JP4800566B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、二重拡散型MOSFET及びその製造方法に関する。
100V程度の電圧で用いられるMOSトランジスタとして二重拡散型MOSFET(Double Diffused MOSFET:以下、DMOSFETと略す。)が知られている。このDMOSFETは、図24に示すように、P型半導体基板1上にN型埋込層2が全面に形成され、このN型埋込層2上にエピタキシャル層を成長させることによりドレイン領域7が形成されている。そして、ドレイン領域7にはN型不純物を拡散したドレイン引き出し領域9及びドレインコンタクト層12と、P型不純物を拡散したP型ボディ領域10とが形成され、P型ボディ領域10内の表層部にはN型ソース領域13が形成され、更にN型ソース領域13の内側にはP型領域14が形成されている。また、N型ソース領域13とドレイン引き出し領域9との間にはドリフト領域が形成され、ドリフト領域を覆うようにゲート絶縁膜を介してゲート電極11が形成されている。
このDMOSFETは通常の拡散工程で形成することができ、すべての端子がチップ上面から取り出せることからIC化に好適であり、様々なMOSFETと組み合わせて用いられている。例えば、特開平6−37266号公報には、ロジック用CMOSFETと高耐圧DMOSFETとを混在させて形成した集積回路の構造及びその製造方法が開示されている。
特開平6−37266号公報(第2−3頁、第6図)
上記構造のDMOSFETにおいて、ドレイン抵抗を低くするためにはN型埋込層2の濃度を高くすればよいが、N型埋込層2の濃度が高くなるとソース・ドレイン間でパンチスルーしやすくなり、ドレイン耐圧を維持することができなくなってしまう。このため、ドレイン耐圧を80V程度に維持しようとするとドレイン抵抗を十分に低減することができず、良好な特性のトランジスタが得られなくなってしまうという問題がある。
また、DMOSFETを20〜40V程度の低耐圧用として使用する場合はN型埋込層2の濃度を多少高くすることができるため、ドレイン抵抗をある程度低減することができるが、その場合でも、N型埋込層2上にエピタキシャル層を成長する際にN型埋込層2からN型不純物が抜け出し(Out diffusion)、エピタキシャル層にドーピングされてしまう(Auto Doping)という問題も生じる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、ドレイン耐圧を維持し、かつ、ドレイン抵抗を低減することができるDMOSFET及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のDMOSFETは、第一の導電型の半導体基板と、前記第一の導電型の半導体基板上に形成されたエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層に形成された第二の導電型の埋込層と、前記エピタキシャル層に形成され、前記第二の導電型の埋込層上に位置するドレイン領域と、前記エピタキシャル層に形成され、前記ドレイン領域上に互いに離間して配置された第一の導電型のボディ領域及び第二の導電型のドレイン引き出し領域と、記第一の導電型のボディ領域内に形成された第二の導電型のソース領域と、記第二の導電型のソース領域と前記第二の導電型のドレイン引き出し領域との間の領域上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記エピタキシャル層に形成され、前記第一の導電型のボディ領域と前記第二の導電型のドレイン引き出し領域との間に位置するドリフト領域と、を少なくとも有する二重拡散型MOSFETにおいて、前記第二の導電型の埋込層は、その第二の導電型の不純物濃度が、前記ドリフト領域下層よりも前記第一の導電型のボディ領域下層の方が低くなるように形成されているものである。
本発明においては、前記第二の導電型の埋込層が、第二の導電型の高濃度埋込層と、前記第二の導電型の高濃度埋込層から不純物が拡散して形成される、前記第二の導電型の高濃度埋込層よりも不純物濃度が低い拡散領域とからなり、前記第一の導電型のボディ領域下層の少なくとも一部には前記拡散領域のみが存在する構成とすることができる。
