JP2002158349A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JP2002158349A JP2000356043A JP2000356043A JP2002158349A JP 2002158349 A JP2002158349 A JP 2002158349A JP 2000356043 A JP2000356043 A JP 2000356043A JP 2000356043 A JP2000356043 A JP 2000356043A JP 2002158349 A JP2002158349 A JP 2002158349A
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Eiji Nishibe
栄次 西部
Shuichi Kikuchi
修一 菊地
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐圧を確保したまま、低オン抵抗化を可能に
する。 【解決手段】 P型の半導体基板1上にゲート酸化膜1
0A,11を介して形成されたゲート電極12と、この
ゲート電極12に隣接するように形成されたN型の高濃
度ソース領域13と、前記ゲート電極12と離間された
位置に形成されたN型の高濃度ドレイン領域14と、こ
のドレイン領域14を取り囲むように形成されたN型の
ドリフト領域3とを有し、前記高濃度ドレイン領域14
の近傍を取り囲むように当該ドレイン領域14の濃度よ
りも低く前記ドリフト領域3の濃度よりも高い濃度を有
するN型層6が形成された半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置とその
製造方法に関し、更に言えば、高耐圧MOSトランジス
タの耐圧を損なうことなく、低オン抵抗化を図る技術に
関する。
【0002】
【従来の技術】以下、従来の半導体装置について図面を
参照しながら説明する。
【0003】図8において、51は例えばP型の半導体
基板で、当該基板51内にLN層52(ドリフト領域を
構成する。)が形成されている。53A,53BはLO
COS法により形成された選択酸化膜(第1のゲート酸
化膜を構成する。)及び素子分離膜である。
【0004】54は第2のゲート酸化膜で、55は前記
第2のゲート酸化膜54から前記第1のゲート酸化膜5
3A上にまたがるように形成されたゲート電極で、5
6,57は前記ゲート電極55に隣接するように形成さ
れたN型の高濃度ソース領域及びゲート電極55と離間
された位置に形成されたN型の高濃度ドレイン領域であ
る。
【0005】上記した従来の半導体装置は、図8に示す
ように高耐圧化を図るために、前記ドレイン領域57を
取り囲むように深く拡散したドリフト領域(LN層5
2)を有した片側LDD構造の半導体装置である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したような片側L
DD構造の半導体装置では、この部分が高抵抗となるた
め、駆動能力が低下する要因となっていた。
【0007】また、このドレイン領域側にしか高電圧が
印加されない片側LDD構造の半導体装置において、ド
レイン領域側は、電界が集中するのを緩和するために前
述したように高濃度のドレイン領域57を低濃度のドリ
フト領域(LN層52)で囲んでいたが、ソース領域側
は高濃度ソース領域56だけであった。
【0008】このような構造の半導体装置であっても静
的な耐圧に関しては、特に問題にする必要はなかった。
しかし、動作時には、以下に説明する問題が発生してい
た。
【0009】即ち、ソース領域(エミッタ領域)、基板
(ベース領域)、そしてドレイン領域(コレクタ領域)
から成るバイポーラ構造において、エミッタ領域は高濃
度ソース領域56が剥き出しのため、キャリアの注入効
率が良く、基板電流Isubが多いため、容易にバイポー
ラトランジスタがオンしてしまう。
【0010】つまり、バイポーラトランジスタにおける
電流利得βが高いため、両側LDD構造の半導体装置に
比して動作時のドレイン耐圧が低下してしまう。
【0011】ここで、動作時のドレイン耐圧を向上させ
るには、基板電流Isubを低減させる必要がある。つま
り、ドレイン電界を更に弱める必要がある。
【0012】しかし、基板電流Isubを低減させるため
に低濃度のドリフト領域(LN層52)全体の不純物濃
度を低くすると、図9に実線で示すように基板電流Isu
bは、電圧Vgsが増大するにつれて2つのピーク
((1)、(2))を持ったDouble hump構造となる。
【0013】そして、当該低濃度のドリフト領域(LN
