JP3298483B2 - 高耐圧mosfetの製造方法 - Google Patents
高耐圧mosfetの製造方法Info
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Description
T(金属・酸化物・半導体型電界効果トランジスタ)お
よび高耐圧MOSFETの製造方法に関するものであ
る。
電波を送信する部分には、アンテナに送信電力を供給す
るトランジスタが使われている。このトランジスタが送
信電力を大きくかつ効率よく電波に変換するために高い
電圧で使用されるため、このトランジスタはドレイン耐
圧の大きな特性が必要とされている。このようなドレイ
ン耐圧の大きなトランジスタをMOSFETで実現する
場合には、ドレイン構造を工夫して耐圧を大きくしてい
る。
圧がドレインにかかると、ドレイン領域とチャネル部分
との境界に大きな電界が発生し、この境界部分でブレイ
クダウンがおこる。このため、同じドレイン電圧が印可
された場合に、如何にしてドレイン領域とチャネル部分
との境界に発生する電界を緩和するかが高耐圧化の課題
である。
よび図9に示す。図8および図9に示すどちらの高耐圧
MOSFETもドレインのゲートに近い部分の不純物濃
度を下げて動作時にこの部分を空乏化させ、電圧の一部
をここで吸収することにより高耐圧化を図っている。
の間に、電界緩和のために不純物濃度1018cm-3の低
濃度層であるオフセット領域5を設けている(渥美茂
ら、特開明62−200757)。ここでは、このオフ
セット領域5のn-は、シリコン基板1のp型領域とで
pn接合を構成しており、ドレイン領域6にある程度大
きな電圧を印加することによりpn接合界面近傍が空乏
層化する。
吸収し、ドレイン領域6とゲート電極3直下のチャネル
との境界にできる電界を緩和している。図9では、上記
図8の高耐圧MOSFETの構造のオフセット領域5と
ゲート電極3との間に不純物濃度が低い領域(ここでは
極低濃度領域8とした)が形成されている。この極低濃
度領域8層を形成することにより、図8に示す高耐圧M
OSFETの場合よりさらに高耐圧化が図られている。
たの高耐圧MOSFETの構造では、耐圧を大きくする
ためにオフセット領域5の不純物濃度を低下させている
ため、ドレインに電圧を増化させるつれて空乏層領域が
ゲート電極直下のチャネル端から徐々に厚さを増してい
く。
ウンの心配がないドレイン電圧が低い場合でも、この空
乏層の形成部は電界を一部吸収してしまう。この結果、
ドレイン電圧の低いときにチャネルにかかる電界が小さ
くなり、ドレイン電流が少なくなり、高耐圧MOSFE
Tスイッチング速度が遅くなる欠点がある。本発明はこ
のような背景の下になされたもので、ドレイン電流量を
低下させずに高耐圧MOSFETのドレイン耐圧を向上
させるトランジスタ構造を提供することにある。
ETにおいて、基板の上にゲート絶縁膜を介して設けら
れたゲート電極と、前記ゲート絶縁膜の一端に設けられ
たソース領域と、前記ゲート酸化膜の他端に設けられた
第一の拡散層と前記第一の拡散層との間に基板の平面方
向に間隔をおいて第一の拡散層と同一の導伝型の不純物
で形成されたドレイン領域と、前記第一の拡散層とドレ
イン領域との間に介挿された第一の拡散層と同一の導伝
型の不純物で形成された第二の拡散層とを具備し、前記
第二の拡散層の不純物濃度がドレイン領域の不純物濃度
より低く設定され、かつ前記第一の拡散層の不純物濃度
が第二の拡散層の不純物濃度とドレイン領域の不純物濃
度の間の値であることを特徴とする。
記ソース領域が前記ゲート酸化膜とこのゲート酸化膜か
ら前記基板の平面上で離れて形成された第一のソース拡
散層とのあいだに介挿された第一のソース拡散層より深
さが浅い第二のソース拡散層とから形成されていること
を特徴とする。
において、基板上面にゲート電極を形成するゲート電極
形成工程と、前記ゲート電極をマスクにして、第1の導
伝型不純物を前記基板上部に導入する第1の導伝型不純
物導入工程と、前記ゲート電極の側面に側面絶縁膜を形
成する絶縁膜形成工程と、前記ゲート電極と前記側面絶
縁膜とをマスクにして、前記第1の導伝型不純物と反対
の導伝型の第2の導伝型不純物を導入する第2の導伝型
