JP2000068500A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2000068500A
JP2000068500A JP23195298A JP23195298A JP2000068500A JP 2000068500 A JP2000068500 A JP 2000068500A JP 23195298 A JP23195298 A JP 23195298A JP 23195298 A JP23195298 A JP 23195298A JP 2000068500 A JP2000068500 A JP 2000068500A
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日出樹 森
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衛 篠原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ドリフト領域の抵抗が低減され、電流駆動能力
が改善された高耐圧・高速動作の半導体装置およびその
製造方法を提供する。 【解決手段】p型基板1とn型エピタキシャル層2と絶
縁膜10が積層され、n型エピタキシャル層2の表層に
形成されたpウェル3およびnウェル4と、pウェル3
の表層に形成されたn+ 型ソース領域6と、nウェル4
の表面領域にpウェル3と素子分離層(LOCOS)5
を介して形成されたn+ 型ドレイン領域8と、ソース領
域6、pウェル3およびnウェル4の上部に形成された
ゲート電極9を有する半導体装置において、ゲート電極
9はpウェル3とnウェル4との接合面から2μm以
上、nウェル4を被覆するように形成されている半導体
装置およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オフセットドレイ
ンを有する高耐圧半導体装置およびその製造方法に関
し、特に、ドレイン領域近傍のドリフト領域面における
キャリア蓄積層の形成が促進され、オン抵抗(ドリフト
領域の抵抗)の低減により電流駆動能力が改善された、
高い接合降伏電圧および高速性が両立した高耐圧MOS
トランジスタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの普及や
家庭用テレビジョンの大型化に伴い、ディスプレイ市場
が急速に拡大している。現在のディスプレイ市場におい
ては、高精細度、高輝度、広視野角、高コントラストを
有する陰極線管(CRT)が最も一般的となっている。
しかしながら、陰極線管を大型化すると占有面積および
重量の増大が問題となる。そこで、次世代ディスプレイ
として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等、
薄型化および軽量化が可能なフラットパネルディスプレ
イ(FPD)に対する期待が高まっている。
【0003】これらのフラットパネルディスプレイにお
いては、画素セルへの電界強度を制御する電界駆動基板
の製造工程において、プラズマを制御するための数百V
の高耐圧を有する電界駆動回路を半導体基板に形成する
必要がある。図21(a)および(b)に従来の高耐圧
MOSトランジスタの基本構造を表した断面図を示す。
図21に示すような高耐圧MOSトランジスタはLOD
(LOCOS offset drain)型LD(l
ateral double−diffused)MO
Sトランジスタと呼ばれている。
【0004】LOD型LDMOSトランジスタにおいて
は、高い接合降伏電圧(BVds;Breakdown
Voltage)を確保するため、n+ 型ドレイン領域
8は素子分離層(LOCOS)5によりpウェル3から
隔てられて形成されている。一方、n+ 型ソース領域6
とp+ 型pウェル電位取り出し領域7はソース電極13
によって短絡されているため、ソース/ドレイン間に逆
バイアスが印加されるとpウェル3とn型ドリフト領域
26の接合からn型ドリフト領域26へ空乏層が延び
る。このn型ドリフト領域26への空乏層の延びを利用
して電界集中を抑制(電界緩和)することにより、トラ
ンジスタの耐圧が確保されている。
【0005】さらに、図21に示すトランジスタにおい
てはRESURF(REducedSURface F
ield)技術、すなわち、p型基板1とn型エピタキ
シャル層2の接合における表面方向への空乏層の延びを
利用した電界緩和によっても高耐圧化が図られている。
RESURF構造は、pn接合分離と簡単に組み合わせ
ることが可能であり、また、ドリフト領域長さの調節に
より耐圧の制御が可能であることから、高耐圧トランジ
スタの構造として有利である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の高耐圧半導体装置において、BVdsは通常、トラ
ンジスタがオフ状態(ゲート電位VG =0V)の耐圧で
あり、実際にゲートに高電圧が印加された場合の耐圧は
それよりも低下することが知られている。ゲートに正の
高電圧が印加されるとゲート酸化膜10直下のpウェル
3表面にチャネルが形成される。これと同時に、素子分