層52)がより低濃度である場合には、基板電流Isub
の第1のピーク(1)は低く、低Vgs時のドレイン耐
圧は向上するが、基板電流Isubの第2のピーク(2)
は比較的高くなるため、高Vgs時のドレイン耐圧は低
下してしまう。
【0014】また、逆に、低濃度のドリフト領域(LN
層52)全体の不純物濃度を高くすると、図9に一点鎖
線で示すように基板電流Isubは、ある電圧Vgsをピ
ークにした1つのピークができ、高Vgs時のドレイン
耐圧には有効であるが、低Vgs時のドレイン耐圧がも
たないという問題があった。
【0015】このように低濃度のドリフト領域(LN層
52)全体の不純物濃度を一様に変動させてしまうと、
低Vgs時のドレイン耐圧と高Vgs時のドレイン耐圧
のトレードオフ関係から抜け出せない。
【0016】また、一般的に用いられている両側LDD
構造を採用すれば電流利得βが下がり確かに耐圧はもつ
が、本来、ソース領域側は耐圧を必要としないにもかか
わらず、ソース側にも通常のLDD構造を採用すること
で、ドレイン領域側と同様のドリフト領域の距離(L)
を持つことになり、オン抵抗が上昇し、駆動能力が低下
することになる。
【0017】
【課題を解決するための手段】そこで、上記課題に鑑み
て本発明の半導体装置は、第1導電型の半導体層上に形
成された第1のゲート酸化膜から第2のゲート酸化膜上
にまたがるように形成されたゲート電極と、このゲート
電極に隣接するように形成された第2導電型のソース領
域と、前記ゲート電極と離間された位置に形成された第
2導電型のドレイン領域と、このドレイン領域を取り囲
むように形成された第2導電型のドリフト領域とを有す
るものにおいて、前記高濃度ドレイン領域の近傍を取り
囲むように当該ドレイン領域の濃度よりも低く前記ドリ
フト領域の濃度よりも高い濃度を有する第2導電型不純
物層が形成されていることを特徴とする。
【0018】また、その製造方法は、前記第1導電型の
半導体層内に第2導電型不純物をイオン注入して第1の
注入層を形成し、これを拡散させることで第2導電型の
低濃度ドリフト領域を形成した後に、当該ドリフト領域
内に第2導電型不純物をイオン注入して第2の注入層を
形成する。続いて、前記半導体層上の所定領域に耐酸化
性膜を形成し、当該耐酸化性膜を含む前記半導体層上の
所定領域にレジスト膜を形成した後に、前記耐酸化性膜
及び前記レジスト膜をマスクに第1導電型不純物をイオ
ン注入して前記半導体層上の所定領域に第3の注入層を
形成する。次に、前記レジスト膜を除去した後に、前記
耐酸化性膜をマスクに半導体層をLOCOS酸化して選
択酸化膜及び素子分離膜を形成すると共に、前記第2,
第3の注入層内の不純物を拡散させて第2導電型不純物
層を形成し、更に前記素子分離膜下に第1導電型のチャ
ネルストッパ層を形成する。また、前記選択酸化膜及び
素子分離膜をマスクに前記半導体層上を熱酸化してゲー
ト酸化膜を形成し、当該ゲート酸化膜から選択酸化膜上
にまたがるようにゲート電極を形成する。そして、前記
ゲート電極及び前記選択酸化膜をマスクに第2導電型不
純物をイオン注入して前記ゲート電極に隣接するように
第2導電型の高濃度ソース領域を形成すると共に、前記
ゲート電極と離間された位置に第2導電型の高濃度ドレ
イン領域を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0019】これにより、前記低濃度ドリフト領域内の
高濃度ドレイン領域の近傍を取り囲むように当該ドレイ
ン領域の濃度よりも低く前記ドリフト領域の濃度よりも
高い濃度を有する第2導電型不純物層を形成すること
で、低濃度ドリフト領域内の不純物分布を一様に変化さ
せるのではなく、当該低濃度ドリフト領域で低Vgs耐
圧をもたせ、当該低濃度ドリフト領域よりも不純物濃度
が高い第2導電型不純物層で高Vgs耐圧をもたせるこ
とができる。
【0020】また、前記第2導電型不純物層は、混載さ
れる第1導電型MOSトランジスタとの間に形成される
素子分離膜下に第2導電型のチャネルストッパ層を形成
する工程と同一工程であることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置とその
製造方法に係る一実施形態について図面を参照しながら
説明する。
【0022】図1乃至図7は、本発明の高耐圧MOSト
ランジスタの製造方法を各工程順に示した断面図であ
り、一例としてNチャネル型の高耐圧MOSトランジス
タ構造について図示してある。尚、Pチャネル型の高耐
圧MOSトランジスタ構造についての説明は省略する
が、導電型が異なるだけで、同様な構造となっているの
は周知の通りである。
【0023】先ず、図1において、例えばP型の半導体
