにトレンチ19の開口端23を被覆している。窪み53の近傍の埋め込み絶縁体20とゲート絶縁膜52との境界部54において、ゲート絶縁膜52には顕著な薄膜部55が生じている。たとえば、中央部17におけるゲート絶縁膜52の厚さT1が50Å以上250Å以下であり、薄膜部55の厚さT2は、中央部17のゲート絶縁膜52の厚さT1よりも小さい。薄膜部55は、リークの原因となり、ゲート絶縁膜52の耐圧の低下を招く。また、薄膜部55は、部分的に低閾値の領域を形成することになるから、低耐圧p型チャネルトランジスタ6pの静特性の悪化(閾値が不安定になる等)を招く。そこで、この実施形態では、当該静特性の悪化が生じない構造を提供する。
【0051】
ゲート接続部45は、境界部54および埋め込み絶縁体20の窪み53を覆っており、窪み53に埋め込まれた埋め込み部56を含んでいてもよい。これにより、ゲート接続部45は、p側アクティブ領域14pの第1端部15において、境界部54に対してトレンチ絶縁構造13側およびp側アクティブ領域14p側の両側に跨っている。
【0052】
図4および
図5を参照して、p側プレーナゲート構造42pの上面側の表層部には、シリサイド57が形成されている。シリサイド57は、p側プレーナゲート構造42pの全体にわたって一体的に形成されている。
【0053】
p側プレーナゲート構造42pの周囲には、サイドウォール58が形成されている。サイドウォール58は、p側プレーナゲート構造42pの側面を覆うように、p側プレーナゲート構造42pの周囲全体にわたって連続的に形成されている。サイドウォール58は、たとえば、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)等であってもよい。
【0054】
n型ウェル24の表層部には、n型バックゲート領域59が形成されている。n型バックゲート領域59は、n型ウェル24に電気的に接続されている。
図1では、n型バックゲート領域59は省略されている。
【0055】
エピタキシャル層8の第1主面11には、層間絶縁膜60が形成されている。層間絶縁膜60は、たとえば、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)等であってもよい。この実施形態では、層間絶縁膜60は、酸化シリコンからなる。
【0056】
層間絶縁膜60には、ソースコンタクト61、ドレインコンタクト62およびゲートコンタクト63が形成されている。これらのコンタクト61~63は、層間絶縁膜60に埋め込まれている。コンタクト61~63は、たとえば、タングステン(W)等の金属材料であってもよい。
図2を参照して、ソースコンタクト61およびドレインコンタクト62は、それぞれ、第2方向Yに沿って互いに間隔を空けて複数形成されている。ゲートコンタクト63は、第1方向Xに沿って互いに間隔を空けて複数形成されている。
【0057】
図4および
図5を参照して、層間絶縁膜60上には、ソース配線64、ドレイン配線65およびゲート配線66が形成されている。配線64~66は、たとえば、アルミニウム(Al)等の金属材料であってもよい。ソース配線64は、ソースコンタクト61を介してp型ソース領域25pに電気的に接続されている。ドレイン配線65は、ドレインコンタクト62を介してp型ドレイン領域26pに電気的に接続されている。ゲート配線66は、ゲートコンタクト63を介してp側プレーナゲート構造42p(ゲートコンタクト部44)に電気的に接続されている。
【0058】
≪半導体装置1の効果≫
次に、半導体装置1と半導体装置81との比較に基づいて、半導体装置1の技術的な効果について説明する。
【0059】
図7は、本開示の第1実施形態に係る半導体装置1のチャネルの形成過程を説明するための図である。
図8は、本開示の第2実施形態に係る半導体装置81のチャネルの形成過程を説明するための図である。
【0060】
まず、
図8を参照して、半導体装置81の構成について説明する。以下では、半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0061】
前述の半導体装置1では、p型ドレイン領域26pがp型ソース領域25pの周囲を取り囲むように形成されている例について説明した。これに対して、半導体装置81では、第1方向Xにおいてp型ソース領域25pを挟む一対のp型ドレイン領域82pが形成されている。第1方向Xにおいて一対のp型ドレイン領域82pの間の領域は、n型ウェル24の一部からなるチャネル領域83である。
【0062】
