JP2002329728A - 高耐圧トランジスタ、半導体装置および高耐圧トランジスタの製造方法 - Google Patents

高耐圧トランジスタ、半導体装置および高耐圧トランジスタの製造方法

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JP2002329728A
JP2002329728A JP2001135364A JP2001135364A JP2002329728A JP 2002329728 A JP2002329728 A JP 2002329728A JP 2001135364 A JP2001135364 A JP 2001135364A JP 2001135364 A JP2001135364 A JP 2001135364A JP 2002329728 A JP2002329728 A JP 2002329728A
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Akira Sato
彰 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレイン耐圧のばらつきを低減した高耐圧ト
ランジスタの提供を目的とする。また、トランジスタ性
能を低下させることなくチャネル長の短縮が可能な、高
耐圧トランジスタの提供を目的とする。 【解決手段】 電解効果トランジスタのドレイン領域2
0とゲート電極30との間にドレイン側LOCOS酸化
膜22を形成してドレイン領域20からゲート電極30
をオフセットさせ、ドレイン領域20からドレイン側L
OCOS酸化膜22の下方にドレイン側不純物拡散層2
4を延在させて前記チャネル領域1aにチャネルを形成
可能とするとともに、ドレイン側不純物拡散層24をチ
ャネル領域1a側に形成した第1等濃度領域24aとド
レイン領域20側に形成した第2等濃度領域24bで構
成し、第1等濃度領域24aの不純物濃度を第2等濃度
領域24bの不純物濃度より低濃度とした構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高耐圧トランジス
タ、半導体装置および高耐圧トランジスタの製造方法に
関するものであり、特にLOCOSドレインオフセット
型の高耐圧トランジスタおよびその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】スイッチング電源などにおける電解効果
トランジスタ(FET)では、例えば20V以上の高電
圧をドレイン領域に印加して使用する場合がある。しか
し、トランジスタがOFFの状態で高電圧を印加する
と、ゲート電極の端部に電界集中が発生して、ゲート絶
縁膜が破壊される場合がある。よってこのように使用さ
れるトランジスタには、高いドレイン耐圧が要求されて
いる。
【0003】そこで、ドレイン領域とゲート電極の端部
との間にLOCOS(Local Oxidation of Silicon)に
よる厚い酸化膜を形成して、ドレイン領域からゲート電
極の端部をオフセットさせた、いわゆるLOCOSドレ
インオフセット型の高耐圧トランジスタが提案されてい
る。図7に従来技術に係る高耐圧トランジスタの説明図
を示す。同図(1)は立面断面図である。図7における
高耐圧トランジスタは、ドレイン領域120とゲート電
極130の端部との間にドレイン側LOCOS酸化膜1
22を形成して、ドレイン領域からゲート電極の端部を
オフセットさせ、これによりゲート電極130の端部に
おける電界集中を防止している。なおその場合でも、チ
ャネル領域101aにチャネルを形成可能とするため、
ドレイン領域120と同一の導電型からなるドレイン側
不純物拡散層(ドリフト領域)124を、ドレイン領域
120からドレイン側LOCOS酸化膜122の下方に
延在させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般にトランジスタ
は、ゲート電圧を付加してからチャネルに電流が流れて
トランジスタがON状態になるまでの応答速度、すなわ
ちスイッチングスピードが速いほど高性能とされる。そ
して、上述したドレイン側不純物拡散層124における
不純物濃度が高いほど、チャネルの抵抗が小さくなるの
でスイッチングスピードが速くなり、トランジスタは高
性能となる。
【0005】しかし、ドレイン側不純物拡散層124に
おける不純物は、反対の導電型である半導体基板101
に拡散する。そして図1(2)に示すように、電気的に
中和状態であるドレイン側空乏層128がチャネル領域
101aに形成される。このドレイン側空乏層128
は、ドレイン側不純物拡散層124における不純物濃度
が高いほど、大きく広がるとともに、広がりのばらつき
が大きくなる。ところで、トランジスタOFF状態でド
レイン領域120に高電圧を印加すると、その電圧に比
例してドレイン側空乏層128がソース領域110側に
向かって伸びる。そしてドレイン側空乏層128がソー
ス領域110ないしソース側不純物拡散層114に到達
すると、チャネル領域1aに降伏電流が流れる、いわゆ
るパンチスルー現象が発生する。従って、ドレイン側不
純物拡散層における不純物濃度が高いほど、低電圧でパ
ンチスルー現象が発生することになり、ドレイン耐圧が
低くなるとともに、ドレイン耐圧のばらつきが大きくな
るという問題がある。
【0006】本発明は上記問題点に着目し、ドレイン耐
圧のばらつきを低減した高耐圧トランジスタの提供を目
的とする。また、上記高耐圧トランジスタを採用した半
導体装置の提供を目的とする。
【0007】一方、近年では高耐圧トランジスタにもコ
ンパクト化が要求されており、そのためにはチャネル長
を短縮する必要がある。しかしチャネル長を短縮する
と、低電圧でパンチスルー現象が発生することになり、
上記と同様にドレイン耐圧が低くなるという問題があ
る。なお、低電圧でのパンチスルー現象の発生を回避す
るため、ドレイン側不純物拡散層の不純物濃度を低くす
れば、上述したようにトランジスタのスイッチングスピ
ードを低下させ、トランジスタ性能を低下させてしまう
