JP2006324346A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特にLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタのドレインの構造およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a drain structure of a LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor and a manufacturing method thereof.
モーター駆動制御ICなどにおける、MOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)では、例えば数十V以上の高電圧をドレイン領域に印加して使用する場合がある。しかし、トランジスタがOFFの状態で高電圧を印加すると、ゲート電極端部に電界集中が発生して、ゲート絶縁膜が破壊される場合がある。従って、このように使用されるトランジスタには、高いドレイン耐圧が要求されている。 In a MOS field effect transistor (MOSFET) in a motor drive control IC or the like, a high voltage of, for example, several tens of volts or more may be applied to the drain region. However, when a high voltage is applied with the transistor turned off, electric field concentration may occur at the end portion of the gate electrode, and the gate insulating film may be destroyed. Therefore, the transistor used in this way is required to have a high drain breakdown voltage.
そこで、ドレイン領域とゲート電極の端部との間にLOCOS法により厚い酸化膜を形成して、ドレイン領域からゲート端部をオフセットさせた、いわゆるLOCOSオフセットドレイン型の高耐圧MOSトランジスタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、ドレイン領域における電界集中の緩和を図る、高耐圧MOSトランジスタが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, a so-called LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor is proposed in which a thick oxide film is formed between the drain region and the end of the gate electrode by the LOCOS method, and the gate end is offset from the drain region. (For example, refer to Patent Document 1). In addition, a high-breakdown-voltage MOS transistor that reduces electric field concentration in the drain region has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
図4は特許文献2に記述されている、先行技術による半導体装置の断面図を示す。以下、従来の高耐圧MOSトランジスタについて図面を参照しながら説明する。 FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor device according to the prior art described in Patent Document 2. A conventional high voltage MOS transistor will be described below with reference to the drawings.
この半導体装置は、まずP+型高濃度ドレイン層309Aとポリシリコンからなるゲート電極308の端部との間にLOCOS酸化膜305を形成し、ドレイン領域であるP+型高濃度ドレイン層309Aからゲート電極308の端部をオフセットさせ、これによりゲート電極308の端部での電界集中を防止している。LOCOS酸化膜305の下には、ドレイン領域と同一の導電型からなるP−型オフセット層306を形成している。P−型オフセット層306の不純物濃度はP+型高濃度ドレイン層309Aよりも薄い。そして、耐圧向上のためにP+型高濃度ドレイン層309Aの側面と底面とを覆うように、P−型オフセット層306の不純物濃度より濃く、P+型高濃度ドレイン層309Aの不純物濃度より薄い同一の導電型からなる、P型電界緩和層304をドレイン領域として形成し、P+型高濃度ドレイン層309AからP−型オフセット層306にかけての濃度勾配を緩やかにして電界集中を緩和し、耐圧を向上させている。図4において、符号301はP型シリコン基板を示し、符号302はN+型埋め込み層を示し、符号303はN−型エピタキシャル層を示す。また、符号307はゲート酸化膜を示し、符号309BはP+型高濃度ソース層を示す。
The semiconductor device is first formed a
図5A〜図5Dは、先行技術によるP型チャネルLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタの代表的な製造方法を示す工程断面図である。 5A to 5D are process cross-sectional views showing a typical method for manufacturing a P-type channel LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor according to the prior art.
まず図5Aに示すように、P型シリコン基板301上にN+型埋め込み層302とN−型エピタキシャル層303とを順次形成する。このとき、N+型埋め込み層302はN−型エピタキシャル層303よりも不純物濃度を濃く形成する。そして、N−型エピタキシャル層302の表面に、フォトレジスト320を塗布・現像し、これをマスクとしてP型電界緩和領域304を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, an N + type buried
つぎに、図5Bに示すように、フォトレジスト320を除去した後、酸化膜330を形成し、その上部に窒化膜331を形成する。そして、活性領域となる部分に酸化膜330と窒化膜331とをパターニングする。そして、フォトレジスト321を塗布・現像し、これをマスクとしてLOCOSオフセット領域となるN−型エピタキシャル層303の表面にP型不純物のボロンを注入し、それによって拡散層306Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, after removing the
つぎに、図5Cに示すように、図5Bに示したフォトレジスト321を除去した後、窒化膜331をマスクとしてLOCOS酸化膜305を形成する。LOCOS酸化膜305の下部のシリコンのうちボロンを注入した拡散層306AはP−型オフセット層306となる。P−型オフセット層306の不純物濃度はP型電界緩和層304より薄い濃度で形成される。つぎに、トランジスタのゲート部となるところにゲート酸化膜307を形成する。その上部に、ドレイン側のLOCOS酸化膜305に跨ってポリシリコンからなるゲート電極308を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, after removing the
つぎに、図5Dに示すように、フォトレジスト322を塗布・現像し、これをマスクとしてP型不純物のボロンを高濃度にイオン注入し、それによってP+型高濃度ドレイン層309AおよびP+型高濃度ソース層309Bを形成する。このとき、ドレイン領域のP+型高濃度ドレイン層309AはLOCOS酸化膜305をマスクとしたセルフアラインで注入される。P+型高濃度ドレイン層309Aの不純物濃度は、P型電界緩和層304よりも濃い濃度で形成される。
