JP2005093458A - Semiconductor device and its fabricating process - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、高耐圧MOSトランジスタからなる半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device made of a high voltage MOS transistor and a method for manufacturing the same.
近年、電気的に書き込みや消去が可能な不揮発性メモリとして、EEPROMやフラッシュEEPROMが注目されている。これらのメモリデバイスでは、データ書き込み時や消去時に10V以上の高電圧をメモリセルに印加する必要があるが、この高電圧は外部電源から供給されるか、もしくは内部の昇圧回路によって生成されメモリセルに供給される。 In recent years, EEPROM and flash EEPROM have attracted attention as nonvolatile memories that can be electrically written and erased. In these memory devices, it is necessary to apply a high voltage of 10 V or more to the memory cell at the time of data writing or erasing. This high voltage is supplied from an external power source or generated by an internal booster circuit. To be supplied.
その際、昇圧回路や高電圧伝達回路には高耐圧MOSトランジスタが用いられるが、この高耐圧MOSトランジスタは、使用される高電圧以上のドレイン接合耐圧が必要とされるだけでなく、ドレイン・ゲートに高電圧が同時に印加されたときに起こるバイポーラアクションに対しても、使用される高電圧以上の耐圧が要求される。通常、このような高耐圧MOSトランジスタとしては図14に示すようなものが知られている(例えば、特許文献1)。 At that time, a high breakdown voltage MOS transistor is used for the booster circuit and the high voltage transmission circuit. This high breakdown voltage MOS transistor not only requires a drain junction breakdown voltage higher than the high voltage to be used, but also a drain / gate. Even with respect to the bipolar action that occurs when a high voltage is applied simultaneously, a withstand voltage higher than the high voltage used is required. Usually, such a high voltage MOS transistor as shown in FIG. 14 is known (for example, Patent Document 1).
この高耐圧MOSトランジスタの構造は次のとおりとなっている。すなわち、P型シリコン基板101中にSTI素子分離膜105、106が形成され、P型シリコン基板101の表面には、ゲート酸化膜111と、その上のゲート電極112とが配置されている。さらにゲート電極112とゲート酸化膜111との側面には絶縁膜よりなるサイドウォール130が形成され、ゲート電極112の一方の側(図中の左側)のP型シリコン基板101内に、N型の低不純物濃度領域115とN型の高不純物濃度領域120とからなるソース領域が形成されている。またゲート電極112をはさんでソース領域とは反対側のP型シリコン基板101内に、同じくN型の低不純物濃度領域114とN型の高不純物濃度領域118とにより構成されるドレイン領域が形成されている。ただしドレイン領域においては、N型の高不純物濃度領域118は、ゲート電極112からオフセット121の長さだけ離間して配置されている。113、116は、N型の低不純物濃度領域である。そして高不純物濃度領域118、120の表面の一部とゲート電極112の上面の一部が、Tiシリサイド膜123としてシリサイド化されている。このシリサイド化により、ソース、ドレインのコンタクト抵抗と、ゲート電極の配線抵抗およびコンタクト抵抗とが低減され、高耐圧MOSトランジスタが高速動作可能となる。そして層間絶縁膜として酸化シリコン膜124でP型シリコン基板101の表面を覆い、酸化シリコン膜124にコンタクト孔を開口して、そのコンタクト孔に、ソース、ドレインへのコンタクト電極として、それぞれN型の高不純物濃度領域118、120の表面に形成されたTiシリサイド膜123に対して、AL配線125、126が配置されている。なおゲート電極112に対してもコンタクト孔とコンタクト電極が配置されるが、図14においては図示を省略している。
The structure of this high voltage MOS transistor is as follows. That is, the STI
上記のような構成をとることにより、ドレインへの高電圧印加時に、ゲート電極112付近のドレイン接合部において、オフセット121部分の低不純物領域114内に大きな空乏層が生じ、そのためゲート酸化膜111付近のドレイン接合部の電界集中を弱めることができる。そのためソース、ドレイン間のバイポーラアクションを防止することが可能となり、耐圧性の優れた高耐圧MOSトランジスタを得ることができる。
By adopting the above configuration, when a high voltage is applied to the drain, a large depletion layer is generated in the
次に、上記の高耐圧MOSトランジスタの製造方法を、図9から図14を使用して説明する。