という問題がある。
【0008】本発明は上記問題点に着目し、トランジス
タ性能を低下させることなくチャネル長の短縮が可能
な、高耐圧トランジスタの提供を目的とする。また、上
記高耐圧トランジスタを採用した半導体装置の提供を目
的とする。また本発明は、上記高耐圧トランジスタを高
精度かつ低コストで製造可能な、高耐圧トランジスタの
製造方法の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明に係る高耐圧トランジスタは、第1導電型の
半導体基板の表面に第2導電型のソース領域およびドレ
イン領域を形成し、前記ソース領域および前記ドレイン
領域の間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を形成し、前記ドレイン領域と前記ゲート電極と
の間にドレイン側LOCOS酸化膜を形成して前記ドレ
イン領域から前記ゲート電極をオフセットさせ、前記ド
レイン領域から前記ドレイン側LOCOS酸化膜の下方
に第2導電型のドレイン側不純物拡散層を延在させると
ともに、前記ドレイン側不純物拡散層に不純物濃度勾配
を設け前記ドレイン領域側から前記チャネル領域側にか
けて低濃度とした構成とした。
【0010】チャネル領域側の不純物濃度を低濃度とし
たので、チャネル領域におけるドレイン側空乏層の広が
りを小さく抑えることができる。これにより、低電圧で
のパンチスルー現象の発生を回避することができ、高い
ドレイン耐圧を確保することができるとともに、チャネ
ル長を短縮することができる。また、ドレイン側空乏層
の広がりのばらつきも小さくなるので、パンチスルー現
象が発生する電圧しきい値のばらつきが小さくなる。従
って、ドレイン耐圧のばらつきを低減することができ
る。一方、ドレイン領域側の不純物濃度を高濃度とした
ので、形成されるチャネルの抵抗が小さくなる。従っ
て、スイッチングスピードの速い高性能のトランジスタ
を提供することができる。
【0011】なお、前記ドレイン側不純物拡散層を前記
チャネル領域側に形成した第1等濃度領域と前記ドレイ
ン側に形成した第2等濃度領域とで構成し、前記第1等
濃度領域の不純物濃度を前記第2等濃度領域の不純物濃
度より低濃度とした構成とするのが好ましい。これによ
り、上記効果を有する高耐圧トランジスタを低コストで
提供することができる。
【0012】また、前記ゲート電極と前記ソース領域と
の間にソース側LOCOS酸化膜を形成して前記ソース
領域から前記ゲート電極をオフセットさせ、前記ソース
領域から前記ソース側LOCOS酸化膜の下方に第2導
電型のソース側不純物拡散層を延在させるとともに、前
記ソース側不純物拡散層を前記チャネル領域側に形成し
た第1等濃度領域と前記ソース側に形成した第2等濃度
領域とで構成し、前記第1等濃度領域の不純物濃度を前
記第2等濃度領域の不純物濃度より低濃度とした構成と
した。一方、本発明に係る半導体装置は、請求項1ない
し4のいずれかに記載の高耐圧トランジスタを採用した
構成とした。
【0013】一方、本発明に係る高耐圧トランジスタの
製造方法は、第1導電型の半導体基板の表面に第2導電
型のドレイン領域を形成し、前記ドレイン領域とゲート
電極との間にドレイン側LOCOS酸化膜を形成し、前
記ドレイン領域から前記ドレイン側LOCOS酸化膜の
下方にドレイン側不純物拡散層を延在させるとともに、
前記ドレイン側不純物拡散層をチャネル領域側に形成し
た第1等濃度領域と前記ドレイン領域側に形成した第2
等濃度領域とで構成し、前記第1等濃度領域の不純物濃
度を前記第2等濃度領域の不純物濃度より低濃度とした
高耐圧トランジスタの製造方法であって、前記半導体基
板の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工程と、前記窒
化膜の前記第2等濃度領域に対応する部分をエッチング
して前記第2等濃度領域に第2導電型の不純物を注入す
る第1不純物注入工程と、前記窒化膜の前記第1等濃度
領域に対応する部分をエッチングして前記ドレイン側不
純物拡散層の全領域に第2導電型の不純物を注入する第
2不純物注入工程と、前記窒化膜の素子分離領域に対応
する部分をエッチングして前記素子分離領域、および前
記ドレイン側不純物拡散層領域にLOCOS酸化膜を形
成するLOCOS酸化膜形成工程と、を有する構成とし
た。
【0014】窒化膜マスクにより第1等濃度領域および
第2等濃度領域を形成するので、高い寸法精度で第1等
濃度領域および第2等濃度領域を形成することができ
る。これにより、ドレイン側空乏層の広がりのばらつき
が小さくなるので、ドレイン耐圧のばらつきを低減する
ことができる。また、LOCOS酸化膜を形成する窒化
膜マスクを共用して第1および第2等濃度領域を形成す
るので、製造コストを低減することができる。
【0015】なお、前記半導体基板の表面に第2導電型
のソース領域を形成し、前記ソース領域と前記ゲート電
極との間にソース側LOCOS酸化膜を形成し、前記ソ
ース領域から前記ソース側LOCOS酸化膜の下方にソ
ース側不純物拡散層を延在させるとともに、前記ソース
側不純物拡散層をチャネル領域側に形成した第1等濃度
領域と前記ソース領域側に形成した第2等濃度領域とで
構成し、前記第1等濃度領域の不純物濃度を前記第2等
濃度領域の不純物濃度より低濃度とした高耐圧トランジ
スタの製造方法であって、前記ドレイン側不純物拡散層
の前記第2等濃度領域および前記ソース側不純物拡散層
の前記第2等濃度領域に対応する部分の前記窒化膜をエ
ッチングして前記各第2等濃度領域に第2導電型の不純
物を注入する第1不純物注入工程と、前記ドレイン側不
純物拡散層の前記第1等濃度領域および前記ソース側不
純物拡散層の前記第1等濃度領域に対応する部分の前記
窒化膜をエッチングして前記ドレイン側不純物拡散層の
全領域および前記ソース側不純物拡散層の全領域に第2
導電型の不純物を注入する第2不純物注入工程と、前記
窒化膜の素子分離領域に対応する部分をエッチングして
前記素子分離領域、前記ドレイン側不純物拡散層領域お