また、本発明においては、前記第二の導電型の高濃度埋込層が、前記第一の導電型のボディ領域下層において、前記拡散領域によって接続されている構成、又は、前記拡散領域が、前記第一の導電型のボディ領域下層において、前記拡散領域よりもさらに不純物濃度の低い領域によって分離されている構成とすることができる。
また、本発明の二重拡散MOSFETの製造方法は、第一の導電型の半導体基板表層に第二の導電型の高濃度埋込層を形成する工程と、前記第二の導電型の高濃度埋込層上にエピタキシャル層からなるドレイン領域を形成する工程と、前記ドレイン領域内に、第一の導電型の不純物を注入して第一の導電型のボディ領域を形成する工程と、前記ドレイン領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のドレイン引き出し領域を形成する工程と、前記第一の導電型のボディ領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のソース領域を形成する工程と、前記第二の導電型のソース領域と前記第二の導電型のドレイン引き出し領域との間の領域上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、を少なくとも有する二重拡散型MOSFETの製造方法において、前記第二の導電型の高濃度埋込層を、前記第一の導電型のボディ領域下層の少なくとも一部を除いて形成するものである。
また、本発明の二重拡散MOSFETの製造方法は、第一の導電型の半導体基板表層に第二の導電型の高濃度埋込層を形成する工程と、前記第二の導電型の高濃度埋込層上に第一の導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、前記第一の導電型のエピタキシャル層に第二の導電型の不純物を注入する工程と、熱処理によって、前記第一の導電型のエピタキシャル層に前記第二の導電型の不純物を拡散させてドレイン領域を形成すると共に、前記第二の導電型の高濃度埋込層から第二の導電型の不純物を拡散させて、前記第二の導電型の高濃度埋込層よりも不純物濃度が低い拡散領域を前記第二の導電型の高濃度埋込層周囲に形成する工程と、前記ドレイン領域内に、第一の導電型の不純物を注入して第一の導電型のボディ領域を形成する工程と、前記ドレイン領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のドレイン引き出し領域を形成する工程と、前記第一の導電型のボディ領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のソース領域を形成する工程と、前記第二の導電型のソース領域と前記第二の導電型のドレイン引き出し領域との間の領域上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、を少なくとも有する二重拡散型MOSFETの製造方法において、前記第二の導電型の高濃度埋込層を、前記第一の導電型のボディ領域下層の少なくとも一部を除いて形成するものである。
本発明においては、前記熱処理を、前記第二の導電型の高濃度埋込層が形成されない領域が前記拡散領域で埋設される温度及び時間で行う構成とすることができる。
このように、本発明は、エピタキシャル成長前に形成する第二の導電型の埋込層をDMOSFETの全面に形成するのではなく、第一の導電型のボディ領域下層の少なくとも一部には形成しないようにし、その後の熱処理によって第二の導電型の不純物が拡散された状態において、第一の導電型のボディ領域下層の第二の導電型の不純物の濃度をドリフト領域下層よりも低くすることにより、ソース・ドレイン間のパンチスルーを抑制してドレイン耐圧を高い状態で維持し、かつ、ドリフト領域下層の第二の導電型の不純物の濃度を高くすることによりドレイン抵抗を低減することができる。
本発明のDMOSFET及びその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。
本発明の第1の効果は、ドレイン耐圧の低下を抑制することができるということである。