基板1上に形成したレジスト膜2をマスクにして前記基
板1の所望領域にN型不純物をイオン注入して第1注入
層3Aを形成する。
【0024】続いて、前記レジスト膜2を除去した後
に、前記第1注入層3A内の不純物を拡散させること
で、低濃度のN型層3(以下、LN層3と称す。)を形
成する。ここで、前記LN層3は低濃度のドリフト領域
を構成することになる。尚、本工程では、N型不純物と
して、例えばリンイオンをおよそ100KeVの加速電
圧で、およそ6.5×1012/cm2の注入条件で行
い、このリンイオンをおよそ1100℃、4時間で熱拡
散させている。
【0025】次に、図3において、前記基板1上に形成
したパッド酸化膜4及び前記LN層3上に開口を有する
レジスト膜5をマスクにして前記LN層3の所望領域に
N型不純物をイオン注入して第2注入層6Aを形成す
る。尚、本工程では、N型不純物として、例えばリンイ
オンをおよそ160KeVの加速電圧で、およそ5.0
×1013/cm2の注入条件で行っている。また、前記
パッド酸化膜4はイオン注入時に基板表層にダメージ層
が形成されるのを抑制するためのものである。また、前
記LN層3の所定領域上に形成される第2注入層6A内
の不純物は、後述するように選択酸化膜10A及び素子
分離膜10Bの形成工程時の熱処理により基板内に拡散
されてN型層6を構成する。更に言えば、当該N型層6
は、Nチャネル型MOSトランジスタ(本実施形態の高
耐圧MOSトランジスタ)と混載されるPチャネル型M
OSトランジスタ(図示省略)とを素子分離するため
に、当該Pチャネル型MOSトランジスタ側に形成され
るN型不純物層から成るチャネルストッパ層(図示省
略)を形成する工程を利用している。
【0026】更に、図4において、前記レジスト膜2を
除去した後に、前記基板1の所定領域上にシリコン窒化
膜7及びレジスト膜8をそれぞれパターニング形成す
る。
【0027】また、前記シリコン窒化膜7及びレジスト
膜8をマスクにP型不純物をイオン注入して前記基板1
の所定領域上に第3注入層9Aを形成する。尚、本工程
では、P型不純物として、例えばボロンイオンをおよそ
100KeVの加速電圧で、およそ5.0×1013/c
2の注入条件で行っている。また、前記基板1の所定
領域上に形成される第3注入層9A内の不純物は、後述
するように選択酸化膜10A及び素子分離膜10Bの形
成工程時の熱処理により基板内に拡散されてNチャネル
型MOSトランジスタとPチャネル型MOSトランジス
タとを素子分離するためにNチャネル型MOSトランジ
スタ側に形成されるチャネルストッパ層(P型層9)を
構成するものである。
【0028】そして、図5に示すように前記レジスト膜
8を除去した後に、前記シリコン窒化膜7をマスクに基
板表面をLOCOS酸化して、およそ800nm程度の
膜厚の選択酸化膜10A(第1のゲート酸化膜を構成す
る。)及び素子分離膜10Bを形成する。このLOCO
S酸化処理時の熱処理により前記第2注入層6A内のリ
ンイオンが拡散されてドリフト領域(LN層3)内にN
型層6が形成され、また前記第3注入層9A内のボロン
イオンが拡散されて素子分離膜10B下にチャネルスト
ッパ層としてのP型層9が形成される。即ち、当該N型
層6は、本実施形態のNチャネル型高耐圧MOSトラン
ジスタと混載されるPチャネル型MOSトランジスタ
(例えば、5V程度の通常耐圧のPチャネル型MOSト
ランジスタ)の素子分離膜下に形成するチャネルストッ
パ層の形成工程を転用しているため、N型層6の形成用
に新たに製造工程数が増大することはない。
【0029】続いて、図6において、前記基板1上を熱
酸化して前記選択酸化膜10A及び前記素子分離膜10
B以外の領域におよそ45nm程度の膜厚の第2のゲー
ト酸化膜11を形成し、この第2のゲート酸化膜11か
ら選択酸化膜10A(第1のゲート酸化膜)上にまたが
るようにゲート電極12をおよそ400nm程度の膜厚
で形成する。尚、本実施形態のゲート電極12は、PO
Cl3を熱拡散源にしてリンドープし導電化を図ったポ
リシリコン膜から構成されている。更に言えば、このポ
リシリコン膜の上にタングステンシリサイド(WSi
x)膜等が積層されて成るポリサイド電極としても良
い。
【0030】続いて、図7において、前記ゲート電極1
2,前記選択酸化膜10A及び前記素子分離膜10Bを
マスクにN型不純物を注入して高濃度のN型拡散領域1
3(以下、ソース領域13と称す。)及び高濃度のN型
拡散領域14(以下、ドレイン領域14と称す。)を形
成する。尚、本工程では、例えばリンイオンをおよそ7
0KeVの加速電圧で、およそ1.0×1014/cm2
の注入量で注入し、更に、例えばヒ素イオンをおよそ8