よび前記ソース側不純物拡散層領域にLOCOS酸化膜
を形成するLOCOS酸化膜形成工程と、を有する構成
とするのが好ましい。
【0016】また、第1導電型の半導体基板の表面に第
2導電型のドレイン領域を形成し、前記ドレイン領域と
ゲート電極との間にドレイン側LOCOS酸化膜を形成
し、前記ドレイン領域から前記ドレイン側LOCOS酸
化膜の下方にドレイン側不純物拡散層を延在させるとと
もに、前記ドレイン側不純物拡散層をチャネル領域側に
形成した第1等濃度領域と前記ドレイン領域側に形成し
た第2等濃度領域とで構成し、前記第1等濃度領域の不
純物濃度を前記第2等濃度領域の不純物濃度より低濃度
とした高耐圧トランジスタの製造方法であって、前記半
導体基板の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工程と、
前記窒化膜の前記ドレイン側不純物拡散層に対応する部
分をエッチングして前記ドレイン側不純物拡散層の全領
域に第2導電型の不純物を注入する第1不純物注入工程
と、前記ドレイン側不純物拡散層の前記第1等濃度領域
に対応する部分をレジストでマスクして前記第2等濃度
領域に第2導電型の不純物を注入する第2不純物注入工
程と、前記レジストを除去するとともに前記窒化膜の素
子分離領域に対応する部分をエッチングして前記素子分
離領域、および前記ドレイン側不純物拡散層領域にLO
COS酸化膜を形成するLOCOS酸化膜形成工程と、
を有する構成とした。
【0017】窒化膜マスクにより第1等濃度領域を形成
するので、高い寸法精度で第1等濃度領域を形成するこ
とができる。また、LOCOS酸化膜を形成する窒化膜
マスクを共用して第1等濃度領域を形成するので、製造
コストを低減することができる。
【0018】なお、前記半導体基板の表面に第2導電型
のソース領域を形成し、前記ソース領域と前記ゲート電
極との間にソース側LOCOS酸化膜を形成し、前記ソ
ース領域から前記ソース側LOCOS酸化膜の下方にソ
ース側不純物拡散層を延在させるとともに、前記ソース
側不純物拡散層をチャネル領域側に形成した第1等濃度
領域と前記ソース領域側に形成した第2等濃度領域とで
構成し、前記第1等濃度領域の不純物濃度を前記第2等
濃度領域の不純物濃度より低濃度とした高耐圧トランジ
スタの製造方法であって、前記ドレイン側不純物拡散層
および前記ソース側不純物拡散層に対応する部分の前記
窒化膜をエッチングして前記ドレイン側不純物拡散層の
全領域および前記ソース側不純物拡散層の全領域に第2
導電型の不純物を注入する第1不純物注入工程と、前記
ドレイン側不純物拡散層の前記第1等濃度領域および前
記ソース側不純物拡散層の前記第1等濃度領域に対応す
る部分をレジストでマスクして前記ドレイン側不純物拡
散層の前記第2等濃度領域および前記ソース側不純物拡
散層の前記第2等濃度領域に第2導電型の不純物を注入
する第2不純物注入工程と、前記レジストを除去すると
ともに前記窒化膜の素子分離領域に対応する部分をエッ
チングして前記素子分離領域、前記ドレイン側不純物拡
散層領域および前記ソース側不純物拡散層領域にLOC
OS酸化膜を形成するLOCOS酸化膜形成工程と、を
有する構成とするのが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明に係る高耐圧トランジスタ
およびその製造方法の好ましい実施の形態を、添付図面
に従って詳細に説明する。なお以下に記載するのは本発
明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定
されるものではない。
【0020】最初に、第1実施形態について説明する。
図1に第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの説明図
を示す。同図(1)は立面断面図であり、同図(2)は
空乏層の説明図である。なお、第1実施形態ではN型の
MOSFETを例にして説明するが、P型の場合も同様
である。
【0021】第1実施形態に係る高耐圧トランジスタ
は、P型の半導体基板1の表面にN型のソース領域10
およびドレイン領域20を形成し、ソース領域10およ
びドレイン領域20の間のチャネル領域1a上にゲート
絶縁膜32を介してゲート電極30を形成し、ドレイン
領域20とゲート電極30との間にドレイン側LOCO
S酸化膜22を形成してドレイン領域20からゲート電
極30をオフセットさせ、ドレイン領域20からドレイ
ン側LOCOS酸化膜22の下方にN型のドレイン側不
純物拡散層24を延在させるとともに、ドレイン側不純
物拡散層24をチャネル領域1a側に形成した第1等濃
度領域24aとドレイン領域20側に形成した第2等濃
度領域24bとで構成し、第1等濃度領域24aの不純
物濃度を第2等濃度領域24bの不純物濃度より低濃度
としたものである。また、ソース領域10とゲート電極
30との間にソース側LOCOS酸化膜12を形成して
ソース領域10からゲート電極30をオフセットさせ、
ソース領域10からソース側LOCOS酸化膜12の下
方にN型のソース側不純物拡散層14を延在させるとと
もに、ソース側不純物拡散層14をチャネル側に形成し
た第1等濃度領域14aとソース側に形成した第2等濃
度領域14bとで構成し、第1等濃度領域14aの不純
物濃度を第2等濃度領域14bの不純物濃度より低濃度
としたものである。
【0022】まず、シリコン等の半導体基板全体にホウ
素等の不純物を添加して、P型の半導体基板1を形成す
る。さらにこの半導体基板1に、一定間隔をおいてリン
等の不純物を注入し、N型のソース領域10およびドレ
イン領域20を形成する。一方、ソース領域10および
ドレイン領域20の間のチャネル領域1a上に、二酸化
ケイ素(SiO2)等からなるゲート絶縁膜32を形成
する。さらにこのゲート絶縁膜上に、ポリシリコン等か
らなるゲート電極30を形成する。以上が、N型のMO
SFETの基本構成である。
【0023】さらにドレイン耐圧を向上させるため、ド
レイン領域20とゲート電極30の端部との間にドレイ
ン側LOCOS酸化膜22を形成して、いわゆるドレイ