その理由は、エピタキシャル成長前に形成するN型高濃度埋込層を、P型ボディ領域下層の少なくとも一部を除く領域に形成するため、その後の熱処理によってN型不純物が拡散した状態において、P型ボディ領域下層のN型不純物濃度をドリフト領域下層よりも低くすることができ、その結果、ソース領域とN型埋込層との間の電位勾配を緩やかにしてソース・ドレイン間のパンチスルーを起こりにくくし、ブレークダウンを抑制することができるからである。
また、本発明の第2の効果は、ドレイン抵抗を低減することができるということである。
その理由は、N型高濃度埋込層をP型ボディ領域下層に形成しないため、ドリフト領域下層のN型埋込層の不純物濃度を高くすることができるからである。
従来技術で示したように、100V以下の比較的低い電圧領域でDMOSFETが一般的に用いられている。このDMOSFETにはN型埋込層が形成されており、ドレイン抵抗を低減するためにはN型埋込層の不純物濃度を高くする必要がある。しかしながら、N型埋込層の不純物濃度を高くするとソース・ドレイン間のパンチスルーが起こりやすくなり、ドレイン耐圧が低下してしまう。すなわち、従来の構造では、ドレイン抵抗の低減とドレイン耐圧の維持とはトレードオフの関係にあり、その両方の要求を満足することはできなかった。
ここで、N型埋込層は基板とP型ボディ領域とを分離するために設けるものであるが、N型不純物が埋め込まれていればその濃度は必ずしも均一である必要はない。そこで、本発明では、エピタキシャル成長前にN型高濃度埋込層を形成する際に、P型ボディ領域下層の少なくとも一部にN型高濃度埋込層を形成しない領域を設け、その後の熱処理によって不純物が拡散された状態で、P型ボディ領域下層の不純物濃度がドリフト領域下層よりも低くなるようにする。このような構造にすることによって、ソース・ドレイン間のパンチスルーを抑制してドレイン耐圧の低下を抑制すると同時に、ドリフト領域下層のN型埋込層の濃度を高くすることによってドレイン抵抗の低減を実現している。
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第1の実施例に係るDMOSFET及びその製造方法ついて、図1乃至図15を参照して説明する。図1は、本発明のDMOSFETの構造を示す図であり、図2及び図3は、本実施例のDMOSFETのN型埋込層の形状を示す図である。また、図4乃至図12は、本実施例のDMOSFETの製造方法を示す工程断面図であり、図13乃至図15は、本実施例のDMOSFETの効果を説明するための図である。
図1に示すように、本実施例のDMOSFETは、P型半導体基板1上に基板面方向で不純物濃度が異なるN型埋込層2が形成され、N型埋込層2上にはエピタキシャル層からなるドレイン領域7が形成されている。また、ドレイン領域7内には、P型不純物を注入して形成されたP型ボディ領域10と、フィールド酸化膜8で隔離された領域にN型不純物を注入して形成されたドレイン引き出し領域9及びドレインコンタクト層12とが設けられている。このP型ボディ領域10内の表層部にはN型ソース領域13が形成され、N型ソース領域13の内側にはP領域14が形成されている。また、P型ボディ領域10とドレイン引き出し領域9との間にはドリフト領域が形成され、N型ソース領域13とドレイン引き出し領域9との間の領域の少なくとも一部を覆うようにゲート絶縁膜を介してゲート電極11が形成されている。
このN型埋込層2は、エピタキシャル層成長前にP型ボディ領域10下層の少なくとも一部を除く領域に形成されたN型高濃度埋込層2aと、その後の熱処理(例えば、P型エピタキシャル層にN型不純物を拡散させる工程やフィールド酸化膜を形成する工程など)によってN型不純物が拡散した、N型高濃度埋込層2aよりも不純物濃度の低い拡散領域2bとからなり、P型ボディ領域10下層には不純物濃度が低い拡散領域2bのみが配設されている。なお、本実施例では、エピタキシャル成長前に形成した不純物濃度の高い領域(該領域と同等の不純物濃度の領域を含む。)をN型高濃度埋込層2a、熱処理によって拡散した領域を埋込層拡散領域2bとし、これらを合わせた領域をN型埋込層2と呼ぶが、この分類は便宜上のものであり、両者は図に示すように明確に区別されるものではない。
