JP2000164737A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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Abstract
分的に除去することによって、DMOS素子の耐圧を向
上する。 【解決手段】 基板21上に形成したエピタキシャル層
222を分離して複数の島領域を形成し、エピタキシャ
ル層表面にボディ部30aとチャンネル部30bとを有
するP型拡散領域30を形成する。P型拡散領域30の
表面にN+型ソース領域31を形成し、チャンネル部3
0b上にポリシリコンゲート電極32を形成してDMO
S素子とする。更に第1のLOCOS酸化膜端37の部
分に第2の拡散領域50をセル領域60まで延ばし、ソ
ース電極35aでコンタクトする。
Description
uble diffused Self Alignment)型のパワーMOS
素子(以下、DMOS素子と称する)を内蔵した半導体
集積回路装置であり、特に高耐圧化に関する。
TLやCMOSなどのロジック系から直接駆動できる、
少ない消費電力で大電流を駆動できる、等の利点を有し
ており、この特長を生かして、近年はアナログ・デジタ
ル混在型のBiCMOS集積回路に一体化しようとする
動きがある。
リート型とは異なり、MOSFET素子のセルを電気的
に分離された一つの島領域内に収納し、ドレインを基板
の表面側から取り出すことになる。
とDMOS素子とを図示した。
22はN‐型のエピタキシャル層、23はN+型の埋め
込み層、24は複数の島領域を形成するP+型の分離領
域、25はLOCOS酸化膜、26はNPNトランジス
タ、27はDMOS素子である。
形成したP型のベース領域28、N+型のエミッタ領域
29、コレクタ導出領域29からなる。
0、N+型のソース領域31、およびゲート酸化膜を介
して形成したポリシリコンゲート電極32とを有し、更
にP型拡散領域30は、高濃度で拡散深さが深いボディ
部30aと、低濃度で拡散深さが浅いチャンネル部30
bを有する。この素子は、ゲート電極32に印可した電
圧によりソース領域31とエピタキシャル22層の間の
チャンネル部30b表面にチャンネルを形成し、ソース
・ドレイン間電流を制御するようになっている。33は
ドレイン導出領域であり、エピタキシャル層22表面か
らN+埋め込み層23にまで達している。DMOS素子
は島領域を共通ドレインとして構成され、N+埋め込み
層23とコレクタ導出領域33とがドレイン直列抵抗を
減じてMOSFETのオン抵抗RDS(on)を減じる。そ
して1組のP型拡散領域30とゲート電極32とをMO
Sセルとして構成し、複数のMOSセルのゲート、ソー
ス、ドレインを各々共通接続して大電流型とするもので
ある。
コンタクトホールを介してアルミ電極が配設35され、
ソース電極35aはP型拡散領域30とソース領域31
の両方にオーミックコンタクトしている。
明する。
を準備する。基板21の表面に、P+分離領域24を形
成するボロンをイオン注入し、更にN+埋め込み層23
を形成するアンチモンをイオン注入する。
ピタキシヤル層22を気相成長法により形成する。そし
てエピタキシャル層22の表面からリンを選択拡散して
N+コレクタ導出領域29とドレイン導出領域33を形
成し、続いてボロンを選択拡散することによりP+分離
領域24を形成し、エピタキシャル層をPN接合分離し
て島領域を形成する。
にシリコン窒化膜を堆積、パターニングし、これを耐酸
化膜としてエピタキシャル層22表面を選択酸化するこ
とによりLOCOS酸化膜25を形成する。そして更
に、エピタキシャル層22表面にポリシリコン層をCV
D法により堆積し、これをパターニングすることでDM
OS素子部27のゲート電極32を形成する。続いてレ
ジストマスクによりボロンをイオン注入、拡散してDM
OS素子部27のP型拡散領域30のボディ部分30a
を形成する。
スクとして用いて表面からボロンをイオン注入し、拡散
することでP型拡散領域30のチャンネル部30bを形
成し、更にはNPNトランジスタ26の形成領域にボロ
ンをイオン注入、拡散することでベース領域28を形成
する。
することにより、エミッタ領域29とDMOS素子部2
7のソース領域31を形成する。この後、各電極の配設
等を行って図17の構造となる。
の様に、LOCOS酸化膜端37とエピタキシャル層と
の境界近傍は、LOCOS酸化膜25がエッチングさ
れ、凹み部38が形成される。
形成前にシリコン酸化膜を除去する ・ボディ部分30aの形成後のダミー酸化膜除去 等の工程が原因で形成される事が判った。
コーナ部39は、Siの供給量が少ないため、ゲート絶
縁膜の膜厚が薄くなる。そして、ここに形成されるゲー