ンオフセット(オフセットゲート)を実現する。ドレイ
ンオフセットとは、ゲート電極30をソース領域10側
に寄せて形成し、ドレイン領域20とゲート電極30の
端部との間にオフセットL(図1(1)参照)を設けた
ものである。一方LOCOS酸化膜22とは、本来の意
味は素子間分離のためトランジスタの境界部分に形成す
る厚い酸化膜のことであるが、広い意味では局部的に形
成する厚い酸化膜のことである。なお、素子分離用LO
COS酸化膜2の形成と同時に、ドレインオフセットの
ためのLOCOS酸化膜22を形成することにより、生
産コストを低減することができる。ドレイン側LOCO
S酸化膜22は二酸化ケイ素(SiO2)等からなり、
その厚さは素子分離用LOCOS酸化膜2において必要
とされる厚さとすれば充分である。ドレイン側LOCO
S酸化膜22はドレイン領域20に隣接して形成し、そ
の上にゲート電極の端部が乗るようにゲート電極30を
形成する。なお同様に、ゲート電極30とソース領域1
0との間にもソース側LOCOS酸化膜12を形成し
て、ソースオフセットを実現する。
【0024】上述したドレインオフセットの実現によ
り、そのままではオフセットLの部分にチャネルが形成
されず、トランジスタに電流が流れない。そこで、ドレ
イン領域20からドレイン側LOCOS酸化膜22の下
方にかけて、N型のドレイン側不純物拡散層24を延在
させることにより、ソース領域10およびドレイン領域
20の間のチャネル領域1aの表面に、N型のチャネル
を形成可能とする。N型のドレイン側不純物拡散層24
は、ドレイン領域20と同様に半導体基板1にリン等の
不純物を注入して形成する。
【0025】ドレイン側不純物拡散層24は、不純物濃
度が異なる2個の等濃度領域で構成する。チャネル領域
1a側には、不純物濃度が1016〜1017個/cm3
度の第1等濃度領域24aを形成する。一方ドレイン領
域20側には、不純物濃度が1017〜1018個/cm3
程度の第2等濃度領域24bを形成する。なお、ドレイ
ン領域20の不純物濃度は1019〜1020個/cm3
度である。このように、第1等濃度領域24aの不純物
濃度を第2等濃度領域24bの不純物濃度より低濃度と
する。なお同様に、ソース領域10からLOCOS酸化
膜12の下方にかけてN型のソース側不純物拡散層14
を延在させるとともに、チャネル領域1a側に形成した
第1等濃度領域14aの不純物濃度をソース領域10側
に形成した第2等濃度領域14bの不純物濃度より低濃
度とする。
【0026】次に、第1実施形態に係る高耐圧トランジ
スタの製造方法について説明する。図2に第1実施形態
に係る高耐圧トランジスタの製造方法の第1説明図を示
し、図3に第2説明図を示す。また、図4に第1実施形
態に係る高耐圧トランジスタの製造方法の第1フローチ
ャートを示し、図5に第2フローチャートを示す。な
お、第1実施形態ではN型のMOSFETを例にして説
明するが、P型の場合も同様である。
【0027】第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの
製造方法は、半導体基板1の表面に窒化膜40を形成す
る窒化膜形成工程と、ドレイン側不純物拡散層24およ
びソース側不純物拡散層14の第2等濃度領域14b、
24bに対応する部分の窒化膜40をエッチングして各
第2等濃度領域14b、24bにN型の不純物を注入す
る第1不純物注入工程と、ドレイン側不純物拡散層24
およびソース側不純物拡散層14の第1等濃度領域14
a、24aに対応する部分の窒化膜40をエッチングし
てドレイン側不純物拡散層24の全領域およびソース側
不純物拡散層14の全領域にN型の不純物を注入する第
2不純物注入工程と、素子分離領域4に対応する部分の
窒化膜40をエッチングして素子分離領域4、ドレイン
側不純物拡散層24領域およびソース側不純物拡散層1
4領域にLOCOS酸化膜2、12、22を形成するL
OCOS酸化膜形成工程とを有するものである。窒化膜
形成工程では、P型の半導体基板1の表面に、CVD法
等により窒化ケイ素(Si34)被膜(以下、窒化膜と
呼ぶ)40を形成する(ステップ70)。
【0028】第1不純物注入工程では、窒化膜40の表
面にレジストを塗布し、露光・現像して、ドレイン側不
純物拡散層24およびソース側不純物拡散層14の第2
等濃度領域14b、24bに対応する部分のレジストを
除去する(ステップ72)。次に、レジスト除去部分を
通して窒化膜40をエッチングする(ステップ74)。
その後レジストを剥離すれば、図2(1)に示す状態と
なる。そして図2(2)に示すように、窒化膜40のエ
ッチング部分41を通して、ドレイン側不純物拡散層2
4およびソース側不純物拡散層14の第2等濃度領域1
4b、24bに、リン等のN型の不純物を注入する(ス
テップ76)。なおステップ76では、各第2等濃度領
域の不純物濃度が1017〜1018個/cm3程度となる
ように、ある程度時間をかけて不純物を注入する。
【0029】第2不純物注入工程では、窒化膜40の表
面に再度レジストを塗布し、露光・現像して、ドレイン
側不純物拡散層24およびソース側不純物拡散層14の
第1等濃度領域14a、24aに対応する部分のレジス
トを除去する(ステップ78)。次に、レジスト除去部
分を通して窒化膜40をエッチングする(ステップ8
0)。その後レジストを剥離すれば、図2(3)に示す
状態となる。そして図2(4)に示すように、窒化膜4
0のエッチング部分41および42を通して、ドレイン
側不純物拡散層24の全領域およびソース側不純物拡散
層14の全領域に、リン等のN型の不純物を注入する
(ステップ82)。なおステップ82では、各第1等濃
度領域の不純物濃度が1016〜1017個/cm3程度と
なるように、短時間で不純物を注入する。以上により、
各第1等濃度領域14a、24aおよび各第2等濃度領
域14b、24bが形成される。
【0030】LOCOS酸化膜形成工程では、窒化膜4
0の表面に再度レジストを塗布し、露光・現像して、素
子分離領域4に対応する部分のレジストを除去する(ス