まず図9に示すように、P型シリコン基板101の表面に、酸化シリコン膜よりなるSTI素子分離膜105、106を形成する。次にP型シリコン基板101の表面を熱酸化して酸化シリコン膜109を形成した後、ポリシリコン膜110をCVD法により堆積させる。その後、P+イオンをポリシリコン膜110に注入し、ポリシリコン膜110の低電気抵抗化を行う。
Next, a method for manufacturing the above-described high voltage MOS transistor will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 9, STI
ポリシリコン膜110の低電気抵抗化だけならば、P+イオンを注入する代わりにリンドープポリシリコン膜を使用しても同様の効果が得られる。しかし通常は、高速動作を目的として、NチャンネルMOSトランジスタのポリシリコンゲート電極はN型にドーピングし、PチャンネルMOSトランジスタのポリシリコンゲート電極はP型にドーピングする。そのため、同一基板上にN型MOSトランジスタとP型MOSトランジスタを同時に形成するCMOSプロセスでは、ポリシリコンゲート電極をN型、P型に作り分けることのできるイオンドーピング法によりゲート電極の低電気抵抗化を行うことが最も効果的である。
As long as the electrical resistance of the
本明細書では以後Nチャンネル型高耐圧MOSトランジスタについて説明するが、Pチャンネル型高耐圧MOSトランジスタも、P型シリコン基板101上に同時に形成するCMOSプロセスを前提としている。
In the present specification, an N-channel high voltage MOS transistor will be described hereinafter. However, a P-channel high voltage MOS transistor is also premised on a CMOS process that is simultaneously formed on a P-
次に、シリコン酸化膜109とポリシリコン膜110とを、リソグラフィー法と異方性ドライエッチング技術とを用いてパターニングし、図10に示すように、ゲート酸化膜111とゲート電極112を形成する。またゲート電極112、ゲート酸化膜111をマスクとしてP型シリコン基板101にP+イオンを注入し、N型の低不純物濃度領域113、114、115、116を形成する。
Next, the
次に、図11に示すように、P型シリコン基板101の表面に酸化シリコン膜をCVD法を用いて堆積し、その後、堆積した酸化シリコン膜を異方性のドライエッチング技術を用いてエッチング除去することにより、ゲート電極112とゲート酸化膜111との側面に、酸化シリコン膜よりなるサイドウォール130を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film is deposited on the surface of a P-
次に、P型シリコン基板101上にフォトレジスト117をパターニングし、As+イオンを注入してN型の高不純物濃度領域118、120を形成する。このとき、オフセット121を形成するために、図の中央部に示すようにフォトレジスト117の一部がゲート電極112にオーバーラップしかつ残部が低不純物濃度領域114にオーバーラップするようにパターニングしてAs+イオンの注入を行う。これにより、ゲート電極112の片側端から高不純物濃度領域118までの間のP型シリコン基板101の表面に低不純物濃度領域114が配置される。
Next, a
次に、図12に示すように、P型シリコン基板101の表面に酸化シリコン膜122をCVD法により全面的に堆積し、その後、この酸化シリコン膜122における、高不純物濃度領域118、120と、ゲート電極112の表面の一部上の部分を選択的にエッチング除去して、図示の状態とする。残された酸化シリコン膜122は、シリサイド化用のマスクとなる。
Next, as shown in FIG. 12, a
次に、図13に示すように、酸化シリコン膜122をマスクとしてシリサイド促進化用のイオン、例えばAs+イオンを低エネルギーで注入し、酸化シリコン膜122で覆われていない高不純物濃度領域118、120とゲート電極112の表面の一部とをアモルファス化する。このアモルファス化によりシリサイドが形成されやすくなる。次に高融点金属、例えばTiを堆積させたあと、共晶点以上の高温で熱処理を行い、高不純物濃度領域118、120を構成する単結晶シリコンおよびゲート電極112を構成するポリシリコンとTiを反応させ、Tiシリサイド膜123を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, ions for promoting silicide, for example, As + ions, are implanted with low energy using the
次に図14に示すように、未反応のTiおよび酸化シリコン膜122を除去した後、層間絶縁膜として酸化シリコン膜124をCVD法により堆積し、高不純物濃度領域118、120の上にコンタクト孔を開口し、AL配線125、126を形成して、ソース、ドレインへのコンタクト電極とする。なおゲート電極112へもコンタクト電極を形成する。
しかしながら、上記のような従来の高耐圧MOSトランジスタおよびその製造方法では、オフセット121の長さが変動しやすく、その結果として高耐圧MOSトランジスタの特性がばらつくという問題を有していた。
However, the conventional high voltage MOS transistor and the manufacturing method thereof as described above have a problem that the length of the
なぜなら、オフセット121の長さはフォトレジスト117のパターニング時の誤差の影響を受けるからである。すなわち、フォトレジスト117のパターニング時の誤差として、寸法誤差とパターニング位置合わせ誤差とが考えられる。オフセット121の長さはゲート電極112の端からフォトレジスト117におけるゲート電極112とは反対側の端までの距離で決定されるが、例えばフォトレジスト117の位置合わせ誤差が0であったとしても、その寸法が設計値よりも小さくパターニングされたときは、オフセット121の長さは短くなる。逆にフォトレジスト117の寸法誤差が0であったとしても、位置合わせ誤差が生じてフォトレジスト117の中心位置がゲート電極112側にずれた場合は、やはりオフセット121の長さは短くなってしまう。