Next, as shown in FIG. 5D, a
つぎに、図には示さないが、層間絶縁膜としてPSG膜を形成し、P+型高濃度ドレイン層309AおよびP+型高濃度ソース層309Bおよびゲート電極308に接続孔(コンタクト)を設け、アルミ配線とパッシベーション膜とを形成することにより半導体装置が完成する。
Next, although not shown in the drawing, a PSG film is formed as an interlayer insulating film, and connection holes (contacts) are provided in the P + type high
以上のように、専用のP型電界緩和層304を導入することにより、P型高耐圧MOSトランジスタの高耐圧化を図ることができる。
しかしながら、先行技術においては、以下の課題が存在する。先行技術によるP型チャネルのLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタでは、P+型高濃度ドレイン層309AはLOCOS酸化膜305をマスクとしたセルフアラインで形成されるため、LOCOS酸化膜305の端部のバーズビーク付近の濃度勾配が急峻になり、その部分で電界が集中しやすくなる。また、LOCOS酸化膜305の端部のバーズビーク付近は微小な結晶欠陥の発生が起こる。そのため、この部分に電界が集中すると、耐圧の低下・信頼性劣化が起こる。
However, the following problems exist in the prior art. In the P-type channel LOCOS offset drain type high breakdown voltage MOS transistor according to the prior art, the P + type high
一方、P型電界緩和層304を有し、P+型高濃度ドレイン層309AからP−型オフセット層306にかけての濃度勾配を緩やかすることで、電界集中を防ぎ耐圧を向上させている。しかし、P型電界緩和層304を形成するためには工程追加が必要であるため、製造コストが高くなる。
On the other hand, the P-type electric
上記課題に鑑みて、本発明は、LOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタにおけるLOCOS酸化膜の端部のバーズビーク付近の電界集中を緩和することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to alleviate electric field concentration near a bird's beak at the end of a LOCOS oxide film in a LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor.
また、本発明は、製造工程を追加することなく、上記電界緩和層を形成することを目的とする。 Moreover, an object of this invention is to form the said electric field relaxation layer, without adding a manufacturing process.
上記課題を解決するために、第1の発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された第1導電型のチャネルを有するオフセットドレイン型MOSトランジスタを含む半導体装置であり、第2導電型の半導体層に形成された第1導電型の電界緩和層および高濃度ドレイン層から成るドレイン領域と、半導体層に形成された第1導電型の高濃度ソース層から成るソース領域と、ドレイン領域とソース領域の間で半導体層表面の活性領域に形成されたゲート酸化膜と、ドレイン領域とゲート酸化膜の間の半導体層表面に形成されたLOCOS酸化膜と、ゲート酸化膜上にLOCOS酸化膜に跨って形成されたゲート電極と、LOCOS酸化膜下に形成された第1導電型のオフセット層とを備えている。 In order to solve the above problems, a semiconductor device according to a first invention is a semiconductor device including an offset drain type MOS transistor having a channel of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate, and a semiconductor of a second conductivity type. A drain region composed of a first conductivity type electric field relaxation layer and a high concentration drain layer formed in the layer; a source region composed of a first conductivity type high concentration source layer formed in the semiconductor layer; and a drain region and a source region A gate oxide film formed in the active region on the surface of the semiconductor layer, a LOCOS oxide film formed on the semiconductor layer surface between the drain region and the gate oxide film, and straddling the LOCOS oxide film on the gate oxide film A gate electrode formed; and a first conductivity type offset layer formed under the LOCOS oxide film.
そして、電界緩和層はオフセット層に隣接して形成され、電界緩和層の不純物濃度はオフセット層より濃く、かつ高濃度ドレイン層より薄く、高濃度ドレイン層は電界緩和層内に形成され、かつLOCOS酸化膜端より離間して形成されている。 The electric field relaxation layer is formed adjacent to the offset layer, the impurity concentration of the electric field relaxation layer is higher than that of the offset layer and lower than that of the high concentration drain layer, the high concentration drain layer is formed in the electric field relaxation layer, and LOCOS It is formed away from the end of the oxide film.
この構成によれば、高濃度ドレイン層を電界緩和層内に形成し、かつLOCOS酸化膜端より離間して形成しているので、オフセット層上のLOCOS酸化膜端のバーズビーク付近における不純物の濃度勾配が緩やかになり、従来よりも耐圧を向上することができる。 According to this configuration, since the high-concentration drain layer is formed in the electric field relaxation layer and is separated from the end of the LOCOS oxide film, the impurity concentration gradient near the bird's beak at the end of the LOCOS oxide film on the offset layer Can be reduced, and the breakdown voltage can be improved as compared with the conventional case.