テップ84)。次に、レジスト除去部分を通して窒化膜
40をエッチングする(ステップ86)。その後レジス
トを剥離すれば、図3(1)に示す状態となる。そして
図3(2)に示すように、窒化膜40のエッチング部分
41、42および43を通して、素子分離領域4、ドレ
イン側不純物拡散層24領域およびソース側不純物拡散
層14領域に、それぞれ素子分離用LOCOS酸化膜
2、ソース側LOCOS酸化膜12およびドレイン側L
OCOS酸化膜22を形成する(ステップ88)。この
ように、素子分離用LOCOS酸化膜2の形成と同時
に、ソース側LOCOS酸化膜12およびドレイン側L
OCOS酸化膜22を形成することにより、生産コスト
を低減することができる。
【0031】その後、窒化膜40を剥離することにより
(ステップ90)、図3(3)の状態となる。次に、ソ
ース側LOCOS酸化膜12およびドレイン側LOCO
S酸化膜22の間における半導体基板1の表面に、ゲー
ト絶縁膜32を成膜する(ステップ92)。次に、ゲー
ト絶縁膜32の上面からLOCOS酸化膜12、22の
上面の半分程度にまで、ゲート電極30を形成する(ス
テップ94)。すなわち、ゲート電極30の端部がLO
COS酸化膜12、22に乗り上げる形でゲート電極を
形成する。次に、ソース領域10およびドレイン領域2
0にリン等のN型の不純物を注入して、ソース領域およ
びドレイン領域を形成する(ステップ96)。以上によ
り図3(4)に示すように、第1実施形態に係る高耐圧
トランジスタが形成される。
【0032】上記のように構成した第1実施形態に係る
高耐圧トランジスタにより、ドレイン耐圧のばらつきを
低減することができる。一般に、トランジスタのスイッ
チングスピードを向上させるためには、ドレイン側不純
物拡散層24の不純物濃度を高くする必要がある。しか
し、ドレイン側不純物拡散層24における不純物は、反
対の導電型である半導体基板1に拡散する。特にトラン
ジスタの製造過程で加熱処理されると、不純物は広く拡
散することになる。そして図1(2)に示すように、電
気的に中和状態であるドレイン側空乏層28がチャネル
領域1aに形成される。このドレイン側空乏層28は、
ドレイン側不純物拡散層24における不純物濃度が高い
ほど、大きく広がるとともに、広がりのばらつきが大き
くなる。ところで、トランジスタOFF状態でドレイン
領域20に高電圧を印加すると、その電圧に比例してド
レイン側空乏層28がソース領域10側に向かって伸び
る。そしてドレイン側空乏層28がソース領域10ない
しソース側不純物拡散層14に到達すると、チャネル領
域1aに降伏電流が流れる、いわゆるパンチスルー現象
が発生する。従って、ドレイン側不純物拡散層における
不純物濃度が高いほど、低電圧でパンチスルー現象が発
生することになり、ドレイン耐圧が低くなるとともに、
ドレイン耐圧のばらつきが大きくなるという問題があ
る。
【0033】この点第1実施形態では、ドレイン側不純
物拡散層24をチャネル領域1a側に形成した第1等濃
度領域24aとドレイン領域20側に形成した第2等濃
度領域24bとで構成し、第1等濃度領域24aの不純
物濃度を第2等濃度領域24bの不純物濃度より低濃度
とした構成とした。第1等濃度領域24aの不純物濃度
を低濃度としたので、図1(2)に示すようにチャネル
領域1aにおけるドレイン側空乏層28の広がりを小さ
く抑えることができる。これにより、低電圧でのパンチ
スルー現象の発生を回避することができ、高いドレイン
耐圧を確保することができる。また、ドレイン側空乏層
28の広がりのばらつきも小さくなるので、パンチスル
ー現象が発生する電圧しきい値のばらつきが小さくな
る。従って、ドレイン耐圧のばらつきを低減することが
できる。
【0034】なお、第2等濃度領域24bの不純物濃度
を高濃度としたので、形成されるチャネルの抵抗が小さ
くなる。従って、スイッチングスピードの速い高性能の
トランジスタを提供することができるのである。
【0035】また、第1実施形態に係る高耐圧トランジ
スタにより、トランジスタ性能を低下させることなくチ
ャネル領域長さの短縮が可能となる。一般にトランジス
タをコンパクト化するためには、チャネル長を短縮する
必要がある。しかしチャネル長を短縮すると、低電圧に
よりパンチスルー現象が発生することになり、ドレイン
耐圧が低くなるという問題がある。なお、低電圧でのパ
ンチスルー現象の発生を回避するため、ドレイン側不純
物拡散層の不純物濃度を低くすれば、上述したようにト
ランジスタのスイッチングスピードを低下させ、トラン
ジスタ性能を低下させてしまうという問題がある。
【0036】この点第1実施形態では、第1等濃度領域
24aの不純物濃度を低濃度としたので、上述したよう
にチャネル領域1aにおけるドレイン側空乏層28の広
がりを小さく抑えることができる。これにより、低電圧
でのパンチスルー現象の発生を回避することができるの
で、チャネル長を短縮することができる。また、第2等
濃度領域24bの不純物濃度を高濃度としたので、上述
したようにスイッチングスピードの速い高性能のトラン
ジスタとすることができる。
【0037】なお第1実施形態では、ドレイン側不純物
拡散層24をチャネル領域1a側に形成した第1等濃度
領域24aとドレイン領域20側に形成した第2等濃度
領域24bとで構成し、第1等濃度領域24aの不純物
濃度を第2等濃度領域24bの不純物濃度より低濃度と
した構成としたが、これ以外でも、ドレイン側不純物拡
散層24に不純物濃度勾配を設けドレイン領域20側か
らチャネル領域1a側にかけて低濃度とするものであれ
ば、上記と同様の効果を得ることができる。このよう
に、半導体基板の水平方向に不純物濃度勾配を有するド
レイン側不純物拡散層24を形成する場合には、不純物
の注入エネルギーを低くした上で、注入時間の調整によ
り不純物濃度を変化させることができる。従って、半導
体基板の深さ方向に不純物濃度の異なる不純物拡散層を
形成する場合に比べて、製造コストを低減することがで
きる。加えて、第1実施形態のようにドレイン側不純物
拡散層24を2段階の等濃度領域で構成することによ