このN型埋込層2のN型不純物の濃度分布についてシミュレーションした結果を図2及び図3に示す。図2はN型埋込層2の形状を示す図であり、図3は、図2のx=12μm位置における深さ方向の不純物濃度分布とy=0位置における基板面方向の不純物濃度分布を示している。また、図2及び図3中の(a)はN型埋込層2を形成しない構造(第1従来構造)、(b)はN型埋込層2をDMOSFET全面に形成した構造(第2従来構造)、(c)はP型ボディ領域10下層の少なくとも一部にN型高濃度埋込層を形成しない、すなわち、N型埋込層2の不純物濃度を変化させた本実施例の構造を示す断面図である。
図2に示すように、(b)の第2従来構造では、DMOS全面にN型高濃度埋込層を形成しているため全面にわたって濃度の高い領域(1e18(1×1018をこのように記載する。以下に同様の記載を使う。)cm−3程度の領域、但し図1のN型高濃度埋込層2aと同一ではない。)が存在するのに対して、(c)の本実施例の構造では、P型ボディ領域10直下には濃度の高い領域は存在せず、熱処理によって拡散した濃度の低い領域(1e16cm−3程度の領域、但し図1の拡散領域2bと同一ではない。)のみが存在している。また、図3上図に示すように、(b)の第2従来構造及び(c)の本実施例の基板深さ方向の不純物濃度分布は同等であるが、図3下図に示すように、本実施例の構造では、基板面方向の不純物濃度分布がP型ボディ領域10側(図の左側)に向かって徐々に小さくなっていることが分かる。なお、図1乃至図3の構造は例示であり、P型ボディ領域10下層におけるN型埋込層2の濃度(平均濃度)がドリフト領域下層の濃度(平均濃度)よりも低くなるような構造であればよく、N型高濃度埋込層2aを形成する位置、拡散領域2bの広がり具合は図の構造に限定されるものではない。
上記構造のDMOSFETは以下の方法で製造される。まず、図4に示すように、P型半導体基板1上にN型高濃度埋込層2aを形成する。その際、本実施例では、N型埋込層2の不純物濃度がドリフト領域7下層よりもP型ボディ領域10下層で低くなるようにするために、P型ボディ領域10の少なくとも一部を覆うようにシリコン酸化膜などからなるマスク3を形成する。その後、イオン注入法を用いて、例えば、AsなどのN型不純物を注入エネルギー50〜100keV、ドーズ量5e14〜5e15cm−2の条件で注入する。なお、マスク3を形成する領域はその後の工程での拡散領域2bの広がりを考慮して設定すればよいが、ここでは、マスク3とP型ボディ領域10の寸法を略等しく設定している。
次に、図5に示すように、CVD法を用いて、1100〜1150℃程度の温度で厚さ6〜10μm程度のP型エピタキシャル層4を形成する。ここで、P型エピタキシャル層4の成長の際にN型高濃度埋込層2aからN型不純物が抜け出し(Out diffusion)、P型エピタキシャル層4にドーピングされてしまう(Auto Doping)という問題が生じるが、本実施例のDMOSFETではN型高濃度埋込層2aを形成する領域が従来構造に比べて少ないため、上記Out diffusionやAuto Dopingを低減する効果が得られる。
次に、図6に示すように、イオン注入法を用いて、例えば、PなどのN型不純物を注入エネルギー50〜100keV、ドーズ量5e11〜5e12cm−2の条件で注入して、P型エピタキシャル層4の上にN型不純物注入層5を形成する。
その後、図7に示すように、P型半導体基板1を1100〜1200℃程度の温度で3〜11時間程度アニールしてPをP型エピタキシャル層4に押し込んでドレイン領域7を形成する。その際、図の左右のN型高濃度埋込層2aのAsがアニールによって拡散し、N型高濃度埋込層2aよりも不純物濃度の低い領域(拡散領域2b)が形成される。この拡散領域2bの広がり具合はアニールの温度によって変化するが、P型半導体基板1とドレイン領域7とを確実に分離するために、両側のN型高濃度埋込層2aが拡散領域2bによって連結されるようにアニールの条件を設定することが好ましい。なお、上記アニール工程以外の熱処理工程(例えば、エピタキシャル層成長工程や後のフィールド酸化膜形成工程など)でもN型高濃度埋込層2aからN型不純物が拡散して拡散領域2bが形成されるが、拡散の程度が小さいために説明及び図の記載は省略している。また、図7のN型高濃度埋込層2aは厳密には図4のN型高濃度埋込層2aとは異なるが、同等の不純物濃度を有する領域であることから、両者を同一視している。