ト電極32とドレイン領域となるエピタキシャル層に
は、例えば30V程度の電圧が印加されるため、ここで
絶縁破壊を発生する問題があった。
題に鑑みなされたもので、第1に、第1のLOCOS酸
化膜の下層からこの第1のLOCOS酸化膜と隣接する
エピタキシャル層に渡り一導電型のリング状の第2の拡
散領域を設け、この第2の拡散領域を、ゲート−ドレイ
ン間に印加される電圧より低い電圧で印加することで解
決するものである。
下層に、例えばP型の拡散領域を形成し、この拡散領域
とゲート電極間の電圧が低く設定されることで、従来よ
りも絶縁破壊の発生を抑制させることができる。
に印加される電圧が印加されることで解決するものであ
る。
ト−ドレイン間電圧よりも小さいため、別途低電圧を取
り出す回路等を設けたりする必要なく解決できる。
散領域を延在し、セル領域に位置する前記第2の拡散領
域を露出する第2のコンタクト孔にソース電極を設ける
ことで解決するものである。
ら詳細に説明する。
セル領域60の部分を平面図にしたもので、A−A線に
於ける断面図が図3、B−B線に於ける断面図が図2で
ある。ここでは、例としてNPNトランジスタとDMO
S素子とを図2〜図11に示してある。
ン半導体基板、22は基板21の上に気相成長して形成
した半導体層、ここではN‐型のエピタキシャル層、2
3は基板21とエピタキシャル層22との間に埋め込ん
で形成したN+型の埋め込み層、24はエピタキシャル
層22を貫通してエピタキシャル層22を複数の島領域
に形成するP+型の分離領域、25、54はエピタキシ
ャル層22表面に形成したLOCOS酸化膜、26はN
PNトランジスタ、27はDMOS素子である。なお、
P+分離領域24と基板21とで囲まれたエピタキシャ
ル層22が島領域である。
形成したP型のベース領域28、ベース領域28の表面
に形成したN+型のエミッタ領域29、エピタキシャル
層22表面からN+埋め込み層23に達する、または途
中までで形成されたコレクタ導出領域29Cからなる。
22表面に形成したP型第1の拡散領域30、第1の拡
散領域30の表面に形成したN+型のソース領域31、
および膜厚数百オングストロームのゲート酸化膜52を
挟んで形成したポリシリコンゲート電極32とを有し、
更に第1の拡散領域30は、高濃度で拡散深さが深いボ
ディ部30aと、低濃度で拡散深さが浅いチャンネル部
30bを有する。この素子は、ゲート電極32に印可し
た電圧によりソース領域31とエピタキシャル22層の
間のチャンネル部30b表面にチャンネルを形成し、ソ
ース・ドレイン間電流を制御するようになっている。3
3は第3の拡散領域であり、ここではドレイン導出領域
と呼び、エピタキシャル層22表面からN+埋め込み層
23にまで達している。DMOS素子は島領域を共通ド
レインとして構成され、N+埋め込み層23とドレイン
導出領域33とがドレイン直列抵抗を減じてMOSFE
Tのオン抵抗RDS(on)を減じている。そして1組のP
型拡散領域30とゲート電極32とをMOSセルとして
構成し、複数のMOSセルのゲート、ソース、ドレイン
を各々共通接続して大電流型とする。ドレイン導出領域
(第3の拡散領域)33は、前記MOSセル全体を囲む
ようにして配置しているが、セルを単位数毎に囲むよう
にして配置しても良い。
したコンタクトホールを介してアルミ電極35が配設さ
れ、ソース電極35aはP型拡散領域30とソース領域
31の両方にオーミックコンタクトしている。
のコンタクト孔51を介してソース電極31aがコンタ
クトしている。尚52は、ゲート絶縁膜、53は、ゲー
トがポリSiより成るため、その表面に生成されたシリ
コン酸化膜、54は、第2のLOCOS酸化膜、55は
第1のコンタクト孔、56は、第1の拡散領域30との
コンタクトを良好にするためのコンタクト領域であり、
省略も可能である。
ンタクトしたドレイン電極で、35C〜35eは、エミ
ッタ電極、ベース電極、コレクタ電極である。
明する。セル領域60に在る一点鎖線で示す矩形は、ゲ
ート電極32の除去部で、セル領域60内にマトリック
ス状に形成されている。ここではセルが六つ示されてい
るが実際は、かなりの量が形成されている。このゲート
電極32の外周辺61は、セル領域60を囲む第1のL
OCOS酸化膜25の上まで延在されている。図面で
は、全てを開示できないので、角部およびその近傍を示
したため、第1および第2のLOCOS酸化膜は、逆L
字形状に成っているが、実際はリング状になっている。
つまりゲート電極32は、例えば矩形のリングで成る第
1のLOCOS酸化膜25とその内側のセル領域を覆
い、セル部分が開口(除去)されているので、ちょうど
格子状に形成されている。
す矩形が第1のコンタクトホール55であり、コンタク