上記の構成において、LOCOS酸化膜の端部から高濃度ドレイン層までの距離は0.8μm以上であることが好ましい。 In the above configuration, the distance from the end of the LOCOS oxide film to the high concentration drain layer is preferably 0.8 μm or more.
第2の発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型のチャネルを有するオフセットドレイン型MOSトランジスタを半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法であり、第2導電型の半導体層上に酸化膜を介して窒化膜を形成する工程と、半導体層上の活性領域に窒化膜をパターニングする工程と、窒化膜をマスクとして半導体層に第1導電型のオフセット層を形成する工程と、窒化膜をマスクとして半導体層表面にLOCOS酸化膜を形成する工程と、LOCOS酸化膜の形成工程の後に窒化膜を除去する工程と、半導体層表面の活性領域にゲート酸化膜を形成する工程と、ゲート酸化膜上にLOCOS酸化膜に跨ってゲート電極を形成する工程と、オフセット層に隣接した半導体層のドレイン領域に第1導電型の電界緩和層を形成する工程と、電界緩和層内に第1導電型の高濃度ドレイン層を形成し、第1導電型の高濃度ドレイン層に対してゲート電極を挟んだ位置で半導体層に第1導電型の高濃度ソース層とを形成する工程とを含む。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which an offset drain type MOS transistor having a first conductivity type channel is formed on a semiconductor substrate, and is oxidized on the second conductivity type semiconductor layer. Forming a nitride film through the film; patterning the nitride film in an active region on the semiconductor layer; forming a first conductivity type offset layer on the semiconductor layer using the nitride film as a mask; Forming a LOCOS oxide film on the surface of the semiconductor layer using the mask as a mask, removing the nitride film after the LOCOS oxide film forming process, forming a gate oxide film in the active region of the semiconductor layer surface, and gate oxidation Forming a gate electrode over the LOCOS oxide film, and forming a first conductivity type electric field relaxation layer in a drain region of the semiconductor layer adjacent to the offset layer; Then, a high-concentration drain layer of the first conductivity type is formed in the electric field relaxation layer, and the high-concentration of the first conductivity type is formed in the semiconductor layer at a position sandwiching the gate electrode with respect to the high-concentration drain layer of the first conductivity type. Forming a source layer.
そして、高濃度ドレイン層はLOCOS酸化膜の端部から離間して形成されている。 The high concentration drain layer is formed away from the end of the LOCOS oxide film.
この方法によれば、高濃度ドレイン層を電界緩和層内に形成し、かつLOCOS酸化膜端より離間して形成しているので、オフセット層上のLOCOS酸化膜端のバーズビーク付近における不純物の濃度勾配が緩やかになり、従来よりも耐圧を向上することができる。 According to this method, since the high-concentration drain layer is formed in the electric field relaxation layer and separated from the end of the LOCOS oxide film, the impurity concentration gradient near the bird's beak at the end of the LOCOS oxide film on the offset layer Can be reduced, and the breakdown voltage can be improved as compared with the conventional case.
第3の発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型のチャネルを有するオフセットドレイン型MOSトランジスタと第2導電型のチャネルを有するラテラル型DMOSトランジスタとを同一半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法であり、第2導電型の半導体層内にMOSトランジスタ領域とDMOSトランジスタ領域とを分離する素子分離層を形成する工程と、半導体層上に酸化膜を介して窒化膜を形成する工程と、半導体層上の活性領域に窒化膜をパターニングする工程と、窒化膜をマスクとしてMOSトランジスタ領域の半導体層に第1導電型のオフセット層を形成する工程と、窒化膜をマスクとして半導体層表面にLOCOS酸化膜を形成する工程と、LOCOS酸化膜の形成工程の後に窒化膜を除去する工程と、半導体層表面の活性領域にゲート酸化膜を形成する工程と、ゲート酸化膜上にLOCOS酸化膜に跨ってゲート電極を形成する工程と、MOSトランジスタ領域のオフセット層に隣接した半導体層のドレイン領域に第1導電型の電界緩和層を形成すると同時に、DMOSトランジスタ領域のゲート電極に挟まれたソース領域に第1導電型のボディ層を形成する工程と、MOSトランジスタ領域において、電界緩和層内に第1導電型の高濃度ドレイン層を形成し、第1導電型の高濃度ドレイン層に対してゲート電極を挟んだ位置でゲート電極を挟んだ半導体層に第1導電型の高濃度ソース層とを形成する工程と、DMOSトランジスタ領域において、ボディ層内に第2導電型の高濃度ソース層を形成し、第2導電型の高濃度ソース層に対してゲート電極を挟んだ位置で半導体層に第2導電型のドレイン層とを形成する工程とを含む。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method in which an offset drain MOS transistor having a first conductivity type channel and a lateral DMOS transistor having a second conductivity type channel are formed on the same semiconductor substrate. A method of forming an element isolation layer that separates a MOS transistor region and a DMOS transistor region in a second conductivity type semiconductor layer; and a step of forming a nitride film on the semiconductor layer via an oxide film; A step of patterning a nitride film in the active region on the semiconductor layer; a step of forming an offset layer of a first conductivity type in the semiconductor layer of the MOS transistor region using the nitride film as a mask; and a surface of the semiconductor layer using the nitride film as a mask A step of forming a LOCOS oxide film, a step of removing the nitride film after the step of forming the LOCOS oxide film, and a semiconductor layer surface Forming a gate oxide film in the active region, forming a gate electrode over the LOCOS oxide film on the gate oxide film, and forming a first conductive layer in the drain region of the semiconductor layer adjacent to the offset layer in the MOS transistor region. Forming a first electric field relaxation layer and simultaneously forming a first conductivity type body layer in the source region sandwiched between the gate electrodes of the DMOS transistor region; and in the MOS transistor region, the first conductivity type in the electric field relaxation layer. Forming a high-concentration drain layer and forming a first-conductivity-type high-concentration source layer on a semiconductor layer sandwiching the gate electrode at a position sandwiching the gate electrode with respect to the first-conductivity-type high-concentration drain layer In the DMOS transistor region, a second conductivity type high concentration source layer is formed in the body layer, and a gate electrode is formed with respect to the second conductivity type high concentration source layer. And forming a second conductivity type drain layer of the semiconductor layer at the position I.