次に、図8に示すように、LOCOS法などを用いて、例えば、1000〜1200℃程度の温度条件で熱酸化を行い、0.3〜0.5μm程度の厚さのフィールド酸化膜8を形成する。
次に、図9に示すように、P型ボディ領域10のみが露出されるようにマスク(図示せず)を形成し、イオン注入法を用いて、例えば、BなどのP型不純物を、注入エネルギー200〜300keV、ドーズ量2〜3e12cm−2の条件で注入した後、引き続き、注入エネルギー100〜150keV、ドーズ量2〜3e12cm−2の条件で注入し、更に、注入エネルギー20〜50keV、ドーズ量2〜3e12cm−2の条件で注入して、P型ボディ領域10を形成する。このようにP型ボディ領域10を形成するためのイオン注入を複数回に分けて行うのは、P型ボディ領域10の不純物濃度を正確に制御するためである。次に、ドレイン引き出し領域のみが露出されるマスク(図示せず)を形成し、イオン注入法を用いて、例えば、PなどのN型不純物を注入エネルギー200〜300keV、ドーズ量2〜3e12cm−2の条件で注入し、ドレイン引き出し領域9を形成する。
次に、図10に示すように、基板全面にシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜を形成した後、基板全面にポリシリコンを150〜300nm程度堆積し、選択的にエッチングすることにより、ドリフト領域の少なくとも一部(ここでは、P型ボディ領域10の外延部からフィールド酸化膜8にかかる領域)を覆うようにゲート電極11を形成する。
次に、図11に示すように、ゲート電極11にサイドウォールを形成した後、イオン注入法を用いて、例えば、AsなどのN型不純物を注入エネルギー30〜70keV、ドーズ量1〜5e15cm−2の条件で注入して、P型ボディ領域10内にN型ソース領域13を形成すると共に、ドレイン引き出し領域9にコンタクトのためのドレインコンタクト層12を形成する。次に、例えば、BFなどのP型不純物を注入エネルギー30〜70keV、ドーズ量1〜5e15cm−2で注入して、N型ソース領域13の内側にP領域14を形成する。
その後、図12に示すように、層間絶縁膜15を堆積し、公知の手法を用いてN型ソース領域13、ドレインコンタクト層12、ゲート電極11上に層間絶縁膜15を貫通するビアホールを形成し、ビアホール内部を金属で埋設してビア16を形成し、更にビア16に接続される配線を形成して本実施例のDMOSFETの基本構造が形成される。この状態で不純物濃度が1e18cm−3以上のN型高濃度埋込層2aの深さ方向の厚みは4〜7μm程度になる。
このようにして製造されたDMOSFETの効果を確認するために、図13に示すように、N型埋込層なしの第1従来構造(a)と、全面にN型埋込層2を形成した第2従来構造(b)と、P型ボディ領域10下層のN型埋込層2の不純物濃度を低くした本実施例の構造(c)の各々について、ゲート電位、ソース電位、基板電位を0Vとし、ドレイン電圧を徐々に上げてブレークダウンが発生した時の電位分布をシミュレーションにより計算した。(図中の数字は、等電位線の電位[V]を示している。)図13より、第1従来構造(a)の場合、ドレイン電位を100V程度まで上げると基板表層部でアバランシェ降伏が起こりブレークダウンが生じる。これに対して、第2従来構造(b)では、全面にN型埋込層2が形成されているため基板の深さ方向の電位勾配が急峻になり、その結果、ソース/ドレイン間でパンチスルーが起こりやすくなり、ドレイン電圧が40V程度でパンチスルーが生じている。一方、P型ボディ領域10下層のN型埋込層2の不純物濃度を低くした本実施例の構造(c)では、P型ボディ領域10下層のN型埋込層2の不純物濃度が低くなっているために、P型ボディ領域10における基板の深さ方向の電位勾配が緩やかになり、その結果、ソース・ドレイン間でパンチスルーが起こりにくくなり、ドレイン耐圧が70V程度で維持されていることが分かる。
次に、図14に示すように、ゲート電位、ソース電位、ボディ電位をドレイン電位(42V)と等しくしたときの空乏層の様子をシミュレーションにより計算した。図14より、第1従来構造(a)の場合、基板の表層部近傍に空乏層が形成されるためにドレイン領域が狭くなり、オン電流を大きくすることができないが、N型埋込層2を形成する第2従来構造(b)及び本実施例の構造(c)では、空乏層が基板の深部に形成されるため、ドレイン領域が広くなり、オン電流を大きくすることができる。
