JP2004039773A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に内蔵される、DMOS(Diffused MOS)タイプの高耐圧トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】
高耐圧MOSトランジスタは、高いソースドレイン耐圧(BVDS)、あるいは高いゲート耐圧を有しており、LCDドライバー、ELドライバーや電源回路等に応用されている。
【0003】
図11は従来例に係るDMOSタイプのNチャネル型の高耐圧トランジスタの構造を示す断面図である。
【0004】
P型のシリコン基板100の表面に、N型のウエル領域101が形成され、このウエル領域101の表面にP型のボディ領域102の表面に、ゲート酸化膜103、厚いフィールド酸化膜104A,104Bが形成されている。そして、ゲート酸化膜103から隣接するフィールド酸化膜104Aの一部上に延在するゲート電極105が形成されている。
【0005】
ゲート電極105の一方の端に隣接し、ボディ層102の表面にN+型のソース層106が形成されている。また、N+型のソース層106に隣接して、ボディ層102の電位固定用のP+層107が形成されている。
【0006】
更に、ウエル領域101の表面領域及びボディ層102の表面に部分的に重畳する領域にN型の第1ドレイン層108が形成されている。また、ゲート電極105の他方の端から離間して、N型の第1ドレイン層108の表面に配置されたN+型の第2ドレイン層109が形成されている。
【0007】
上記の高耐圧MOSトランジスタ構造によれば、第2ドレイン層109に高電圧を印加した場合に、N型のウエル領域101及びボディ層102に空乏層が広がり、ドレイン電界が緩和されるため、高いソースドレイン耐圧を得ることができる。また、N型の第1ドレイン層108を設けているので、トランジスタのオン抵抗を下げることができる。また、ゲート電極105はゲート酸化膜103から隣接するフィールド酸化膜104Aの一部上に延在しているため、ゲート酸化膜103の破壊にも強い構造を有している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の高耐圧トランジスタは、動作耐圧が低いという問題があった。ここで、動作耐圧は、高耐圧トランジスタがオンであり、チャネル電流が流れている状態でのソースドレイン間耐圧をいう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
その原因については本発明者の検討によれば以下の通りである。図11において、N+型の第2ドレイン層109にドレイン電圧を印加し、かつゲート電極105にしきい値電圧以上のゲート電圧を印加すると、N+型のソース層106とN型の第1ドレイン層108との間のチャネル領域CHに、チャネル電流(電子電流)が流れる。ドレイン電圧が高くなると、N型の第1ドレイン層108の端での電界が強くなり、インパクトイオン化により、電子−正孔対が生成される。N型の第1ドレイン層108の端で生成された正孔はボディ層102中に放出されドリフト電流となる。すると、ボディ層102の電位が上昇する。
【0010】
一方、図11に示すように、寄生NPN型バイポーラトランジスタが形成される。この寄生NPN型バイポーラトランジスタのエミッタはN+型のソース層106であり、ベースはP型のボディ層102であり、コレクタはN型のウエル領域101である。
【0011】
N型の第1ドレイン層108の端で生成された正孔がボディ層102中に放出され、ボディ層102の電位が上昇すると、寄生NPN型バイポーラトランジスタのベース電位が上昇する。従来、N+型ソース層106に隣接して、ボディ層102の電位固定用のP+層107が形成されているが、これではボディ層102の電位を固定するのには不充分であり、寄生NPN型バイポーラトランジスタがオンしてしまう。
【0012】
すると、N+型の第2ドレイン層109とN+型ソース層106との間に大きな寄生電流が流れる。そのため、高耐圧トランジスタの動作耐圧が低くなる。
【0013】
そこで、本発明は、図9に示すように、N+型のソース層12の下の領域に、高耐圧トランジスタ内部で生成された正孔を吸収するためのP+型の埋め込み層7を配置したものである。P+型の埋め込み層7はN+型のソース層13の下の領域を低抗抗化する。
【0014】
このため、高耐圧トランジスタ内部で生成された正孔は、このP+型埋め込み層7及びN+型ソース層に隣接するボディ層3の表面に形成されたP+型層12を通してすみやかに吸収され、高耐圧トランジスタの外部に放出される。すると、ボディ層3の電位の上昇が抑制されるため、寄生NPN型バイポーラトランジスタがオンしにくくなる。これにより、高耐圧トランジスタの動作耐圧が向上する。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第1の実施形態による半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0016】
まず、図1に示すように、P型シリコン基板1の表面にイオン注入・熱拡散によりN型ウエル領域2を形成する。ここで、イオン注入は、例えばリン(31P+)を加速エネルギー140〜160KeV、dose量5×1012/cm2の条件で行う。その後、1200℃で15時間程度の熱拡散を行う。
【0017】
次に、図2に示すように、P型ボディ層3、N型の第1ドレイン層4を形成する。このN型の第1ドレイン層4は、P型ボディ層3の表面に部分的に重畳されている。ここで、P型ボディ層3形成のためのイオン注入は、不図示のフォトレジスト層をマスクとして、例えばボロン(11B+)を加速エネルギー80KeV、dose量1.5×1013/cm2の条件で行う。また、N型の第1ドレイン層4形成のためのイオン注入は、不図示のフォトレジスト層をマスクとして、例えば砒素(75As+)を加速エネルギー160KeV、dose量2×1012/cm2、続いてリン(31P+)を加速エネルギー100KeV、dose量1×1012/cm2、条件で行う。上記のイオン注入後、1100℃で4時間程度の熱拡散を行う。