不純物導入工程と、前記基板平面方向において前記ゲー
ト電極の上面からドレイン領域形成の位置までの間にレ
ジストを形成するレジスト形成工程と、このレジストを
マスクとして第1の導伝型不純物を再度導入する再導入
工程とを有することを特徴とする。
て、基板上面にゲート電極を形成するゲート電極形成工
程と、前記ゲート電極をマスクにして、第1の導伝型不
純物を前記基板上部に導入する第1の導入工程と、前記
基板平面方向において前記ゲート電極から所定の離れた
位置からドレイン領域を形成する位置までの間の領域に
第1のレジストを形成する第1のレジスト形成工程と、
この第1のレジストをマスクとして前記第1の導伝型不
純物を導入する第2の導入工程と、前記基板平面方向に
おいて前記ゲート電極上面から前記ドレイン領域を形成
する位置までの領域に第2のレジストを形成する第2の
レジスト形成工程と、この第2のレジストをマスクとし
て前記第1の導伝型不純物を導入する第3の導入工程と
を有することを特徴とする。
造方法において、基板上面にゲート電極を形成するゲー
ト電極形成工程と、前記ゲート電極をマスクにして、第
1の導伝型不純物を前記基板上部に導入する第1の導入
工程と、前記基板平面方向において前記ゲート電極上面
からドレイン領域形成部を含めた位置までの領域に第1
のレジストを形成する第1のレジスト形成工程と、この
第1のレジストをマスクとして前記第1の導伝型不純物
を導入する第2の導入工程と、前記ゲート電極側面に第
1の絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、この第
1の絶縁膜の側面に第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁
膜形成工程と、前記基板平面方向において前記ゲート電
極上面からドレイン領域形成の位置までの間に第2のレ
ジストを形成する第2のレジスト形成工程と、この第2
のレジストをマスクとして前記第1の導伝型不純物を導
入する第3の導入工程と、前記第1の絶縁膜をエッチン
グにより除去する除去工程と、前記基板平面方向におい
てドレイン領域形成側の前記第2の絶縁膜上面からドレ
イン領域形成の位置までの間に第3のレジストを形成す
る第3のレジスト形成工程と、この第3のレジストをマ
スクとして前記第1の導伝型不純物を導入する第4の導
入工程とを有することを特徴とする。
施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態に
よる高耐圧MOSFETの構造を示す縦断面図である。
この図において、1はシリコン基板であり、上面に5n
mの厚さのゲート絶縁膜2が形成されている。このゲー
ト絶縁膜2の上面には、厚さ200nm、長さ0.18
μmのゲート電極が形成されている。
フセット領域であり、シリコン基板1の上面にゲート電
極3から面方向に0.4μmの長さに形成されている。
4は砒素のドーズ量2×1014cm-2の中濃度領域であ
り、シリコン基板1上面にゲート絶縁膜2とオフセット
領域5との間に10nmの長さで介挿されて形成されて
いる。6はドレイン領域であり、シリコン基板1上面に
おいてオフセット領域5に隣接して形成されている。7
はソース領域であり、シリコン基板1上面においてゲー
ト絶縁膜2に隣接して形成されている。
子分離膜およびチャネルが必要に応じて形成される。
による高耐圧MOSFETの応用例の製造方法を説明す
る。図2は、製造工程の各部分における高耐圧MOSF
ETの断面構造を示したものである。図2(a)におい
て示すように、不純物濃度が1×1014cm-3程度のp
型シリコン基板11上に図示しない素子分離膜を形成
し、ウェル12を形成する。そして、p型シリコン基板
11上面には、チャンネルイオンが注入される。
より、厚さ5nmのゲート絶縁膜13が形成される。そ
して、このゲート絶縁膜13上面には、ポリシリコン膜
が200nmの厚さで形成される。次に、このポリシリ
コン膜の上面にレジストが塗布され、露光工程および現
像工程を経て残されたレジストのパターンに基づき前記
ポリシリコン膜をエッチング処理することにより、ゲー
ト電極14が形成される。
て、20keVの加速エネルギーでドーズ量2×1014