離層5まで張り出した形状のゲートポリシリコン電極9
により、素子分離層5直下のn型ドリフト領域26表面
に電子が集中する。
【0007】n型ドリフト領域26に電子が蓄積された
状態においては、見かけ上pウェル3とn型ドリフト領
域26との接合濃度が上がるため、これによりトランジ
スタの耐圧が低下すると考えられている。したがって、
トランジスタを高耐圧化するには、n型ドリフト領域2
6における電子の蓄積を抑制する目的で、n型ドリフト
領域26の不純物濃度を極力下げる必要がある。しかし
ながら、n型ドリフト領域26の不純物濃度が下がる
と、それに伴ってシート抵抗は増加し、オン抵抗が増加
することになる。以上のように、トランジスタの高耐圧
化とオン抵抗の低減とは両立させることが困難となって
いる。
【0008】図21(b)に示すように、トランジスタ
をオン状態とした場合の抵抗を低減させるため、n型ド
リフト領域にn型不純物拡散層26’を形成することに
よりn型ドリフト領域を低抵抗化させた高耐圧MOSト
ランジスタもある。この場合、上記のようなゲートに高
電圧が印加された場合の耐圧低下は、より顕著になる。
【0009】また、LOD型LDMOSトランジスタに
は、耐圧低下を防止するためにn型ドリフト領域26の
不純物濃度を下げると、電流駆動能力が制限されるとい
う重大な問題がある。図21(a)および(b)に示す
半導体装置においては、通常、ソース電極13とドレイ
ン電極14との間に、ある一定の逆バイアス電圧(ソー
ス・ドレイン間電圧、あるいはドレイン電圧(VDS))
が印加されている。
【0010】ゲートポリシリコン電極9に正電圧が印加
されると、ゲート酸化膜10直下のpウェル3表面にチ
ャネルが形成され、電子がn+ 型ソース領域6からチャ
ネルを通ってn型ドリフト領域26へ流れ、n+ 型ドレ
イン領域8に到達する。これに伴い、ドレイン電極14
からソース電極13へドレイン電流(ID )が流れる。
したがって、ゲートポリシリコン電極9に印加する正電
圧(ゲート電圧(VG ))を大きくすることにより、ド
レイン電流(ID )を増加させることができる。
【0011】しかしながら、上記のようなLOD型LD
MOSトランジスタは、高耐圧化のためn型ドリフト領
域26が低不純物濃度となっており、n型ドリフト領域
26の抵抗成分が大きい。特に、ゲート電圧(VG )が
大きいほど接合降伏電圧の降下が顕著になるため、ゲー
ト電圧(VG )を大きくしてもドレイン電流(ID )が
増加しなくなる。すなわち、電流駆動能力が制限される
という現象が起こる。
【0012】上記のような電流駆動能力の問題につい
て、図22を参照して説明する。図22は、図21に示
すような従来構造のLOD型LDMOSトランジスタの
電圧電流特性(静特性)を表したグラフであり、ソース
・ドレイン間電圧(VDS)−ドレイン電流(ID )特性
を、ゲート電圧(VG )をパラメータにプロットしてあ
る。図22は、ゲート電極が素子分離層上を被覆する長
さが1.4μmの場合の例である。図22に示すよう
に、ゲート電圧(VG )が10V以上になると、ゲート
電圧(VG )を大きくしても、ドレイン電流(ID )の
変化量(増加量)が小さくなる。このように、図22の
例では、ゲート電圧(VG )が10Vを超えると電流駆
動能力の限界がみられる。
【0013】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、LOCOSオフセット
ドレインを有する高耐圧トランジスタにおいて、ドレイ
ン領域近傍のドリフト領域面におけるキャリア蓄積層の
形成を促進させることによりドリフト領域抵抗が低減さ
れ、電流駆動能力が改善された、高耐圧と高速性が両立
する高耐圧半導体装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の半導体装置は、第1導電型半導体基板と、該
第1導電型半導体基板上に形成された第2導電型半導体
層と、該第2導電型半導体層上に形成された絶縁膜と、
前記第2導電型半導体層の表面領域に形成された第1導
電型不純物拡散層と、該第1導電型不純物拡散層の表面
領域に形成された第2導電型ソース領域と、前記第2導
電型半導体層の表面領域に、前記第1導電型不純物拡散
層と所定の間隔をあけて形成された第2導電型ドレイン
領域と、前記第2導電型ソース領域と前記第2導電型ド
レイン領域との間の前記第2導電型半導体層の表面領域
に形成された、絶縁物からなる素子分離層と、前記第2
導電型ソース領域、前記第1導電型不純物拡散層および
前記第2導電型半導体層の上部に前記素子分離層を介し
て形成された、導電体からなるゲート電極とを少なくと
も有する半導体装置において、前記ゲート電極は、前記
第2導電型半導体層を、前記第1導電型不純物拡散層と
前記第2導電型半導体層との接合面から、少なくとも2
μm離れた領域まで被覆するように形成されていること
を特徴とする。
【0015】本発明の半導体装置は、好適には、前記ゲ
ート電極の前記ドレイン領域側の端部と、前記第2導電
型ドレイン領域との距離は、4μm以内であることを特
徴とする。また、本発明の半導体装置は、好適には、前
記第2導電型半導体層の表面領域に、前記第1導電型不
