JP2004079800A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004079800A
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Kazuyuki Sugahara
須賀原 和之
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of high output operation at a high frequency band with a small drain capacitance. <P>SOLUTION: This semiconductor device comprises a semiconductor substrate, a gate electrode 3 arranged on the semiconductor substrate through an insulating film, a drain region in which first low concentration impurity diffusion layers and dot-shaped second high concentration impurity diffusion layers 45 are arranged in parallel to the gate electrode 3 at a plurality of positions, an interlayer insulating film 9a having dot-shaped contact holes 53 arranged inside by given intervals from the respective dot-shaped peripheries on the second high concentration impurity diffusion layers 45, metal wiring for the drain formed on the interlayer insulating film 9a while burying the dot-shaped contact holes 53 therein in the drain region, and a source region composed of a third impurity diffusion layer 41. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置とその製造方法に関するものであり、より詳細には、高周波信号を増幅する半導体装置とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話等の1〜10GHz程度の高周波信号を0.1〜100W程度の電力に増幅し、アンテナを介して電波として空中に発信するためのトランジスタとして、シリコンのMOS技術を応用したLDMOS(Laterally  Diffused  MetalOxide Semiconductor)トランジスタがある。図12は従来のLDMOSトランジスタの平面図、図13は、図12中のA−A’線に沿ったLDMOSトランジスタの断面構造である。図中、1は活性層(シリコン)、2はP型のソースワイヤレス拡散層(ボロン(B)が1×1017/cm程度含まれているシリコン)、3はゲート電極(例えば、厚さ100nmの多結晶シリコン上に厚さ300nmのWSiが積層された膜)、9a、9bは層間絶縁膜(SiO)、11は分離酸化膜(厚さ約1μmのSiO)、12は比抵抗10mΩ・cmのP型シリコン基板、13はP型シリコン基板12上にエピタキシャル結晶成長によって形成された比抵抗10Ω・cmのP型シリコン層、14は分離酸化膜11の下に形成されたP型分離拡散層(ボロン(B)が4×1015/cm程度含まれているシリコン)、41はソース領域側の高濃度不純物拡散層(N拡散層)で、例えば砒素(As)が1×1021/cm程度含まれているシリコンを指す。なお、””は不純物が高濃度であることを示している。
【0003】
42はドレイン領域側のN拡散層(砒素(As)が1×1021/cm程度含まれているシリコン)、43はP型不純物拡散層(ボロン(B)が1×1017/cm程度含まれているシリコン)、44はドレイン領域側に設けられた低濃度不純物拡散層(N拡散層)で、例えばリン(P)が5×1017/cm程度含まれているシリコンを指す。なお、””は不純物がNより低濃度であることを示している。44aは活性層1の端部にのみ存在するN拡散層(リン(P)が5×1017/cm程度含まれているシリコン)、51はソース領域側のコンタクトホール、52はドレイン領域側のコンタクトホール、6a,bは第1のアルミニウム(Al)配線(厚さ500nm)、71はソース領域側のスルーホール、72はドレイン領域側のスルーホール、8a,bは第2のアルミニウム(Al)配線(厚さ2μm)である。
【0004】
ドレイン領域側におけるコンタクトホール52の幅(図12中の横方向、ゲート長方向)は2μmであり、一方、長さ(図12中の縦方向、ゲート幅方向)は180μmで、矩形状を呈している。コンタクトホール52下のドレイン領域側の第2の高濃度不純物拡散層42の幅は4μmであり、長さは184μmの矩形状を呈している。つまり、コンタクトホール52は第2の高濃度不純物拡散層42に対して、図12中の横方向では2μm、縦方向では4μm内側に設けられていることになる。
【0005】
次に、従来のLDMOSトランジスタの構造および動作について簡単に説明する。ソース領域側の第3の高濃度不純物拡散層41はコンタクトホール51内に形成されたソース領域側の第1のアルミニウム配線6b、スルーホール71内に形成されたソース領域側の第2のアルミニウム配線8bを介してソースワイヤレス拡散層2に接続されている。一方、ソースワイヤレス拡散層2は比抵抗10mΩ・cmのシリコン基板12に接続されている。従って、LDMOSトランジスタのソース領域はシリコン基板12を接地することで外部との接続が可能になり、よって、チップの上からボンディングワイヤを設ける必要が無くなる。因みに、これがソースワイヤレスという理由である。ボンディングワイヤをソース領域側だけ設けないようにすることによって、ボンディングワイヤのインダクタンス成分(抵抗)を低減した結果、高周波信号を安定に増幅できるようになった。
【0006】
ドレイン領域は、活性層1内に設けられた第1の低濃度不純物拡散層(以下、単に「第1のN拡散層」と言う。)44および第1の低濃度不純物拡散層の内側に設けられた第2の高濃度不純物拡散層(以下、単に「第2のN拡散層」と言う)42から成る。第2のN拡散層42とゲート電極3のゲート長方向における端部間の距離は3μmに設定されている。また、第2のN拡散層42は、コンタクトホール52、ドレイン領域側の第1のアルミニウム配線6a、スルーホール72及びドレイン領域側の第2のアルミニウム配線8aを経て外部のボンディングワイヤ(図示せず)に接続されている。
【0007】
ここで、ゲート電極の電圧を0V、ソース電極(シリコン基板12)の電圧を0V、ドレイン端子(ドレインに接続されたボンディングワイヤ(図示せず))に正の電圧を印加する場合を考える。この場合、ゲート電極3の電圧が0VであるためLDMOSトランジスタはオフ状態で、ソース/ドレイン間に電流(ドレイン電流)は流れない。ここでドレイン電圧が増加すると、ドレイン領域の空乏層(図示せず)がゲート電極3の直下に伸長し、ソース領域側高濃度不純物拡散層(以下、単に「第3のN拡散層)と言う)41に接して、ソース領域側の第3のN拡散層41の電位障壁を下げることによりソース/ドレイン間にいわゆるパンチスルー電流が流れる。このパンチスルー電流が流れるドレイン電圧をソース/ドレイン間耐圧としている。
【0008】
LDMOSトランジスタではドレイン領域側の第1のN拡散層44のゲート長方向の幅が、ソース領域側の第3のN拡散層41のゲート長方向の幅より大きい、つまりゲート電極3直下に至る距離が長いため、ドレイン領域に生じる空乏層(図示せず)がソース領域側の第3のN拡散層41に接するには大きな(たとえば75V)ドレイン電圧が必要となる結果、ソース/ドレイン間耐圧が向上した。
【0009】
ゲート電極3の直下に位置するP型不純物拡散層43は、LDMOSトランジスタの閾値電圧(Vth)を1V程度に設定するために設けられている。かかるP型不純物拡散層がドレイン領域側に設けられていないのは、ドレイン領域側の第2のN拡散層42や第1のN拡散層44に接するP型不純物領域13の不純物濃度をできるだけ増加させないようにするためである。ドレイン領域側のP型不純物の濃度が増加すると、ドレイン領域側のPN接合の空乏層が狭くなり、空乏層容量が増加する。これはドレイン/半導体基板間容量が増加することを意味し、高周波動作に悪影響を与えるからである。ちなみに、P型不純物拡散層43がドレイン領域側に設けられていないこと、すなわち、ゲート長方向に濃度勾配があることがLDMOSのLaterally Diffusedという名称の由来である。
【0010】
なお、上述のソース領域側高濃度不純物拡散層41はすべて高不純物濃度の場合について説明している。一般的に、ソース側の不純物拡散層41中に低不純物濃度の領域を設けることは殆どないが、もしゲート電極3と対向する側のソース領域側の不純物拡散層41中に低不純物濃度領域を設けた場合は、ゲート長方向におけるソース領域側の低不純物濃度領域の幅は、ドレイン領域側の第1のN拡散層44のゲート長方向の幅より短く設定される。
【0011】
ゲート電極3に閾値電圧(Vth)以上の電圧が印加され、ドレイン領域に正の電圧が印加された場合、LDMOSトランジスタはオン状態になり、ソース/ドレイン領域間に電流が流れる。しかし、ドレイン電圧が高くなるとドレイン領域側の第1のN拡散層44はゲート電極3側から空乏化し、ドレイン電圧が28Vに達するとドレイン領域側の第1のN拡散層44は全て空乏化してしまう。
【0012】
次に、従来のLDMOSトランジスタの製造方法について、図14〜18に基づき簡単に説明する。図14〜18は従来の半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。図12、13と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものである。
【0013】
シリコン基板中に、不純物イオン注入によってソースワイヤレス拡散層2、P型分離拡散層14を形成した後、ソース/ドレイン領域の周囲に電気的に各素子間を分離する素子分離領域を設けるべくLOCOS酸化法により分離酸化膜11を形成する。続いて、不純物イオン注入によってゲート電極領域の下部およびソース領域にわたる部分にP型不純物拡散層43を形成する。さらに、シリコン基板上にゲート酸化膜31を50nm程度成膜した後、ゲート電極材料を堆積しパターニングしてゲート電極3を形成する。
【0014】
続いて、ウエハ全面にリンをイオン注入してさらに熱処理を行い、ドレイン領域に第1のN拡散層44、およびN拡散層44aを形成する。リンはゲート電極3の直下にはイオン注入されず、また、ソースワイヤレス拡散層2やP型不純物拡散層43の領域ではP型の不純物濃度が高いために、ゲート電極3とソースワイヤレス拡散層2、P型不純物拡散層43の領域では、N拡散層は形成されない。以上の工程が終了した際のLDMOSトランジスタの断面図を図14に示す。
【0015】
次に、ソース/ドレイン領域中でN拡散層を形成する領域以外の部分をレジスト膜47で覆う(図15)。レジスト膜47をイオン注入マスクとして、砒素(As)をイオン注入してさらに熱処理を行い、ソース領域側の第3のN拡散層41とドレイン領域側の第2のN拡散層42を形成する。
【0016】
続いて、CVD法によってシリコン基板上に層間絶縁膜9aを形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、層間絶縁膜9aを貫通するドレイン領域側のコンタクトホール52とソース領域側のコンタクトホール51を形成する(図16)。なお、図16以降の工程別断面図においては、ゲート酸化膜31は記載を省略している。
【0017】
次に、各コンタクトホール51,52を埋め込むようにして層間絶縁膜9a上にアルミニウム膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、第1のアルミニウム配線6a,bを形成する(図17)。
【0018】
さらに、ウエハ上に層間絶縁膜9bを形成し、フォトリソグラフィ技術及び絶縁膜エッチング技術により、ソース領域側のスルーホール71およびドレイン領域側のスルーホール72を形成する(図18)。
【0019】
最後に、アルミニウム膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、第2のアルミニウム配線8a,bを形成して工程が完了する。図13が上述のウエハプロセスを経て完成したLDMOSトランジスタの構造断面図である。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、LDMOSトランジスタはゲート長を短くする(たとえば0.5μm)、ソースワイヤレス構造を採用する、Vth設定用P型不純物拡散層をドレイン領域側に設けないなどの手段により高周波特性の向上を図り、ドレイン領域側のN拡散層をゲート電極から離すことによりソース/ドレイン間耐圧を向上させていた。ところが、高周波帯域でより高出力動作可能なトランジスタの実現のためには、出力側に位置するドレイン容量を一層低減する必要があった。