り、上記効果を有する高耐圧トランジスタを低コストで
提供することができる。
【0038】一方、第1実施形態に係る高耐圧トランジ
スタの製造方法は、半導体基板1の表面に窒化膜40を
形成する窒化膜形成工程と、ドレイン側不純物拡散層2
4およびソース側不純物拡散層14の第2等濃度領域1
4b、24bに対応する部分の窒化膜40をエッチング
して各第2等濃度領域14b、24bにN型の不純物を
注入する第1不純物注入工程と、ドレイン側不純物拡散
層24およびソース側不純物拡散層14の第1等濃度領
域14a、24aに対応する部分の窒化膜40をエッチ
ングしてドレイン側不純物拡散層24の全領域およびソ
ース側不純物拡散層14の全領域にN型の不純物を注入
する第2不純物注入工程と、素子分離領域4に対応する
部分の窒化膜40をエッチングして素子分離領域4、ド
レイン側不純物拡散層24領域およびソース側不純物拡
散層14領域にLOCOS酸化膜2、12、22を形成
するLOCOS酸化膜形成工程とを有する構成とした。
【0039】レジストマスクによらず窒化膜マスクによ
り第1等濃度領域14a、24aおよび第2等濃度領域
14b、24bを形成するので、高い寸法精度で第1等
濃度領域および第2等濃度領域を形成することができ
る。これにより、ドレイン側空乏層28の広がりのばら
つきが小さくなるので、ドレイン耐圧のばらつきを低減
することができる。また、LOCOS酸化膜を形成する
窒化膜マスク40を共用して第1等濃度領域14a、2
4aおよび第2等濃度領域14b、24bを形成するの
で、製造コストを低減することができる。
【0040】次に、第2実施形態について説明する。図
6に第2実施形態に係る高耐圧トランジスタの製造方法
の説明図を示す。第2実施形態に係る高耐圧トランジス
タの製造方法は、第1実施形態に係る高耐圧トランジス
タを、第1実施形態とは別の方法で製造するものであっ
て、半導体基板1の表面に窒化膜50を形成する窒化膜
形成工程と、ドレイン側不純物拡散層24およびソース
側不純物拡散層14に対応する部分の窒化膜50をエッ
チングしてドレイン側不純物拡散層24の全領域および
ソース側不純物拡散層14の全領域に第2導電型の不純
物を注入する第1不純物注入工程と、ドレイン側不純物
拡散層24およびソース側不純物拡散層14の第1等濃
度領域14a、24aに対応する部分をレジスト60で
マスクしてドレイン側不純物拡散層24およびソース側
不純物拡散層14の第2等濃度領域14b、24bに第
2導電型の不純物を注入する第2不純物注入工程と、レ
ジスト60を除去するとともに素子分離領域4に対応す
る部分の窒化膜50をエッチングして素子分離領域4、
ドレイン側不純物拡散層24領域およびソース側不純物
拡散層14領域にLOCOS酸化膜2、12、22を形
成するLOCOS酸化膜形成工程とを有するものであ
る。窒化膜形成工程では、P型の半導体基板1の表面
に、CVD法等により窒化ケイ素(Si34)被膜(以
下、窒化膜と呼ぶ)40を形成する(ステップ70)。
【0041】第1不純物注入工程では、窒化膜50の表
面にレジストを塗布し、露光・現像して、ドレイン側不
純物拡散層24およびソース側不純物拡散層14に対応
する部分のレジストを除去する。次に、レジスト除去部
分を通して窒化膜50をエッチングする。その後レジス
トを剥離すれば、図6(1)に示す状態となる。そして
図6(2)に示すように、窒化膜50のエッチング部分
51を通して、ドレイン側不純物拡散層24の全領域お
よびソース側不純物拡散層14の全領域に、リン等のN
型の不純物を注入する。その際、第1等濃度領域14
a、24aの不純物濃度が1016〜1017個/cm3
度となるように、短時間で不純物を注入する。
【0042】第2不純物注入工程では、図6(3)に示
すようにレジスト60を塗布し、露光・現像して、ドレ
イン側不純物拡散層24およびソース側不純物拡散層1
4の第2等濃度領域14b、24bに対応する部分のレ
ジスト61を除去する。次に図6(4)に示すように、
レジスト61の除去部分を通して、各第2等濃度領域1
4b、24bにリン等のN型の不純物を注入する。すな
わち、ドレイン側不純物拡散層24およびソース側不純
物拡散層14の第1等濃度領域14a、24aに対応す
る部分をレジスト60でマスクして、ドレイン側不純物
拡散層24およびソース側不純物拡散層14の第2等濃
度領域14b、24bに不純物を注入する。その際、第
2等濃度領域の不純物濃度が1017〜1018個/cm3
程度となるように、ある程度時間をかけて不純物を注入
する。以上により、各第1等濃度領域14a、24aお
よび各第2等濃度領域14b、24bが形成される。そ
の後レジスト60を剥離すれば、図2(4)に示す状態
となる。なお、LOCOS酸化膜形成工程およびその後
の工程は、第1実施形態と同様である。
【0043】第2実施形態に係る高耐圧トランジスタの
製造方法によっても、窒化膜マスク50により第1等濃
度領域14a、24aを形成するので、高い寸法精度で
第1等濃度領域を形成することができる。なお、チャネ
ル領域1aにおけるドレイン側空乏層28の形成には、
第1等濃度領域14a、24aの寸法精度が寄与するの
で、第2実施形態に係る製造方法によっても、第1実施
形態と同じ効果を有する高耐圧トランジスタを製造する
ことができる。また、LOCOS酸化膜を形成する窒化
膜マスク50を共用して第1等濃度領域14a、24a
を形成するので、製造コストを低減することができる。
なお、第2等濃度領域14b、24bはレジストマスク
を使用して形成するが、第1実施形態でも窒化膜のエッ
チングにレジストマスクを使用しているので、製造コス
トが増加することはない。
【0044】
【発明の効果】第1導電型の半導体基板の表面に第2導
電型のソース領域およびドレイン領域を形成し、前記ソ
ース領域および前記ドレイン領域の間のチャネル領域上
にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、前記ドレ
イン領域と前記ゲート電極との間にドレイン側LOCO