そして、MOSトランジスタ領域における高濃度ドレイン層はLOCOS酸化膜の端部から離間して形成されている。 The high-concentration drain layer in the MOS transistor region is formed away from the end of the LOCOS oxide film.
この方法によれば、高濃度ドレイン層を電界緩和層内に形成し、かつLOCOS酸化膜端より離間して形成しているので、オフセット層上のLOCOS酸化膜端のバーズビーク付近における不純物の濃度勾配が緩やかになり、従来よりも耐圧を向上することができる。 According to this method, since the high-concentration drain layer is formed in the electric field relaxation layer and separated from the end of the LOCOS oxide film, the impurity concentration gradient near the bird's beak at the end of the LOCOS oxide film on the offset layer Can be reduced, and the breakdown voltage can be improved as compared with the conventional case.
また、ラテラル型DMOSトランジスタのボディ層と同じ工程でLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタの電界緩和層を形成するので、製造工程を追加することなく電界緩和層を形成できる。 In addition, since the electric field relaxation layer of the LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor is formed in the same process as the body layer of the lateral type DMOS transistor, the electric field relaxation layer can be formed without adding a manufacturing process.
第1の発明の半導体装置および第1の発明の半導体装置の製造方法によると、オフセット層上のLOCOS酸化膜の端部のバーズビーク付近の濃度勾配が緩やかになり、従来よりも耐圧が向上したLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタを実現することができる。 According to the semiconductor device of the first invention and the method of manufacturing the semiconductor device of the first invention, the concentration gradient in the vicinity of the bird's beak at the end of the LOCOS oxide film on the offset layer becomes gradual, and the breakdown voltage is improved compared to the conventional LOCOS. An offset drain type high voltage MOS transistor can be realized.
また、第2の発明の半導体装置の製造方法によると、LDMOSトランジスタのボディ層と同じ工程でLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタの電界緩和層を形成するので、製造工程を追加することなく電界緩和層を形成し、製造コストを削減することができる。したがって、第1の製造方法と同じ効果に加え第2の製造方法による効果も得るため、耐圧の向上と製造コストの削減を同時に実現することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the second invention, since the electric field relaxation layer of the LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor is formed in the same process as the body layer of the LDMOS transistor, the electric field relaxation is performed without adding a manufacturing process. Layers can be formed and manufacturing costs can be reduced. Therefore, in addition to the same effect as the first manufacturing method, the effect of the second manufacturing method is also obtained, so that the breakdown voltage can be improved and the manufacturing cost can be reduced simultaneously.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。図1は実施の形態1に係る半導体装置の断面図を示す。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to
この半導体装置は、P型電界緩和層(ドレイン領域)104とポリシリコンからなるゲート電極108の端部との間にLOCOS酸化膜105を形成し、ドレイン領域からゲート電極108の端部をオフセットさせている。LOCOS酸化膜105の下部に、P型電界緩和層104と同一の導電型からなるP−型オフセット層106が形成されている。高濃度ドレイン層109A(ドレイン領域)は、ドレイン側LOCOS酸化膜105の端部のバーズビークから、一定の距離をおいて形成されている。なお、図1において、符号101はP型シリコン基板を示し、符号102はN+型埋め込み層を示し、符号103はN−型エピタキシャル層を示す。また、符号107はゲート酸化膜を示し、符号109BはP+型高濃度ソース層(ソース領域)を示す。符号110はN−型エピタキシャル層103の電位をとるためのN+コンタクト層を示す。
In this semiconductor device, a
図6にLOCOS酸化膜105の端部からP+型高濃度ドレイン層109Aまでの距離と耐圧との関係を示す。図6から、P+型高濃度ドレイン層109AをLOCOS酸化膜105の端部から0.8μm以上の距離に離すことで、微小欠陥が存在しやすいLOCOS酸化膜105の端部の濃度勾配が緩やかになり、電界集中が緩和され、耐圧が向上することがわかる。
FIG. 6 shows the relationship between the distance from the end of the
図2A〜図2Dは、本発明の実施の形態1のLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタの製造方法を示す工程断面図を示す。 2A to 2D are process sectional views showing a method of manufacturing the LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.