0KeVの加速電圧で、およそ6.0×1015/cm2
の注入量で注入することで、いわゆるDDD構造のソー
ス・ドレイン領域を形成している。更に言えば、前記ソ
ース・ドレイン領域13,14は、上記DDD構造に限
定されるものではなく、いわゆるLDD構造であっても
構わない。
【0031】以下、図示した説明は省略するが、基板全
面に層間絶縁膜を形成し、当該層間絶縁膜を介してソー
ス電極、ドレイン電極を形成した後に、不図示のパッシ
ベーション膜を形成して半導体装置を完成させる。
【0032】以上説明したように、本発明では前記ドレ
イン領域14を取り囲むように形成されるドリフト領域
(LN層3)内に、前記ドレイン領域14の近傍を取り
囲むように当該ドレイン領域14の濃度よりも低く、ド
リフト領域(LN層3)の濃度よりも高いN型層6を形
成することで、耐圧劣化を生じさせることなく、当該ド
リフト領域の抵抗値を下げられる。従って、高耐圧MO
Sトランジスタのオン抵抗を減少させることができる。
【0033】更に言えば、上述したように低オン抵抗化
が可能になるため、当該高耐圧MOSトランジスタのゲ
ート幅(GW)サイズを小さくでき、トランジスタの占
有面積の縮小化を可能にすることができる。
【0034】また、本発明では、前記N型層6の形成工
程が、混載されるPチャネル型MOSトランジスタの素
子分離膜下にN型不純物層から成るチャネルストッパ層
を形成する工程を転用し、同一工程で形成しているため
に製造工程数が増大することがなく、作業性が良い。
【0035】更に、図7に示すように前記N型層6が、
第1のゲート酸化膜を介して前記ゲート電極の一端部に
隣接し、かつ前記素子分離膜10Bの一端部に隣接する
位置まで前記ドレイン領域14の近傍を略一様に取り囲
むように形成されているため、当該ドレイン領域14の
近傍は均一な濃度分布を持つことになり、局部的な濃度
分布の異なりによる局所的な電界集中を避けることがで
きる。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、ドリフト領域内に形成
される高濃度ドレイン領域の近傍を取り囲むように当該
ドレイン領域の濃度よりも低く、ドリフト領域の濃度よ
りも高い不純物層を形成することで、耐圧劣化を生じさ
せることなく、当該ドリフト領域の抵抗値を下げること
ができ、低オン抵抗化が可能になる。
【0037】また、上述したように低オン抵抗化が可能
になるため、トランジスタのゲート幅(GW)サイズを
小さくでき、当該トランジスタの占有面積の縮小化が図
れる。
【0038】更に、本発明ではドリフト領域内に形成さ
れる高濃度ドレイン領域の近傍を取り囲むように形成さ
れる不純物層の形成工程を、混載される他の導電型MO
Sトランジスタ側の素子分離膜下に形成するチャネルス
トッパ層形成工程を転用しているため、製造工程数が増
大するという問題は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図3】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図4】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図5】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図6】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図7】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図8】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図9】従来技術の課題を説明するための図である。
フロントページの続き Fターム(参考) 5F040 DA10 DA20 DA22 DB03 DC01 EC01 EC07 EC13 EC24 ED09 EF02 EF13 EF18 EK01 EK02 FB01 FC17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体層上にゲート酸化膜
    を介して形成されたゲート電極と、このゲート電極に隣
    接するように形成された第2導電型の高濃度ソース領域
    と、前記ゲート電極と離間された位置に形成された第2
    導電型の高濃度ドレイン領域と、このドレイン領域を取
    り囲むように形成された第2導電型のドリフト領域とを
    有する半導体装置において、 前記高濃度ドレイン領域の近傍を取り囲むように当該ド