【0018】
次に、図3に示すように、フォトレジスト層5をマスクとして、P型ボディ層3に2回目のイオン注入を行う。これは、P型ボディ層3のチャネル領域CHの濃度を高くして、高耐圧トランジスタのショートチャネル効果を防止するためである。このイオン注入は、例えば、ボロン(11B+)を加速エネルギー120KeV、dose量2×1013/cm2〜3×1013/cm2の条件で行う。
【0019】
次に、図4に示すように、フォトレジスト層6をマスクとして、P型ボディ層3にイオン注入を行い、P型ボディ層3の表面から深い領域にP+型埋め込み領域7を形成する。このイオン注入は、例えば、ボロン(11B+)を加速エネルギー100KeV〜150KeV、dose量1×1014/cm2の条件で行う。このイオン注入は、後に形成するフィールド酸化膜下のチャネルストッパー領域形成用のイオン注入工程と兼用することができる。
【0020】
次に、図5に示すように、LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)法を用いて、フィールド酸化膜8A,8Bを形成する。フィールド酸化膜は一般には素子分離用に形成されるが、この半導体装置では高耐圧トランジスタの耐圧を向上するために利用している。その膜厚は目標耐圧によって異なるが、300nm〜1100nm程度である。この工程で、P+型埋め込み領域7はP型ボディ層3の中でより広い領域に拡散される。
【0021】
次に、図6に示すように、フィールド酸化膜8Aの所定領域を部分的にエッチングして、P型ボディ層3の表面を露出し、熱酸化することによりゲート酸化膜9を形成する。その膜厚はトランジスタのゲート耐圧の目標耐圧によって異なるが、15nm〜250nm程度である。フィールド酸化膜8A,8Bは、ゲート酸化膜9よりも相当厚い膜厚を有している。そして、前面にポリシリコン層をLPCVD法を用いて堆積し、このポリシリコン層を選択的にエッチングすることにより、ゲート電極10を形成する。このゲート電極10の一端はP+型埋め込み領域7の端の近傍に配置する。また、ゲート電極10の他端は、ゲート酸化膜9上からフィールド酸化膜8Aの一部上に延在するように形成する。
【0022】
次に、図7に示すように、N+型の第2ドレイン層の形成予定領域をマスクするフォトレジスト層11を形成し、イオン注入を行い、P+型埋め込み層7の表面に重畳して、P+層12を形成する。このP+層12は後述するようにP+型埋め込み層7と協同して、P型ボディ層3の電位を固定する役割を果たす。
【0023】
このイオン注入は、Pチャネルトランジスタのソースドレイン形成用のイオン注入を兼用することができ、例えばボロン(11B+)を加速エネルギー30KeV、dose量2×1015/cm2程度の条件で打ち込む。
【0024】
次に、図8に示すように、イオン注入により、N+型ソース層12、N+型の第2ドレイン層14を形成する。N+型ソース層12は、フォトレジスト層15がマスクとなり、ゲート電極10の一端に整合すると共に、P+層12に隣接して形成される。そして、N+型ソース層12の下の領域にはP+型埋め込み層7が配置されることになる。また、N+型の第2ドレイン層14は、フィールド酸化膜8A,8Bの間の、N型の第1ドレイン層の表面に形成される。
【0025】
このイオン注入は、例えば、リン(31P+)をdose量1×1014/cm2、加速エネルギー70KeVの条件で打ち込み、更に、砒素(75As+)をdose量6×1015/cm2、加速エネルギー80KeVの条件で打ち込む。
【0026】
そして、図9に示すように、層間絶縁膜としてBPSG膜16をCVD法により堆積する。その後、P+層12及びN+型ソース層13の境界領域上、及びN+型の第2ドレイン層14上にコンタクトホールを形成し、ソース電極17、ドレイン電極18を形成する。
【0027】
このようにして完成した半導体装置によれば、N+型ソース層13の下の領域P+型埋め込み層7が配置される。このP+型埋め込み層7はN+型のソース層12の下の領域を低抗抗化する。このため、N型の第1ドレイン層4の端部で生成された正孔は、このP+型の埋め込み層7及びN+型のソース層に隣接するボディ層3の表面に形成されたP+型層12によってすみやかに吸収され、ソース電極16を通って高耐圧トランジスタの外部に放出される。すると、ボディ層3の電位の上昇が抑制されるため、寄生NPN型バイポーラトランジスタがオンしにくくなる。これにより、高耐圧トランジスタの動作耐圧が向上する。
【0028】
図10は、上述した高耐圧トランジスタの動作耐圧とP+型の埋め込み層7形成用のイオン注入のボロンdose量との関係を示す図である。この図から明らかなように、ボロンdose量が増加すると共に、動作耐圧が向上している。
【0029】
なお、上記実施形態では、Nチャネル型MOSトランジスタについて説明したが、本発明はPチャネル型MOSトランジスタについても同様に適用することができる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、N+型ソース層13の下の領域P+型埋め込み層7が配置されているので、N型の第1ドレイン層4の端部で生成された正孔は、このP+型の埋め込み層7に吸収され、外部に放出される。これにより、寄生バイポーラトランジスタ・アクションを防止し、高耐圧トランジスタの動作耐圧を向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図5】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図6】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図7】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図8】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図9】本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図10】本発明の実施形態による高耐圧トランジスタの動作耐圧とP+型の埋め込み層7形成用のイオン注入dose量の関係を示す図である。