【0021】
ドレイン容量は主にドレイン領域側の第2のN拡散層42とドレイン領域側の第1のN拡散層44を合わせたN型拡散層と、ドレイン領域の下部に存在するP型シリコン層13の間に形成されるPN接合容量からなる。また、ドレイン電圧が高くなるとドレイン領域側の第1のN拡散層44はほとんど空乏化するため、ドレイン容量に寄与しなくなる。従って、ドレイン領域側の第2のN拡散層42の領域の面積を小さくすれば、ドレイン容量が低減することになる。
【0022】
ドレイン容量を低減させる素子構造として、特開平5−121739号公報に従来の半導体装置の構造が開示されているが、かかる素子構造では実用上必要である70V以上の大きなソース/ドレイン耐圧は実現できなかった。その理由は以下の通りである。
【0023】
ドレイン拡散層とゲート電極のそれぞれ対向する端部間の距離を確保するだけで、ドレインN拡散層と分離酸化膜との距離が短いと、ドレインに高電圧が印加された場合に空乏層があまり広がらない。ドレインN層はN型、分離酸化膜の下はP型のシリコンでPN接合が形成されるが、一般に不純物濃度が高いと空乏層は広がらない。かかる従来構造の場合、ドレインN拡散層ではN型不純物の濃度が高く、ドレインN拡散層と分離酸化膜間の距離が短いので、空乏層が狭くなる。このため、かかる空乏層の電界は非常に大きくなり、アバランシェ崩壊によりソース/ドレイン領域間が降伏してしまう。すなわち、ソース/ドレイン耐圧が劣化する。分離酸化膜の下のシリコンはP型でソースワイヤレス層に相当する層につながっているため0電位であり、一方、ドレイン領域側のN拡散層は+の電圧である。従って、この領域におけるPN接合は逆方向電圧が印加されていることになり通常は電流は流れないが、分離酸化膜の下のシリコン層には微少欠陥があることが多く、かかる欠陥の存在によってより小さい電界(ドレイン電圧)でソース/ドレインが降伏するという不具合があった。
【0024】
ドレイン容量を一層低減させる構造として、特開平10−214971号公報に開示されている従来の半導体装置の構造がある。図19はその開示された従来の半導体装置の素子構造を模式的に表したもので、図中、P拡散層、N拡散層、Al配線は省略している。図19の従来のトランジスタは、八角形の活性層1の中央部にドレイン領域側コンタクトホール52およびドレイン領域側の第2のN拡散層42が配置され、その周りに同じく八角形のゲート電極3が形成され、一番外側にソース領域側コンタクトホール51がドレイン領域側のN拡散層52を囲むように形成されている。図19のような基本単位のトランジスタを縦横に複数個並べてそれぞれを電気的に並列接続することで全体のトランジスタが形成される。なお、ゲート電極3は引き出し用ゲート電極3aにより外側のゲート端子に接続されている。かかる従来のトランジスタ構造では、単位ゲート幅(ゲート電極3の一周の長さに相当)当たりのドレイン領域の面積が小さいことから、確かに全体のドレイン容量が低減した。
【0025】
しかし、図19に示した従来の半導体装置の構造では、ドレイン電流に関与しない引き出し用ゲート電極3aの存在が避けられなかった。すなわち、引き出し用ゲート電極3aは活性層1上にあって、引き出し用ゲート電極3aとシリコンとの間には薄いゲート酸化膜しか存在しないので、このトランジスタ構造は非常に大きな寄生ゲート/ソース間容量(すなわち入力容量)を持つことになる。かかる大きな入力容量のため、例え出力容量が減少しても、高周波特性は向上しないというトレードオフの関係があった。
【0026】
本発明は、特にLDMOSトランジスタのような半導体装置の入力容量を増大させずに、ドレイン容量を低減させることにより高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置およびその製造方法を提供するものである。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、上記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、上記ゲート電極の一方の側の半導体基板内に形成された第1の低濃度不純物拡散層および上記第1の低濃度不純物拡散層の内側に設けられ上記第1の低濃度不純物拡散層より高い不純物濃度を有し上記半導体基板の主面に投影された形状がドット形状を呈する第2の高濃度不純物拡散層が上記ゲート電極に平行な方向に複数箇所配置されたドレイン領域と、上記第2の高濃度不純物拡散層上に上記ドット形状の各辺に対して所定間隔内側に設けられたドット形状のコンタクトホールを有する層間絶縁膜と、上記ドレイン領域において上記ドット形状のコンタクトホールを埋め込みながら上記層間絶縁膜上に形成されたドレイン用金属配線と、上記ゲート電極の他方の側の半導体基板内に形成された第3の不純物拡散層からなるソース領域と、を備えた。
【0028】
また、本発明に係る半導体装置は、ゲート長方向において、上記第3の不純物拡散層中の低不純物濃度領域の幅を上記第1の低濃度不純物拡散層の幅より小さくした。
【0029】
また、本発明に係る半導体装置は、上記ドット形状の第2の高濃度不純物拡散層と上記ドット形状のコンタクトホールにおける対向する各辺の間隔を0.02μm以上0.3μm以下とした。
【0030】
また、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、上記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、上記ゲート電極の一方の側の半導体基板内に形成された第1の低濃度不純物拡散層および上記第1の低濃度不純物拡散層の内側に設けられ上記第1の低濃度不純物拡散層より高い不純物濃度を有し、上記半導体基板の主面に投影された面がゲート幅方向に平行な長辺からなる矩形状を呈する第2の高不純物拡散層を具備するドレイン領域と、上記半導体基板上に形成され上記矩形状の第2の高濃度不純物拡散層上に上記矩形状より所定間隔内側に設けられた矩形状のコンタクトホールを有する層間絶縁膜と、上記ドレイン領域において上記矩形状のコンタクトホールを埋め込みながら上記層間絶縁膜上に形成されたドレイン用金属配線と、上記ゲート電極の他方の側の半導体基板内に形成された第3の不純物拡散層からなり、ゲート長方向において上記第3の不純物拡散層中の低不純物濃度領域の幅が上記第1の低濃度不純物拡散層の幅より小さいソース領域と上記半導体基板上で上記ソース/ドレイン領域の周囲に配置された素子分離用絶縁膜と、を備え、ゲート幅方向における上記素子分離用絶縁膜と上記第2の高濃度不純物拡散層のそれぞれ対向する端部間の距離がゲート長方向における上記第2の高濃度不純物拡散層と上記ゲート電極のそれぞれ対向する端部間の距離より長いこととした。
【0031】
また、本発明に係る半導体装置は、上記矩形状の第2の高濃度不純物拡散層と上記矩形状のコンタクトホールにおける対向する各辺の間隔を、0.02μm以上0.3μm以下とした。
【0032】
また、本発明に係る半導体装置は、上記第3の不純物拡散層を高不純物濃度とした。
【0033】
また、本発明に係る半導体装置は、上記第1の低濃度不純物拡散層、上記第2の高濃度不純物拡散層および上記第3の不純物拡散層の導電型を、いずれもN型とした。
【0034】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、不純物のイオン注入によって半導体基板の上記ソース/ドレイン領域の周囲に位置する素子分離領域にP型分離拡散層を形成する工程と、上記素子分離領域に素子分離用絶縁膜を形成する工程と、不純物のイオン注入によってゲート電極領域の下部およびソース領域にわたる部分にP型不純物拡散層を形成する工程と、上記半導体基板上にゲート酸化膜を成膜する工程と、上記ゲート酸化膜上で上記ゲート電極領域にゲート電極を形成する工程と、不純物のイオン注入によって上記ドレイン領域に第1のN型低濃度不純物拡散層を形成する工程と、不純物のイオン注入によって上記ソース領域のP型不純物拡散層の内側に第3のN型高濃度不純物拡散層を形成する工程と、上記半導体基板上に層間絶縁膜を成膜する工程と、フォトリソグラフィ技術及び絶縁膜エッチング技術によって上記ドレイン領域およびソース領域上の上記層間絶縁膜を貫通するドレイン領域側のコンタクトホールとソース領域側のコンタクトホールを穿つ工程と、フォトリソグラフィ技術によって上記層間絶縁膜上に上記ドレイン領域側のコンタクトホール部分のみが開口されたレジスト膜を形成し、上記レジスト膜および上記層間絶縁膜をイオン注入マスクとして、不純物のイオン注入によって上記第1のN型低濃度不純物拡散層の内側に第2のN型高濃度不純物拡散層を形成する工程と、上記ドレイン領域の上記層間絶縁膜上に上記ドレイン領域側のコンタクトホールを埋め込みつつ形成されたドレイン用金属配線を形成する工程と、を含んでなり、上記第2のN型高濃度不純物拡散層における上記半導体基板の主面に投影された形状が上記ドレイン領域側のコンタクトホールの開口によって決定されることとした。
【0035】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第2のN型高濃度不純物拡散層と上記ドレイン領域側のコンタクトホールにおける対向する端部間の間隔を、0.02μm以上0.3μm以下とした。
【0036】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構造を、図1,2,3に基づき説明する。図1は、本発明のLDMOSトランジスタの構造を示す平面図であり、図2は図1のB−B’線に沿った素子断面図、図3は図1のC−C’線に沿った素子断面図である。図中、1は活性層(シリコン)、2はP型のソースワイヤレス拡散層(ボロン(B)が1×1017/cm程度含まれているシリコン)、3はゲート電極(例えば、厚さ100nmの多結晶シリコン上に厚さ300nmのタングステンシリサイド(WSi)が積層された膜)、6aはドレイン領域側の第1のアルミニウム配線(ドレイン用金属配線)、6bはソース領域側の第1のアルミニウム配線(厚さ500nm)、8aはドレイン領域側の第2のアルミニウム配線、8bはソース領域側の第2のアルミニウム配線(厚さ2μm)、9a、9bは層間絶縁膜(SiO)、11は分離酸化膜(素子分離用絶縁膜、厚さ約1μmのSiO)、12はP型シリコン基板(半導体基板の一種で、例えば比抵抗10mΩ・cmのP型シリコン基板)、13はP型シリコン基板12上にエピタキシャル結晶成長によって形成された、例えば、比抵抗10Ω・cmのP型シリコン層、14は分離酸化膜11の下部に形成されたP型分離拡散層(例えば、ボロン(B)が4×1015/cm程度含まれているシリコン)、41はソース領域側の第3の高濃度不純物拡散層(第3のN拡散層)で、例えば砒素(As)が1×1021/cm程度含まれているシリコンを指す。ちなみに、””は不純物が高濃度であることを示し、2.6×1019/cm以上2×1021/cm以下の範囲の不純物濃度を表す。
【0037】
なお、上述のソース領域側高濃度不純物拡散層41はすべて高不純物濃度の場合について説明している。一般的に、ソース側の第3の不純物拡散層41中に低不純物濃度の領域を設けることは殆どないが、もし、ゲート電極3と対向する側のソース領域側の不純物拡散層41中に低不純物濃度領域を設けた場合は、ゲート長方向におけるソース領域側の低不純物濃度領域の幅は、ドレイン領域側の第1のN拡散層44のゲート長方向の幅より短く設定される。
【0038】
43はP型不純物拡散層(例えば、ボロン(B)が1×1017/cm程度含まれているシリコン)、44aは活性層1の端部にのみ存在する低濃度不純物拡散層(N拡散層、例えば、リン(P)が5×1017/cm程度含まれているシリコン)、44はドレイン領域側に設けられた第1の低濃度不純物拡散層(第1のN拡散層)で、例えば、リン(P)が5×1017/cm程度含まれているシリコンを指す。なお、””は不純物がNより低濃度であることを示し、2×1016/cm以上1.3×1019/cm以下の範囲の不純物濃度を表す。45はドレイン領域側に設けられた第2の高濃度不純物拡散層(第2のN拡散層、例えば、砒素(As)が1×1021/cm程度含まれているシリコン)、51はソース領域側のコンタクトホール、53はドレイン領域側のコンタクトホール、71はソース領域側のスルーホール、72はドレイン領域側のスルーホール、をそれぞれ示す。
【0039】