    レイン領域の濃度よりも低く前記ドリフト領域の濃度よ
    りも高い濃度を有する第2導電型不純物層が形成されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型の半導体層上に形成された第
    1のゲート酸化膜から第2のゲート酸化膜上にまたがる
    ように形成されたゲート電極と、このゲート電極に隣接
    するように形成された第2導電型のソース領域と、前記
    ゲート電極と離間された位置に形成された第2導電型の
    ドレイン領域と、このドレイン領域を取り囲むように形
    成された第2導電型のドリフト領域とを有する半導体装
    置において、 前記高濃度ドレイン領域の近傍を取り囲むように当該ド
    レイン領域の濃度よりも低く前記ドリフト領域の濃度よ
    りも高い濃度を有する第2導電型不純物層が形成されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第2導電型不純物層は、少なくとも
    前記ドレイン領域の一端部から前記ゲート電極の一端部
    に隣接するように形成されていることを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第2導電型不純物層は、前記第1の
    ゲート酸化膜を介して前記ゲート電極の一端部に隣接す
    るように前記ドレイン領域の近傍を取り囲むように略一
    様に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の
    半導体装置。
  5. 【請求項5】 第1導電型の半導体層上にゲート酸化膜
    を介してゲート電極を形成する工程と、このゲート電極
    に隣接するように第2導電型の高濃度ソース領域を形成
    すると共に前記ゲート電極と離間された位置に第2導電
    型の高濃度ドレイン領域を形成する工程と、このドレイ
    ン領域を取り囲むように第2導電型のドリフト領域を形
    成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、 前記高濃度ドレイン領域の近傍を取り囲むように当該ド
    レイン領域の濃度よりも低く前記ドリフト領域の濃度よ
    りも高い濃度を有する第2導電型不純物層を形成する工
    程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 第1導電型の半導体層内に第2導電型不
    純物をイオン注入して第1の注入層を形成し、これを拡
    散させることで第1の第2導電型層を形成する工程と、 前記第2導電型層内に第2導電型不純物をイオン注入し
    て第2の注入層を形成する工程と、 前記半導体層上の所定領域に耐酸化性膜を形成する工程
    と、 前記耐酸化性膜を含む前記半導体層上の所定領域にレジ
    スト膜を形成した後に前記耐酸化性膜及び前記レジスト
    膜をマスクに第1導電型不純物をイオン注入して前記半
    導体層上の所定領域に第3の注入層を形成する工程と、 前記レジスト膜を除去した後に前記耐酸化性膜をマスク
    に半導体層をLOCOS酸化して選択酸化膜及び素子分
    離膜を形成すると共に前記第2,第3の注入層内の不純
    物を拡散させて第2の第2導電型層及び第1導電型層を
    形成する工程と、 前記選択酸化膜及び素子分離膜をマスクに前記半導体層
    上を熱酸化してゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜から選択酸化膜上にまたがるようにゲ
    ート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極及び前記選択酸化膜をマスクに第2導電
    型不純物をイオン注入して前記ゲート電極に隣接するよ
    うに第2導電型のソース領域を形成すると共に前記ゲー
    ト電極と離間された位置に第2導電型のドレイン領域を
    形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第2導電型不純物層の形成工程は、
    混載される第1導電型MOSトランジスタとの間に形成
    される素子分離膜下に第2導電型のチャネルストッパ層
    を形成する工程と同一工程であることを特徴とする請求
    項5または請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
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