cm-2の砒素イオンがp型シリコン基板11上面に注入
される。これにより、p型シリコン基板11上面に中濃
度層15および中濃度領域16が形成される。
ート電極14の側壁に絶縁膜により10nmの厚さのゲ
ート側壁17を形成する。そして、このゲート側壁17
とゲート電極14とをマスクとして、p型シリコン基板
11上面にボロンイオンを5keVの加速エネルギによ
り1×1014cm-2のドーズ量により注入される。この
結果、イオン注入が行われた中濃度領域16は、ドレイ
ンオフセット領域18となる。
ジスト20がドレイン形成領域D側にゲート電極14の
上部を始点としてゲート電極14の端部からドレインオ
フセット領域18の0.4μmの位置までの間に形成さ
れる。そして、このレジスト20をマスクとして、高濃
度不純物層であるドレイン領域22およびソース領域2
1が50keVの加速エネルギで5×1015cm-2のド
ーズ量の砒素イオンの注入により形成される。
深さは、100nm程度である。ここで、短チャネル効
果を抑制するために、ソース領域21のゲート電極14
近傍部の拡散層の深さを浅くしたい場合、図3(c)の
レジスト20を形成する前に、数十nmの第2のゲート
側壁をゲート側壁17の外面に形成した後に上述した図
2(c)の処理を行う。
高耐圧MOSTFT作成における不純物導入が3回必要
となる。まず、中濃度層19は、ゲート電極14をマス
クとして第一の導伝型の不純物を注入して作成する。そ
して、低濃度層であるドレインオフセット領域18作成
時には、ゲート電極14に隣接する中濃度層19を残す
必要がある。このため、ゲート電極14の側面にゲート
側壁17を形成して第一の導伝型と極性が異なる第二の
導伝型の不純物を導入して、ドレインオフセット領域1
8が作成される。
ース領域21は、配線とのコンタクトを取るために必要
なものである。しかしながら、ドレインオフセット領域
18および中濃度層19には、形成できない。このた
め、形成できない部分には、レジスト20でマスクをし
て、高濃度に不純物を導入して高濃度層であるドレイン
領域22およびソース領域21を形成する。
レジストのマスクの形成の仕方に変形が考えられる。す
なわち、低濃度層のドレインオフセット領域18の必要
な部分だけに不純物を導入するために、その他のソース
領域21およびドレイン領域22などの一部をレジス
ト、ゲート電極およびゲート側壁を用いて第二の導伝型
の不純物を注入することもできる。
製造方法について説明する。図2は、製造工程の各部分
における高耐圧MOSFETの断面構造を示したもので
ある。図3(a)において示すように、不純物濃度が1
×1014cm-3程度のp型シリコン基板11上に図示し
ない素子分離膜を形成し、ウェル12を形成する。そし
て、p型シリコン基板11上面には、チャンネルイオン
が注入される。
より、厚さ5nmのゲート絶縁膜13が形成される。そ
して、このゲート絶縁膜13上面には、ポリシリコン膜
が200nmの厚さで形成される。次に、このポリシリ
コン膜の上面にレジストが塗布され、露光工程および現
像工程を経て残されたレジストのパターンに基づき前記
ポリシリコン膜をエッチング処理することにより、ゲー
ト電極14が形成される。
て、20keVの加速エネルギーでドーズ量5×1012
cm-2の砒素イオンがp型シリコン基板11上面に注入
される。これにより、p型シリコン基板11上面に低濃
度層32が形成される。
レイン形成領域D側にゲート電極14の端部から0.4
μm平面方向に離れた位置とゲート電極14の端部から
10nm平面方向に離れた位置との間にレジスト33を
形成する。そして、このレジスト33とゲート電極14
とをマスクとして、p型シリコン基板11上面に砒素イ
オンが20keVの加速エネルギにより2×1014cm
-2のドーズ量により注入される。この結果、イオン注入
が行われた部分の低濃度層32は、中濃度層34および
中濃度層35となる。
ジスト36がドレイン形成領域D側にゲート電極14の
上部を始点としてゲート電極14上部から低濃度層32
の0.4μmの位置までの間に形成される。そして、こ
のレジスト36をマスクとして、高濃度不純物層である
ドレイン領域38およびソース領域37が50keVの