実施の形態1に係る半導体装置におけるドレイン領域側の第2のN拡散層45の半導体基板の主面に投影された形状は、一辺約2.2μmの正方形のドット形状を呈し、ゲート幅方向において複数個のドットがゲート電極3に平行に並んで設けられている(図1)。ドレイン領域側のドット形状の第2のN拡散層45上に、層間絶縁膜9aを貫通して一辺2μmで同じくドット形状のドレイン領域側コンタクトホール53が設けられている。すなわち、コンタクトホール53の開口のドット形状が第2のN拡散層45のドット形状に対して、対向する各辺がほぼ等間隔になるよう内側に形成されている。かかる両者の間隔としては、0.02〜0.3μmの範囲が好適である。第2のN拡散層45はコンタクトホール53中に埋め込まれたドレイン領域側の第1のアルミニウム配線(ドレイン用金属配線)6aに接続されている。なお、ドレイン領域側のドット形状の各コンタクトホール53の間隔はそれぞれ3μmであり、ゲート長方向における第2のN拡散層45とゲート電極3とのそれぞれ対向する端部間の距離は3μmである。
【0040】
以上、実施の形態1に係る半導体装置では、ドレイン領域側の第2の高濃度不純物拡散層(N拡散層)を複数個のドット形状とし、さらに、ドレイン領域側の各コンタクトホールも第2のN拡散層45のドットに対して各辺がほぼ等間隔になるよう内側に形成されたドット形状としたので、ドレイン領域とドレイン領域側の第1のアルミ配線(ドレイン用金属配線)6aとの接触領域が従来構造に比べて小さくなるため、ドレイン容量が低減される結果、高周波でかつ高電圧下で動作可能な半導体装置が得られる。
【0041】
上記実施の形態1では、ドレイン領域側コンタクトホール53内をアルミニウムで埋め込んだが、図4に示すようにタングステンで埋め込んでプラグ構造61にしてもよい。プラグ構造61にした場合の図1のC−C’線に沿った断面構造を図5に示す。プラグ構造の場合も上記実施の形態1と同様の効果を奏する。
【0042】
また、上記実施の形態1では、便宜上、LDMOSトランジスタ構造で説明したが、半導体装置の基本構造としては、一般的なMOSトランジスタ構造でもよく、この場合もLDMOSトランジスタ構造の場合と同様の効果を奏する。
【0043】
実施の形態2.
実施の形態2に係る半導体装置の構造について、図6,7に基づき説明する。図6は実施の形態2によるLDMOSトランジスタの平面図であり、図7は図6のD−D’線上の素子断面図である。実施の形態1と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものである。図6,7中、46はドレイン領域側の第2の高濃度不純物拡散層(N拡散層)、54はドレイン領域側のコンタクトホール、をそれぞれ示す。
【0044】
41はソース領域側の第3の高濃度不純物拡散層(第3のN拡散層)で、例えば砒素(As)が1×1021/cm程度含まれているシリコンを指す。ちなみに、””は不純物が高濃度であることを示している。一般的に、ソース側の第3の不純物拡散層41中に低不純物濃度の領域を設けることは殆どないが、もし、ゲート電極3と対向する側のソース領域側の不純物拡散層41中に低不純物濃度領域を設けた場合は、ゲート長方向におけるソース領域側の低不純物濃度領域の幅は、ドレイン領域側の第1のN拡散層44のゲート長方向の幅より短く設定される。
【0045】
実施の形態2に係る半導体装置において従来の半導体装置と比べて特徴的な部分は、ドレイン領域側の第2のN拡散層46とその上に設けられたドレイン領域側コンタクトホール54である。第2のN拡散層46は幅2.2μm、長さ180.2μmの矩形状を呈する。さらに、第2のN拡散層46の上に幅2μm、長さ180μmの矩形状のドレイン領域側コンタクトホール54が配置されており、第2のN拡散層46はドレイン領域側の第1のアルミニウム配線6aに接続されている。ドレイン領域側コンタクトホール54の大きさは従来の素子構造と全く同じである。すなわち、第2のN拡散層46はドレイン領域側コンタクトホール54の各辺を0.1μmの間隔で拡張した矩形状になっている。よって、第2のN拡散層46のウエハ主面への投影面の面積は、コンタクトホール54の開口の面積とほぼ同一なので、従来構造より第2のN拡散層46のウエハ主面への投影面の面積が減少する結果、ドレイン容量を低減できる効果がある。
【0046】
なお、ドレイン領域側コンタクトホール54に対して第2のN拡散層46が拡張された距離、つまり間隔は、0.02〜0.3μmの範囲が好適である。かかる間隔が小さいと製造が困難になる一方、間隔が拡がるとドレイン容量が増加するからである。
【0047】
上記実施の形態2に係る半導体装置では、図6のE−E’線上の断面図は図2と同一形状となり、図2の第2のN拡散層45を第2のN拡散層46に、ドレイン領域側コンタクトホール53をコンタクトホール54に置き換えたものになる。
【0048】
さらに、ゲート幅方向の端部間の距離に関して、ゲート幅方向におけるドレイン領域側の第2のN拡散層46と分離酸化膜11との対向した端部間の距離は4μm(図6、7中のL1)と、ゲート長方向におけるドレイン領域側の第2のN拡散層46とゲート電極3との端部間の距離3μm(図6中のL2)より離して、つまり長くなるように設けられている。これは、ドレイン領域に高電圧が印加された場合に、分離酸化膜11の下に存在する結晶欠陥を介してドレイン領域からP型シリコン基板12へ電流が流れないように分離酸化膜11の印加電界を低下させるべく、ドレイン領域側の第2のN拡散層46と分離酸化膜11とを離す必要があるからである。よって、上記関係を保持しつつ、ドレイン領域側の第2のN拡散層46とゲート電極3の端部間の距離及びドレイン領域側の第2のN拡散層46と分離酸化膜11とのそれぞれ対向する端部間の距離を充分大きくすることにより、高いソース/ドレイン耐圧が実現できる。
【0049】
実施の形態3.
実施の形態3に係る半導体装置の製造方法を、図8〜11に基づき説明する。図8〜11は実施の形態3に係る半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。図中、31はゲート酸化膜(絶縁膜)、47はレジスト膜、をそれぞれ示す。実施の形態1あるいは2と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものである。
【0050】
シリコン基板中に、不純物イオン注入によってソースワイヤレス拡散層2、P型分離拡散層14を形成した後、ソース/ドレイン領域の周囲に電気的に各素子間を分離する素子分離領域を設けるべくLOCOS酸化法により分離酸化膜11を形成する。続いて、不純物イオン注入によってゲート電極領域の下部およびソース領域にわたる部分にP型不純物拡散層43を形成する。さらに、シリコン基板上にゲート酸化膜31を50nm程度成膜した後、ゲート電極材料を堆積しパターニングしてゲート電極3を形成する。
【0051】
続いて、ウエハ全面にリンをイオン注入してさらに熱処理を行い、ドレイン領域に第1のN拡散層44、およびN拡散層44aを形成する。リンはゲート電極3の直下にはイオン注入されず、また、ソースワイヤレス拡散層2やP型不純物拡散層43の領域ではP型の不純物濃度が高いために、ゲート電極3とソースワイヤレス拡散層2、P型不純物拡散層43の領域ではN拡散層は形成されない。以上の工程が終了した際のLDMOSトランジスタの断面図を図8に示す。なお、ここまでは従来の半導体装置の製造方法と同一(図14)である。
【0052】
次に、ソース領域の第3のN拡散層41を形成する領域以外の領域をレジスト膜47で覆う。レジスト膜47をイオン注入マスクとして、砒素をイオン注入して、ソース領域側の第3のN拡散層41のみを形成する(図9)。
【0053】
続いて、CVD法により層間絶縁膜9aを形成し、フォトリソグラフィ技術及び絶縁膜エッチング技術により、ドレイン領域側コンタクトホール53とソース領域側コンタクトホール51を開口する(図10)。なお、図10以降の工程別断面図においては、ゲート酸化膜31は記載を省略している。
【0054】
次に、フォトリソグラフィ技術によりドレイン領域側のコンタクトホール53領域のみが開口されたレジスト膜47を形成する(図11)。レジスト膜47および層間絶縁膜9aをイオン注入マスクとして、砒素(As)をイオン注入して第2のN拡散層45を形成する。層間絶縁膜9aは砒素の侵入深さ(加速電圧50keVで約26nm)に対して充分厚い(約500nm)ので、砒素はコンタクトホール開口部53の領域以外には注入されない。注入された砒素はイオン注入時の散乱現象によって、また、その後の熱処理によってドレイン領域側コンタクトホール53の端から0.1μm程度ドレイン領域側コンタクトホール開口部53の外側に拡散し、ドレイン領域側の第2のN拡散層45が形成される。つまり、ドレイン領域側コンタクトホール53の開口部にほぼ等しい形状を呈する第2のN拡散層45が形成される。
【0055】
次に、各コンタクトホール51,53を埋め込むようにして層間絶縁膜9a上にアルミニウム膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、第1のアルミニウム配線6a,bを形成する。
【0056】
さらに、ウエハ上に層間絶縁膜9bを形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、ソース領域側のスルーホール71およびドレイン領域側のスルーホール72を形成する。
【0057】
最後に、アルミニウム膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、第2のアルミニウム配線8a,bを形成して工程が完了する。図2がウエハプロセスの完了したLDMOSトランジスタの構造断面図に相当する。
【0058】
以上、実施の形態3に係る半導体装置の製造方法によると、ドレイン領域側のコンタクトホール領域のみが開口されたレジスト膜47を形成し、レジスト膜47および層間絶縁膜9aをイオン注入マスクとして、不純物をイオン注入して第2のN拡散層45を形成するので、ドレイン領域側のコンタクトホール53にほぼ等しい形状の第2のN拡散層45を容易に形成可能なので、実施の形態1あるいは2に係るドレイン容量の低減された結果、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置を再現性よく容易に製造できる。
【0059】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置では、半導体基板と、上記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、上記ゲート電極の一方の側の半導体基板内に形成された第1の低濃度不純物拡散層および上記第1の低濃度不純物拡散層の内側に設けられ上記第1の低濃度不純物拡散層より高い不純物濃度を有し上記半導体基板の主面に投影された形状がドット形状を呈する第2の高濃度不純物拡散層が上記ゲート電極に平行な方向に複数箇所配置されたドレイン領域と、上記第2の高濃度不純物拡散層上に上記ドット形状の各辺に対して所定間隔内側に設けられたドット形状のコンタクトホールを有する層間絶縁膜と、上記ドレイン領域において上記ドット形状のコンタクトホールを埋め込みながら上記層間絶縁膜上に形成されたドレイン用金属配線と、上記ゲート電極の他方の側の半導体基板内に形成された第3の不純物拡散層からなるソース領域と、を備えたので、ドレイン容量が低減される結果、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置が得られる。
【0060】
また、本発明に係る半導体装置では、ゲート長方向において、上記第3の不純物拡散層中の低不純物濃度領域の幅を上記第1の低濃度不純物拡散層の幅より小さくしたので、ソース/ドレイン間耐圧が向上する。
【0061】
また、本発明に係る半導体装置では、上記ドット形状の第2の高濃度不純物拡散層と上記ドット形状のコンタクトホールにおける対向する各辺の間隔を0.02μm以上0.3μm以下としたので、ドレイン容量が一層低減される結果、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置が得られる。
【0062】
また、本発明に係る半導体装置では、半導体基板と、上記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、上記ゲート電極の一方の側の半導体基板内に形成された第1の低濃度不純物拡散層および上記第1の低濃度不純物拡散層の内側に設けられ上記第1の低濃度不純物拡散層より高い不純物濃度を有し、上記半導体基板の主面に投影された面がゲート幅方向に平行な長辺からなる矩形状を呈する第2の高不純物拡散層を具備するドレイン領域と、上記半導体基板上に形成され上記矩形状の第2の高濃度不純物拡散層上に上記矩形状より所定間隔内側に設けられた矩形状のコンタクトホールを有する層間絶縁膜と、上記ドレイン領域において上記矩形状のコンタクトホールを埋め込みながら上記層間絶縁膜上に形成されたドレイン用金属配線と、上記ゲート電極の他方の側の半導体基板内に形成された第3の不純物拡散層からなり、ゲート長方向において上記第3の不純物拡散層中の低不純物濃度領域の幅が上記第1の低濃度不純物拡散層の幅より小さいソース領域と上記半導体基板上で上記ソース/ドレイン領域の周囲に配置された素子分離用絶縁膜と、を備え、ゲート幅方向における上記素子分離用絶縁膜と上記第2の高濃度不純物拡散層のそれぞれ対向する端部間の距離がゲート長方向における上記第2の高濃度不純物拡散層と上記ゲート電極のそれぞれ対向する端部間の距離より長いこととしたので、ソース/ドレイン間耐圧が向上し、かつドレイン容量が低減された結果、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置が得られる。