【図11】従来例に係る半導体装置を示す断面図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DMOS (Diffused MOS) type high breakdown voltage transistor built in a semiconductor integrated circuit.
[0002]
[Prior art]
A high breakdown voltage MOS transistor has a high source / drain breakdown voltage (BVDS) or a high gate breakdown voltage, and is applied to an LCD driver, an EL driver, a power supply circuit, and the like.
[0003]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional DMOS type N-channel high breakdown voltage transistor.
[0004]
An N-
[0005]
An N +
[0006]
Further, an N-type
[0007]
According to the above high breakdown voltage MOS transistor structure, when a high voltage is applied to the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional high breakdown voltage transistor has a problem that the operating breakdown voltage is low. Here, the operating breakdown voltage refers to the breakdown voltage between the source and the drain when the high breakdown voltage transistor is on and a channel current is flowing.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The cause is as follows according to the study by the present inventors. In FIG. 11, when a drain voltage is applied to the N + type
[0010]
On the other hand, as shown in FIG. 11, a parasitic NPN-type bipolar transistor is formed. The emitter of the parasitic NPN bipolar transistor is an N +
[0011]
When holes generated at the end of the N-type
[0012]
Then, a large parasitic current flows between the N + type
[0013]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 9, a P + type buried
[0014]
Therefore, holes generated inside the high-breakdown-voltage transistor are quickly absorbed through the P + -type buried
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the semiconductor device and the method for fabricating the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
First, as shown in FIG. 1, an N-
[0017]
Next, as shown in FIG. 2, a P-
[0018]
Next, as shown in FIG. 3, a second ion implantation is performed on the P-
[0019]
Next, as shown in FIG. 4, using the photoresist layer 6 as a mask, ions are implanted into the P-
[0020]
Next, as shown in FIG. 5, the
[0021]
Next, as shown in FIG. 6, a predetermined region of
[0022]
Next, as shown in FIG. 7, a
[0023]
The ion implantation may be also used the ion implantation for source and drain formation of the P-channel transistor, for example, boron (11 B +) of an acceleration energy of 30 KeV, implanted at dose of 2 × 10 15 / cm 2 of about conditions.