チャネル領域83は、一対の第1チャネル領域84と、一対の第2チャネル領域85とを含んでいてもよい。一対の第1チャネル領域84および一対の第2チャネル領域85は、チャネル領域83の表層部の所定面積を占める領域であり、互いに組み合わさってチャネル領域83を形成している。一対の第1チャネル領域84は、チャネル領域83のうち第1方向Xに沿って形成された部分であり、トレンチ絶縁構造13との間に境界86を形成している。一対の第2チャネル領域85は、チャネル領域83のうち第2方向Yに沿って形成された部分であり、p型ドレイン領域82pとの間に境界87を形成している。半導体装置81は、トレンチ絶縁構造13とp側アクティブ領域14pとの境界18の一部がチャネル領域83により形成されている点が、境界18が全周にわたってp型ドレイン領域26pの外周縁30で形成されている半導体装置1と異なっている。
【0063】
半導体装置81では、ゲート電極43は、第2方向Yの両端部が境界86に沿って形成されている。ゲートコンタクト部44は、ゲート接続部45を介さずに、境界86においてゲート電極43に接続されている。p側プレーナゲート構造42pは、ゲート電極43およびゲートコンタクト部44により、平面視において略四角環状に形成されている。
【0064】
上記の構成を有する半導体装置81では、第1チャネル領域84がトレンチ絶縁構造13との間に境界86を形成している。この境界86はトレンチ絶縁構造13とp側アクティブ領域14pとの境界18の一部であるので、前述のように、窪み53に起因するゲート絶縁膜52の薄膜部55が生じている(
図6参照)。そのため、ゲート電極43への電圧の印加初期において、境界86に沿う第1チャネル領域84に優先的にチャネルが形成される。この動作によって、
図8に実線矢印で示された第1電流経路88が形成される。第1電流経路88の形成に遅れて、境界86から離れた第2チャネル領域85に、
図8に破線矢印で示された第2電流経路89が形成される。この構成において、第2方向Yにおける境界86からp型ソース領域25pまでの長さL6が、第1方向Xにおけるp型ドレイン領域82pからp型ソース領域25pまでの長さL7よりも短い(L6<L7)と、トランジスタの静特性にハンプ現象が発生する原因となる。
【0065】
ハンプ現象については、
図9を参照して説明することができる。
図9は、トランジスタの静特性の一例を示す図である。
図9では、ソース接地、ドレイン電圧Vds=0.1Vのときにおける、ゲート電圧Vgsに対するドレイン電流Idsの変化が示されている。破線は、ハンプ現象が発生した場合の特性を示し、実線は、ハンプ現象が発生していない場合の特性を示す。
図9に示す複数の特性曲線は、バックゲート電圧BGVを0V,-1V,-2V,-3V,-4V,-5Vにそれぞれ設定した場合の特性を示す。
図9から、ハンプ現象の傾向はバックゲート電圧BGVが高いほど顕著であることが分かる。ハンプの原因は、ゲート酸化膜に窪み53に対応した薄膜部55(
図6参照)が生じ、薄膜部55において部分的な導通が生じることによる。
【0066】
そこで、本願発明者は、ハンプ現象の抑制のためにL6>>L7とする対策を検討した。L6>>L7の採用によって、第1チャネル領域84が優先的にオンしても、第1電流経路88の導通を第2電流経路89の導通よりも遅らせることができるので、ハンプ特性を見えにくくすることができる。しかしながら、この対策では、長さL6を長さL7に比べて非常に大きく確保する必要があるので、トランジスタの面積効率が低下する。
【0067】
これに対し、半導体装置1の構成であれば、当該面積効率の低下を回避しつつ、ドレイン電流-ゲート電圧(Ids-Vgs)特性にハンプ現象が発生することを抑制することができる。より具体的には、
図7を参照して、p型ドレイン領域26pがp型ソース領域25pの周囲を取り囲んでいる。これにより、p型ソース領域25pの周囲の全体をトランジスタのチャネルとして利用することができる。
【0068】
チャネル領域39の周縁(この実施形態では、p型ドレイン領域26pの内周縁31)が、p型ドレイン領域26pを介してトレンチ絶縁構造13から離れている。また、ゲート電極43とゲートコンタクト部44との間は、境界18を横切るゲート接続部45により接続されている。ゲート接続部45は、チャネル領域39を覆っておらずp型ドレイン領域26p上に形成されているので、寄生トランジスタ用のゲートではなく、ゲートコンタクト部44からゲート電極43への電流経路の抵抗成分である。そのため、ゲート接続部45に印加された電圧によりゲート接続部45の直下にチャネルが形成されることがない。したがって、チャネル領域39の全体にわたって均等に、電流経路67を形成することができる。その結果、たとえばトレンチ絶縁構造13の窪み53(ディボット)に起因してドレイン電流-ゲート電圧(Ids-Vgs)特性にハンプ現象が発生することを抑制することができる。これにより、バックゲート電圧を高くしても、良好な静特性を実現することができる。そのため、半導体装置1の構造は、バックゲート電圧の印加が比較的多いアナログ回路のトランジスタ構造として好適である。