純物拡散層と接合面を介して形成された第2導電型不純
物拡散層を有し、前記第2導電型ドレイン領域は、前記
第2導電型不純物拡散層の表面領域に、前記第1導電型
不純物拡散層と所定の間隔をあけて形成され、前記ゲー
ト電極は、前記第2導電型不純物拡散層を、前記第1導
電型不純物拡散層と前記第2導電型不純物拡散層との接
合面から、少なくとも2μm離れた領域まで被覆するよ
うに形成されていることを特徴とする。
【0016】本発明の半導体装置は、好適には、前記ゲ
ート電極を構成する前記導電体は、ポリシリコンである
ことを特徴とする。また、本発明の半導体装置は、好適
には、前記第1導電型はp型であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、好適には、前記第2導電型半導
体層は、エピタキシャル層であることを特徴とする。本
発明の半導体装置は、好適には、前記絶縁膜は、酸化シ
リコン膜であることを特徴とする。本発明の半導体装置
は、さらに好適には、前記第1導電型不純物拡散層に拡
散されている不純物は、ホウ素であることを特徴とす
る。本発明の半導体装置は、さらに好適には、前記第2
導電型不純物拡散層に拡散されている不純物は、リンで
あることを特徴とする。
【0017】本発明の半導体装置によれば、ゲート電極
は、第2導電型半導体層(好適には第2導電型不純物拡
散層)上部を、前記第1導電型不純物拡散層と前記第2
導電型不純物拡散層との接合面から、少なくとも2μm
離れた領域まで被覆するように形成される。上記の被覆
部分が2μmに満たない場合、ドリフト領域の抵抗(オ
ン抵抗)は著しく増大する。被覆部分を2μm以上確保
することにより、ゲート電極直下のドリフト領域表面に
キャリア蓄積層を積極的に形成し、ドリフト領域の抵抗
を低減させることができる。
【0018】また、本発明の半導体装置において、ゲー
ト長が長い場合には、上記の被覆部分を2μm以上確保
し、さらに、ゲート電極端部と第2導電型ドレイン領域
との距離を4μm以内とすることにより、ゲート電極直
下のドリフト領域表面にキャリア蓄積層を積極的に形成
し、ドリフト領域の抵抗を低減させることができる。こ
れにより、高耐圧トランジスタ(LOD型LDMOSト
ランジスタ)において、高い接合降伏電圧(BVds)を
維持したまま電流駆動能力を改善することができ、高耐
圧化と高速動作とを両立させることが可能となる。
【0019】上記の目的を達成するため本発明の半導体
装置の製造方法は、第1導電型半導体基板上に、第2導
電型半導体層を形成する工程と、該第2導電型半導体層
の表層に第1導電型不純物を拡散させ、第1導電型不純
物拡散層を形成する工程と、前記第2導電型半導体層の
表層に、前記第1導電型不純物拡散層と接合するように
第2導電型不純物を拡散させ、第2導電型不純物拡散層
を形成する工程と、前記第2導電型半導体層上に絶縁膜
を形成する工程と、前記第1導電型不純物拡散層と前記
第2導電型不純物拡散層との接合面上部に、絶縁物から
なる素子分離層を形成する工程と、前記第1導電型不純
物拡散層の一部を被覆し、前記第2導電型不純物拡散層
の一部を前記素子分離層を介して被覆する導電体層を形
成する工程と、前記導電体層にパターニングを行い、前
記第2導電型不純物拡散層を、前記接合面から少なくと
も2μm離れた領域まで被覆するゲート電極を形成する
工程と、前記第1導電型不純物拡散層表層に不純物を拡
散させ、第2導電型ソース領域を形成する工程と、前記
第2導電型不純物拡散層表層に、該第2導電型不純物拡
散層に比較して高濃度の不純物を拡散させ、第2導電型
ドレイン領域を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形
成し、該層間絶縁膜の前記ソース領域、前記ドレイン領
域に開口を設ける工程と、前記開口部分を含む全面に配
線金属層を堆積して所定のパターニングを行い、絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタを形成する工程とを有する
ことを特徴とする。
【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記導電体層はポリシリコンからなることを特徴と
する。また、本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記第1導電型はp型であることを特徴とする。本
発明の半導体装置の製造方法は、好適には、前記第2導
電型半導体層は、エピタキシャル成長により形成させる
ことを特徴とする。本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記絶縁膜は酸化シリコン膜であることを特
徴とする。本発明の半導体装置の製造方法は、さらに好
適には、前記第1導電型不純物拡散層に拡散させる不純
物は、ホウ素であることを特徴とする。本発明の半導体
装置の製造方法は、さらに好適には、前記第2導電型不
純物拡散層に拡散させる不純物は、リンであることを特
徴とする。
【0021】上記の本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、例えばポリシリコンからなる導電体層にパターニ