トホールの内側に更に点線で示す矩形が、第1の拡散領
域30とコンタクトをとるためのP+領域56である。
で示す矩形は、ソース領域31でP+領域55まで延在
形成され、ゲート電極の除去部の内側と外側に渡り、リ
ング状に形成している。またこのソース領域31の外側
に示す点線は、第1の拡散領域30である。
矩形の島領域内に形成され、この分離領域24の上に
は、前記島領域と実質同サイズの第2のLOCOS酸化
膜54が形成されている。つまりDMOSは、分離領域
24と第2のLOCOS酸化膜25で囲まれている。
LOCOS酸化膜25の間には、一点鎖線で示す第3の
拡散領域33が形成され、この中に示す2点鎖線で囲ま
れた領域が、第3の拡散領域33とコンタクトするため
のコンタクト孔であり、ここにはドレイン電極35bが
形成される。ただし図1に於いて、全ての電極35a〜
35eは、図面が見づらくなるので省略した。
る。
は、図2では、符号37、39で示す部分である。
化膜を必要とし、このダミー酸化膜のエッチング時、ゲ
ート絶縁膜の形成前に半導体層22の表面の酸化膜を取
り除く工程等で、LOCOS酸化膜が選択的にエッチン
グされ、凹み部38が形成される。つまり半導体層22
は、LOCOS酸化膜端37が半導体層22の水平面よ
りも下方に位置し、この端部から斜め上に向かい、コー
ナ部39を介して水平な半導体層22表面へと延在され
ている事になる。
縁膜52は、コーナ部の所が若干その膜厚が薄く形成さ
れる。原因は、コーナー部では、酸化工程時、Siの供
給量が少なくなるからと考えられる。
37からコーナ部39を介して、水平な半導体層22ま
で、半導体層22と逆導電型の第2の拡散領域50を形
成する事である。
は、図のように凹み38を介してLOCOS酸化膜25
の上まで延在されるゲート電極32が形成され、第2の
拡散領域50には、ソース電極に印加される第1の電圧
が印加され、半導体層22には、ドレイン領域として第
2の電圧が印加されている。そして前記第2の拡散領域
50は、前記第2の電圧よりも低い電圧が印加され、半
導体層22に印加されるドレイン電圧が、コーナ部39
に直接印加されない構造となっている。従って、電極3
2と第2の拡散領域50との間に、図18の様な絶縁膜
の薄い部分が有っても、電極35と第2の拡散領域50
間の電圧は、低電圧となるため、コーナ部の絶縁破壊を
防止することができる。
V、ゲート−ドレイン間は、最大で約30Vが加えられ
ている。従って図1の様に、ソース電極35を延ばして
コンタクトすれば、コーナ部は、30Vから7Vに低下
し、絶縁破壊が防止できる。
の拡散領域50の延在部である。つまりマトリックス状
に配置されたセルの内、外周に配置された少なくとも一
つのセルを選択し(ここでは下段左から1番目のセ
ル)、ここのセルを省略し、代わりにリング状に延在さ
れた第2の拡散領域50を矢印Xを通ってセル部分まで
延ばしている。(図2の断面図も参照)この部分にも、
図1の様に、第2のコンタクトホール51が形成されて
在るため、セル領域全面にソース電極35を配置される
と、第2の拡散領域50にはソース電極に印加される電
圧が印加されることになる。
部39による絶縁破壊を防止することができる。
の製造方法を図4〜図11を参照して説明する。
+分離領域24を形成するボロンをイオン注入し、更に
N+埋め込み層23を形成するアンチモンをイオン注入
する。ここでは、両領域ともにイオン注入でもデポジー
ション拡散でも良い。
シヤル層22を気相成長法により形成する。この成長に
より、エピタキシャル層22の表面には、数千ÅのSi
O2膜70が生成されている。更には、ドレイン導出領
域33に対応するSiO2膜を開口し、この開口部を介
してエピタキシャル層22の表面からリンを選択拡散し
てドレイン導出領域33を形成する。更には、上側の分
離領域に対応するSiO2膜70を開口し、開口部71
内の表面を数百Åの膜厚でダミー酸化する。(以上図4
参照) 続いて、開口部71を介してボロンをイオン注入する。
ここでは他の素子形成領域に別の開口部がある場合もあ
り、この場合、この別の開口部を覆い、分離領域に対応
する開口部を露出するレジストを形成する必要が有る場
合もある。
トを取り除き、約1000度Cで拡散する。これにより
上下の分離領域24がリンクされエピタキシャル層をP
N接合分離して島領域を形成する。
が露出されるように、エピタキシャル層22表面にシリ
コン窒化膜を堆積、パターニングし、これを耐酸化膜と
してエピタキシャル層22表面を選択酸化することによ
りLOCOS酸化膜25、54を形成する。この後は、
前記Si3N4膜を取り除き、更に若干SiO2膜をエ
ッチング(A)する。ここのエッチング(A)で図18
の凹み部38が形成される。つまりこの段階では、LO