[0024]
Next, as shown in FIG. 8, an N + type
[0025]
In this ion implantation, for example, phosphorus ( 31 P + ) is implanted under the conditions of a dose of 1 × 10 14 / cm 2 and an acceleration energy of 70 KeV, and arsenic ( 75 As + ) is further implanted with a dose of 6 × 10 15 / cm 2. , At an acceleration energy of 80 KeV.
[0026]
Then, as shown in FIG. 9, a
[0027]
According to the semiconductor device completed in this manner, the region P + type buried
[0028]
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the operating breakdown voltage of the above-described high breakdown voltage transistor and the amount of boron dose of ion implantation for forming the P + type buried
[0029]
In the above embodiment, an N-channel MOS transistor has been described. However, the present invention can be similarly applied to a P-channel MOS transistor.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the region P + type buried
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device and a method for fabricating the same according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device and a method for fabricating the same according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view illustrating the semiconductor device and the method for fabricating the same according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view illustrating the semiconductor device and the method for fabricating the same according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a sectional view showing the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a sectional view showing the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a sectional view illustrating the semiconductor device and the method for fabricating the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view illustrating the semiconductor device and the method for fabricating the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the operating breakdown voltage of the high breakdown voltage transistor according to the embodiment of the present invention and the amount of ion implantation dose for forming the P + type buried
FIG. 11 is a sectional view showing a semiconductor device according to a conventional example.
Claims (4)
前記ボディ層に前記ボディ層よりも高濃度の第1導電型の埋め込み層をイオン注入により形成する工程と、
前記ボディ層の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
このゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の一端に隣接して前記ボディ層の表面に第1導電型のボディ層電位固定層をイオン注入により形成する工程と、
前記ボディ層電位固定層に隣接してソース電極を形成すると共に、前記ゲート電極から離れた前記半導体基板の表面に第2導電型の第2ドレイン層をイオン注入により形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a body layer of the first conductivity type on a surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type and a drain layer of the second conductivity type partially overlapping the body layer;
Forming a buried layer of a first conductivity type at a higher concentration than the body layer in the body layer by ion implantation;
Forming a gate insulating film on the surface of the body layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a first conductivity type body layer potential fixing layer by ion implantation on the surface of the body layer adjacent to one end of the gate electrode;
Forming a source electrode adjacent to the body layer potential fixing layer and forming a second conductivity type second drain layer on the surface of the semiconductor substrate apart from the gate electrode by ion implantation. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ボディ層にこのボディ層よりも高濃度の第1導電型の埋め込み層をイオン注入により形成する工程と、
前記ボディ層の表面にフィールド酸化膜を形成する工程と、
前記フィールド酸化膜を部分的にエッチングした領域にゲート絶縁膜を形成する工程と、
このゲート絶縁膜及び前記フィールド酸化膜の一部上に延在するゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の一端に隣接して前記ボディ層の表面に第1導電型のボディ層電位固定層をイオン注入により形成する工程と、
前記ボディ層電位固定層に隣接してソース電極を形成すると共に、前記ゲート電極から離れた前記半導体基板の表面に第2導電型の第2ドレイン層をイオン注入により形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a body layer of the first conductivity type on a surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type and a drain layer of the second conductivity type partially overlapping the body layer;
Forming a buried layer of a first conductivity type at a higher concentration than the body layer in the body layer by ion implantation;
Forming a field oxide film on the surface of the body layer;
Forming a gate insulating film in a region where the field oxide film is partially etched;
Forming a gate electrode extending over a portion of the gate insulating film and the field oxide film;
Forming a first conductivity type body layer potential fixing layer by ion implantation on the surface of the body layer adjacent to one end of the gate electrode;
Forming a source electrode adjacent to the body layer potential fixing layer and forming a second conductivity type second drain layer on the surface of the semiconductor substrate apart from the gate electrode by ion implantation. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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