【0063】
また、本発明に係る半導体装置では、上記矩形状の第2の高濃度不純物拡散層と上記矩形状のコンタクトホールにおける対向する各辺の間隔を、0.02μm以上0.3μm以下としたので、ドレイン容量が一層低減される結果、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置が得られる。
【0064】
また、本発明に係る半導体装置では、上記第3の不純物拡散層を高不純物濃度としたので、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置が得られる。
【0065】
また、本発明に係る半導体装置では、上記第1の低濃度不純物拡散層、上記第2の高濃度不純物拡散層および上記第3の不純物拡散層の導電型を、いずれもN型としたので、高周波帯域で動作可能な半導体装置が得られる。
【0066】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、不純物のイオン注入によって半導体基板の上記ソース/ドレイン領域の周囲に位置する素子分離領域にP型分離拡散層を形成する工程と、上記素子分離領域に素子分離用絶縁膜を形成する工程と、不純物のイオン注入によってゲート電極領域の下部およびソース領域にわたる部分にP型不純物拡散層を形成する工程と、上記半導体基板上にゲート酸化膜を成膜する工程と、上記ゲート酸化膜上で上記ゲート電極領域にゲート電極を形成する工程と、不純物のイオン注入によって上記ドレイン領域に第1のN型低濃度不純物拡散層を形成する工程と、不純物のイオン注入によって上記ソース領域のP型不純物拡散層の内側に第3のN型高濃度不純物拡散層を形成する工程と、上記半導体基板上に層間絶縁膜を成膜する工程と、フォトリソグラフィ技術及び絶縁膜エッチング技術によって上記ドレイン領域およびソース領域上の上記層間絶縁膜を貫通するドレイン領域側のコンタクトホールとソース領域側のコンタクトホールを穿つ工程と、フォトリソグラフィ技術によって上記層間絶縁膜上に上記ドレイン領域側のコンタクトホール部分のみが開口されたレジスト膜を形成し、上記レジスト膜および上記層間絶縁膜をイオン注入マスクとして、不純物のイオン注入によって上記第1のN型低濃度不純物拡散層の内側に第2のN型高濃度不純物拡散層を形成する工程と、上記ドレイン領域の上記層間絶縁膜上に上記ドレイン領域側のコンタクトホールを埋め込みつつ形成されたドレイン用金属配線を形成する工程と、を含んでなり、上記第2のN型高濃度不純物拡散層における上記半導体基板の主面に投影された形状が上記ドレイン領域側のコンタクトホールの開口によって決定されることとしたので、ドレイン容量が低減された結果、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置を再現性よく容易に製造できる。
【0067】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記第2のN型高濃度不純物拡散層と上記ドレイン領域側のコンタクトホールにおける対向する端部間の間隔を、0.02μm以上0.3μm以下としたので、ドレイン容量が一層低減された結果、高周波帯域で高出力動作可能な半導体装置を再現性よく容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の半導体装置の平面図である。
【図2】実施の形態1の半導体装置の断面図である。
【図3】実施の形態1の半導体装置の断面図である。
【図4】実施の形態1の半導体装置の変形例の断面図である。
【図5】実施の形態1の半導体装置の変形例の断面図である。
【図6】実施の形態2の半導体装置の平面図である。
【図7】実施の形態2の半導体装置の断面図である。
【図8】実施の形態3の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図9】実施の形態3の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図10】実施の形態3の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図11】実施の形態3の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図12】従来の半導体装置の平面図である。
【図13】従来の半導体装置の断面図である。
【図14】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図15】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図16】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図17】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図18】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図19】従来の半導体装置の平面図である。
【符号の説明】
1 活性層、 2 P型ソースワイヤレス拡散層、 3 ゲート電極、 6aドレイン領域側の第1のアルミニウム配線(ドレイン用金属配線)、 6b ソース領域側の第1のアルミニウム配線、 8a ドレイン領域側の第2のアルミニウム配線、 8b ソース領域側の第2のアルミニウム配線、 9a,9b層間絶縁膜、 11 分離酸化膜(素子分離用絶縁膜)、 12 P型シリコン基板、 13 P型シリコン層、 14 P型分離拡散層、 31 ゲート酸化膜(絶縁膜)、 41 ソース領域側の第3のN拡散層、 42、45、46 ドレイン領域側の第2のN拡散層、 43 P型不純物拡散層、 44 第1のN拡散層、 44a N拡散層、 47 レジスト膜、 51 ソース領域側コンタクトホール、 52、53、54 ドレイン領域側コンタクトホール、 61 プラグ構造、 71 ソース領域側スルーホール、 72 ドレイン領域側スルーホール。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device for amplifying a high-frequency signal and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a transistor for amplifying a high-frequency signal of about 1 to 10 GHz of a mobile phone or the like to a power of about 0.1 to 100 W and transmitting it as radio waves to the air via an antenna, an LDMOS (Laterally Diffused) applying silicon MOS technology There is a Metal Oxide Semiconductor (Transistor) transistor. FIG. 12 is a plan view of a conventional LDMOS transistor, and FIG. 13 is a cross-sectional structure of the LDMOS transistor along the line AA ′ in FIG. In the figure, 1 is an active layer (silicon), 2 is a P-type source wireless diffusion layer (boron (B) is 1 × 10 17 / Cm 3 3) is a gate electrode (for example, a film in which WSi having a thickness of 300 nm is laminated on polycrystalline silicon having a thickness of 100 nm), 9a and 9b are interlayer insulating films (SiO 2). 2 ) And 11 are isolation oxide films (SiO 2 of about 1 μm thickness). 2 ), 12 is a P-type silicon substrate having a specific resistance of 10 mΩ · cm, 13 is a P-type silicon layer having a specific resistance of 10 Ω · cm formed on the P-type silicon substrate 12 by epitaxial crystal growth, and 14 is below the isolation oxide film 11. P-type isolation diffusion layer (boron (B) is 4 × 10 Fifteen / Cm 3 To a high concentration impurity diffusion layer (N) on the source region side. + Arsenic (As) is 1 × 10 21 / Cm 3 Refers to the silicon content. Note that " + "" Indicates that the impurity concentration is high.
[0003]
42 is N on the drain region side + Diffusion layer (arsenic (As) is 1 × 10 21 / Cm 3 Silicon), 43 is a P-type impurity diffusion layer (boron (B) is 1 × 10 17 / Cm 3 To a low concentration impurity diffusion layer (N) provided on the drain region side. Diffusion layer), for example, phosphorus (P) is 5 × 10 17 / Cm 3 Refers to the silicon content. Note that " Indicates that the impurity is N + This indicates a lower concentration. Reference numeral 44a denotes N existing only at the end of the active layer 1. Diffusion layer (phosphorus (P) is 5 × 10 17 / Cm 3 Silicon), 51 is a contact hole on the source region side, 52 is a contact hole on the drain region side, 6a and b are first aluminum (Al) wires (thickness 500 nm), 71 is a source region side contact hole. Reference numeral 72 denotes a through hole on the drain region side, and reference numerals 8a and b denote second aluminum (Al) wirings (thickness: 2 μm).
[0004]
The width (lateral direction, gate length direction in FIG. 12) of the contact hole 52 on the drain region side is 2 μm, while the length (vertical direction, gate width direction in FIG. 12) is 180 μm, and has a rectangular shape. ing. The width of the second high-concentration impurity diffusion layer 42 on the drain region side below the contact hole 52 is 4 μm, and the length is 184 μm in a rectangular shape. That is, the contact hole 52 is provided 2 μm in the horizontal direction and 4 μm in the vertical direction in FIG. 12 with respect to the second high-concentration impurity diffusion layer 42.