ングを行い、ゲート電極を形成する工程において、ゲー
ト電極が第2導電型半導体層(好適には第2導電型不純
物拡散層)を、接合面から少なくとも2μm離れた領域
まで被覆するようにパターニングを行う。これにより、
ゲート電極直下のドリフト領域表面にキャリア蓄積層が
積極的に形成される、ドリフト領域の抵抗が低減された
半導体装置を製造することができる。
【0022】また、本発明の半導体装置の製造方法を、
従来の高耐圧トランジスタ(LOD型LDMOSトラン
ジスタ)の製造方法と比較すると、ゲート電極のパター
ンのみ異なるため、従来の製造方法に新たな装置や製造
工程を追加することなく、実施することができる。した
がって、本発明の半導体装置の製造方法は、実施が容易
であるという利点も有する。
【0023】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体装置およ
びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して
説明する。 (実施形態1)図1は本実施形態の半導体装置の断面図
である。図1の半導体装置はLOD(LOCOS of
fset drain)型LD(Lateral do
uble−diffused)MOSトランジスタであ
り、p型基板1の上層にn型エピタキシャル層2が形成
されている。n型エピタキシャル層2の表面にはpウェ
ル3およびnウェル4が形成され、pウェル3とnウェ
ル4の接合面からnウェル4上部に、素子分離層(LO
COS)5が形成されている。
【0024】pウェル3の表層にはn+ 型ソース領域6
およびp+ 型pウェル電位取り出し領域(バックゲート
取り出し領域)7が形成されている。nウェル4の表層
にはn+ 型ドレイン領域8が形成されており、n+ 型ソ
ース領域6とn+ 型ドレイン領域8は、素子分離層5に
より隔てられている。ポリシリコンからなるゲート電極
9は、n+ 型ソース領域6とn+ 型ドレイン領域8との
間の、ゲート酸化膜10および素子分離層5の上部に形
成されている。n+ 型ソース領域6およびn+ 型ドレイ
ン領域8の上部には、層間絶縁膜11にコンタクトホー
ル12が設けられ、ソース電極13およびドレイン電極
14がそれぞれ形成されている。
【0025】上記の本実施形態の半導体装置において、
図1に示すように、pウェル3とnウェル4の接合面の
位置をXとする。また、ゲート電極9のn+ 型ドレイン
領域8近傍にある端部の位置をYとし、n+ 型ドレイン
領域8のゲート電極9近傍にある端部の位置をZとす
る。X−Y間の距離、すなわち、接合面とゲートポリシ
リコン電極9端部との距離をaで表し、Y−Z間の距
離、すなわち、n+ 型ドレイン領域8とゲートポリシリ
コン電極9との距離をbで表すと、本実施形態の半導体
装置においてはaが2μm以上となっている。また、ゲ
ート長が長い場合には、bが4μm以内となるようにゲ
ート電極9を形成し、ゲート電極9が第2導電型不純物
拡散層(nウェル4)を被覆する部分を、十分に確保す
ることが好ましい。
【0026】図2に、上記のような本実施形態の半導体
装置の電圧電流特性(静特性)を示す。図2は、ドレイ
ン電圧(VDS)−ドレイン電流(ID )特性を、ゲート
電圧(VG )をパラメータにプロットしたグラフであ
る。図2は、ゲート電極がnウェルを被覆する部分
(a)が5μmの場合の例である。
【0027】図22に示す従来構造の場合、ゲート電圧
(VG )が10Vを超えると、ゲート電圧(VG )を大
きくしてもドレイン電流(ID )の変化量(増加量)が
小さくなり、電流駆動能力の限界がみられるが、図2に
示す本発明の半導体装置の場合には、少なくともゲート
電圧(VG )が20V以下の範囲で、ゲート電圧
(VG )にほぼ比例してドレイン電流(ID )が増加す
る。本実施形態の半導体装置は、ドリフト領域表面に蓄
積層を積極的に形成することにより、ドリフト領域の抵
抗が低減されており、従来構造の半導体装置に比較して
電流駆動能力の低下が起きにくい。
【0028】また、図2に示す本発明の半導体装置の場
合と、図22に示す従来構造の半導体装置の場合とを比
較すると、同一のドレイン電圧(VDS)に対し、図2に
示す本発明の場合の方が、より大きいドレイン電流(I
D )が得られることがわかる。このように、本実施形態
の半導体装置においては、接合降伏電圧(BVds)の向
上も実現されている。
【0029】さらに、図2に示す本発明の半導体装置の
場合と、図22に示す従来構造の半導体装置の場合の波
形を比較すると、図2に示す本発明の半導体装置の場
合、ドレイン電圧(VDS)が増加して、ある一定の値
(ピンチオフ点)を超えると、ドレイン電流(ID )は
飽和し、ほぼ一定値となる。それに対し、図22に示す
従来構造の半導体装置の場合には、ドレイン電圧
(VDS)の増加とともにドレイン電流(ID )も漸増す
る。これは、ドレイン電圧(VDS)の増加により、ドレ
イン近傍の空乏層幅が増加して、実効的なチャネル長が
わずかに減少することに起因している。図2に示す本発
明の半導体装置の場合、ドレイン電圧(VDS)が大きい
領域において、ドレイン電流(ID )の漸増が抑制され
