JP2001068561A - Ldmos型半導体装置の製造方法 - Google Patents
Ldmos型半導体装置の製造方法Info
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Abstract
変化するのを防ぐとともに、LDMOSトランジスタの
チャネル用拡散層とソース拡散層をともに自己整合的に
形成する。 【解決手段】 LDMOSトランジスタ部では、ドレイ
ン形成予定領域及びチャネル形成予定領域にもフィール
ド酸化膜24dを形成しておき、そのフィールド酸化膜
24dをマスクとしてチャネル用拡散層38を形成し、
さらにそのフィールド酸化膜24dをマスクとしてソー
ス拡散層40aを形成する。そのフィールド酸化膜24
dを除去した後、低耐圧MOSトランジスタのゲート酸
化膜、ゲート電極、ソース・ドレインを形成する。
Description
れる高耐圧LDMOSトランジスタ(横型拡散MOSト
ランジスタ)と低耐圧MOSトランジスタ混載の半導体
装置の製造方法に関するものである。
層を囲むようにソース・ドレインとは逆導電型の低濃度
不純物層(チャネル領域)を形成し、ゲート電極直下の
その低濃度不純層表面にチャネルを形成する電界効果ト
ランジスタである。図1はNチャネル型LDMOSトラ
ンジスタの一例を示したものである。高抵抗のN型シリ
コン基板2上にゲート酸化膜4を介してポリシリコンゲ
ート電極6が形成されており、ゲート電極6のソース側
端部をマスクにしてP型不純物が注入され熱拡散されて
チャネル領域となる低濃度不純物拡散層8が形成されて
いる。低抵抗のN型ソース拡散層10とドレインコンタ
クト層12が、ゲート電極6をマスクとしたP型不純物
のイオン注入と熱拡散により形成されている。14は層
間絶縁膜、16,18はそれぞれソース拡散層10,ド
レインコンタクト層12と接続された電極配線である。
耐圧MOSトランジスタ及び高抵抗ポリシリコン抵抗を
混載した半導体装置を製造する従来の方法を図2と図3
により説明する。 (A)シリコン基板20に各トランジスタを形成するウ
エル22a〜22cを5×1015〜5×1016/cm3
の濃度で形成する。ウエル22aは通常のPMOSトラ
ンジスタ形成用、ウエル22bは通常のNMOSトラン
ジスタ形成用、ウエル22cはLDMOSトランジスタ
形成用である。
フィールド酸化膜24を形成する。 (C)低耐圧MOSトランジスタのしきい値電圧制御用
チャネルドープ26として不純物注入を行なった後、ゲ
ート酸化膜28を形成する。LDMOSトランジスタで
はチャネルドープは不要である。
り約3500Åの厚さに形成し、全面にリン32を5×
1013〜5×1014/cm2のドーズ量で注入する。こ
のドーズ量ではポリシリコン膜30は抵抗素子に使用で
きる高い抵抗値をもっている。
化膜34を形成し、高抵抗素子30bを形成する部分以
外のシリコン酸化膜34を除去する。その後、リンを堆
積し、ポリシリコン膜30に拡散させることにより、ポ
リシリコン膜30を低抵抗なポリシリコン膜30aに変
える。
エッチングによりパターン化してゲート電極36、抵抗
素子30b及び抵抗素子30bの電極37を形成する。 (G)LDMOSトランジスタ部では、チャネル用拡散
層形成予定領域に開口をもつレジストパターンを形成
し、そのレジストパターンとゲート電極36をマスクに
してボロンを注入し、1050℃で4時間程度の熱処理
を施して濃度が1×1017〜1×1018/cm3程度の
チャネル用拡散層38を形成する。
レイン及びLDMOSトランジスタのドレインコンタク
ト形成用にレジストパターンを形成し、そのレジストパ
ターンとゲート電極36をマスクにして自己整合的にボ
ロン又は砒素を注入し、950℃で1時間程度の熱処理
を施すことによりソース・ドレイン及びドレインコンタ
クト40,42,44,40dを形成する。
法によれば、工程(G)におけるチャネル用拡散層を形
成するための熱処理条件が高温で長時間に及ぶので、工
程(C)で注入したしきい値電圧制御用チャネルドープ
26が深い拡散となり、しきい値電圧が変化する。ま
た、高抵抗ポリシリコン素子30bがある場合には、そ
のポリシリコン素子30bには抵抗素子として適当な抵
抗値になるように不純物が注入されているが、工程