次に、図15に示すように、上記3種類の構造についてゲート幅を1μmとしたときのI−V特性をシミュレーションにより計算した。図15より、第1従来構造(a)の場合、ゲートに5Vを印加したとき(上図)のI−Vカーブの勾配は緩く、オン電流が小さいのに対して、第2従来構造(b)及び本実施例の構造(c)では、N型埋込層2を設けることによってドレイン抵抗を小さくすることができ、オン電流が増加していることが分かる。また、第1従来構造(a)の場合、ゲートを0Vにしたとき(下図)の耐圧は100V程度であるが、第2従来構造(b)ではソース/ドレイン間のパンチスルーが起こりやすいために耐圧は約40V程度まで低下している。これに対して、本実施例の構造(c)では、N型埋込層2を設けることによって第1従来構造(a)より耐圧は低下しているものの、N型埋込層2の不純物濃度をP型ボディ領域10下層で低くすることによって耐圧の低下を抑制し、70V程度のドレイン耐圧が維持されていることが分かる。
以上のシミュレーション結果から、N型埋込層2を形成しない第1従来構造では、図14より空乏層が基板表層部近傍に形成されるため、オン電流を大きくすることができない。一方、全面にN型埋込層2を形成する第2従来構造では、深さ方向の電位勾配が急峻になるためにパンチスルーが起こりやすくなり、その結果、ドレイン耐圧を大きくすることができない。これに対して、本実施例の構造では、N型埋込層2によってドレイン抵抗を小さくしながら、P型ボディ領域10下層の不純物濃度を低くすることによってドレイン耐圧の低下を抑制することができ、従来、トレードオフの関係であったドレイン抵抗の低減とドレイン耐圧の維持とを両立させることができた。
次に、本発明の第2の実施例に係るDMOSFET及びその製造方法ついて、図16乃至図23を参照して説明する。図16乃至図22は、第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図であり、図23は、第2の実施例に係るDMOSFETの構造を示す断面図である。前記した第1の実施例では、P型エピタキシャル層4を成長した後、N型不純物を押し込んでドレイン領域7を形成する構造としたが、N型高濃度埋込層2a上に直接N型エピタキシャル層を形成することも可能である。その場合の製造方法について図16乃至図22を参照して説明する。
まず、図16に示すように、P型半導体基板1上に、少なくともP型ボディ領域10の一部を覆うようにシリコン酸化膜などからなるマスク3を形成し、イオン注入法を用いて、例えば、AsなどのN型不純物を注入してN型高濃度埋込層2aを形成する。ここで、本実施例の製造方法の場合、N型高濃度埋込層2a上にN型エピタキシャル層を直接形成するため、第1の実施例で示したPの押し込みは必要なく、アニールを行わない場合にはN型不純物は第1の実施例のように広がらない。そのため、本実施例ではマスク3を小さくしてN型高濃度埋込層2aを形成しない領域の幅を狭くし、その後の工程でN型高濃度埋込層2aが拡散領域2bによって連結されるようにしている。
次に、図17に示すように、CVD法を用いて、1100〜1150℃程度の温度で厚さ6〜10μm程度のN型エピタキシャル層6(ドレイン領域7)を形成する。なお、本実施例の場合も、N型高濃度埋込層2aを形成する領域が従来構造に比べて少ないため、Out diffusionやAuto Dopingを低減する効果が得られる。
次に、必要に応じてN型高濃度埋込層2aのN型不純物を拡散させるためのアニールを行った後、図18に示すように、LOCOS法などを用いて、例えば、1000〜1200℃程度の温度条件で熱酸化を行い、0.3〜0.5μm程度の厚さのフィールド酸化膜8を形成する。
その後、第1の実施例と同様に、BなどのP型不純物をイオン注入してP型ボディ領域10を形成し、PなどのN型不純物を注入してドレイン引き出し領域9を形成した後(図19参照)、ゲート絶縁膜を介してゲート電極11を形成する(図20参照)。そして、ゲート電極11にサイドウォールを形成した後、AsなどのN型不純物をイオン注入してP型ボディ領域10内にN型ソース領域13を形成すると共にドレイン引き出し領域9内にドレインコンタクト層12を形成し、BFなどのP型不純物をイオン注入してN型ソース領域13の内側にP領域14を形成する(図21参照)。その後、層間絶縁膜15を堆積し公知の手法を用いてN型ソース領域13、ドレインコンタクト層12、ゲート電極11上に層間絶縁膜15を貫通するビアホールを形成し、ビアホール内部を金属で埋設してビア16を形成した後、配線を形成し、本実施例のDMOSFETの基本構造が出来上がる。