COS酸化膜以外は、半導体層の表面は露出している。
(以上図5参照) 続いて、後のイオン注入を行うため、前記半導体層22
が露出している部分を酸化し、およそ500Å程度のダ
ミー酸化膜72を形成する。そして予定の第1の拡散領
域30a、予定の第2の拡散領域50に対応する部分が
露出されたレジストマスク73を形成し、P型の不純物
であるボロンをイオン注入する。加速電圧40KeV、
2〜3×10の14乗のドーズ量である。(以上図6参
照) 続いて、前記レジストマスク73を除去し、ダミー酸化
膜72を除去(B)した後、ゲート絶縁膜52を形成す
る。ここではトランジスタ26の絶縁膜74がゲート絶
縁膜52よりも厚く形成されるため、まず1000Å程
度酸化し、ゲート絶縁膜52の形成領域を露出したレジ
ストマスクを形成し、このマスクを介して絶縁膜を取り
除き(C)、再度ゲート酸化(D)して300Å程度の
ゲート絶縁膜52を形成する。
完全に除去するのに、若干のオーバーエッチングを行う
ため、前記凹み部38は更に大きく深く形成されること
になる。しかもDのゲート酸化では、従来例でも述べた
ように、酸化する際、コーナー部39のSiの供給量が
少ないため、図18の様に他の部分よりも膜厚の薄い部
分が形成される。
堆積し、これをパターニングすることでDMOS素子部
27のゲート電極32を形成する。膜厚は3〜5000
Åで、不純物として例えばPOCl3がドープされる。
しかもゲート電極32の表面は酸化され、3〜400Å
の酸化膜53が形成される。(以上図7参照) 続いて、形成予定のベース領域が露出されたレジストマ
スク75を形成し、ベース領域の不純物であるボロンを
イオン注入する。(以上図8参照) 続いて、レジストマスク75を除去し、セル領域60が
露出したレジストマスクを形成し、ボロンを不純物にし
て第1の拡散領域を構成する30bを形成する。そして
このレジストマスクの除去を行い、再度形成予定のソー
ス領域31、形成予定のエッミタ領域、形成予定のコレ
クタ導出領域を露出したレジストマスク76を形成す
る。このレジストマスク76、ゲート電極32をマスク
としてボロンがイオン注入され。(以上図9参照) 続いて、レジストマスク76を除去し、熱拡散する。従
ってN型のソース領域31、エミッタ領域29およびコ
レクタ導出領域29Cが形成される。その後、予定のベ
ースコンタクト領域、予定のP+領域56が露出したレ
ジストマスク77を形成し、ベースコンタクトの不純物
であるBF2をイオン注入する。(以上図10参照) 更にレジストマスク77を除去し、層間絶縁膜34とし
て例えばBPSG膜を付着、フローさせ、各コンタクト
を開口する。(以上図11参照) 最後に、Al電極を形成する。ここでは、Al−Siと
半導体層22との間にバリアメタルとしてTiが挿入さ
れ、図2、図3の形状が形成される。
あれば、工程を活用しても別途工程を付加しても良い。
理由は、ゲート電極形成工程前でなければ、ゲート電極
の下層には拡散できないからである。ここではゲート電
極形成前の工程として、P+領域の工程を活用した。分
離領域の形成工程では、埋め込み層23に到達するため
である。また、エピタキシャル層22の層厚をコントロ
ールし、ドレイン−ソース間が逆バイアスされ、空乏層
が埋め込み層23に到達する電圧で、耐圧を決めてい
る。しかしソース領域と同電圧の第2の拡散領域にも同
電圧が印加されているので、第2の拡散領域の空乏層生
成で耐圧が決定されてしまう。
ゲート電極の形成前に、第2の拡散領域を別途用意して
も良いし、P+領域の工程を強要し、同時に形成しても
良い。
ば、第1のLOCOS酸化膜の下層からこの第1のLO
COS酸化膜と隣接するエピタキシャル層に渡り一導電
型のリング状の第2の拡散領域を設け、この第2の拡散
領域を、ゲート−ドレイン間に印加される電圧より低い
電圧で印加することで、この第2の拡散領域とゲート電
極間の電圧が低く設定され、従来発生していた絶縁破壊
を抑制する事ができる。
加される電圧を印加すれば、別途低電圧を取り出す回路
等を設けたりする必要なく解決できる。
散領域を延在し、セル領域に位置する前記第2の拡散領
域を露出する第2のコンタクト孔にソース電極を設ける
ことで、別途第2の拡散領域とソース電極がコンタクト
する領域を別途設けたり、配置を工夫したりする必要が
なく、チップサイズのシュリンクに寄与できる。
ークポイントがあっても、この上に絶縁破壊用の絶縁層
を被覆したりすることなく、従来の製造方法のまま絶縁
破壊を防止することができる。
である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
明する断面図である。