[0005]
Next, the structure and operation of a conventional LDMOS transistor will be briefly described. The third high-concentration impurity diffusion layer 41 on the source region side includes a first aluminum wiring 6b on the source region side formed in the contact hole 51, and a second aluminum wiring on the source region formed in the through hole 71. 8b, it is connected to the source wireless diffusion layer 2. On the other hand, the source wireless diffusion layer 2 is connected to a silicon substrate 12 having a specific resistance of 10 mΩ · cm. Therefore, the source region of the LDMOS transistor can be connected to the outside by grounding the silicon substrate 12, so that it is not necessary to provide a bonding wire from above the chip. By the way, this is the reason for source wireless. By not providing the bonding wire only on the source region side, the inductance component (resistance) of the bonding wire is reduced, so that a high-frequency signal can be stably amplified.
[0006]
The drain region is formed of a first low-concentration impurity diffusion layer (hereinafter simply referred to as “first N Diffusion layer ". ) 44 and a second high-concentration impurity diffusion layer (hereinafter simply referred to as “second N + 42). 2nd N + The distance between the diffusion layer 42 and the end of the gate electrode 3 in the gate length direction is set to 3 μm. Also, the second N + Diffusion layer 42 is connected to an external bonding wire (not shown) via contact hole 52, first aluminum wiring 6a on the drain region side, through hole 72, and second aluminum wiring 8a on the drain region side. .
[0007]
Here, a case is considered where the voltage of the gate electrode is 0 V, the voltage of the source electrode (silicon substrate 12) is 0 V, and a positive voltage is applied to the drain terminal (bonding wire (not shown) connected to the drain). In this case, since the voltage of the gate electrode 3 is 0 V, the LDMOS transistor is off, and no current (drain current) flows between the source and the drain. Here, when the drain voltage increases, a depletion layer (not shown) in the drain region extends immediately below the gate electrode 3 and a high concentration impurity diffusion layer on the source region side (hereinafter simply referred to as “third N + (Diffusion layer) 41) and the third N on the source region side. + By lowering the potential barrier of the diffusion layer 41, a so-called punch-through current flows between the source and the drain. The drain voltage at which the punch-through current flows is defined as the source-drain breakdown voltage.
[0008]
In the LDMOS transistor, the first N on the drain region side The width of the diffusion layer 44 in the gate length direction is equal to the third N on the source region side. + Since the diffusion layer 41 is larger than the width in the gate length direction, that is, the distance directly below the gate electrode 3 is long, a depletion layer (not shown) generated in the drain region is formed in the third N region on the source region side. + As a result, a large (for example, 75 V) drain voltage is required to come into contact with the diffusion layer 41, so that the withstand voltage between the source and the drain is improved.
[0009]
The P-type impurity diffusion layer 43 located immediately below the gate electrode 3 is provided to set the threshold voltage (Vth) of the LDMOS transistor to about 1V. The reason why such a P-type impurity diffusion layer is not provided on the drain region side is that the second N + The diffusion layer 42 and the first N This is for preventing the impurity concentration of the P-type impurity region 13 in contact with the diffusion layer 44 from increasing as much as possible. When the concentration of the P-type impurity on the drain region side increases, the depletion layer of the PN junction on the drain region side becomes narrower, and the capacitance of the depletion layer increases. This means that the capacitance between the drain and the semiconductor substrate increases, which adversely affects the high-frequency operation. Incidentally, the fact that the P-type impurity diffusion layer 43 is not provided on the drain region side, that is, that there is a concentration gradient in the gate length direction is derived from the name of LDMOS Laterally Diffused.
[0010]
It is to be noted that the case where the above-mentioned source region side high concentration impurity diffusion layer 41 has a high impurity concentration is described. Generally, a region having a low impurity concentration is rarely provided in the impurity diffusion layer 41 on the source side. However, if the impurity diffusion region 41 on the source region side opposite to the gate electrode 3 is provided with a low impurity concentration region, If provided, the width of the low impurity concentration region on the source region side in the gate length direction is the first N The width is set shorter than the width of the diffusion layer 44 in the gate length direction.
[0011]
When a voltage equal to or higher than the threshold voltage (Vth) is applied to the gate electrode 3 and a positive voltage is applied to the drain region, the LDMOS transistor is turned on, and a current flows between the source / drain regions. However, when the drain voltage increases, the first N The diffusion layer 44 is depleted from the gate electrode 3 side, and when the drain voltage reaches 28 V, the first N All the diffusion layers 44 are depleted.
[0012]
Next, a conventional method for manufacturing an LDMOS transistor will be briefly described with reference to FIGS. 14 to 18 are cross-sectional views showing steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device. 12 and 13 are the same or equivalent.
[0013]
After the source wireless diffusion layer 2 and the P-type separation / diffusion layer 14 are formed in the silicon substrate by impurity ion implantation, LOCOS oxidation is performed around the source / drain regions to provide element separation regions for electrically separating the respective elements. An isolation oxide film 11 is formed by a method. Subsequently, a P-type impurity diffusion layer 43 is formed in a portion extending below the gate electrode region and the source region by impurity ion implantation. Further, after forming a gate oxide film 31 on the silicon substrate to a thickness of about 50 nm, a gate electrode material is deposited and patterned to form a gate electrode 3.
[0014]
Subsequently, phosphorus is ion-implanted into the entire surface of the wafer to further perform heat treatment, and the first N Diffusion layer 44 and N The diffusion layer 44a is formed. Phosphorus is not ion-implanted immediately below the gate electrode 3, and the region of the source wireless diffusion layer 2 and the P-type impurity diffusion layer 43 has a high P-type impurity concentration. , In the region of the P-type impurity diffusion layer 43, N No diffusion layer is formed. FIG. 14 shows a cross-sectional view of the LDMOS transistor when the above steps are completed.
[0015]
Next, N in the source / drain region + The portion other than the region where the diffusion layer is formed is covered with the resist film 47 (FIG. 15). Using the resist film 47 as an ion implantation mask, arsenic (As) is ion-implanted and heat treatment is further performed. + Diffusion layer 41 and second N on drain region side + The diffusion layer 42 is formed.
[0016]
Subsequently, an interlayer insulating film 9a is formed on the silicon substrate by the CVD method, and a contact hole 52 on the drain region side and a contact hole 51 on the source region side penetrating the interlayer insulating film 9a are formed by photolithography and etching. (FIG. 16). Note that the gate oxide film 31 is not shown in the cross-sectional views for respective steps after FIG.
[0017]
Next, an aluminum film is deposited on the interlayer insulating film 9a so as to fill the contact holes 51 and 52, and first aluminum wirings 6a and 6b are formed by photolithography and etching (FIG. 17).
[0018]
Further, an interlayer insulating film 9b is formed on the wafer, and a through-hole 71 on the source region side and a through-hole 72 on the drain region side are formed by photolithography technology and insulating film etching technology (FIG. 18).
[0019]
Finally, an aluminum film is deposited, and second aluminum wirings 8a and 8b are formed by photolithography and etching to complete the process. FIG. 13 is a structural sectional view of an LDMOS transistor completed through the above-described wafer process.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the LDMOS transistor has an improved high-frequency characteristic by means of shortening the gate length (for example, 0.5 μm), adopting a source wireless structure, and not providing a Vth setting P-type impurity diffusion layer on the drain region side. And N on the drain region side + The breakdown voltage between the source and the drain is improved by separating the diffusion layer from the gate electrode. However, in order to realize a transistor capable of higher output operation in a high frequency band, it is necessary to further reduce the drain capacitance located on the output side.
[0021]
The drain capacitance mainly depends on the second N on the drain region side. + Diffusion layer 42 and first N on drain region side It is composed of an N-type diffusion layer including the diffusion layer 44 and a PN junction capacitance formed between the P-type silicon layer 13 below the drain region. When the drain voltage increases, the first N Since the diffusion layer 44 is almost depleted, it does not contribute to the drain capacitance. Therefore, the second N on the drain region side + If the area of the region of the diffusion layer 42 is reduced, the drain capacitance is reduced.
[0022]
As a device structure for reducing the drain capacitance, a structure of a conventional semiconductor device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-121739. However, such a device structure can realize a large source / drain withstand voltage of 70 V or more which is practically necessary. Did not. The reason is as follows.
[0023]
Only by securing the distance between the opposite ends of the drain diffusion layer and the gate electrode, the drain N + If the distance between the diffusion layer and the isolation oxide film is short, the depletion layer does not spread very much when a high voltage is applied to the drain. Drain N + The layer is an N-type, and a PN junction is formed of P-type silicon below the isolation oxide film. However, when the impurity concentration is high, the depletion layer generally does not spread. In the case of such a conventional structure, the drain N + In the diffusion layer, the concentration of the N-type impurity is high, and the drain N + Since the distance between the diffusion layer and the isolation oxide film is short, the depletion layer becomes narrow. For this reason, the electric field of such a depletion layer becomes extremely large, and breakdown occurs between the source / drain regions due to avalanche collapse. That is, the source / drain breakdown voltage deteriorates. Since the silicon under the isolation oxide film is P-type and is connected to a layer corresponding to the source wireless layer, it has zero potential, while silicon on the drain region side has N potential. + The diffusion layer has a positive voltage. Therefore, a reverse voltage is applied to the PN junction in this region, and no current normally flows. However, the silicon layer below the isolation oxide film often has minute defects. There is a problem that the source / drain breaks down with a smaller electric field (drain voltage).
[0024]
As a structure for further reducing the drain capacitance, there is a structure of a conventional semiconductor device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-214971. FIG. 19 schematically shows the element structure of the disclosed conventional semiconductor device. + Diffusion layer, N The diffusion layer and the Al wiring are omitted. In the conventional transistor of FIG. 19, the drain region side contact hole 52 and the drain region side second N + A diffusion layer 42 is disposed, an octagonal gate electrode 3 is formed around the diffusion layer 42, and a source region side contact hole 51 is formed on the outermost side in the N region on the drain region side. + It is formed so as to surround the diffusion layer 52. By arranging a plurality of transistors in a basic unit as shown in FIG. 19 vertically and horizontally and electrically connecting them in parallel, an entire transistor is formed. The gate electrode 3 is connected to an outer gate terminal by a gate electrode 3a for extraction. In such a conventional transistor structure, since the area of the drain region per unit gate width (corresponding to the length of one circumference of the gate electrode 3) is small, the entire drain capacitance is certainly reduced.
[0025]
However, in the structure of the conventional semiconductor device shown in FIG. 19, the presence of the extraction gate electrode 3a which is not involved in the drain current cannot be avoided. That is, since the extraction gate electrode 3a is on the active layer 1 and only a thin gate oxide film exists between the extraction gate electrode 3a and silicon, this transistor structure has a very large parasitic gate / source capacitance. (Ie, input capacitance). Due to such a large input capacitance, there is a trade-off relationship that even if the output capacitance is reduced, the high-frequency characteristics are not improved.