加速エネルギで5×1015cm-2のドーズ量の砒素イオ
ンの注入により形成される。
深さは、100nm程度であり、深いものである。ここ
で、短チャネル効果を抑制するために、ソース領域37
のゲート電極14近傍部の拡散層の深さを浅くしたい場
合、図3(c)のレジスト36を形成する前に、数十n
mの第2のゲート側壁をゲート側壁17の外面に形成し
た後に上述した図2(c)の処理を行う。
耐圧MOSFETの構造においては、ドレインオフセッ
ト領域とゲート電極との間に中濃度層の不純物層が形成
されている。このため、ドレイン電圧が低い場合、ドレ
インオフセット領域とゲート電極との界面における空乏
層化量は少ない。図4は、ゲート電極のドレイン領域側
の端部からドレイン領域までのドレインオフセット領域
にかかる電位を本発明と従来例とで比較したものであ
る。
低い場合には、本発明において中濃度層の空乏化量が少
ないためにゲート電極とドレインオフセット領域との境
界までドレイン電圧がかかる。一方、従来例において
は、低濃度のオフセット領域の空乏化が進むため、ゲー
ト電極とドレインオフセット領域との境界から少し離れ
た位置までしかドレイン電圧がかからない。このため、
チャネルにかかる電圧は、本発明の方が高く、従って電
流量も増加する。
電圧が高い場合には、中濃度層の不純物層の長さを適当
な値とすることで、この中濃度層が空乏化する。したが
って、本発明の場合および従来例の場合も同様にオフセ
ット領域(ドレインオフセット領域)がほとんどが空乏
化するため、ドレインとオフセット領域との電位分布の
値は、同様な値となる。
高耐圧MOSFETのドレイン電流/ドレイン電圧特性
は、低ドレイン電圧領域において従来例の物と比較して
改善されていることが判る。また、高ドレイン電圧領域
におけるドレイン電流は、本発明の高耐圧MOSFET
と従来例の高耐圧MOSFETとがほぼ等しくなる。さ
らに、ブレイクダウンが起こる高電圧領域でのドレイオ
フセット領域における電位分布が等しいため、ドレイン
耐圧は、本発明の高耐圧MOSFETと従来例の高耐圧
MOSFETとがほぼ等しくなる。
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、図6に
本発明による第二の実施形態の高耐圧MOSFETを示
す。図6は、ドレイン領域側だけでなくソース領域側に
も中濃度層を設けた高耐圧MOSFETの構造を示す縦
断面図である。
り、上面に5nmの厚さのゲート絶縁膜2が形成されて
いる。このゲート絶縁膜2の上面には、厚さ200n
m、長さ0.18μmのゲート電極が形成されている。
フセット領域であり、シリコン基板1の上面にゲート電
極3から面方向に0.4μmの長さに形成されている。
4は砒素のドーズ量2×1014cm-2の中濃度領域であ
り、シリコン基板1上面にゲート絶縁膜2とオフセット
領域5との間に10nmの長さで介挿されて形成されて
いる。6はドレイン領域であり、シリコン基板1上面に
おいてオフセット領域5に隣接して形成されている。7
はソース領域であり、シリコン基板1上面においてゲー
ト絶縁膜2近傍に形成されている。9は、中濃度領域で
あり、ソース領域7およびゲート電極14の他方の端部
との間に形成されている。
子分離膜およびチャネルが必要に応じて形成される。
による高耐圧MOSFETの応用例の製造方法を説明す
る。図7は、製造工程の各部分における高耐圧MOSF
ETの断面構造を示したものである。図7(a)におい
て示すように、不純物濃度が1×1014cm-3程度のp
型シリコン基板11上に図示しない素子分離膜を形成
し、ウェル12を形成する。そして、p型シリコン基板
11上面には、チャンネルイオンが注入される。
より、厚さ5nmのゲート絶縁膜13が形成される。そ
して、このゲート絶縁膜13上面には、ポリシリコン膜
が200nmの厚さで形成される。次に、このポリシリ
コン膜の上面にレジストが塗布され、露光工程および現
像工程を経て残されたレジストのパターンに基づき前記
ポリシリコン膜をエッチング処理することにより、ゲー
ト電極14が形成される。
て、20keVの加速エネルギーでドーズ量5×1012
cm-2の砒素イオンがp型シリコン基板11上面に注入
される。これにより、p型シリコン基板11上面に低濃
