JP3307028B2 - 高耐圧トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

高耐圧トランジスタ及びその製造方法

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JP3307028B2 JP27902593A JP27902593A JP3307028B2 JP 3307028 B2 JP3307028 B2 JP 3307028B2 JP 27902593 A JP27902593 A JP 27902593A JP 27902593 A JP27902593 A JP 27902593A JP 3307028 B2 JP3307028 B2 JP 3307028B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、通常の電界効果ト
ランジスタよりも高いドレイン耐圧を有する高耐圧トラ
ンジスタ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSIの高電圧駆動用出力バッファ等に
は、高耐圧トランジスタが用いられている。図3は、こ
の様な高耐圧トランジスタの製造方法の一従来例を示し
ている。この一従来例では、図3(a)に示す様に、N
型のSi基板11の表面にSiO2 膜12を選択的に形
成して素子分離領域を区画し、素子活性領域の表面に犠
牲酸化膜としてのSiO2 膜13を形成する。
【0003】その後、高耐圧トランジスタを形成すべき
領域上に開口14aを有するレジスト14をパターニン
グし、このレジスト14をマスクにしてP型の不純物を
Si基板11にイオン注入して、Pウェル15を形成す
る。
【0004】次に、図3(b)に示す様に、SiO2
13を除去した後、ゲート酸化膜としてのSiO2 膜1
6を素子活性領域の表面に形成する。そして、多結晶S
i膜17でゲート電極を形成した後、形成すべき高耐圧
トランジスタのソース側の素子活性領域上に開口21a
を有するレジスト21をパターニングする。その後、レ
ジスト21、多結晶Si膜17及びSiO2 膜12をマ
スクにしてN型の不純物をSi基板11にイオン注入し
て、Pウェル15中にN- 拡散層22を形成する。
【0005】次に、図3(c)に示す様に、形成すべき
高耐圧トランジスタのドレイン側の素子活性領域上に開
口23aを有するレジスト23をパターニングし、この
レジスト23、多結晶Si膜17及びSiO2 膜12を
マスクにしてN型の不純物をSi基板11にイオン注入
して、Pウェル15中にN- 拡散層24を形成する。
【0006】次に、図3(d)に示す様に、SiO2
25で多結晶Si膜17の側壁を形成する。そして、形
成すべき高耐圧トランジスタのソース及びドレイン上に
開口26aを有するレジスト26をパターニングし、こ
のレジスト26、多結晶Si膜17及びSiO2 膜1
2、25をマスクにしてN型の不純物をSi基板11に
イオン注入して、ソース及びドレインとしてのN+ 拡散
層27をPウェル15中に形成する。
【0007】次に、図3(e)に示す様に、層間絶縁膜
31、コンタクト孔32及び配線33を形成して、ドレ
インとしてのN+ 拡散層27とチャネル領域との間のN
- 拡散層24において空乏層を伸ばすオフセット構造の
高耐圧トランジスタ34を完成させる。従って、この高
耐圧トランジスタ34では、N- 拡散層24及びPウェ
ル15の不純物濃度によってドレイン耐圧が決定されて
いた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、LSIの高
集積化、多機能化のために、上述の高耐圧トランジスタ
34と論理LSI等とを1チップ化つまり複合化するこ
とが考えられている。しかし、特に、最小設計基準が
0.35μmという微細な論理CMOS−LSIとの複
合化には、以下の様な問題がある。
【0009】まず、論理CMOS−LSIでは、短チャ
ネル効果の抑制等のために、一般に微細化に伴ってウェ
ルの不純物濃度を高くするのに対して、高耐圧トランジ
スタ34では、図4(a)に示す様に、ドレイン耐圧と
して例えば20V以上を確保するためには、Pウェル1
5の不純物濃度が4×1016cm-3以下である必要があ
る。このため、製造工程の短縮を考慮して、高耐圧トラ
ンジスタ34のPウェル15を論理CMOS−LSIの
ウェルと共通にすると、高耐圧トランジスタ34のドレ
イン耐圧を高く保つことができなくなる。
【0010】逆に、高耐圧トランジスタ34のドレイン
耐圧を高く保つために、高耐圧トランジスタ34のPウ
ェル15を論理CMOS−LSIのウェルと別個にする
と、これらのウェルの不純物濃度が互いに異なるので、
高耐圧トランジスタ34を通常耐圧トランジスタとは別
個に設計及び形成する必要がある。従って、従来の高耐
圧トランジスタ34では、通常耐圧トランジスタとの1
チップ化つまり複合化を容易には行うことができなかっ