[0026]
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of high-output operation in a high-frequency band by reducing the drain capacitance without increasing the input capacitance of a semiconductor device such as an LDMOS transistor, and a method of manufacturing the same.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a gate electrode provided on the semiconductor substrate via an insulating film, and a first low-concentration impurity formed in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode. A second diffusion layer which is provided inside the diffusion layer and the first low-concentration impurity diffusion layer, has a higher impurity concentration than the first low-concentration impurity diffusion layer, and has a dot shape when projected onto the main surface of the semiconductor substrate; A second drain region in which a plurality of high-concentration impurity diffusion layers are arranged at a plurality of locations in a direction parallel to the gate electrode; An interlayer insulating film having a formed dot-shaped contact hole, and a drain metal layer formed on the interlayer insulating film while filling the dot-shaped contact hole in the drain region. When, with a, a source region and a third impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode.
[0028]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the width of the low impurity concentration region in the third impurity diffusion layer is smaller than the width of the first low concentration impurity diffusion layer in the gate length direction.
[0029]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the distance between the opposing sides of the dot-shaped second high-concentration impurity diffusion layer and the dot-shaped contact hole is set to 0.02 μm or more and 0.3 μm or less.
[0030]
In addition, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a gate electrode provided on the semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween, and a first gate formed in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode. A first impurity diffusion layer having a higher impurity concentration than the first lightly doped impurity diffusion layer provided inside the first lightly doped impurity diffusion layer and the first lightly doped impurity diffusion layer; A drain region having a second high-impurity diffusion layer having a rectangular shape having long sides parallel to the direction; and a rectangular region formed on the semiconductor substrate and on the second rectangular high-concentration impurity diffusion layer. An interlayer insulating film having a rectangular contact hole provided further inside by a predetermined distance; and a drain metal formed on the interlayer insulating film while filling the rectangular contact hole in the drain region. A third impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode, wherein the width of the low impurity concentration region in the third impurity diffusion layer in the gate length direction is the first impurity diffusion layer; A source region smaller than the width of the low-concentration impurity diffusion layer; and an element isolation insulating film disposed around the source / drain region on the semiconductor substrate, wherein the element isolation insulating film in a gate width direction is provided. The distance between the opposite ends of the second high-concentration impurity diffusion layer is longer than the distance between the second high-concentration impurity diffusion layer and the opposite ends of the gate electrode in the gate length direction. .
[0031]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the interval between the rectangular second high-concentration impurity diffusion layer and each of the opposing sides of the rectangular contact hole is set to 0.02 μm or more and 0.3 μm or less.
[0032]
In the semiconductor device according to the present invention, the third impurity diffusion layer has a high impurity concentration.
[0033]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the conductivity types of the first low-concentration impurity diffusion layer, the second high-concentration impurity diffusion layer, and the third impurity diffusion layer are all N-type.
[0034]
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of: forming a P-type isolation diffusion layer in an element isolation region located around the source / drain region of a semiconductor substrate by ion implantation of an impurity; Forming an isolation insulating film, forming a P-type impurity diffusion layer below the gate electrode region and a portion extending over the source region by ion implantation of impurities, and forming a gate oxide film on the semiconductor substrate Forming a gate electrode in the gate electrode region on the gate oxide film; forming a first N-type low concentration impurity diffusion layer in the drain region by ion implantation of impurities; Forming a third N-type high-concentration impurity diffusion layer inside the P-type impurity diffusion layer in the source region, and forming an interlayer insulating layer on the semiconductor substrate. Forming a contact hole on the drain region and a contact hole on the source region through the interlayer insulating film on the drain region and the source region by photolithography and insulating film etching. A resist film having only a contact hole portion on the drain region side is formed on the interlayer insulating film by a lithography technique, and the first film is formed by ion implantation of impurities using the resist film and the interlayer insulating film as an ion implantation mask. Forming a second N-type high-concentration impurity diffusion layer inside the N-type low-concentration impurity diffusion layer; and forming the contact hole on the drain region side on the interlayer insulating film in the drain region. Forming a metal wiring for drain. The main surface to the projected shape of said semiconductor substrate at a high concentration impurity diffusion layer was to be determined by the opening of contact holes in the drain region side.
[0035]
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the distance between the second N-type high-concentration impurity diffusion layer and the opposite end of the contact hole on the drain region side is set to 0.02 μm or more and 0.3 μm or less. And
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the structure of an LDMOS transistor of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line CC ′ of FIG. FIG. 4 is a sectional view of an element. In the figure, 1 is an active layer (silicon), 2 is a P-type source wireless diffusion layer (boron (B) is 1 × 10 17 / Cm 3 Silicon), 3 is a gate electrode (for example, a film in which tungsten silicide (WSi) having a thickness of 300 nm is stacked on polycrystalline silicon having a thickness of 100 nm), and 6a is first aluminum on the drain region side. A wiring (metal wiring for drain), 6b is a first aluminum wiring (thickness: 500 nm) on the source region side, 8a is a second aluminum wiring on the drain region side, and 8b is a second aluminum wiring (thickness) on the source region side. 9a and 9b are interlayer insulating films (SiO 2 2 ), 11 is an isolation oxide film (insulating film for element isolation, about 1 μm thick SiO 2). 2 ), 12 is a P-type silicon substrate (a type of semiconductor substrate, for example, a P-type silicon substrate having a specific resistance of 10 mΩ · cm), and 13 is formed on the P-type silicon substrate 12 by epitaxial crystal growth. Cm of a P-type silicon layer, 14 is a P-type isolation diffusion layer formed under the isolation oxide film 11 (for example, 4 × 10 Fifteen / Cm 3 To the source region side, a third high-concentration impurity diffusion layer (third N + Arsenic (As) is 1 × 10 21 / Cm 3 Refers to the silicon content. By the way, " + "Indicates that the impurity concentration is high, and 2.6 × 10 19 / Cm 3 More than 2 × 10 21 / Cm 3 It represents the impurity concentration in the following range.
[0037]
It is to be noted that the case where the above-mentioned source region side high concentration impurity diffusion layer 41 has a high impurity concentration is described. Generally, a region having a low impurity concentration is rarely provided in the third impurity diffusion layer 41 on the source side. However, if a low impurity concentration region When the impurity concentration region is provided, the width of the low impurity concentration region on the source region side in the gate length direction is equal to the width of the first N region on the drain region side. The width is set shorter than the width of the diffusion layer 44 in the gate length direction.
[0038]
43 is a P-type impurity diffusion layer (for example, boron (B) is 1 × 10 17 / Cm 3 To a low concentration impurity diffusion layer (N) existing only at the end of the active layer 1. Diffusion layer, for example, phosphorus (P) is 5 × 10 17 / Cm 3 Silicon), and a first low-concentration impurity diffusion layer (first N Diffusion layer), for example, phosphorus (P) is 5 × 10 17 / Cm 3 Refers to the silicon content. Note that " Indicates that the impurity is N + Lower concentration, 2 × 10 16 / Cm 3 1.3 × 10 19 / Cm 3 It represents the impurity concentration in the following range. 45 is a second high-concentration impurity diffusion layer (second N-type impurity diffusion layer) provided on the drain region side. + A diffusion layer, for example, arsenic (As) of 1 × 10 21 / Cm 3 Silicon), 51 is a contact hole on the source region side, 53 is a contact hole on the drain region side, 71 is a through hole on the source region side, and 72 is a through hole on the drain region side.
[0039]
Second N on the drain region side in the semiconductor device according to the first embodiment. + The shape of the diffusion layer 45 projected on the main surface of the semiconductor substrate is a square dot shape having a side of about 2.2 μm, and a plurality of dots are provided in parallel with the gate electrode 3 in the gate width direction. (FIG. 1). The second N of the dot shape on the drain region side + On the diffusion layer 45, a drain region side contact hole 53 having a side of 2 μm and also having a dot shape is provided through the interlayer insulating film 9a. That is, the dot shape of the opening of the contact hole 53 is the second N + The opposite sides of the dot shape of the diffusion layer 45 are formed on the inside such that the opposing sides are substantially at equal intervals. The distance between the two is preferably in the range of 0.02 to 0.3 μm. 2nd N + The diffusion layer 45 is connected to the first aluminum wiring (drain metal wiring) 6 a on the drain region side buried in the contact hole 53. Note that the interval between the dot-shaped contact holes 53 on the drain region side is 3 μm, and the second N + The distance between the opposing ends of the diffusion layer 45 and the gate electrode 3 is 3 μm.
[0040]
As described above, in the semiconductor device according to the first embodiment, the second high-concentration impurity diffusion layer (N + The diffusion layer) has a plurality of dot shapes, and each contact hole on the drain region side also has a second N + Since the dots are formed inside the diffusion layer 45 so that each side is substantially equidistant from the dots, contact between the drain region and the first aluminum wiring (drain metal wiring) 6a on the drain region side is made. Since the area is smaller than that of the conventional structure, the drain capacitance is reduced. As a result, a semiconductor device which can operate at high frequency and under high voltage can be obtained.
[0041]
In the first embodiment, the inside of the contact hole 53 on the drain region side is buried with aluminum. However, as shown in FIG. FIG. 5 shows a cross-sectional structure along the line CC ′ of FIG. 1 in the case of the plug structure 61. Also in the case of the plug structure, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0042]
In the first embodiment, the LDMOS transistor structure has been described for the sake of convenience. However, the basic structure of the semiconductor device may be a general MOS transistor structure. In this case, the same effect as that of the LDMOS transistor structure can be obtained. .
[0043]
Embodiment 2 FIG.
The structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a plan view of the LDMOS transistor according to the second embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the device along the line DD ′ in FIG. The components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same or corresponding components. 6 and 7, reference numeral 46 denotes a second high-concentration impurity diffusion layer (N + Reference numeral 54 denotes a contact hole on the drain region side.
[0044]
41 is a third high-concentration impurity diffusion layer (third N + Arsenic (As) is 1 × 10 21 / Cm 3 Refers to the silicon content. By the way, " + Indicates that the impurity concentration is high. In general, a region with a low impurity concentration is scarcely provided in the third impurity diffusion layer 41 on the source side. When the low impurity concentration region is provided in the impurity diffusion layer 41 on the source region side on the side of the drain region, the width of the low impurity concentration region on the source region side in the gate length direction is equal to the first N region on the drain region side. The width is set shorter than the width of the diffusion layer 44 in the gate length direction.
[0045]
A characteristic part of the semiconductor device according to the second embodiment as compared with the conventional semiconductor device is the second N + These are the diffusion layer 46 and the drain region side contact hole 54 provided thereon. 2nd N + The diffusion layer 46 has a rectangular shape with a width of 2.2 μm and a length of 180.2 μm. Further, the second N + A rectangular drain region side contact hole 54 having a width of 2 μm and a length of 180 μm is arranged on the diffusion layer 46. + The diffusion layer 46 is connected to the first aluminum interconnection 6a on the drain region side. The size of the drain region side contact hole 54 is exactly the same as the conventional element structure. That is, the second N + The diffusion layer 46 has a rectangular shape in which each side of the drain region side contact hole 54 is extended at an interval of 0.1 μm. Therefore, the second N + Since the area of the projection surface of the diffusion layer 46 onto the main surface of the wafer is substantially the same as the area of the opening of the contact hole 54, the second N + As a result of the reduction in the area of the diffusion layer 46 projected onto the main surface of the wafer, the drain capacitance can be reduced.