ており、高耐圧トランジスタとして、より理想的な波形
が得られている。
【0030】図3に、図1の半導体装置のnウェル4上
部のゲート電極の長さ(a)、あるいは、n+ 型ドレイ
ン領域8とゲート電極9の距離(b)を変化させた場合
の、オン抵抗(Ron;トランジスタが動作状態にあると
きのソース・ドレイン間の抵抗)の変化について示す。
図3から、aが小さい程、あるいはbが大きい程、オン
抵抗(Ron)は大きくなることがわかる。特に、aが2
μm以下の場合、あるいはbが4μm以上の場合には、
オン抵抗(Ron)は指数関数的に増大する。
【0031】nウェル4の表面において、ゲートポリシ
リコン電極9の直下には、積極的に蓄積層が形成されて
ドリフト領域の抵抗が低減されるが、ゲートポリシリコ
ン電極9により被覆されない部分では、蓄積層が形成さ
れず高抵抗ドリフト領域となる。したがって、aが2μ
m以下の場合、あるいはbが4μm以上の場合には、高
抵抗ドリフト領域の比率が高くなり、ドレイン電流(I
D )の低下が顕著になる。本実施形態の半導体装置にお
いては、aを2μm以上(例えば、図2の場合は5μ
m)、あるいはbを4μm以内とすることにより、ドリ
フト領域の抵抗が著しく低減されている。
【0032】(実施形態2)次に、上記の本実施形態の
半導体装置の製造方法について、図1および図4〜図2
0を参照して説明する。まず、図4に示すように、p型
基板1上に抵抗率5〜10Ω・cm程度のn型エピタキ
シャル層2を形成する。n型エピタキシャル層2の膜厚
は、要求される耐圧に合わせて、一般的に100V当た
り10μm程度を目安として決定される。さらに、n型
エピタキシャル層2の表面に900〜1000℃程度の
スチーム酸化により、膜厚60〜100nmのSiO2
膜15を形成する。
【0033】次に、図5に示すように、公知のフォトリ
ソグラフィ技術により、素子分離拡散層形成領域に開口
を有するフォトレジスト17を形成する。フォトレジス
ト17をマスクとしてホウ素(B)あるいはAlを1×
1014〜1×1015/cm2程度、イオン注入する。不
純物が注入された領域は、後述する工程でアニール化を
行うことによりp型基板1に接続し、p−n接合分離の
ための素子分離拡散層16となる。
【0034】次に、図6に示すように、フォトレジスト
17を除去し、公知のフォトリソグラフィ技術により、
pウェル3形成領域に開口を有するフォトレジスト18
を形成する。フォトレジスト18をマスクとしてホウ素
(B)を1×1013〜1×1014/cm2 程度、イオン
注入する。不純物が注入された領域は、後述する工程で
アニール化を行うことによりpウェル3となる。
【0035】次に、図7に示すように、フォトレジスト
18を除去し、公知のフォトリソグラフィ技術により、
nウェル4形成領域に開口を有するフォトレジスト19
を形成する。フォトレジスト19をマスクとしてリン
(P)を1×1013〜1×1014/cm2 程度、イオン
注入する。不純物が注入された領域は、後述する工程で
アニール化を行うことによりnウェル4となる。
【0036】図8に示すように、フォトレジスト19を
除去し、減圧CVD法により全面に膜厚80〜100n
m程度のSi3 4 膜20を形成する。続いて、110
0〜1200℃程度の熱処理を行ってアニール化を行
い、素子分離拡散層16、pウェル3およびnウェル4
を形成する。これにより、図9に示すような構造とな
る。
【0037】本実施形態の半導体装置において、nウェ
ル4はn型ドリフト領域として作用する。したがって、
nウェル4を形成するかわりに、図21(B)に示すよ
うに、チャネル形成領域にn型ドリフト領域としての不
純物拡散層を形成することもできる。本実施形態の半導
体装置の製造方法は、例えば、同一基板上にPMOS
(pチャネル型MOS)トランジスタを製造する場合
に、PMOSのnウェルと製造工程を共有化させ、同一
工程でnウェル4を製造することができる。
【0038】また、nウェル4を形成しない場合には、
高濃度の不純物を含有するn+ 型ドレイン領域8と、低
不純物濃度のn型エピタキシャル層2との間に、急峻な
濃度勾配が形成される。このため、p型基板1へ空乏層
が拡がりにくくなり、電界集中によるブレークダウンが
起こりやすくなる。本実施形態の半導体装置は、n型エ
ピタキシャル層2の表面に、n型エピタキシャル層2よ
りも高濃度の不純物を含有するnウェル4を介して、n
+ 型ドレイン領域8を形成する。これにより、n+ 型ド
レイン領域8とp型基板1の間の電界が緩和されるた
め、上記のようなブレークダウンが抑制される。
【0039】次に、図10に示すように、アクティブ領
域を形成するため、公知のフォトリソグラフィ技術によ
り、アクティブ領域(ソース/ドレイン領域)上にフォ
トレジスト21を形成する。フォトレジスト21をマス
クとして公知のエッチング方法、例えば、リアクティブ
イオンエッチング(RIE)によりSi3 4 膜20の
エッチングを行う。これにより、アクティブ領域上のS
3 4 膜20のみ残して、Si3 4 膜20が除去さ
れる。
【0040】図11に示すように、フォトレジスト21
を除去してから、950〜1000℃程度のスチーム酸