た。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の高耐圧トラン
ジスタ46は、第1のウェル36中にMIS型電界効果
トランジスタ44が形成されており、前記第1のウェル
36よりも不純物濃度の低い第2のウェル41中に接合
型電界効果トランジスタ45が形成されており、前記M
IS型電界効果トランジスタ44のドレイン27と前記
接合型電界効果トランジスタ45のソース27とが電気
的に接続されていることを特徴としている。
【0012】請求項2の高耐圧トランジスタ46の製造
方法は、第1のウェル36中にMIS型電界効果トラン
ジスタ44を形成する工程と、前記第1のウェル36よ
りも不純物濃度の低い第2のウェル41中に接合型電界
効果トランジスタ45を形成する工程と、前記MIS型
電界効果トランジスタ44のドレイン27と前記接合型
電界効果トランジスタ45のソース27とを電気的に接
続する工程とを有することを特徴としている。
【0013】
【作用】本願の発明による高耐圧トランジスタ46及び
その製造方法では、第2のウェル41の不純物濃度が第
1のウェル36の不純物濃度よりも低いので、接合型電
界効果トランジスタ45のドレイン耐圧によって決定さ
れる高耐圧トランジスタ46のドレイン耐圧が高く、ま
た、第2のウェル41に印加する電圧によって、高耐圧
トランジスタ46のドレイン耐圧を更に自由に設定する
ことができる。
【0014】一方、接合型電界効果トランジスタ45に
おけるドレイン27のピンチオフ電圧を通常耐圧のMI
S型電界効果トランジスタにおけるソース・ドレイン耐
圧以下に設定することによって、高耐圧トランジスタ4
6を構成するMIS型電界効果トランジスタ44とし
て、通常耐圧のMIS型電界効果トランジスタを用いる
ことができる。このため、高耐圧のMIS型電界効果ト
ランジスタを通常耐圧のMIS型電界効果トランジスタ
とは別個に設計及び形成する必要がない。
【0015】
【実施例】以下、Nチャネル高耐圧トランジスタに適用
した本願の発明の一実施例を、図1、2を参照しながら
説明する。なお、図3に示した一従来例と対応する構成
部分には、同一の符号を付してある。
【0016】本実施例では、図1(a)に示す様に、N
型のSi基板11の表面に膜厚が400nmのSiO2
膜12をLOCOS法で選択的に形成して素子分離領域
を区画し、素子活性領域の表面に犠牲酸化膜としてのS
iO2 膜13を形成する。その後、高耐圧トランジスタ
の一部としてのMOS型電界効果トランジスタを形成す
べき素子活性領域上に開口35aを有するレジスト35
をパターニングし、このレジスト35をマスクにしてP
型の不純物をSi基板11にイオン注入して、不純物濃
度の最高値が8×1016cm-3であるPウェル36を形
成する。
【0017】次に、図1(b)に示す様に、高耐圧トラ
ンジスタの一部としての接合型電界効果トランジスタを
形成すべき素子活性領域上に開口37aを有するレジス
ト37をパターニングし、このレジスト37をマスクに
してP型の不純物をSi基板11にイオン注入して、不
純物濃度の最高値が4×1016cm-3であるPウェル4
1を形成する。
【0018】なお、Pウェル36の不純物濃度プロファ
イルは、論理CMOSトランジスタ等の通常耐圧トラン
ジスタ用のウェルの不純物濃度プロファイルと同じでよ
く、高耐圧トランジスタ用のウェルの不純物濃度プロフ
ァイルにする必要はない。一方、Pウェル41の不純物
濃度プロファイルは、形成すべき接合型電界効果トラン
ジスタのゲート接合耐圧からドレイン耐圧を設計するた
めに適した不純物濃度プロファイルにする。
【0019】次に、図1(c)に示す様に、SiO2
13を除去した後、ゲート酸化膜としてのSiO2 膜1
6を素子活性領域の表面に10nmの膜厚に形成する。
そして、膜厚が200nmの多結晶Si膜17でゲート
電極を形成した後、形成すべき高耐圧トランジスタの全
領域上に開口42aを有するレジスト42をパターニン
グする。その後、レジスト42、多結晶Si膜17及び
SiO2 膜12をマスクにしてN型の不純物をSi基板
11にイオン注入して、不純物濃度の最高値が1×10
17cm-3であるN- 拡散層22をPウェル36、41中
に形成する。
【0020】次に、図1(d)に示す様に、CVD法で
堆積させたSiO2 膜25をエッチバックして、幅が1
50nmのSiO2 膜25から成る側壁を多結晶Si膜
17に形成する。そして、形成すべき高耐圧トランジス
タを構成するMOS型電界効果トランジスタ及び接合型
電界効果トランジスタのソース及びドレイン上に開口4
3aを有するレジスト43をパターニングする。
【0021】その後、レジスト43、多結晶Si膜17
及びSiO2 膜12、25をマスクにしてN型の不純物
をSi基板11にイオン注入して、不純物濃度の最高値
が1×1021cm-3であるN+ 拡散層27をソース及び
ドレインとしてPウェル36、41中に形成する。