[0046]
In addition, the second N + The distance in which the diffusion layer 46 is extended, that is, the interval is preferably in the range of 0.02 to 0.3 μm. This is because if the interval is small, manufacturing becomes difficult, while if the interval is increased, the drain capacitance increases.
[0047]
In the semiconductor device according to the second embodiment, the cross-sectional view taken along line EE ′ of FIG. 6 has the same shape as that of FIG. + The diffusion layer 45 is + The diffusion layer 46 is obtained by replacing the drain region contact hole 53 with a contact hole 54.
[0048]
Further, regarding the distance between the ends in the gate width direction, the second N + The distance between the opposing ends of the diffusion layer 46 and the isolation oxide film 11 is 4 μm (L1 in FIGS. 6 and 7), and the second N on the drain region side in the gate length direction. + The distance between the end of the diffusion layer 46 and the gate electrode 3 is longer than 3 μm (L2 in FIG. 6), that is, the distance is longer. The reason for this is that when a high voltage is applied to the drain region, the isolation oxide film 11 is applied so that current does not flow from the drain region to the P-type silicon substrate 12 through crystal defects existing under the isolation oxide film 11. To reduce the electric field, the second N + This is because it is necessary to separate the diffusion layer 46 from the isolation oxide film 11. Therefore, while maintaining the above relationship, the second N + The distance between the diffusion layer 46 and the end of the gate electrode 3 and the second N + By sufficiently increasing the distance between the opposing ends of the diffusion layer 46 and the isolation oxide film 11, a high source / drain withstand voltage can be realized.
[0049]
Embodiment 3 FIG.
A method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11 are cross-sectional views illustrating steps in a method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment. In the figure, 31 indicates a gate oxide film (insulating film), and 47 indicates a resist film. The components denoted by the same reference numerals as those in the first or second embodiment are the same or corresponding components.
[0050]
After the source wireless diffusion layer 2 and the P-type separation / diffusion layer 14 are formed in the silicon substrate by impurity ion implantation, LOCOS oxidation is performed around the source / drain regions to provide element separation regions for electrically separating the respective elements. An isolation oxide film 11 is formed by a method. Subsequently, a P-type impurity diffusion layer 43 is formed in a portion extending below the gate electrode region and the source region by impurity ion implantation. Further, after forming a gate oxide film 31 on the silicon substrate to a thickness of about 50 nm, a gate electrode material is deposited and patterned to form a gate electrode 3.
[0051]
Subsequently, phosphorus is ion-implanted into the entire surface of the wafer to further perform heat treatment, and the first N Diffusion layer 44 and N The diffusion layer 44a is formed. Phosphorus is not ion-implanted immediately below the gate electrode 3, and the region of the source wireless diffusion layer 2 and the P-type impurity diffusion layer 43 has a high P-type impurity concentration. , N in the region of the P-type impurity diffusion layer 43. No diffusion layer is formed. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the LDMOS transistor when the above steps are completed. The steps up to here are the same as those of the conventional method of manufacturing a semiconductor device (FIG. 14).
[0052]
Next, the third N of the source region + A region other than the region where the diffusion layer 41 is formed is covered with the resist film 47. Arsenic is ion-implanted using the resist film 47 as an ion implantation mask to form a third N region on the source region side. + Only the diffusion layer 41 is formed (FIG. 9).
[0053]
Subsequently, an interlayer insulating film 9a is formed by a CVD method, and a drain region side contact hole 53 and a source region side contact hole 51 are opened by a photolithography technique and an insulating film etching technique (FIG. 10). It should be noted that the gate oxide film 31 is not shown in the cross-sectional views for respective steps after FIG.
[0054]
Next, a resist film 47 having an opening only in the contact hole 53 on the drain region side is formed by photolithography (FIG. 11). Arsenic (As) is ion-implanted using the resist film 47 and the interlayer insulating film 9a as an ion implantation mask to form a second N + A diffusion layer 45 is formed. Since the interlayer insulating film 9a is sufficiently thick (approximately 500 nm) with respect to the depth of penetration of arsenic (approximately 26 nm at an acceleration voltage of 50 keV), arsenic is not implanted except in the region of the contact hole opening 53. The implanted arsenic diffuses by about 0.1 μm from the end of the drain region side contact hole 53 to the outside of the drain region side contact hole opening 53 due to a scattering phenomenon at the time of ion implantation and a subsequent heat treatment. 2nd N + A diffusion layer 45 is formed. In other words, the second N having a shape substantially equal to the opening of the drain region side contact hole 53 is formed. + A diffusion layer 45 is formed.
[0055]
Next, an aluminum film is deposited on the interlayer insulating film 9a so as to fill the contact holes 51 and 53, and first aluminum wirings 6a and 6b are formed by photolithography and etching.
[0056]
Further, an interlayer insulating film 9b is formed on the wafer, and a through-hole 71 on the source region side and a through-hole 72 on the drain region side are formed by photolithography and etching.
[0057]
Finally, an aluminum film is deposited, and second aluminum wirings 8a and 8b are formed by photolithography and etching to complete the process. FIG. 2 is a sectional view of the structure of the LDMOS transistor after the wafer process is completed.
[0058]
As described above, according to the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment, the resist film 47 having only the contact hole region on the drain region side is formed, and the resist film 47 and the interlayer insulating film 9a are used as an ion implantation mask to form an impurity. Is implanted into the second N + Since the diffusion layer 45 is formed, the second N layer having a shape substantially equal to the contact hole 53 on the drain region side is formed. + Since the diffusion layer 45 can be easily formed, as a result of the reduced drain capacitance according to the first or second embodiment, a semiconductor device capable of high-output operation in a high-frequency band can be easily manufactured with good reproducibility.
[0059]
【The invention's effect】
In a semiconductor device according to the present invention, a semiconductor substrate, a gate electrode provided on the semiconductor substrate via an insulating film, and a first low-concentration impurity formed in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode A second diffusion layer which is provided inside the diffusion layer and the first low-concentration impurity diffusion layer, has a higher impurity concentration than the first low-concentration impurity diffusion layer, and has a dot shape when projected onto the main surface of the semiconductor substrate; A second drain region in which a plurality of high-concentration impurity diffusion layers are arranged at a plurality of locations in a direction parallel to the gate electrode; An interlayer insulating film having a formed dot-shaped contact hole, and a drain metal formed on the interlayer insulating film while filling the dot-shaped contact hole in the drain region. Line, and a source region made of a third impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode, so that the drain capacitance is reduced, so that high-output operation in a high-frequency band is possible. A semiconductor device can be obtained.
[0060]
In the semiconductor device according to the present invention, the width of the low impurity concentration region in the third impurity diffusion layer is smaller than the width of the first low impurity concentration diffusion layer in the gate length direction. The breakdown voltage is improved.
[0061]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the interval between opposing sides of the dot-shaped second high-concentration impurity diffusion layer and the dot-shaped contact hole is set to 0.02 μm or more and 0.3 μm or less. As a result of further reducing the capacitance, a semiconductor device capable of high-power operation in a high-frequency band can be obtained.
[0062]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, a semiconductor substrate, a gate electrode provided on the semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween, and a first gate electrode formed in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode. A first impurity diffusion layer having a higher impurity concentration than the first lightly doped impurity diffusion layer provided inside the first lightly doped impurity diffusion layer and the first lightly doped impurity diffusion layer; A drain region having a second high-impurity diffusion layer having a rectangular shape having long sides parallel to the direction; and a rectangular region formed on the semiconductor substrate and on the second rectangular high-concentration impurity diffusion layer. An interlayer insulating film having a rectangular contact hole provided on the inner side of the predetermined interval, and a drain formed on the interlayer insulating film while filling the rectangular contact hole in the drain region. A third impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode, and the width of the low impurity concentration region in the third impurity diffusion layer in the gate length direction is the same as that of the third impurity diffusion layer. A source region smaller than the width of the low-concentration impurity diffusion layer and an element isolation insulating film disposed around the source / drain region on the semiconductor substrate, wherein the element isolation insulating film in a gate width direction is provided. And the distance between the opposing ends of the second high-concentration impurity diffusion layer is longer than the distance between the second high-concentration impurity diffusion layer and the opposing ends of the gate electrode in the gate length direction. As a result, the withstand voltage between the source and the drain is improved and the drain capacitance is reduced. As a result, a semiconductor device capable of high-output operation in a high-frequency band is obtained.
[0063]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the interval between the rectangular second high-concentration impurity diffusion layer and each of the opposing sides of the rectangular contact hole is set to 0.02 μm or more and 0.3 μm or less. As a result of further reducing the drain capacitance, a semiconductor device capable of high-output operation in a high-frequency band is obtained.
[0064]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, since the third impurity diffusion layer has a high impurity concentration, a semiconductor device capable of high-output operation in a high-frequency band can be obtained.
[0065]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the conductivity type of the first low-concentration impurity diffusion layer, the second high-concentration impurity diffusion layer, and the third impurity diffusion layer are all N-type. A semiconductor device operable in a high frequency band is obtained.
[0066]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a P-type isolation diffusion layer in an element isolation region located around the source / drain region of a semiconductor substrate by ion implantation of an impurity; Forming an isolation insulating film, forming a P-type impurity diffusion layer below the gate electrode region and a portion extending over the source region by ion implantation of impurities, and forming a gate oxide film on the semiconductor substrate Forming a gate electrode in the gate electrode region on the gate oxide film; forming a first N-type low concentration impurity diffusion layer in the drain region by ion implantation of impurities; Forming a third N-type high-concentration impurity diffusion layer inside the P-type impurity diffusion layer in the source region, and forming an interlayer insulation on the semiconductor substrate. A step of forming a film, and a step of forming a contact hole on a drain region side and a contact hole on a source region side penetrating the interlayer insulating film on the drain region and the source region by a photolithography technique and an insulating film etching technique, A resist film having only a contact hole portion on the drain region side is formed on the interlayer insulating film by photolithography, and the resist film and the interlayer insulating film are used as an ion implantation mask to perform the ion implantation of impurities. Forming a second N-type high-concentration impurity diffusion layer inside the first N-type low-concentration impurity diffusion layer; and forming the second N-type high-concentration impurity diffusion layer on the interlayer insulating film of the drain region while burying the contact hole on the drain region side. Forming a drain metal wiring, wherein The shape of the high-concentration impurity diffusion layer projected on the main surface of the semiconductor substrate is determined by the opening of the contact hole on the drain region side. An operable semiconductor device can be easily manufactured with good reproducibility.