【0069】
たとえば、ハンプ現象の原因となる窪み53(ディボット)は、トレンチ絶縁構造13(たとえば、STI)からのストレスに起因するので、共通のチップ2の面内においても、ばらつきがある。そのため、トランジスタ領域のレイアウトによっては、あるトランジスタ領域では頻繁にハンプ現象が発生する一方、他のトランジスタ領域ではハンプ現象がほとんど発生しない場合がある。半導体装置1の構成であれば、共通のチップ2におけるハンプ現象の発生ばらつきを抑制できるので、複数のトランジスタのマッチング特性を向上させることができる。
【0070】
また、
図2を参照して、半導体装置1では、ゲート接続部45の幅W6は、p型ソース領域25pの幅W1、ゲート電極43の幅W4およびゲートコンタクト部44の幅W5よりも狭い。たとえば、ゲート接続部45は、p側プレーナゲート構造42pの形成時に加工可能な最小寸法(パターニング可能な最小寸法)で形成されていてもよい。p型ドレイン領域26pのうちゲート接続部45の直下の部分は、抵抗成分であるゲート接続部45に対向する部分であるため、トランジスタのドレインとしての機能を十分に発揮できない場合がある。ゲート接続部45の幅W6を可能な限り小さくすることによって、p型ドレイン領域26pに与える影響を小さく抑えることができる。
【0071】
≪半導体装置101(第3実施形態)の構造の説明≫
図10は、本開示の第3実施形態に係る半導体装置101の一部を示す模式的な平面図である。以下では、第1実施形態に係る半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0072】
第3実施形態では、ゲート接続部45の幅W6は、ゲート電極43の幅W4よりも狭く、ゲートコンタクト部44の幅W5と同じである。
【0073】
以上、第3実施形態に係る半導体装置101によっても、半導体装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置101の構成であれば、ゲート接続部45の幅W6が第1実施形態よりも広いので、抵抗成分であるゲート接続部45に起因する電圧降下を抑制することができる。
【0074】
≪半導体装置111(第4実施形態)の構造の説明≫
図11は、本開示の第4実施形態に係る半導体装置111の一部を示す模式的な平面図である。以下では、第1実施形態に係る半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0075】
第4実施形態では、ゲート接続部45の幅W6は、ゲート電極43の幅W4よりも狭く、ゲートコンタクト部44の幅W5よりも広い。
【0076】
以上、第4実施形態に係る半導体装置111によっても、半導体装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置111の構成であれば、ゲート接続部45の幅W6が第1実施形態および第3実施形態よりも広いので、抵抗成分であるゲート接続部45に起因する電圧降下をさらに抑制することができる。
【0077】
≪半導体装置121(第5実施形態)の構造の説明≫
図12は、本開示の第5実施形態に係る半導体装置121の一部を示す模式的な平面図である。以下では、第1実施形態に係る半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0078】
第5実施形態では、ゲートコンタクト部44は、第2方向Yにおけるゲート電極43の一方側に加え、第1方向Xにおけるゲート電極43の一方側にも配置されている。つまり、ゲートコンタクト部44は、ゲート電極43の周囲の複数個所に、互いに独立して複数個設けられていてもよい。複数のゲートコンタクト部44は、互いに物理的に独立したゲート接続部45によってゲート電極43に接続されていてもよい。
【0079】
以上、第5実施形態に係る半導体装置121によっても、半導体装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置121の構成であれば、ゲートコンタクト部44が複数設けられている。これにより、たとえば、最小加工寸法でゲート接続部45を形成する際に1つのゲート接続部45に加工不良が生じ、トランジスタ特性に影響を与え得る状況になっても、他のゲート接続部45を介してゲート電極43へ安定して電圧を印加することができる。
【0080】
≪半導体装置131(第6実施形態)の構造の説明≫