【0022】次に、図1(e)に示す様に、層間絶縁膜
31、コンタクト孔32及び配線33を形成して、図2
にも示す様にMOS型電界効果トランジスタ44と接合
型電界効果トランジスタ45とで構成されている高耐圧
トランジスタ46を完成させる。
【0023】本実施例の高耐圧トランジスタ46では、
接合型電界効果トランジスタ45のN+ 拡散層27と配
線33で接続されていないMOS型電界効果トランジス
タ44のN+ 拡散層27がソースになっており、MOS
型電界効果トランジスタ44のN+ 拡散層27と配線3
3で接続されていない接合型電界効果トランジスタ45
のN+ 拡散層27がドレインになっており、このドレイ
ンに例えば20Vの高電圧が印加される。
【0024】しかし、本実施例の高耐圧トランジスタ4
6におけるドレイン耐圧は、接合型電界効果トランジス
タ45のN- 拡散層22及びN+ 拡散層27の不純物濃
度プロファイルによらず、接合型電界効果トランジスタ
45のゲート電極になっているPウェル41の不純物濃
度プロファイルのみによって、自由に設定することがで
きる。また、Pウェル41に独立に電圧端子を設けれ
ば、Pウェル41の不純物濃度プロファイルにもよら
ず、上述の端子に任意の電圧を印加することによって、
ドレイン耐圧を自由に設定することが可能である。
【0025】また、接合型電界効果トランジスタ45の
ピンチオフ電圧を超えるドレイン電圧はこの接合型電界
効果トランジスタ45のチャネル領域のうちでドレイン
側の端部に局所的に印加されるので、MOS型電界効果
トランジスタ44には、接合型電界効果トランジスタ4
5のピンチオフ電圧を超える電圧が印加されることはな
い。
【0026】従って、接合型電界効果トランジスタ45
におけるドレインのピンチオフ電圧を、例えば1チップ
化する論理CMOSトランジスタにおけるソース・ドレ
イン耐圧以下に設定することによって、MOS型電界効
果トランジスタ44として、論理CMOSトランジスタ
をそのまま用いることができる。
【0027】例えば、20V以上のドレイン耐圧を満足
するためのPウェル41の不純物濃度は図4(a)から
4×1016cm-3であり、そのときのN- 拡散層22の
不純物濃度を1×1017cm-3とすると、ピンチオフ電
圧は図4(b)から10Vである。一方、電源電圧が5
VのCMOSトランジスタにおけるソース・ドレイン耐
圧は、10V以上である。従って、MOS型電界効果ト
ランジスタ44として、このCMOSトランジスタをそ
のまま用いることができる。
【0028】なお、以上の実施例は本願の発明をNチャ
ネル高耐圧トランジスタに適用したものであるが、本願
の発明はPチャネル高耐圧トランジスタにも適用するこ
とができる。
【0029】
【発明の効果】本願の発明による高耐圧トランジスタ及
びその製造方法では、ドレイン耐圧が高く、また、この
ドレイン耐圧を更に自由に設定することができ、高耐圧
のMIS型電界効果トランジスタを通常耐圧のMIS型
電界効果トランジスタとは別個に設計及び形成する必要
がないので、通常耐圧のMIS型電界効果トランジスタ
との1チップ化つまり複合化を容易に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の一実施例を工程順に示す側断面図
である。
【図2】一実施例の等価回路図である。
【図3】本願の発明の一従来例を工程順に示す側断面図
である。
【図4】(a)は不純物濃度とドレイン耐圧との関係を
示すグラフ、(b)は不純物濃度とピンチオフ電圧との
関係を示すグラフである。
【符号の説明】
27 N+ 拡散層 36 Pウェル 41 Pウェル 44 MOS型電界効果トランジスタ 45 接合型電界効果トランジスタ 46 高耐圧トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8234 H01L 21/06 H01L 21/8232

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のウェル中にMIS型電界効果トラ
    ンジスタが形成されており、前記第1のウェルよりも不純物濃度の低い 第2のウェル
    中に接合型電界効果トランジスタが形成されており、 前記MIS型電界効果トランジスタのドレインと前記接
    合型電界効果トランジスタのソースとが電気的に接続さ
    れていることを特徴とする高耐圧トランジスタ。
  2. 【請求項2】 第1のウェル中にMIS型電界効果トラ
    ンジスタを形成する工程と、前記第1のウェルよりも不純物濃度の低い 第2のウェル
    中に接合型電界効果トランジスタを形成する工程と、 前記MIS型電界効果トランジスタのドレインと前記接
    合型電界効果トランジスタのソースとを電気的に接続す
    る工程とを有することを特徴とする高耐圧トランジスタ
    の製造方法。
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