[0067]
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the distance between the second N-type high-concentration impurity diffusion layer and the opposite end of the contact hole on the drain region side may be 0.02 μm or more and 0.3 μm or less. Therefore, as a result of further reducing the drain capacitance, a semiconductor device capable of high-output operation in a high-frequency band can be easily manufactured with good reproducibility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment;
FIG. 3 is a sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment;
FIG. 4 is a sectional view of a modification of the semiconductor device of the first embodiment;
FIG. 5 is a sectional view of a modification of the semiconductor device of the first embodiment;
FIG. 6 is a plan view of the semiconductor device according to the second embodiment;
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment;
FIG. 8 is a diagram illustrating a part of a manufacturing process in a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment;
FIG. 9 is a diagram illustrating a part of a manufacturing process in a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment;
FIG. 10 is a diagram illustrating a part of a manufacturing process in a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment;
FIG. 11 is a view showing a part of the manufacturing process in the method for manufacturing a semiconductor device of the third embodiment.
FIG. 12 is a plan view of a conventional semiconductor device.
FIG. 13 is a sectional view of a conventional semiconductor device.
FIG. 14 is a diagram illustrating a part of a manufacturing process in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 15 is a view illustrating a part of a manufacturing process in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 16 is a view illustrating a part of a manufacturing process in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 17 is a view illustrating a part of a manufacturing process in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 18 is a view illustrating a part of a manufacturing process in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
FIG. 19 is a plan view of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 active layer, 2P type source wireless diffusion layer, 3 gate electrode, 6a first aluminum wiring (drain metal wiring) on drain region side, 6b first aluminum wiring on source region side, 8a first aluminum wiring on drain region side 2a aluminum wiring, 8b second aluminum wiring on the source region side, 9a, 9b interlayer insulating film, 11 isolation oxide film (insulating film for element isolation), 12P type silicon substrate, 13P type silicon layer, 14P type Isolation diffusion layer, 31 gate oxide film (insulating film), 41 third N on source region side + Diffusion layers, 42, 45, 46 Second N on drain region side + Diffusion layer, 43 P-type impurity diffusion layer, 44 first N Diffusion layer, 44a N Diffusion layer, 47 resist film, 51 source region side contact hole, 52, 53, 54 drain region side contact hole, 61 plug structure, 71 source region side through hole, 72 drain region side through hole.

Claims (9)

半導体基板と、
前記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の一方の側の半導体基板内に形成された第1の低濃度不純物拡散層および前記第1の低濃度不純物拡散層の内側に設けられ前記第1の低濃度不純物拡散層より高い不純物濃度を有し前記半導体基板の主面に投影された形状がドット形状を呈する第2の高濃度不純物拡散層が前記ゲート電極に平行な方向に複数箇所配置されたドレイン領域と、
前記第2の高濃度不純物拡散層上に前記ドット形状の各辺に対して所定間隔内側に設けられたドット形状のコンタクトホールを有する層間絶縁膜と、
前記ドレイン領域において前記ドット形状のコンタクトホールを埋め込みながら前記層間絶縁膜上に形成されたドレイン用金属配線と、
前記ゲート電極の他方の側の半導体基板内に形成された第3の不純物拡散層からなるソース領域と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the semiconductor substrate via an insulating film,
A first low-concentration impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode; and an impurity provided inside the first low-concentration impurity diffusion layer and higher than the first low-concentration impurity diffusion layer. A drain region in which a plurality of second high-concentration impurity diffusion layers each having a concentration and projected onto the main surface of the semiconductor substrate having a dot shape are arranged at a plurality of positions in a direction parallel to the gate electrode;
An interlayer insulating film having a dot-shaped contact hole provided on the second high-concentration impurity diffusion layer at a predetermined interval inside each side of the dot shape;
Drain metal wiring formed on the interlayer insulating film while filling the dot-shaped contact hole in the drain region;
A source region including a third impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode;
A semiconductor device comprising:
ゲート長方向において前記第3の不純物拡散層中の低不純物濃度領域の幅が前記第1の低濃度不純物拡散層の幅より小さいことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the low impurity concentration region in the third impurity diffusion layer is smaller than a width of the first low concentration impurity diffusion layer in a gate length direction. 前記ドット形状の第2の高濃度不純物拡散層と前記ドット形状のコンタクトホールにおける対向する各辺の間隔が0.02μm以上0.3μm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。3. The semiconductor according to claim 1, wherein an interval between the opposite side of the dot-shaped second high-concentration impurity diffusion layer and the dot-shaped contact hole is 0.02 μm or more and 0.3 μm or less. 4. apparatus. 半導体基板と、
前記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の一方の側の半導体基板内に形成された第1の低濃度不純物拡散層および前記第1の低濃度不純物拡散層の内側に設けられ前記第1の低濃度不純物拡散層より高い不純物濃度を有し前記半導体基板の主面に投影された面がゲート幅方向に平行な長辺からなる矩形状を呈する第2の高不純物拡散層を具備するドレイン領域と、
前記半導体基板上に形成され前記矩形状の第2の高濃度不純物拡散層上に前記矩形状より所定間隔内側に設けられた矩形状のコンタクトホールを有する層間絶縁膜と、
前記ドレイン領域において前記矩形状のコンタクトホールを埋め込みながら前記層間絶縁膜上に形成されたドレイン用金属配線と、
前記ゲート電極の他方の側の半導体基板内に形成された第3の不純物拡散層からなり、ゲート長方向において前記第3の不純物拡散層中の低不純物濃度領域の幅が前記第1の低濃度不純物拡散層の幅より小さいソース領域と、
前記半導体基板上で前記ソース/ドレイン領域の周囲に配置された素子分離用絶縁膜と、を備え、
ゲート幅方向における前記素子分離用絶縁膜と前記第2の高濃度不純物拡散層のそれぞれ対向する端部間の距離がゲート長方向における前記第2の高濃度不純物拡散層と前記ゲート電極のそれぞれ対向する端部間の距離より長いことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the semiconductor substrate via an insulating film,
A first low-concentration impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on one side of the gate electrode; and an impurity provided inside the first low-concentration impurity diffusion layer and higher than the first low-concentration impurity diffusion layer. A drain region including a second high-impurity diffusion layer having a concentration and having a rectangular shape formed by long sides parallel to a gate width direction, the surface being projected onto the main surface of the semiconductor substrate;
An interlayer insulating film having a rectangular contact hole formed on the semiconductor substrate and provided on the rectangular second high-concentration impurity diffusion layer at a predetermined distance from the rectangular shape;
A drain metal wiring formed on the interlayer insulating film while filling the rectangular contact hole in the drain region;
A third impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the other side of the gate electrode, wherein the width of the low impurity concentration region in the third impurity diffusion layer in the gate length direction is equal to the first low impurity concentration layer; A source region smaller than the width of the impurity diffusion layer;
A device isolation insulating film disposed around the source / drain region on the semiconductor substrate,
The distance between the opposing ends of the isolation insulating film and the second high-concentration impurity diffusion layer in the gate width direction is the distance between the second high-concentration impurity diffusion layer and the gate electrode in the gate length direction. A semiconductor device that is longer than the distance between the ends.
前記矩形状の第2の高濃度不純物拡散層と前記矩形状のコンタクトホールにおける対向する各辺の間隔が0.02μm以上0.3μm以下であることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein a distance between the rectangular second high-concentration impurity diffusion layer and each side of the rectangular contact hole facing each other is 0.02 μm or more and 0.3 μm or less. 前記第3の不純物拡散層が高不純物濃度であることを特徴とする請求項1または4記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said third impurity diffusion layer has a high impurity concentration. 前記第1の低濃度不純物拡散層、前記第2の高濃度不純物拡散層および前記第3の不純物拡散層の導電型がいずれもN型であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項記載の半導体装置。7. The conductivity type of the first low-concentration impurity diffusion layer, the second high-concentration impurity diffusion layer, and the third impurity diffusion layer are all N-type. 2. The semiconductor device according to claim 1. 不純物のイオン注入によって半導体基板の前記ソース/ドレイン領域の周囲に位置する素子分離領域にP型分離拡散層を形成する工程と、
前記素子分離領域に素子分離用絶縁膜を形成する工程と、
不純物のイオン注入によってゲート電極領域の下部およびソース領域にわたる部分にP型不純物拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板上にゲート酸化膜を成膜する工程と、
前記ゲート酸化膜上で前記ゲート電極領域にゲート電極を形成する工程と、
不純物のイオン注入によって前記ドレイン領域に第1のN型低濃度不純物拡散層を形成する工程と、
不純物のイオン注入によって前記ソース領域のP型不純物拡散層の内側に第3のN型高濃度不純物拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板上に層間絶縁膜を成膜する工程と、
フォトリソグラフィ技術及び絶縁膜エッチング技術によって前記ドレイン領域およびソース領域上の前記層間絶縁膜を貫通するドレイン領域側のコンタクトホールとソース領域側のコンタクトホールを穿つ工程と、
フォトリソグラフィ技術によって前記層間絶縁膜上に前記ドレイン領域側のコンタクトホール部分のみが開口されたレジスト膜を形成し、前記レジスト膜および前記層間絶縁膜をイオン注入マスクとして、不純物のイオン注入によって前記第1のN型低濃度不純物拡散層の内側に第2のN型高濃度不純物拡散層を形成する工程と、
前記ドレイン領域の前記層間絶縁膜上に前記ドレイン領域側のコンタクトホールを埋め込みつつ形成されたドレイン用金属配線を形成する工程と、を含んでなり、前記第2のN型高濃度不純物拡散層における前記半導体基板の主面に投影された形状が前記ドレイン領域側のコンタクトホールの開口によって決定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a P-type isolation diffusion layer in an element isolation region located around the source / drain region of the semiconductor substrate by ion implantation of impurities;
Forming an element isolation insulating film in the element isolation region;
Forming a P-type impurity diffusion layer at a portion below the gate electrode region and over the source region by ion implantation of impurities;
Forming a gate oxide film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode in the gate electrode region on the gate oxide film;
Forming a first N-type low concentration impurity diffusion layer in the drain region by ion implantation of impurities;
Forming a third N-type high-concentration impurity diffusion layer inside the P-type impurity diffusion layer in the source region by ion implantation of impurities;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Drilling a contact hole on the drain region side and a contact hole on the source region side penetrating the interlayer insulating film on the drain region and the source region by photolithography technology and insulating film etching technology,
A resist film having only a contact hole portion on the drain region side is formed on the interlayer insulating film by a photolithography technique, and the resist film and the interlayer insulating film are used as an ion implantation mask to perform the ion implantation of impurities. Forming a second N-type high-concentration impurity diffusion layer inside the first N-type low-concentration impurity diffusion layer;
Forming a drain metal wiring formed on the interlayer insulating film of the drain region while burying the contact hole on the drain region side, in the second N-type high concentration impurity diffusion layer. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a shape projected on a main surface of the semiconductor substrate is determined by an opening of a contact hole on the drain region side.
前記第2のN型高濃度不純物拡散層と前記ドレイン領域側のコンタクトホールにおける対向する端部間の間隔が0.02μm以上0.3μm以下であることを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the distance between the second N-type high-concentration impurity diffusion layer and the opposite end of the contact hole on the drain region side is 0.02 μm or more and 0.3 μm or less. Manufacturing method.
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