(G)の熱処理によりその注入不純物の活性化が進み、
ポリシリコン素子30bの高抵抗化が困難になる。
低抵抗のポリシリコン層37が残されているが、工程
(G)の熱処理によりこのポリシリコン層37からポリ
シリコン素子30bへの再分布が起こり、高抵抗部分が
狭くなる。その結果、ポリシリコン素子30bを長く形
成しなければならなくなり、素子の微細化を妨げる。
には、チャネル用拡散層38を形成するための工程
(G)の熱拡散工程を、低耐圧MOSトランジスタのチ
ャネルドープ(工程(C))の前に行なうことが考えら
れる。その方法として、図4(A)に示されるように、
フィールド酸化膜24を形成した後、チャネル用拡散層
を形成するための開口をもつレジストパターン46を形
成し、それをマスクにしてイオン注入を行い、熱拡散に
よりチャネル用拡散層38を形成することが考えられ
る。しかし、この場合には同図(B)に示されるよう
に、LDMOSトランジスタでは、最後にソース拡散層
40をゲート電極36をマスクにして形成すると、ソー
ス拡散層40とチャネル用拡散層38は相互に自己整合
的ではないため、LDMOSトランジスタの特性が安定
しないという問題が生じる。
を先に作成し、その後に低耐圧MOSトランジスタとポ
リシリコン抵抗素子を作成する方法が考えられる。その
ような方法は、次に説明するような、図5と図6に示さ
れる工程となる。 (A)図2の工程(A),(B)と同様に、ウエル22
a〜22c、フィールド酸化膜24を形成する。 (B)ゲート酸化膜28を形成した後、CVD法により
ポリシリコン膜を5000Å厚さに堆積し、低抵抗化の
ためにリンを堆積し、拡散させる。そしてLDMOSト
ランジスタ部のみにゲート電極36を残す。
ル用拡散層形成予定領域にボロンを注入し、1050℃
で4時間程度の熱処理を施してチャネル用拡散層38を
形成する。 (D)LDMOSトランジスタ部のソース40、ドレイ
ンコンタクト40dを形成するための注入を行う。
00Åの厚さに堆積し、写真製版とエッチングによりL
DMOSトランジスタ部のみに残す。低耐圧MOSトラ
ンジスタ部では、ゲート酸化膜が除去されフィールド酸
化膜が残る程度のライトエッチングを施し、その後再び
所定の膜厚のゲート酸化膜28aを形成する。 (F)ポリシリコン膜32を約3500Åの厚さに堆積
し、図2,3の工程(D)から(F)と同様にしてポリ
シリコンゲート電極を形成する。
繰り返されるので、フィールド酸化膜24が薄くなり、
フィールド酸化膜24で構成される寄生トランジスタの
反転電圧が下がる問題が生じる。また、LDMOSトラ
ンジスタのポリシリコン電極36上の窒化膜48を除去
するためにドライエッチングを行なうが、窒化膜とポリ
シリコンとの選択比が取りにくいので、LDMOSトラ
ンジスタのゲート電極の形成に細心の注意が必要とな
る。
ネル用拡散層を形成するための熱処理によって低耐圧M
OSトランジスタのしきい値電圧が変化するのを防ぐと
ともに、LDMOSトランジスタのチャネル用拡散層と
ソース拡散層をともに自己整合的に形成できるようにす
る方法を提供することを目的とするものである。
Sトランジスタと低耐圧MOSトランジスタ混載の半導
体装置の製造方法に関するものである。そして、低耐圧
MOSトランジスタのチャネルドープの前に、以下の工
程(A)から(D)により高耐圧LDMOSトランジス
タのチャネル用拡散層及びその内側に形成されるソース
拡散層を形成する点に特徴をもっている。
LDMOSトランジスタのドレイン形成予定領域及びチ
ャネル形成予定領域に選択酸化法によりフィールド酸化
膜を形成する工程。 (B)高耐圧LDMOSトランジスタのソース用拡散層
形成予定領域に開口をもつレジストパターンを形成し、
そのレジストパターンと前記フィールド酸化膜をマスク
にして高耐圧LDMOSトランジスタのチャネル用拡散
層を形成するための不純物イオン注入を行ない、その
後、熱処理を施してチャネル用拡散層を形成する工程。
ース用拡散層形成予定領域に開口をもつレジストパター
ンを形成し、そのレジストパターンと前記フィールド酸
化膜をマスクにして高耐圧LDMOSトランジスタのソ
ース領域用の不純物イオン注入を行なう工程。 (D)高耐圧LDMOSトランジスタのドレイン形成予