図13は、本開示の第6実施形態に係る半導体装置131の一部を示す模式的な平面図である。以下では、第1実施形態に係る半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0081】
第6実施形態では、p型ドレイン領域26pは、平面視において、p型ソース領域25pの周囲を取り囲む有端環状に形成されている。p型ドレイン領域26pは、p型ソース領域25pの周囲を取り囲んでいるが、内周縁31から外周縁30に向かって延びる空白領域132によって、部分的に分断されていてもよい。空白領域132は、
図13に示すように一箇所のみに形成されていてもよいし、複数個所に形成されていてもよい。空白領域132は、ゲート接続部45の直下の領域に形成されていることが好ましい。ゲート接続部45の直下の部分は、抵抗成分であるゲート接続部45に対向する部分である。したがって、p型ドレイン領域26pが形成されていても、トランジスタのドレインとしての機能を十分に発揮できない場合があるためである。
【0082】
≪半導体装置141(第7実施形態)の構造の説明≫
図14は、本開示の第7実施形態に係る半導体装置141の一部を示す模式的な断面図である。以下では、第1実施形態に係る半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0083】
第7実施形態では、p側アクティブ領域14pにはさらに、p型ソース領域25pおよびp型ドレイン領域26pのそれぞれから第1方向Xに沿って一体的に延びるp型ソースエクステンション領域142およびp型ドレインエクステンション領域143が形成されている。p型ソースエクステンション領域142およびp型ドレインエクステンション領域143の不純物濃度は、p型ソース領域25pおよびp型ドレイン領域26pの不純物濃度よりも低く、たとえば、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。p型ソースエクステンション領域142およびp型ドレインエクステンション領域143は、ゲート電極43に対して自己整合的に形成されている。
【0084】
p側アクティブ領域14pにはさらに、p型ソース領域25pおよびp型ドレイン領域26pのそれぞれから第1方向Xに沿って一体的に延びるn型ソースポケットインプラ領域144およびn型ドレインポケットインプラ領域145が形成されている。n型ソースポケットインプラ領域144およびn型ドレインポケットインプラ領域145の不純物濃度は、n型ウェル24よりも高く、たとえば、1.0×1018cm-3以上1.0×1020cm-3以下であってもよい。n型ソースポケットインプラ領域144およびn型ドレインポケットインプラ領域145は、サイドウォール58とゲート電極43と境界を第1方向Xに沿って横切り、ゲート絶縁膜52を挟んでゲート電極43に対向している。
【0085】
n型ソースポケットインプラ領域144およびn型ドレインポケットインプラ領域145は、それぞれ、p型ソースエクステンション領域142およびp型ドレインエクステンション領域143の底部および側部を覆っている。
【0086】
なお、p型ソース領域25pおよびp型ソースエクステンション領域142は、いずれもp型であり一体的なp型不純物領域であるため、これらを総称して単にp型ソース領域25pと称してもよい。同様に、p型ドレイン領域26pおよびp型ドレインエクステンション領域143は、いずれもp型であり一体的なp型不純物領域であるため、これらを総称して単にp型ドレイン領域26pと称してもよい。
【0087】
また、p型ソース領域25pからゲート電極43の下方へ延びるp型ソースエクステンション領域142およびn型ソースポケットインプラ領域144を総称して、p側ソースLDD(Lightly Doped Drain)領域と称してもよい。同様に、p型ドレイン領域26pからゲート電極43の下方へ延びるp型ドレインエクステンション領域143およびn型ドレインポケットインプラ領域145を総称して、は、p側ドレインLDD(Lightly Doped Drain)領域と称してもよい。
【0088】
本開示の実施形態について説明したが、本開示は他の形態で実施することもできる。
【0089】
たとえば、前述の実施形態の説明および添付図面においてn型領域をp型領域に置き換
え、p型領域をn型領域に置き換えてもよい。
【0090】
以上、本開示の実施形態は、すべての点において例示であり限定的に解釈されるべきではなく、すべての点において変更が含まれることが意図される。
【0091】
この明細書および図面の記載から以下に付記する特徴が抽出され得る。
【0092】
[付記1-1]
主面(11)を有するチップ(2)と、
前記主面(11)にアクティブ領域(14,14p,14n)を区画するトレンチ絶縁構造(13)と、