明する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
する断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 一導電型の半導体基板上に形成したドレ
イン領域となる逆導電型の半導体層と、 前記半導体層のセル領域を囲むように形成された第1の
LOCOS酸化膜と、 前記セル領域内にマトリックス状に形成され、深さ方向
がチャンネル部分となるた一導電型の第1の拡散領域
と、 前記第1の拡散領域の内側にリング状に形成された逆導
電型のソース領域と、 前記セル領域表面に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ソース領域を囲み、周囲は前記第1のLOCOS酸
化膜まで延在された格子状のゲート電極と、 前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜を覆う層間絶縁
層と、 前記ソース領域を露出する第1のコンタクト孔と、 前記第1のコンタクト孔を介して前記ソース領域とコン
タクトするソース電極とを有する半導体集積回路装置に
於いて、 前記第1のLOCOS酸化膜の下層からこの第1のLO
COS酸化膜と隣接する前記エピタキシャル層に渡り一
導電型のリング状の第2の拡散領域を設け、 前記第2の拡散領域は、ゲート−ドレイン間に印加され
る電圧より低くなる電圧が印加される事を特徴とした半
導体集積回路装置。 - 【請求項2】 前記第2の拡散領域は、前記ソース領域
に印加される電圧が印加される請求項1記載の半導体集
積回路装置。 - 【請求項3】 前記セル領域内にマトリックス状に形成
される複数のセルに於いて、 少なくとも一つのセルが形成される領域にまで前記第2
の拡散領域が延在され、前記セル領域に位置する前記第
2の拡散領域を露出する第2のコンタクト孔にも前記ソ
ース電極が設けられる請求項1記載の半導体集積回路装
置。 - 【請求項4】 一導電型の半導体基板上に形成したドレ
イン領域となる逆導電型のエピタキシャル層と、 前記エピタキシャル層表面から前記半導体基板まで到達
する一導電型の分離領域と、 前記分離領域で囲まれた島領域内のセル領域を囲むよう
に形成された第1のLOCOS膜と、 前記島領域に位置する前記半導体基板と前記エピタキシ
ャル層との間に形成された逆導電型の埋め込み層と、 前記セル領域内に形成されたマトリックス状の一導電型
の第1の拡散領域と、 前記第1の拡散領域の中央が露出するように形成された
逆導電型のソース領域と、 前記セル領域に位置するエピタキシャル層上に形成され
たゲート絶縁膜と、 前記ソース領域を囲み、前記LOCOS酸化膜上まで延
在された格子状のゲート電極と、 前記第1のLOCOS酸化膜の下層からこの第1のLO
COS酸化膜と隣接する前記エピタキシャル層に渡りリ
ング状に設けられ、最外周の一セルが形成される領域に
まで延在された第2の拡散領域と、 前記ソース領域を露出する第1のコンタクト孔と、 前記一セルに対応する前記第2の拡散領域が露出する第
2のコンタクト孔と、 前記第1のコンタクト孔および前記第2のコンタクト孔
を介して設けられたソース電極と、 前記エピタキシャル層に流れる電流を取り出すドレイン
電極とを有する事を特徴とした半導体集積回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33586998A JP4508304B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33586998A JP4508304B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 半導体集積回路装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000164737A true JP2000164737A (ja) | 2000-06-16 |
JP4508304B2 JP4508304B2 (ja) | 2010-07-21 |
Family
ID=18293300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33586998A Expired - Lifetime JP4508304B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 半導体集積回路装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP4508304B2 (ja) |
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