化を行う。これにより、素子分離領域に膜厚500〜7
00nm程度の酸化膜からなる素子分離層(LOCO
S)5が形成される。続いて、ホットリン酸によりSi
3 4 膜20を除去する。さらに、フッ酸(HF)系薬
液を用いて、n型エピタキシャル層2表面のSiO2
15を除去する。
【0041】次に、図12に示すように、950〜10
00℃のスチーム酸化を行い、n型エピタキシャル層2
の表面に、膜厚20〜50nmのゲート酸化膜10を形
成する。続いて、図13に示すように、CVD法により
膜厚400nm程度のn+ 型ポリシリコン層22を形成
する。その後、図14に示すように、公知のフォトリソ
グラフィ技術によりゲート形成領域にフォトレジスト
(不図示)を形成し、フォトレジストをマスクとしてn
+ 型ポリシリコン層22およびゲート酸化膜10のエッ
チングを行うと、ゲートポリシリコン電極9が形成され
る。
【0042】このエッチング工程では、pウェル3とn
ウェル4の接合面から少なくとも2μm離れた領域ま
で、n+ 型ポリシリコン層22が素子分離層5を被覆す
る形状となるように、ゲート電極9の加工を行う。これ
により、ゲート電極9に正電圧が印加された場合に、ゲ
ート電極9直下のnウェル4表面に蓄積層が形成され
る。一方、素子分離層5下部のnウェル4は不純物濃度
が低く、高抵抗となっているが、蓄積層からの横方向拡
散(lateral diffusion)により、抵
抗が低減される。これらの効果により、半導体装置の電
流駆動能力が改善される。
【0043】次に、図15に示すように、800〜90
0℃程度のスチーム酸化を行い、n型エピタキシャル層
2の表面およびゲート電極9の上部に、膜厚10〜20
nm程度の酸化膜(SiO2 膜)23を形成する。続い
て、図16に示すように、公知のフォトリソグラフィ技
術により、p+ 型pウェル電位取り出し領域(バックゲ
ート領域)7を形成する領域に開口を有するフォトレジ
スト24を形成する。フォトレジスト24をマスクとし
て、1×1015〜1×1016/cm2 程度のホウ素
(B)をイオン注入する。その後、フォトレジスト24
を除去する。
【0044】次に、図17に示すように、公知のフォト
リソグラフィ技術により、n+ 型ソース領域6およびn
+ 型ドレイン領域8を形成する領域に開口を有するフォ
トレジスト25を形成する。フォトレジスト25をマス
クとして、1×1015〜1×1016/cm2 程度のヒ素
(As)をイオン注入する。その後、フォトレジスト2
5を除去する。続いて、図18に示すように、CVD法
により全面に膜厚600nm程度のSiO2 膜(層間絶
縁膜)11を堆積させる。
【0045】その後、図19に示すように、850〜9
50℃程度の熱処理を行って不純物を拡散させ、n+
ソース領域6、pウェル電位取り出し領域7およびn+
型ドレイン領域8を形成する。次に、図20に示すよう
に、公知のフォトリソグラフィ技術により層間絶縁膜1
1のソース、ゲート、ドレインの各電極形成領域に開口
を有するフォトレジスト(不図示)を形成し、フォトレ
ジストをマスクとして公知のエッチング方法、例えばR
IEにより層間絶縁膜11のエッチングを行ってコンタ
クトホール12を形成する。
【0046】フォトレジストを除去後、層間絶縁膜11
に形成された各コンタクトホール12に、AlまたはT
i/TiON/Ti/Al−Si等、バリアメタル層を
含む配線金属層を蒸着させる。その後、公知のフォトリ
ソグラフィ技術およびRIEにより、配線金属層のパタ
ーニングを行って、図1に示すように、ソース電極13
およびドレイン電極14を形成する。これにより、図1
に示す構造の本実施形態の半導体装置が得られる。
【0047】上記の本発明の実施形態の半導体装置の製
造方法によれば、オフセットドレインを有する高耐圧半
導体装置(LOD型LDMOSトランジスタ)のゲート
電極9を、pウェル3とnウェル4の接合面から少なく
とも2μm離れた位置までnウェル4を被覆するように
形成する。これにより、ゲート電極9直下のドリフト領
域表面に蓄積層が積極的に形成され、ドリフト領域の抵
抗が低減された高耐圧トランジスタを製造することが可
能となる。また、本発明の半導体装置の製造方法は、従
来の高耐圧トランジスタの製造方法に新たな装置や製造
工程を追加する必要がなく、ゲート電極のパターニング
(レジストパターン)のみ変更すればよいため、容易に
実施することが可能である。
【0048】本発明の半導体装置およびその製造方法
は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、p型基
板1の表面領域に、p型素子分離拡散層16と接続す
る、p型不純物が拡散されたp型埋め込み層を形成し
て、素子間のp−n接合分離を行うこともできる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可
能である。
【0049】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、ドレイン
領域近傍のゲート電極直下に蓄積層が積極的に形成さ
れ、ドリフト領域の抵抗(オン抵抗)が低減される。こ
れにより、半導体装置の電流駆動能力が改善され、高耐