前記アクティブ領域(14,14p,14n)に形成された第1導電型のウェル領域(24)と、
前記ウェル領域(24)に形成された第2導電型の第1不純物領域(25p,25n)と、
前記ウェル領域(24)に形成され、平面視で前記第1不純物領域(25p,25n)の周囲を取り囲む第2不純物領域(26p,26n)と、
前記第1不純物領域(25p,25n)と前記第2不純物領域(26p,26n)との間の前記ウェル領域(24)上に形成され、平面視で前記第1不純物領域(25p,25n)の周囲を取り囲むゲート電極(43)と、
前記ゲート電極(43)と前記ウェル領域(24)との間に形成されたゲート絶縁膜(52)と、
前記トレンチ絶縁構造(13)上に形成されたゲートコンタクト部(44)と、
前記トレンチ絶縁構造(13)と前記アクティブ領域(14,14p,14n)との境界(18)から前記第2不純物領域(26p,26n)を横切り、前記ゲートコンタクト部(44)と前記ゲート電極(43)とを接続するゲート接続部(45)とを含む、半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0093】
この構成によれば、第2不純物領域が第1不純物領域の周囲を取り囲んでいる。これにより、第1不純物領域の周囲の略全体もしくは全体をトランジスタのチャネルとして利用することができる。チャネルの周縁が、第2不純物領域を介してトレンチ絶縁構造から離れている。その結果、たとえばトレンチ絶縁構造のディボットに起因してドレイン電流-ゲート電圧(Ids-Vgs)特性にハンプ現象が発生することを抑制することができる。
【0094】
[付記1-2]
前記第2不純物領域(26p,26n)は、第1方向(X)に沿って形成され、前記第1方向(X)に直交する第2方向(Y)において前記第1不純物領域(25p,25n)を挟む一対の第1部分(36)と、前記第2方向(Y)に沿って形成され、前記第1方向(X)において前記第1不純物領域(25p,25n)を挟む一対の第2部分(37)とを含む、付記1-2に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0095】
[付記1-3]
前記ゲート接続部(45)は、前記一対の第1部分(36)および前記一対の第2部分(37)のうちの少なくとも1つを選択的に横切って前記ゲートコンタクト部(44)と前記ゲート電極(43)とを接続している、付記1-2に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0096】
[付記1-4]
前記ウェル領域(24)は、前記第1不純物領域(25p,25n)と前記第2不純物領域(26p,26n)の前記第1部分(36)との間に形成され、前記第2方向(Y)に沿ってチャネルが形成される第1チャネル領域(40)と、前記第1不純物領域(25p,25n)と前記第2不純物領域(26p,26n)の前記第2部分(37)との間に形成され、前記第1方向(X)に沿ってチャネルが形成される第2チャネル領域(41)とを含む、付記1-1~付記1-3のいずれか一項に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0097】
[付記1-5]
前記第1チャネル領域(40)のチャネル長(L1,L3)と、前記第2チャネル領域(41)のチャネル長(L2,L4)とがほぼ等しい、付記1-4に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0098】
[付記1-6]
前記第1不純物領域(25p,25n)は、前記第2方向(Y)に長手な形状に形成されており、
前記ゲート電極(43)は、前記第1不純物領域(25p,25n)を取り囲む前記第2方向(Y)に長手な略楕円環状に形成されている、付記1-1~付記1-4のいずれか一項に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0099】
[付記1-7]
前記ゲート接続部(45)は、前記第2方向(Y)において前記第1不純物領域(25p,25n)に対向する位置に形成され、前記第1方向(X)において、前記第1不純物領域(25p,25n)よりも狭い幅(W6)を有している、付記1-1~付記1-6のいずれか一項に記載の半導体装置(1,121,131,141)。
【0100】
[付記1-8]
前記ゲート接続部(45)の幅(W6)は、0.08μm以上0.3μm以下である、付記1-7に記載の半導体装置(1,121,131,141)。
【0101】
[付記1-9]
前記第2不純物領域(26p,26n)は、平面視において無端環状に形成されている、付記1-1~付記1-8のいずれか一項に記載の半導体装置(1,101,111,121,141)。