まず図2Aに示すように、P型シリコン基板101中にN+型埋め込み層102、N−型エピタキシャル層103を順次形成する。ここで、N+型埋め込み層102の不純物濃度は1×1018/cm3から1×1020/cm3程度、N−型エピタキシャル層103の不純物濃度は1×1015/cm3〜5×1015/cm3程度とする。そして、N−型エピタキシャル層103上に酸化膜130を形成し、その上部に窒化膜131を形成する。そして、活性領域となる部分に酸化膜130と窒化膜131とをパターニングする。
First, as shown in FIG. 2A, an N + type buried
つぎに、フォトレジスト120を塗布・現像し、これをマスクとしてLOCOSオフセット領域となるところに、ボロンを注入してP−型オフセット層106を形成する。P−型オフセット層106の注入ドーズ量は7×1012/cm2〜1.5×1013/cm2程度とする。
Next, a
つぎに、図2Bに示すように、図2Aのフォトレジスト120を除去した後、窒化膜131をマスクとしてLOCOS酸化膜105を成長させる。LOCOS酸化膜105は、例えばパイロジェニック酸化で1000℃100分程度の熱処理を行うことによって形成される。このときのLOCOS酸化膜105の膜厚は400nm〜600nm程度である。そして、トランジスタのゲート部となるところにゲート酸化膜107を形成する。その上部に、ドレイン側のLOCOS酸化膜105に跨ってポリシリコンからなるゲート電極108を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, after removing the
つぎに、図2Cに示すように、N−型エピタキシャル層103のドレイン領域にボロンを注入することによりP型電界緩和層104を形成する。P型電界緩和層104の注入ドーズ量は4×1013/cm2〜8×1013/cm2程度とする。
Next, as shown in FIG. 2C, a P-type electric
つぎに、図2Dに示すように、P型電界緩和層104中にP+型高濃度ドレイン層109Aを、P−型オフセット層上のLOCOS酸化膜105の端部のバーズビークから一定の距離をおいたP型電界緩和層104中にフォトレジスト121でマスキングをし、ボロンを注入することにより形成する。また、ゲート電極108を挟んでドレイン領域と反対の領域に、ゲート電極108に対してセルフアラインでP+型高濃度ソース層109Bをボロン注入により形成する。P+型高濃度ドレイン層109AとP+型高濃度ソース層109Bとは同一の拡散層とする。P+型高濃度ドレイン層109AとP+型高濃度ソース層109Bの注入ドーズ量は2E15/cm2〜6E15/cm2程度とする。
Next, as shown in FIG. 2D, the P + -type high-
つぎに、図には示さないが、層間絶縁膜としてPSG膜とを形成し、P+型高濃度ドレイン層109AとP+型高濃度ソース層109Bおよびゲート電極108に接続孔(コンタクト)を設けてアルミ配線とパッシベーション膜とを形成することにより半導体装置が完成する。なお、P型電界緩和層104を形成する順序は、LOCOS酸化膜を形成する前であってもよい。
Next, although not shown in the drawing, a PSG film is formed as an interlayer insulating film, and connection holes (contacts) are provided in the P + type high
上記の製造方法によると、P−型オフセット層106上のLOCOS酸化膜105の端部のバーズビーク付近の濃度勾配が緩やかになり、従来よりも耐圧が向上したLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタを実現することができる。
According to the above manufacturing method, the concentration gradient in the vicinity of the bird's beak at the end of the
(実施の形態2)
実施の形態1はP型電界緩和層104を形成するために専用工程が必要となり製造コストの上昇につながる。そこで、本発明の実施の形態2では工程数を増やすことなく、P型電界緩和層を形成し耐圧を向上させる方法を提示する。以下、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, a dedicated process is required to form the P-type electric
図3A〜図3Dは、同一P型シリコン基板上にP型チャネルを有するラテラル型DMOSトランジスタ(以下、LDMOSトランジスタと言う)と、N型チャネルを有するLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタを形成する本発明の実施の形態2の半導体装置の工程断面図を示す。 3A to 3D show a book in which a lateral DMOS transistor having a P-type channel (hereinafter referred to as an LDMOS transistor) and a LOCOS offset drain type high-breakdown-voltage MOS transistor having an N-type channel are formed on the same P-type silicon substrate. FIG. 10 is a process sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