定領域及びチャネル形成予定領域の前記フィールド酸化
膜を除去する工程。
スタのチャネルドープの前に、高耐圧LDMOSトラン
ジスタのチャネル用拡散層を形成するので、LDMOS
トランジスタのチャネル用拡散層を形成するための熱処
理によって低耐圧MOSトランジスタのしきい値電圧が
変化することがない。また、LDMOSトランジスタの
チャネル用拡散層とソース拡散層はともにフィールド酸
化膜をマスクとして自己整合的に形成される。
形成予定領域及びチャネル形成予定領域のフィールド酸
化膜を、ドレイン形成予定領域からチャネル形成予定領
域に向かって膜厚が薄くなるように形成し、高耐圧LD
MOSトランジスタのチャネル用不純物イオン注入の加
速電圧を、注入不純物のピーク濃度位置がそのフィール
ド酸化膜の膜厚の最大値と最小値の中間になるように設
定することが好ましい。これにより、拡散させてチャネ
ル用拡散層を形成するための熱処理条件を緩和したり、
チャネル用拡散層の横方向拡散を大きくすることができ
るようになる。
のための高濃度拡散層の活性化、後に形成されるPSG
膜やBPSG膜の熱処理時の再拡散によるオーミック不
良防止のための酸化膜形成、さらにはPSG膜やBPS
G膜リフローのために、これまではウエット酸化を行な
っている。しかし、ウエット酸化では酸化がドレイン部
のゲート電極ポリシリコン端部分まで進み、ホットエレ
クトロン耐性が弱くなることがあった。そこで、本発明
の好ましい態様として、これらの酸化工程ではウエット
酸化を行なわずにドライ酸化を行なうようにすることに
より、ホットエレクトロン耐性の低下を抑えることがで
きるようになる。
を説明する。図で、PMOS、NMOSと表示してある
のは通常の低耐圧PMOSトランジスタ部、低耐圧NM
OSトランジスタ部をそれぞれ表わし、LDMOSは高
耐圧LDMOSトランジスタ部を表わしている。
22cを形成した後、LOCOS法によりフィールド酸
化膜24を形成する。このとき、LDMOSトランジス
タ部では、ドレイン形成予定領域及びチャネル形成予定
領域にもフィールド酸化膜24dを同時に形成してお
く。フィールド酸化膜24,24dの形成工程は、例え
ば次の通りである。基板20上にシリコン酸化膜を25
〜50nmの厚さに形成し、その上にシリコン窒化膜を
100〜150nmの厚さに堆積する。PMOSトラン
ジスタ部及びNMOSトランジスタ部の素子領域、並び
にLDMOSトランジスタのドレイン形成予定領域及び
チャネル形成予定領域の窒化膜を除去した後、酸化を行
ない、フィールド酸化膜を形成する。フィールド酸化膜
の膜厚は300〜800nmとする。
用拡散層形成予定領域に開口をもつレジストパターン5
0を形成し、そのジストパターン50とフィールド酸化
膜24dをマスクとしてボロンを注入し、1050〜1
100℃で3〜4時間の熱処理を施してチャネル用拡散
層38を形成する。
用拡散層形成予定領域に開口をもつレジストパターン5
2を形成し、そのレジストパターン52とフィールド酸
化膜24dをマスクとしてソース用に砒素を1×1015/
cm2以上のドーズ量で注入してソース拡散層40aを形
成する。
ン形成予定領域及びチャネル形成予定領域のフィールド
酸化膜24dに開口をもつレジストパターン54を形成
し、レジストパターン54をマスクとして酸化膜をエッ
チングすることにより、そのフィールド酸化膜24dを
除去する。
ールド酸化膜24が残る程度の条件のライトエッチング
を施し、その後再びゲート酸化膜28aを形成する。そ
の後、低耐圧MOSトランジスタのチャネルドープのた
めに不純物を注入する。その後、ゲート酸化膜上からポ
リシリコン膜30をCVD法により3500Åの厚さに
堆積する。
するために、全面にリンを5×10 13〜5×1014/c
m2のドーズ量で注入した後、ポリシリコン膜30上に
シリコン酸化膜を形成する。そのシリコン酸化膜は、ポ
リシリコン抵抗素子30bを形成する部分以外では除去
する。その後、リンを堆積し熱処理を施してシリコン酸
化膜で被われていないポリシリコン膜30にリンを拡散
させて低抵抗化する。その後、ポリシリコン膜をパター
ン化し、ゲート電極36と、両端に低抵抗ポリシリコン
層37をもつポリシリコン抵抗素子30bを形成する。
6をマスクとして自己整合的に、LDMOSトランジス