S酸化膜を形成して前記ドレイン領域から前記ゲート電
極をオフセットさせ、前記ドレイン領域から前記ドレイ
ン側LOCOS酸化膜の下方に第2導電型のドレイン側
不純物拡散層を延在させるとともに、前記ドレイン側不
純物拡散層に不純物濃度勾配を設け前記ドレイン領域側
から前記チャネル領域側にかけて低濃度とした構成とし
たので、ドレイン耐圧のばらつきを低減した高耐圧トラ
ンジスタを提供することができる。また、トランジスタ
性能を低下させることなくチャネル長の短縮が可能な、
高耐圧トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの説明
図であり、(1)は立面断面図であり、(2)は空乏層
の説明図である。
【図2】第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの製造
方法の第1説明図である。
【図3】第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの製造
方法の第2説明図である。
【図4】第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの製造
方法の第1フローチャートである。
【図5】第1実施形態に係る高耐圧トランジスタの製造
方法の第2フローチャートである。
【図6】第2実施形態に係る高耐圧トランジスタの製造
方法の説明図である。
【図7】従来技術に係る高耐圧トランジスタの説明図で
あり、(1)は立面断面図であり、(2)は空乏層の説
明図である。
【符号の説明】
1………半導体基板 1a………チャネル領域 2………素子分離用LOCOS酸化膜 4………素子分離領域 10………ソース領域 12………ソース側LOCOS酸化膜 14………ソース側不純物拡散層 14a………第1等濃度領域 14b………第2等濃度領域 20………ドレイン領域 22………ドレイン側LOCOS酸化膜 24………ドレイン側不純物拡散層 24a………第1等濃度領域 24b………第2等濃度領域 28………ドレイン側空乏層 30………ゲート電極 32………ゲート絶縁膜 40………窒化膜 41,42,43………エッチング部分 50………窒化膜 51………エッチング部分 60,61………レジスト 101………半導体基板 101a………チャネル領域 110………ソース領域 114………ソース側不純物拡散層 120………ドレイン領域 122………ドレイン側LOCOS酸化膜 124………ドレイン側不純物拡散層 128………ドレイン側空乏層 130………ゲート電極

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板の表面に第2導
    電型のソース領域およびドレイン領域を形成し、前記ソ
    ース領域および前記ドレイン領域の間のチャネル領域上
    にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、前記ドレ
    イン領域と前記ゲート電極との間にドレイン側LOCO
    S酸化膜を形成して前記ドレイン領域から前記ゲート電
    極をオフセットさせ、前記ドレイン領域から前記ドレイ
    ン側LOCOS酸化膜の下方に第2導電型のドレイン側
    不純物拡散層を延在させるとともに、前記ドレイン側不
    純物拡散層に不純物濃度勾配を設け前記ドレイン領域側
    から前記チャネル領域側にかけて低濃度としたことを特
    徴とする高耐圧トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記ドレイン側不純物拡散層を前記チャ
    ネル領域側に形成した第1等濃度領域と前記ドレイン領
    域側に形成した第2等濃度領域とで構成し、前記第1等
    濃度領域の不純物濃度を前記第2等濃度領域の不純物濃
    度より低濃度としたことを特徴とする請求項1に記載の
    高耐圧トランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記ゲート電極と前記ソース領域との間
    にソース側LOCOS酸化膜を形成して前記ソース領域
    から前記ゲート電極をオフセットさせ、前記ソース領域
    から前記ソース側LOCOS酸化膜の下方に第2導電型
    のソース側不純物拡散層を延在させるとともに、前記ソ
    ース側不純物拡散層を前記チャネル領域側に形成した第
    1等濃度領域と前記ソース領域側に形成した第2等濃度
    領域とで構成し、前記第1等濃度領域の不純物濃度を前
    記第2等濃度領域の不純物濃度より低濃度としたことを
    特徴とする請求項1または2に記載の高耐圧トランジス
    タ。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の高
    耐圧トランジスタを採用したことを特徴とする半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 第1導電型の半導体基板の表面に第2導
    電型のドレイン領域を形成し、前記ドレイン領域とゲー
    ト電極との間にドレイン側LOCOS酸化膜を形成し、
    前記ドレイン領域から前記ドレイン側LOCOS酸化膜
    の下方にドレイン側不純物拡散層を延在させるととも
    に、前記ドレイン側不純物拡散層をチャネル領域側に形
    成した第1等濃度領域と前記ドレイン領域側に形成した
    第2等濃度領域とで構成し、前記第1等濃度領域の不純
    物濃度を前記第2等濃度領域の不純物濃度より低濃度と
    した高耐圧トランジスタの製造方法であって、 前記半導体基板の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工
    程と、 前記窒化膜の前記第2等濃度領域に対応する部分をエッ
    チングして前記第2等濃度領域に第2導電型の不純物を
    注入する第1不純物注入工程と、 前記窒化膜の前記第1等濃度領域に対応する部分をエッ