まず図3Aに示すように、P型シリコン基板201中のLDMOSトランジスタ領域250およびLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタ領域260のそれぞれにN+型埋め込み層202を形成する。そして、LDMOSトランジスタ領域250とLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタ領域260とを分離するために、分離領域270にP+型分離埋め込み層212を形成する。その後、N−型エピタキシャル層203をP型シリコン基板201上に形成する。このとき、N+型埋め込み層202の不純物濃度は1×1018/cm3から1×1020/cm3程度、P+型分離埋め込み層212の不純物濃度は1×1017/cm3から1×1019/cm3程度、N−型エピタキシャル層203の不純物濃度は1×1015/cm3〜5×1015/cm3程度とする。そして、N−型エピタキシャル層203内にLDMOSトランジスタ領域250とLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタ領域260との上部分離層である、P型分離層211を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, an N + type buried
つぎに、図3Bに示すように、N−型エピタキシャル層203上に酸化膜230を形成し、その上部に窒化膜231を形成する。そして、活性領域となる部分に酸化膜230と窒化膜231とをパターニングする。
Next, as shown in FIG. 3B, an
つぎに、フォトレジスト220を塗布・現像し、これをマスクとしてLOCOSオフセット領域となるところに、ボロンを注入してP−型オフセット層206を形成する。P−型オフセット層206の注入ドーズ量は7×1012/cm2〜1.5×1013/cm2程度とする。
Next, a
つぎに、図3Cに示すように、フォトレジスト220を除去した後、窒化膜231をマスクとしてLOCOS酸化膜205を成長させる。LOCOS酸化膜205は、例えばパイロジェニック酸化で1000℃100分程度の熱処理を行うことによって形成される。このときのLOCOS酸化膜205の膜厚は400nm〜600nm程度である。そして、LDMOSトランジスタ領域250のゲート部となるところにゲート酸化膜207Bを形成し、その上部にドレイン側のLOCOS酸化膜205に跨ってポリシシリコンからなるゲート電極208Bを形成する。また、ゲート酸化膜207Bおよびゲート電極208Bの形成と同一条件同一工程で、LOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタ領域260のゲート部となるところにゲート酸化膜207Aを形成し、その上部にドレイン側のLOCOS酸化膜205に跨ってポリシリコンからなるゲート電極208Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, after the
つぎに、LDMOSトランジスタ領域250のゲート電極208Bに対してセルフアラインで、ボロン注入によりP型のボディ層204Bを形成し、この工程と同時にボロン注入によりLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタ領域260のドレイン領域にP型電界緩和層204Aを形成する。
Next, a P-
つぎに、図3Dに示すように、LDMOSトランジスタ領域250のソース領域210Aおよびドレイン領域210Bを、N型不純物の注入により形成する。そして、LOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタ領域260のP型電界緩和層204A中にP+型高濃度ドレイン層209Aを、オフセット層上のLOCOS酸化膜端のバーズビークから一定の距離を空けるようにフォトレジストでマスキングをし、ボロンを注入することにより形成する。また、ゲート電極を挟んでドレイン領域と反対の領域に、ゲート電極208Aに対してセルフアラインでP+型高濃度ソース層209Bをボロン注入により形成する。P+型高濃度ドレイン層209AとP+型高濃度ソース層209Bとは同一の注入条件で形成される。P+型高濃度ドレイン層209AとP+型高濃度ソース層209Bの注入ドーズ量は2E15/cm2〜6E15/cm2程度とする。
Next, as shown in FIG. 3D, the
なお、図3Dにおいて、符号213はP型のボディ層204Bの電位をとるためのコンタクト層を示す。符号214はN−型エピタキシャル層203の電位をとるためのN+コンタクト層を示す。
In FIG. 3D,
つぎに、図には示さないが、層間絶縁膜としてPSG膜を形成し、P+型高濃度ドレイン層209AとP+型高濃度ソース層209Bとおよびゲート電極208に接続孔(コンタクト)を設けてアルミ配線とパッシベーション膜とを形成することにより半導体装置が完成する。
Next, although not shown in the drawing, a PSG film is formed as an interlayer insulating film, and connection holes (contacts) are provided in the P + type high
上記の製造方法によると、実施の形態1と同じ効果に加え、LDMOSトランジスタのボディ層204Bと同じ工程でLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタのP型電界緩和層204Aを形成するので、製造工程を追加することなくP型電界緩和層204Bを形成し、製造コストを削減することができる。
According to the above manufacturing method, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the P-type
以上説明したように、本発明はLOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタおよびその製造方法などに有用である。 As described above, the present invention is useful for a LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor and a method for manufacturing the same.