圧と高速動作の両立が可能となる。また、本発明の半導
体装置の製造方法によれば、従来の高耐圧トランジスタ
の製造方法に新たな装置や製造工程を追加せずに、高耐
圧・高速動作が実現された高耐圧トランジスタを製造す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の静特性を表すグラフであ
る。
【図3】本発明の半導体装置のゲート電極構造とオン抵
抗の相関を表すグラフである。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示
す断面図である。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示
す断面図である。
【図6】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示
す断面図である。
【図7】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示
す断面図である。
【図8】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示
す断面図である。
【図9】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示
す断面図である。
【図10】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図11】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図12】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図13】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図14】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図15】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図16】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図17】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図18】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図19】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図20】本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を
示す断面図である。
【図21】(a)および(b)は従来の半導体装置の断
面図である。
【図22】従来の半導体装置の静特性を表すグラフであ
る。
【符号の説明】
1…p型基板、2…n型エピタキシャル層、3…pウェ
ル、4…nウェル、5…素子分離層(LOCOS)、6
…n+ 型ソース領域、7…p+ 型pウェル電位取り出し
領域(バックゲート領域)、8…n+ 型ドレイン領域、
9…ゲート電極(ゲートポリシリコン電極)、10…ゲ
ート酸化膜(SiO2 膜)、11…層間絶縁膜、12…
コンタクトホール、13…ソース電極、14…ドレイン
電極、15、23…酸化膜(SiO2 膜)、16…素子
分離拡散層、17、18、19、21、24、25…フ
ォトレジスト、20…窒化膜(Si3 4 膜)、22…
+ 型ポリシリコン層、26…n型ドリフト領域、2
6’…n型ドリフト領域不純物拡散層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 修一 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5F040 DA00 DA01 DA05 DA22 EB01 EC07 EC19 EF18 EH01 EH02 EH05 EJ02 EJ03 EK00 EK01 EM01 FC05

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型半導体基板と、 該第1導電型半導体基板上に形成された第2導電型半導
    体層と、 該第2導電型半導体層上に形成された絶縁膜と、 前記第2導電型半導体層の表面領域に形成された第1導
    電型不純物拡散層と、 該第1導電型不純物拡散層の表面領域に形成された第2
    導電型ソース領域と、 前記第2導電型半導体層の表面領域に、前記第1導電型
    不純物拡散層と所定の間隔をあけて形成された第2導電
    型ドレイン領域と、 前記第2導電型ソース領域と前記第2導電型ドレイン領
    域との間の前記第2導電型半導体層の表面領域に形成さ
    れた、絶縁物からなる素子分離層と、 前記第2導電型ソース領域、前記第1導電型不純物拡散
    層および前記第2導電型半導体層の上部に前記素子分離
    層を介して形成された、導電体からなるゲート電極とを
    少なくとも有する半導体装置において、 前記ゲート電極は、前記第2導電型半導体層を、前記第