    チングして前記ドレイン側不純物拡散層の全領域に第2
    導電型の不純物を注入する第2不純物注入工程と、 前記窒化膜の素子分離領域に対応する部分をエッチング
    して前記素子分離領域および前記ドレイン側不純物拡散
    層領域にLOCOS酸化膜を形成するLOCOS酸化膜
    形成工程と、 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。
  6. 【請求項6】 前記半導体基板の表面に第2導電型のソ
    ース領域を形成し、前記ソース領域と前記ゲート電極と
    の間にソース側LOCOS酸化膜を形成し、前記ソース
    領域から前記ソース側LOCOS酸化膜の下方にソース
    側不純物拡散層を延在させるとともに、前記ソース側不
    純物拡散層をチャネル領域側に形成した第1等濃度領域
    と前記ソース領域側に形成した第2等濃度領域とで構成
    し、前記第1等濃度領域の不純物濃度を前記第2等濃度
    領域の不純物濃度より低濃度とした高耐圧トランジスタ
    の製造方法であって、 前記半導体基板の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工
    程と、 前記ドレイン側不純物拡散層の前記第2等濃度領域およ
    び前記ソース側不純物拡散層の前記第2等濃度領域に対
    応する部分の前記窒化膜をエッチングして前記各第2等
    濃度領域に第2導電型の不純物を注入する第1不純物注
    入工程と、 前記ドレイン側不純物拡散層の前記第1等濃度領域およ
    び前記ソース側不純物拡散層の前記第1等濃度領域に対
    応する部分の前記窒化膜をエッチングして前記ドレイン
    側不純物拡散層の全領域および前記ソース側不純物拡散
    層の全領域に第2導電型の不純物を注入する第2不純物
    注入工程と、 素子分離領域に対応する部分の前記窒化膜をエッチング
    して前記素子分離領域、前記ドレイン側不純物拡散層領
    域および前記ソース側不純物拡散層領域にLOCOS酸
    化膜を形成するLOCOS酸化膜形成工程と、 を有することを特徴とする請求項5に記載の高耐圧トラ
    ンジスタの製造方法。
  7. 【請求項7】 第1導電型の半導体基板の表面に第2導
    電型のドレイン領域を形成し、前記ドレイン領域とゲー
    ト電極との間にドレイン側LOCOS酸化膜を形成し、
    前記ドレイン領域から前記ドレイン側LOCOS酸化膜
    の下方にドレイン側不純物拡散層を延在させるととも
    に、前記ドレイン側不純物拡散層をチャネル領域側に形
    成した第1等濃度領域と前記ドレイン領域側に形成した
    第2等濃度領域とで構成し、前記第1等濃度領域の不純
    物濃度を前記第2等濃度領域の不純物濃度より低濃度と
    した高耐圧トランジスタの製造方法であって、 前記半導体基板の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工
    程と、 前記窒化膜の前記ドレイン側不純物拡散層に対応する部
    分をエッチングして前記ドレイン側不純物拡散層の全領
    域に第2導電型の不純物を注入する第1不純物注入工程
    と、 前記ドレイン側不純物拡散層の前記第1等濃度領域に対
    応する部分をレジストでマスクして前記第2等濃度領域
    に第2導電型の不純物を注入する第2不純物注入工程
    と、 前記レジストを除去するとともに前記窒化膜の素子分離
    領域に対応する部分をエッチングして前記素子分離領域
    および前記ドレイン側不純物拡散層領域にLOCOS酸
    化膜を形成するLOCOS酸化膜形成工程と、 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。
  8. 【請求項8】 前記半導体基板の表面に第2導電型のソ
    ース領域を形成し、前記ソース領域と前記ゲート電極と
    の間にソース側LOCOS酸化膜を形成し、前記ソース
    領域から前記ソース側LOCOS酸化膜の下方にソース
    側不純物拡散層を延在させるとともに、前記ソース側不
    純物拡散層をチャネル領域側に形成した第1等濃度領域
    と前記ソース領域側に形成した第2等濃度領域とで構成
    し、前記第1等濃度領域の不純物濃度を前記第2等濃度
    領域の不純物濃度より低濃度とした高耐圧トランジスタ
    の製造方法であって、 前記半導体基板の表面に窒化膜を形成する窒化膜形成工
    程と、 前記ドレイン側不純物拡散層および前記ソース側不純物
    拡散層に対応する部分の前記窒化膜をエッチングして前
    記ドレイン側不純物拡散層の全領域および前記ソース側
    不純物拡散層の全領域に第2導電型の不純物を注入する
    第1不純物注入工程と、 前記ドレイン側不純物拡散層の前記第1等濃度領域およ
    び前記ソース側不純物拡散層の前記第1等濃度領域に対
    応する部分をレジストでマスクして前記ドレイン側不純
    物拡散層の前記第2等濃度領域および前記ソース側不純
    物拡散層の前記第2等濃度領域に第2導電型の不純物を
    注入する第2不純物注入工程と、 前記レジストを除去するとともに素子分離領域に対応す
    る部分の前記窒化膜をエッチングして前記素子分離領
    域、前記ドレイン側不純物拡散層領域および前記ソース
    側不純物拡散層領域にLOCOS酸化膜を形成するLO
    COS酸化膜形成工程と、 を有することを特徴とする請求項7に記載の高耐圧トラ
    ンジスタの製造方法。
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JP2008010443A (ja) * 2006-06-27 2008-01-17 Seiko Instruments Inc 半導体集積回路装置

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