101 P型シリコン基板
102 N+型埋め込み層
103 N−型エピタキシャル層
104 P型電界緩和層
105 LOCOS酸化膜
106 P−型オフセット層
107 ゲート酸化膜
108 ゲート電極
109A P+型高濃度ドレイン層
109B P+型高濃度ソース層
120〜121 フォトレジスト
130 酸化膜
131 窒化膜
201 P型シリコン基板
202 N+型埋め込み層
203 N−型エピタキシャル層
204A LOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタのP型電界緩和層
204B LDMOSトランジスタのボディ層
205 LOCOS酸化膜
206 P−型オフセット層
207 ゲート酸化膜
208 ゲート電極
209A LOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタのP+型高濃度ドレイン層
209B LOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタのP+型高濃度ソース層
210A LDMOSトランジスタのN+型高濃度ドレイン層
210B LDMOSトランジスタのN+型高濃度ソース層
211 P型分離層
212 P型分離埋め込み層
220 フォトレジストマスク
230 酸化膜
231 窒化膜
250 LDMOSトランジスタ領域
260 LOCOSオフセットドレイン型高耐圧MOSトランジスタ領域
270 分離領域
301 P型シリコン基板
302 N+型埋め込み層
303 N−型エピタキシャル層
304 P型電界緩和層
305 LOCOS酸化膜
306 P−型オフセット層
306A 拡散層
307 ゲート酸化膜
308 ゲート電極
309A P+型高濃度ドレイン層
309B P+型高濃度ソース層
320、321、322 フォトレジスト
330 酸化膜
331 窒化膜
101 P type silicon substrate 102 N + type buried layer 103 N − type epitaxial layer 104 P type electric field relaxation layer 105 LOCOS oxide film 106 P − type offset layer 107 gate oxide film 108 gate electrode 109A P + type high concentration drain layer 109B P + Type high concentration source layer 120-121 photoresist 130 oxide film 131 nitride film 201 P type silicon substrate 202 N + type buried layer 203 N − type epitaxial layer 204A P type field relaxation layer 204B of LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor 204B body layer 205 LOCOS oxide film 206 P of the LDMOS transistor - type offset layer 207 gate oxide film 208 gate electrode 209A LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor P + -type highly-doped de In layer 209B LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor of the P + type high concentration source layer 210A LDMOS transistor of the N + -type high concentration drain layer 210B LDMOS transistor N + -type highly-doped source layer 211 P-type isolation layer 212 P-type isolation Buried layer 220 Photoresist mask 230 Oxide film 231 Nitride film 250 LDMOS transistor region 260 LOCOS offset drain type high voltage MOS transistor region 270 Isolation region 301 P type silicon substrate 302 N + type buried layer 303 N − type epitaxial layer 304 P type electric field relieving layer 305 LOCOS oxide film 306 P - -type offset layer 306A diffusion layer 307 gate oxide film 308 gate electrode 309A P + -type high concentration drain layer 309B P + -type highly concentrated Source layer 320, 321, 322 photoresist 330 oxide film 331 the nitride film
Claims (4)
第2導電型の半導体層に形成された第1導電型の電界緩和層および高濃度ドレイン層から成るドレイン領域と、
前記半導体層に形成された第1導電型の高濃度ソース層から成るソース領域と、
前記ドレイン領域と前記ソース領域の間で前記半導体層表面の活性領域に形成されたゲート酸化膜と、
前記ドレイン領域と前記ゲート酸化膜の間の前記半導体層表面に形成されたLOCOS酸化膜と、
前記ゲート酸化膜上に前記LOCOS酸化膜に跨って形成されたゲート電極と、
前記LOCOS酸化膜下に形成された第1導電型のオフセット層とを備え、
前記電界緩和層は前記オフセット層に隣接して形成され、前記電界緩和層の不純物濃度は前記オフセット層より濃く、かつ前記高濃度ドレイン層より薄く、
前記高濃度ドレイン層は前記電界緩和層内に形成され、かつ前記LOCOS酸化膜端より離間して形成されている半導体装置。 A semiconductor device including an offset drain type MOS transistor having a first conductivity type channel formed on a semiconductor substrate,
A drain region comprising a first conductivity type electric field relaxation layer and a high concentration drain layer formed in a second conductivity type semiconductor layer;
A source region comprising a high-concentration source layer of a first conductivity type formed in the semiconductor layer;
A gate oxide film formed in an active region of the semiconductor layer surface between the drain region and the source region;
A LOCOS oxide film formed on the surface of the semiconductor layer between the drain region and the gate oxide film;
A gate electrode formed on the gate oxide film across the LOCOS oxide film;
An offset layer of a first conductivity type formed under the LOCOS oxide film,
The electric field relaxation layer is formed adjacent to the offset layer, and the impurity concentration of the electric field relaxation layer is deeper than the offset layer and thinner than the high concentration drain layer,
The semiconductor device, wherein the high concentration drain layer is formed in the electric field relaxation layer and is spaced apart from an end of the LOCOS oxide film.