度層31および低濃度層32が形成される。
ート電極14上部からドレイン形成領域D全体にレジス
ト33のパターンを形成する。そして、ゲート電極14
およびレジスト33をマスクとして、p型シリコン基板
11上面に砒素イオンが20keVの加速エネルギによ
り2×1014cm-2のドーズ量により注入される。この
結果、イオン注入が行われた低濃度領域31は、中濃度
領域34となる。
ート電極14側面に10nmの厚さの第1側壁40が形
成される。そして、この第1の側壁40の外面に100
nmの厚さの第2の側壁41が形成される。さらに、ド
レイン形成領域D側にゲート電極14上を始点として、
ゲート電極14の端部からお0.4μm平面方向の位置
までレジスト42が形成される。そして、このレジスト
42、ゲート電極14、第1の側壁40および第2の側
壁41をマスクとして、高濃度不純物層であるドレイン
領域44およびソース領域43が50keVの加速エネ
ルギで5×10 15cm-2のドーズ量の砒素イオンの注入
により形成される。これにより、低濃度層32の残りの
部分は、ドレインオフセット領域45と成る。
1の側壁40をエッチングし、空洞46が形成される。
そして、ドレイン形成領域D側の第2の側壁41上から
ドレイン領域44までにレジスト47が形成される。そ
して、ゲート電極14、第2の側壁41およびレジスト
47をマスクとして20keVの加速エネルギで2×1
014cm-2のドーズ量の砒素イオンが注入され、中濃度
層48および中濃度層49が形成される。
高耐圧MOSTFT作成における不純物導入が3回必要
となる。まず、中濃度層19は、ゲート電極14をマス
クとして第一の導伝型の不純物を注入して作成する。そ
して、低濃度層であるドレインオフセット領域18作成
時には、ゲート電極14に隣接する中濃度層19を残す
必要がある。このため、ゲート電極14の側面にゲート
側壁17を形成して第一の導伝型と極性が異なる第二の
導伝型の不純物を導入して、ドレインオフセット領域1
8が作成される。
ース領域21は、配線とのコンタクトを取るために必要
なものである。しかしながら、ドレインオフセット領域
18および中濃度層19には、形成できない。このた
め、形成できない部分には、レジスト20でマスクをし
て、高濃度に不純物を導入して高濃度層であるドレイン
領域22およびソース領域21を形成する。
レジストのマスクの形成の仕方に変形が考えられる。す
なわち、低濃度層のドレインオフセット領域18の必要
な部分だけに不純物を導入するために、その他のソース
領域21およびドレイン領域22などの一部をレジス
ト、ゲート電極およびゲート側壁を用いて第二の導伝型
の不純物を注入することもできる。
度層49を形成するために不純物導入に空洞46を用い
ている。この空洞46は、第1の側壁40および第2の
側壁41を連続して形成し、第1の側壁をエッチングに
より除去して形成される。そのため、この第1の側壁4
0の厚さを制御することにより、中濃度層48および中
濃度層49の幅が制御される。
いては、ソース領域43とゲート電極14の端部との間
にも中濃度層49が介挿されている。これは、MOSF
ETの短チャンネル効果(ゲート長の微細化とともにト
ランジスタの閾値電圧が下がる効果であり、閾値電圧の
制御性を不安定とする)を制御するには、ソース領域4
3およびドレイン領域44の拡散層深さを浅くする必要
がある。
極14に隣接するソース領域の一部分を中濃度層49と
して形成した。このため、第2の実施形態による高耐圧
MOSFETは、高耐圧化したドレイン形成領域D側の
構造に加え、短チャンネル効果の抑制がよりはかれる構
造となる。
れば、低濃度層を有するため、ドレイン耐圧が高く保た
れ、かつ中濃度層を有し、中濃度層における空乏化量が
少ないためにゲート電極とドレインオフセット領域との
境界までドレイン電圧がかかるので、チャネルに十分な
電流が流れ、低ドレイン電圧におけるドレイン電流量を
通常のMOSFETと同等の値まで増加させる効果があ
る。
Tの構造を示す断面図である。
Tの製造工程を説明する図である。
Tの他の製造工程を説明する図である。
イン領域までのドレインオフセット領域にかかる電位と
距離との関係を示した図である。