このような方法で製造されたDMOSFETでも、N型埋込層2を形成しない第1従来構造に比べてドレイン抵抗の低減を図ることができ、また、全面にN型埋込層2を形成する第2従来構造に比べてドレイン耐圧の低下を抑制することができる。更に、本実施例の製造方法では、P型エピタキシャル層4に対するイオン注入やイオンの押し込み工程が必要ないため製造工程を簡略化することができる。
なお、上記各実施例では、N型高濃度埋込層2aを形成した後、熱処理によってN型不純物を拡散させて拡散領域2bを形成し、N型高濃度埋込層2aが拡散領域2bによって接続されるように形成したが、P型ボディ領域10を0V(基板電位)とする使い方の場合は、必ずしもP型ボディ領域10とP型半導体基板1とがN型埋込層2によって分離されている必要はなく、N型埋込層2がP型ボディ領域10下層で分断された構造であってもよい(図23参照)。また、上記各実施例では、N型埋込層2を、予め形成したN型高濃度埋込層2aと不純物を拡散させて形成した拡散領域2bとで構成したが、N型高濃度埋込層2aの間にN型高濃度埋込層2aよりも不純物濃度が低いN型埋込層を形成してもよい。その場合は、図4又は図16でN型高濃度埋込層2aを形成した後、マスク3を除去して(又はマスク3に代えてN型高濃度埋込層2aを覆うマスクを形成して)N型不純物を低濃度に注入すればよい。
また、上記各実施例では、DMOSFET単体の構造及びその製造方法について述べたが、本発明は上記実施例の構造及び製造方法に限定されるものではなく、本発明のDMOSFETと他の半導体装置とが混在する構造やそれらを同時に製造する場合についても同様に適用することができる。
本発明のDMOSFETの構造を示す断面図及び上面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETにおけるN型埋込層の形状を示す図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETにおけるN型埋込層の深さ方向及び基板面方向の濃度分布を示す図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明のDMOSの効果(ドレイン耐圧)を示す図である。 本発明のDMOSの効果(空乏層の様子)を示す図である。 本発明のDMOSの効果(I−V特性)を示す図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第2の実施例に係るDMOSFETの構造を示す断面図である。 従来のDMOSFETの構造を示す断面図である。
符号の説明
1 P型半導体基板
2 N型埋込層
2a N型高濃度埋込層
2b 埋込層拡散領域
3 マスク
4 P型エピタキシャル層
5 N型不純物注入層
6 N型エピタキシャル層
7 ドレイン領域
8 フィールド酸化膜
9 ドレイン引き出し領域
10 P型ボディ領域
11 ゲート電極
12 ドレインコンタクト層
13 N型ソース領域
14 P領域
15 層間絶縁膜
16 ビア

Claims (7)

  1. 第一の導電型の半導体基板と、
    前記第一の導電型の半導体基板上に形成されたエピタキシャル層と、
    前記エピタキシャル層に形成された第二の導電型の埋込層と、
    前記エピタキシャル層に形成され、前記第二の導電型の埋込層上に位置する第二の導電型のドレイン領域と、
    前記エピタキシャル層に形成され、前記ドレイン領域上に互いに離間して配置された第一の導電型のボディ領域及び第二の導電型のドレイン引き出し領域と、
    前記第一の導電型のボディ領域内に形成された第二の導電型のソース領域と、
    前記第二の導電型のソース領域と前記第二の導電型のドレイン引き出し領域との間の領域上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と
    を少なくとも有する二重拡散型MOSFETにおいて、