タのドレインコンタクト40dはゲート電極36から
0.5〜1.5μm離れた位置にくるようにレジストパタ
ーンを形成し、N型又はP型の不純物をそれぞれ1×1
015/cm2以上のドーズ量で注入し、950℃で1時
間の熱処理を施す。40はLDMOSトランジスタのソ
ース、42はNMOSトランジスタのソース・ドレイ
ン、44はPMOSトランジスタのソース・ドレインで
ある。
高濃度拡散層の活性化と、後に形成されるPSG膜やB
PSG膜などの層間絶縁膜からゲート電極36への拡散
防止を目的とした絶縁保護膜形成のために、酸化と熱処
理を施す。この酸化と熱処理の工程として、900〜1
000℃前後でのドライ酸化と、900〜1000℃の
熱処理を行なう。また、その絶縁保護膜のリフローにも
ウエット酸化を用いないでドライ酸化を施す。
は、チャネル用拡散層38は工程(B)でフィールド酸
化膜24dをマスクとして自己整合的にイオン注入され
て形成されたものであり、ソース拡散層40aもフィー
ルド酸化膜24dをマスクとして工程(C)で自己整合
的にイオン注入されて形成されたものであるので、チャ
ネル用拡散層38とソース拡散層40aで決まるチャネ
ル長の再現性がよく、LDMOSトランジスタの特性が
安定する。
は、高濃度拡散層のドレインコンタクト40dがゲート
電極36から離れた位置に形成されているため、ドレイ
ン電界の集中する部分の拡散濃度がトランジスタ構造
上、最も薄い濃度となり、高耐圧化に好都合である。
膜24,24dを形成する工程で、選択酸化する前のシ
リコン窒化膜の下のシリコン酸化膜厚を約150nmと
厚く形成しておき、フィールド酸化膜の膜厚が約800
nmになるようにウエット酸化を行なう。これにより、
フィールド酸化膜にはチャネル形成予定領域からドレイ
ン形成予定領域にかけて約30度の傾斜ができる。
ルド酸化膜をマスクとしてチャネル用拡散層のための注
入を行なう際、その注入条件として注入不純物のピーク
濃度位置がフィールド酸化膜の膜厚の1/2〜2/3に
なるように加速電圧を調整する。これにより、チャネル
部の注入プロファイルは、フィールド酸化膜の膜厚が最
も厚い部分では基板に注入されず、薄い方から傾斜部の
半分の部分までは酸化膜厚の厚みに応じて突抜けが生じ
る。その結果、図9に示されるように、チャネル部の拡
散領域は注入した時点ですでに横方向に広がった状態と
なる。その後、熱処理により拡散させてチャネル用拡散
層を形成する。
ールド酸化膜24dをマスクとしてソース領域のための
注入を行なう際には、注入ピーク位置が窒化膜直下にあ
ったシリコン酸化膜厚150nmより少し大きい200
nm程度になるように加速電圧を下げて注入するのが好
ましい。
用拡散層を形成するための熱処理条件は、実施例1より
も低く、1000℃で2時間程度の熱処理ですますこと
ができる。すなわち、実施例1と同じ耐圧のLDMOS
トランジスタを作る場合には、チャネル用拡散層38を
横方向に広げるための熱処理条件を緩くすることができ
る。チャネル用拡散層38を形成するための熱処理条件
を実施例1と等しくした場合には、チャネル用拡散層の
横方向拡散は実施例1の方法に比べて約0.1μm程度
大きく広がる。
ス・ドレインのための高濃度拡散層の活性化、後に形成
されるPSG膜やBPSG膜の熱処理時の再拡散による
オーミック不良防止のための酸化膜形成、さらにはPS
G膜やBPSG膜のリフローのために、ウエット酸化を
行なわずに900〜1000℃のドライ酸化を行なう。
この実施例によれば、ウエット酸化を行なわないことに
より、ゲート電極36のポリシリコン端の酸化によるト
ラップ準位の発生がなく、高耐圧動作時のホットエレク
トロン耐性が改善される。
Sトランジスタのチャネルドープの前に、高耐圧LDM
OSトランジスタのチャネル用拡散層を形成するので、
低耐圧MOSトランジスタのチャネルドープの再分布が
起きず、低耐圧MOSトランジスタのしきい値電圧制御
が容易になる。また、LDMOSトランジスタのチャネ
ル用拡散層とソース拡散層はともにフィールド酸化膜を
マスクとして自己整合的に形成されるので、LDMOS
トランジスタの特性が安定する。
形成予定領域及びチャネル形成予定領域のフィールド酸
化膜を、ドレイン形成予定領域からチャネル形成予定領