特性を示した図である。
FETの構造を示す断面図である。
FETの製造工程を説明する図である。
す断面図である。
を示す断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 基板上面にゲート電極を形成するゲート
電極形成工程と、 前記ゲート電極をマスクにして、第1の導伝型不純物を
前記基板上部に導入する第1の導入工程と、 前記基板平面方向において前記ゲート電極上面からドレ
イン領域形成部を含めた位置までの領域に第1のレジス
トを形成する第1のレジスト形成工程と、 この第1のレジストをマスクとして前記第1の導伝型不
純物を導入する第2の導入工程と、 前記ゲート電極側面に第1の絶縁膜を形成する第1の絶
縁膜形成工程と、 この第1の絶縁膜の側面に第2の絶縁膜を形成する第2
の絶縁膜形成工程と、 前記基板平面方向において前記ゲート電極上面からドレ
イン領域形成の位置までの間に第2のレジストを形成す
る第2のレジスト形成工程と、 この第2のレジストをマスクとして前記第1の導伝型不
純物を導入する第3の導入工程と、 前記第1の絶縁膜をエッチングにより除去する除去工程
と、 前記基板平面方向においてドレイン領域形成側の前記第
2の絶縁膜上面からドレイン領域形成の位置までの間に
第3のレジストを形成する第3のレジスト形成工程と、 この第3のレジストをマスクとして前記第1の導伝型不
純物を導入する第4の導入工程とを有することを特徴と
するMOSFETの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35562897A JP3298483B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 高耐圧mosfetの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35562897A JP3298483B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 高耐圧mosfetの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11186543A JPH11186543A (ja) | 1999-07-09 |
JP3298483B2 true JP3298483B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=18444956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35562897A Expired - Fee Related JP3298483B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 高耐圧mosfetの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3298483B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
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JP5200399B2 (ja) | 2007-03-26 | 2013-06-05 | 富士通セミコンダクター株式会社 | Mosトランジスタの製造方法 |
JP5172223B2 (ja) | 2007-06-19 | 2013-03-27 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
KR101773641B1 (ko) | 2010-01-22 | 2017-09-12 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
-
1997
- 1997-12-24 JP JP35562897A patent/JP3298483B2/ja not_active Expired - Fee Related
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