    前記第二の導電型の埋込層は、その第二の導電型の不純物濃度が、前記エピタキシャル層内における前記第一の導電型のボディ領域と前記第二の導電型のドレイン引出領域との間に位置する領域の下層よりも前記第一の導電型のボディ領域下層の方が低くなるように形成されていることを特徴とする二重拡散型MOSFET。
  2. 前記第二の導電型の埋込層が、第二の導電型の高濃度埋込層と、前記第二の導電型の高濃度埋込層から不純物が拡散して形成される、前記第二の導電型の高濃度埋込層よりも不純物濃度が低い拡散領域とからなり、前記第一の導電型のボディ領域下層の少なくとも一部には前記拡散領域のみが存在することを特徴とする請求項1記載の二重拡散型MOSFET。
  3. 前記第二の導電型の高濃度埋込層が、前記第一の導電型のボディ領域下層において、前記拡散領域によって接続されていることを特徴とする請求項2記載の二重拡散型MOSFET。
  4. 前記拡散領域が、前記第一の導電型のボディ領域下層において一部を除いて形成されていることを特徴とする請求項2記載の二重拡散型MOSFET。
  5. 第一の導電型の半導体基板表層に第二の導電型の高濃度埋込層を形成する工程と、
    前記第二の導電型の高濃度埋込層上にエピタキシャル層からなるドレイン領域を形成する工程と、
    前記ドレイン領域内に、第一の導電型の不純物を注入して第一の導電型のボディ領域を形成する工程と、
    前記ドレイン領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のドレイン引き出し領域を形成する工程と、
    前記第一の導電型のボディ領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のソース領域を形成する工程と、
    前記第二の導電型のソース領域と前記第二の導電型のドレイン引き出し領域との間の領域上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、を少なくとも有する二重拡散型MOSFETの製造方法において、
    前記第二の導電型の高濃度埋込層を、前記第一の導電型のボディ領域下層の少なくとも一部を除いて形成することを特徴とする二重拡散型MOSFETの製造方法。
  6. 第一の導電型の半導体基板表層に第二の導電型の高濃度埋込層を形成する工程と、
    前記第二の導電型の高濃度埋込層上に第一の導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、
    前記第一の導電型のエピタキシャル層に第二の導電型の不純物を注入する工程と、
    熱処理によって、前記第一の導電型のエピタキシャル層に前記第二の導電型の不純物を拡散させてドレイン領域を形成すると共に、前記第二の導電型の高濃度埋込層から第二の導電型の不純物を拡散させて、前記第二の導電型の高濃度埋込層よりも不純物濃度が低い拡散領域を前記第二の導電型の高濃度埋込層周囲に形成する工程と、
    前記ドレイン領域内に、第一の導電型の不純物を注入して第一の導電型のボディ領域を形成する工程と、
    前記ドレイン領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のドレイン引き出し領域を形成する工程と、
    前記第一の導電型のボディ領域内に、第二の導電型の不純物を注入して第二の導電型のソース領域を形成する工程と、
    前記第二の導電型のソース領域と前記第二の導電型のドレイン引き出し領域との間の領域上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、を少なくとも有する二重拡散型MOSFETの製造方法において、
    前記第二の導電型の高濃度埋込層を、前記第一の導電型のボディ領域下層の少なくとも一部を除いて形成することを特徴とする二重拡散型MOSトランジスタの製造方法。
  7. 前記熱処理を、前記第二の導電型の高濃度埋込層が形成されない領域が前記拡散領域で埋設される温度及び時間で行うことを特徴とする請求項6記載の二重拡散型MOSFETの製造方法。
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