域に向かって膜厚が薄くなるように形成し、高耐圧LD
MOSトランジスタのチャネル用不純物イオン注入の加
速電圧を、注入不純物のピーク濃度位置がそのフィール
ド酸化膜の膜厚の最大値と最小値の中間になるように設
定すれば、拡散させてチャネル用拡散層を形成するため
の熱処理条件を緩和することができるので、フィールド
ドープの横方向拡散を抑えることができ、また反転防止
用の不純物注入量を上げなくてもすむため、チャネル幅
が狭くならず、フィールド酸化膜の端で発生する欠陥を
抑制することができる。
活性化、後に形成されるPSG膜やBPSG膜の熱処理
時の再拡散によるオーミック不良防止のための酸化膜形
成、さらにはPSG膜やBPSG膜リフローのためにウ
エット酸化を行なわずにドライ酸化を行なうようにすれ
ば、ホットエレクトロン耐性の低下を抑えることができ
るようになる。
ある。
MOSトランジスタ及び高抵抗ポリシリコン抵抗を混載
した半導体装置を製造する従来の製造方法の工程の前半
部を示す工程断面図である。
ある。
工程断面図である。
前半部を示す工程断面図である。
工程断面図である。
断面図である。
イオン注入工程を示す断面図である。
ト 42 NMOSトランジスタのソース・ドレイン 44 PMOSトランジスタのソース・ドレイン 50,52,54 レジストパターン
Claims (3)
- 【請求項1】 高耐圧LDMOSトランジスタと低耐圧
MOSトランジスタ混載の半導体装置の製造方法におい
て、低耐圧MOSトランジスタのチャネルドープの前
に、以下の工程(A)から(D)により高耐圧LDMO
Sトランジスタのチャネル用拡散層及びその内側に形成
されるソース拡散層を形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法。 (A)素子分離領域形成予定領域と高耐圧LDMOSト
ランジスタのドレイン形成予定領域及びチャネル形成予
定領域に選択酸化法によりフィールド酸化膜を形成する
工程。 (B)高耐圧LDMOSトランジスタのソース用拡散層
形成予定領域に開口をもつレジストパターンを形成し、
そのレジストパターンと前記フィールド酸化膜をマスク
にして高耐圧LDMOSトランジスタのチャネル用拡散
層を形成するための不純物イオン注入を行ない、その
後、熱処理を施してチャネル用拡散層を形成する工程。 (C)高耐圧LDMOSトランジスタのソース用拡散層
形成予定領域に開口をもつレジストパターンを形成し、
そのレジストパターンと前記フィールド酸化膜をマスク
にして高耐圧LDMOSトランジスタのソース領域用の
不純物イオン注入を行なう工程。 (D)高耐圧LDMOSトランジスタのドレイン形成予
定領域及びチャネル形成予定領域の前記フィールド酸化
膜を除去する工程。 - 【請求項2】 高耐圧LDMOSトランジスタのドレイ
ン形成予定領域及びチャネル形成予定領域の前記フィー
ルド酸化膜を、ドレイン形成予定領域からチャネル形成
予定領域に向かって膜厚が薄くなるように形成し、高耐
圧LDMOSトランジスタの前記チャネル用不純物イオ
ン注入の加速電圧を、注入不純物のピーク濃度位置が前
記フィールド酸化膜の膜厚の最大値と最小値の中間にな
るように設定する請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項3】 その後の工程において、ソース・ドレイ
ンのための高濃度拡散層の活性化と酸化膜形成にドライ
酸化のみを行なう請求項1又は2に記載の半導体装置の
製造方法。
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JP24373699A JP4211884B2 (ja) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | Ldmos型半導体装置の製造方法 |
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- 1999-08-30 JP JP24373699A patent/JP4211884B2/ja not_active Expired - Fee Related
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