第2導電型の半導体層上に酸化膜を介して窒化膜を形成する工程と、
前記半導体層上の活性領域に前記窒化膜をパターニングする工程と、
前記窒化膜をマスクとして前記半導体層に第1導電型のオフセット層を形成する工程と、
前記窒化膜をマスクとして前記半導体層表面にLOCOS酸化膜を形成する工程と、
前記LOCOS酸化膜の形成工程の後に前記窒化膜を除去する工程と、
前記半導体層表面の活性領域にゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜上に前記LOCOS酸化膜に跨ってゲート電極を形成する工程と、
前記オフセット層に隣接した前記半導体層のドレイン領域に第1導電型の電界緩和層を形成する工程と、
前記電界緩和層内に第1導電型の高濃度ドレイン層を形成し、前記第1導電型の高濃度ドレイン層に対して前記ゲート電極を挟んだ位置で前記半導体層に第1導電型の高濃度ソース層とを形成する工程とを含み、
前記高濃度ドレイン層は前記LOCOS酸化膜の端部から離間して形成されている半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an offset drain type MOS transistor having a channel of a first conductivity type is formed on a semiconductor substrate,
Forming a nitride film on the second conductivity type semiconductor layer via an oxide film;
Patterning the nitride film in an active region on the semiconductor layer;
Forming a first conductivity type offset layer on the semiconductor layer using the nitride film as a mask;
Forming a LOCOS oxide film on the surface of the semiconductor layer using the nitride film as a mask;
Removing the nitride film after forming the LOCOS oxide film;
Forming a gate oxide film in an active region of the semiconductor layer surface;
Forming a gate electrode on the gate oxide film across the LOCOS oxide film;
Forming an electric field relaxation layer of a first conductivity type in a drain region of the semiconductor layer adjacent to the offset layer;
A first conductivity type high-concentration drain layer is formed in the electric field relaxation layer, and the first conductivity type high-concentration drain layer is formed on the semiconductor layer at a position sandwiching the gate electrode with respect to the first conductivity type high-concentration drain layer. Forming a concentration source layer,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the high-concentration drain layer is formed apart from an end portion of the LOCOS oxide film.
第2導電型の半導体層内にMOSトランジスタ領域とDMOSトランジスタ領域とを分離する素子分離層を形成する工程と、
前記半導体層上に酸化膜を介して窒化膜を形成する工程と、
前記半導体層上の活性領域に前記窒化膜をパターニングする工程と、
前記窒化膜をマスクとして前記MOSトランジスタ領域の前記半導体層に第1導電型のオフセット層を形成する工程と、
前記窒化膜をマスクとして前記半導体層表面にLOCOS酸化膜を形成する工程と、
前記LOCOS酸化膜の形成工程の後に前記窒化膜を除去する工程と、
前記半導体層表面の活性領域にゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜上に前記LOCOS酸化膜に跨ってゲート電極を形成する工程と、
前記MOSトランジスタ領域の前記オフセット層に隣接した前記半導体層のドレイン領域に第1導電型の電界緩和層を形成すると同時に、前記DMOSトランジスタ領域の前記ゲート電極に挟まれたソース領域に第1導電型のボディ層を形成する工程と、
前記MOSトランジスタ領域において、前記電界緩和層内に第1導電型の高濃度ドレイン層を形成し、前記第1導電型の高濃度ドレイン層に対して前記ゲート電極を挟んだ位置で前記ゲート電極を挟んだ前記半導体層に第1導電型の高濃度ソース層とを形成する工程と、
前記DMOSトランジスタ領域において、前記ボディ層内に第2導電型の高濃度ソース層を形成し、前記第2導電型の高濃度ソース層に対して前記ゲート電極を挟んだ位置で前記半導体層に第2導電型のドレイン層とを形成する工程とを含み、
前記MOSトランジスタ領域における前記高濃度ドレイン層は前記LOCOS酸化膜の端部から離間して形成されている半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an offset drain MOS transistor having a first conductivity type channel and a lateral DMOS transistor having a second conductivity type channel are formed on the same semiconductor substrate,
Forming an element isolation layer that separates the MOS transistor region and the DMOS transistor region in the semiconductor layer of the second conductivity type;
Forming a nitride film on the semiconductor layer via an oxide film;
Patterning the nitride film in an active region on the semiconductor layer;
Forming a first conductivity type offset layer on the semiconductor layer in the MOS transistor region using the nitride film as a mask;
Forming a LOCOS oxide film on the surface of the semiconductor layer using the nitride film as a mask;
Removing the nitride film after forming the LOCOS oxide film;
Forming a gate oxide film in an active region of the semiconductor layer surface;
Forming a gate electrode on the gate oxide film across the LOCOS oxide film;
A first conductivity type electric field relaxation layer is formed in the drain region of the semiconductor layer adjacent to the offset layer in the MOS transistor region, and at the same time, a first conductivity type is formed in the source region sandwiched between the gate electrodes in the DMOS transistor region. Forming a body layer of
In the MOS transistor region, a high-concentration drain layer of a first conductivity type is formed in the electric field relaxation layer, and the gate electrode is placed at a position sandwiching the gate electrode with respect to the high-concentration drain layer of the first conductivity type. Forming a first conductivity type high-concentration source layer in the sandwiched semiconductor layer;
In the DMOS transistor region, a second conductivity type high concentration source layer is formed in the body layer, and the semiconductor layer is formed at a position sandwiching the gate electrode with respect to the second conductivity type high concentration source layer. Forming a drain layer of two conductivity types,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the high-concentration drain layer in the MOS transistor region is formed apart from an end portion of the LOCOS oxide film.
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