【0102】
[付記1-10]
前記ゲート接続部(45)は、前記ゲート接続部(45)が前記第2不純物領域(26p,26n)を横切る方向に直交する方向において、前記ゲート電極(43)および前記ゲートコンタクト部(44)よりも狭い幅(W6)を有している、付記1-1~付記1-3のいずれか一項に記載の半導体装置(1,121,131,141)。
【0103】
[付記1-11]
前記ゲート接続部(45)は、前記ゲート接続部(45)が前記第2不純物領域(26p,26n)を横切る方向に直交する方向において、前記第1不純物領域(25p,25n)よりも狭い幅(W6)を有している、付記1-1~付記1-3のいずれか一項に記載の半導体装置(1,121,131,141)。
【0104】
[付記1-12]
前記ゲート接続部(45)の幅(W6)は、0.08μm以上0.3μm以下である、付記1-10または付記1-11に記載の半導体装置(1,121,131,141)。
【0105】
[付記1-13]
前記トレンチ絶縁構造(13)は、前記主面(11)に形成されたトレンチ(19)と、前記トレンチ(19)の開口端(23)を露出させるように前記主面(11)に埋め込まれた絶縁体(20)と、前記絶縁体(20)の上端部において前記トレンチ(19)の底壁(22)に向かって窪んだ窪み(53)とを含み、
前記ゲート接続部(45)は、前記窪み(53)を被覆するように形成されている、付記1-1~付記1-12のいずれか一項に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0106】
[付記1-14]
前記第1不純物領域(25p,25n)がソース領域であり、前記第2不純物領域(26p,26n)がドレイン領域である、付記1-1~付記1-13のいずれか一項に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【0107】
[付記1-15]
前記アクティブ領域(14,14p,14n)は、CMOSトランジスタ(4)用のCMOS領域(3)を含み、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記CMOSトランジスタ(4)の一部である、付記1-14に記載の半導体装置(1,101,111,121,131,141)。
【符号の説明】
【0108】
1 :半導体装置
2 :チップ
3 :CMOSエリア
4 :CMOSトランジスタ
5 :低耐圧CMOSトランジスタ
6n :低耐圧n型チャネルトランジスタ
6p :低耐圧p型チャネルトランジスタ
7 :半導体基板
8 :エピタキシャル層
9 :第1主面
10 :第2主面
11 :第1主面
12 :第2主面
13 :トレンチ絶縁構造
14 :LV-アクティブ領域
14n :n側アクティブ領域
14p :p側アクティブ領域
15 :第1端部
16 :第2端部
17 :中央部
18 :境界
19 :トレンチ
20 :埋め込み絶縁体
21 :側壁
22 :底壁
23 :開口端
24 :n型ウェル
25n :n型ソース領域
25p :p型ソース領域
26n :n型ドレイン領域
26p :p型ドレイン領域
27 :外周縁
28 :直線部
29 :曲線部
30 :外周縁
31 :内周縁
32 :第1直線部
33 :第2直線部
34 :直線部
35 :曲線部
36 :第1部分
37 :第2部分
38 :仮想境界線
39 :チャネル領域
40 :第1チャネル領域
41 :第2チャネル領域
42n :n側プレーナゲート構造
42p :p側プレーナゲート構造
43 :ゲート電極
44 :ゲートコンタクト部
45 :ゲート接続部
46 :外周縁
47 :曲線部
48 :直線部
49 :内周縁
50 :ゲート開口
51 :頂部
52 :ゲート絶縁膜
53 :窪み
54 :境界部
55 :薄膜部
56 :埋め込み部
57 :シリサイド
58 :サイドウォール
59 :n型バックゲート領域
60 :層間絶縁膜
61 :ソースコンタクト
62 :ドレインコンタクト
63 :ゲートコンタクト
64 :ソース配線
65 :ドレイン配線
66 :ゲート配線
67 :電流経路
81 :半導体装置
82p :p型ドレイン領域
83 :チャネル領域
84 :第1チャネル領域
85 :第2チャネル領域
86 :境界
87 :境界
88 :第1電流経路
89 :第2電流経路
101 :半導体装置
111 :半導体装置
121 :半導体装置
131 :半導体装置
132 :空白領域
141 :半導体装置
142 :p型ソースエクステンション領域
143 :p型ドレインエクステンション領域
144 :n型ソースポケットインプラ領域
145 :n型ドレインポケットインプラ領域
X :第1方向
Y :第2方向
Z :第3方向