    1導電型不純物拡散層と前記第2導電型半導体層との接
    合面から、少なくとも2μm離れた領域まで被覆するよ
    うに形成されている半導体装置。
  2. 【請求項2】前記ゲート電極の前記ドレイン領域側の端
    部と、前記第2導電型ドレイン領域との距離は、4μm
    以内である請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記第2導電型半導体層の表面領域に、前
    記第1導電型不純物拡散層と接合面を介して形成された
    第2導電型不純物拡散層を有し、 前記第2導電型ドレイン領域は、前記第2導電型不純物
    拡散層の表面領域に、前記第1導電型不純物拡散層と所
    定の間隔をあけて形成され、 前記ゲート電極は、前記第2導電型不純物拡散層を、前
    記第1導電型不純物拡散層と前記第2導電型不純物拡散
    層との接合面から、少なくとも2μm離れた領域まで被
    覆するように形成されている請求項1記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】前記ゲート電極を構成する前記導電体は、
    ポリシリコンである請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】前記第1導電型は、p型である請求項1記
    載の半導体装置。
  6. 【請求項6】前記第2導電型半導体層は、エピタキシャ
    ル層である請求項1記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】前記絶縁膜は、酸化シリコン膜である請求
    項1記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】前記第1導電型不純物拡散層に拡散されて
    いる不純物は、ホウ素である請求項5記載の半導体装
    置。
  9. 【請求項9】前記第2導電型不純物拡散層に拡散されて
    いる不純物は、リンである請求項5記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】第1導電型半導体基板上に、第2導電型
    半導体層を形成する工程と、 該第2導電型半導体層の表層に第1導電型不純物を拡散
    させ、第1導電型不純物拡散層を形成する工程と、 前記第2導電型半導体層の表層に、前記第1導電型不純
    物拡散層と接合するように第2導電型不純物を拡散さ
    せ、第2導電型不純物拡散層を形成する工程と、 前記第2導電型半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、 前記第1導電型不純物拡散層と前記第2導電型不純物拡
    散層との接合面上部に、絶縁物からなる素子分離層を形
    成する工程と、 前記第1導電型不純物拡散層の一部を被覆し、前記第2
    導電型不純物拡散層の一部を前記素子分離層を介して被
    覆する導電体層を形成する工程と、 前記導電体層にパターニングを行い、前記第2導電型不
    純物拡散層を、前記接合面から少なくとも2μm離れた
    領域まで被覆するゲート電極を形成する工程と、 前記第1導電型不純物拡散層表層に不純物を拡散させ、
    第2導電型ソース領域を形成する工程と、 前記第2導電型不純物拡散層表層に、該第2導電型不純
    物拡散層に比較して高濃度の不純物を拡散させ、第2導
    電型ドレイン領域を形成する工程と、 全面に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜の前記ソース
    領域、前記ドレイン領域に開口を設ける工程と、 前記開口部分を含む全面に配線金属層を堆積して所定の
    パターニングを行い、絶縁ゲート型電界効果トランジス
    タを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】前記導電体層は、ポリシリコンからなる
    請求項10記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】前記第1導電型は、p型である請求項1
    0記載の半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項13】前記第2導電型半導体層は、エピタキシ
    ャル成長により形成させる請求項10記載の半導体装置
    の製造方法。
  14. 【請求項14】前記絶縁膜は、酸化シリコン膜である請
    求項10記載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】前記第1導電型不純物拡散層に拡散させ
    る不純物は、ホウ素である請求項12記載の半導体装置
    の製造方法。
  16. 【請求項16】前記第2導電型不純物拡散層に拡散させ
    る不純物は、リンである請求項12記載の半導体装置の
    製造方法。
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