This is because the length of the
フォトレジストのパターニングでは、通常、必ず寸法の誤差と位置合わせの誤差とが生じる。半導体装置の製造においては、この二つの誤差を考慮し、ある範囲内で誤差が生じても半導体装置が動作するように各部の長さを決定する。 In patterning a photoresist, a dimensional error and an alignment error always occur. In manufacturing a semiconductor device, these two errors are taken into consideration, and the length of each part is determined so that the semiconductor device operates even if an error occurs within a certain range.
高耐圧MOSトランジスタの場合は、耐圧を確保するためには一定の長さ以上のオフセット121を確保する必要がある。しかしオフセット121を必要以上に長くすると、ドレイン電流が小さくなってしまう。これはオフセット部が低濃度拡散層からなるため、電気的に高抵抗となるためである。したがって所定のドレイン電流を確保するためにはゲート幅を大きくする必要があるが、そうすると素子の微細化が阻害されてしまう。
In the case of a high breakdown voltage MOS transistor, it is necessary to secure an
このような観点から、オフセット121の長さは耐圧が確保できる最小限の長さであることが望ましいが、先に述べたように従来の高耐圧MOSトランジスタおよびその製造法では、オフセット121について、パターニング時の二つの誤差成分を考慮し、マージンを加味した長めの設定とせざるを得ない。そしてこれにより減少するドレイン電流を補償するため、ゲート電極112の幅を必要なものよりも長めに設定する必要があるので、結果として微細化が犠牲となる。
From this point of view, it is desirable that the length of the offset 121 is a minimum length that can ensure a breakdown voltage. However, as described above, in the conventional high breakdown voltage MOS transistor and its manufacturing method, Considering two error components at the time of patterning, it is unavoidable to set a longer setting with a margin. In order to compensate for the drain current that is reduced by this, it is necessary to set the width of the
また別の課題として、ポリシリコンよりなるゲート電極112の低電気抵抗化のために工程数が増大するという問題がある。
ゲート電極としてポリシリコンを使用した場合は、通常そのままでは電気抵抗が高く、回路の動作に支障があるため、ポリシリコンにN型またはP型の不純物をドーピングし、低電気抵抗化を図る。低電気抵抗化のための不純物ドーピングの手段としては、CVD法によりポリシリコンを堆積する際にリンを同時にドーピングするリンドープポリシリコンを使用する方法と、ポリシリコン堆積後に不純物をイオン注入法によりドーピングする方法とのいずれかを用いるのが一般的である。上記の背景技術の欄での説明でも述べたように、イオン注入法によるドーピングは、注入量のコントロールが容易で、N型とP型のドーピングをNチャンネルMOSトランジスタのゲートとPチャンネルMOSトランジスタのゲートに打ち分けることができるため、CMOS型半導体装置を製造する上では必須の技術となっている。さらにソース、ドレイン注入と同時にゲートに注入を行えば、工程数の削減が可能である。
Another problem is that the number of processes increases because of the low electrical resistance of the
When polysilicon is used as the gate electrode, the electrical resistance is usually high as it is, and this hinders the operation of the circuit. Therefore, N-type or P-type impurities are doped into the polysilicon to reduce the electrical resistance. Impurity doping means for reducing electrical resistance include the use of phosphorus-doped polysilicon in which phosphorus is simultaneously doped when depositing polysilicon by CVD, and the doping of impurities by ion implantation after polysilicon deposition. It is common to use any one of the methods. As described in the description in the background section above, doping by ion implantation makes it easy to control the implantation amount, and N-type and P-type doping can be applied to the gates of the N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor. Since it can be divided into gates, it is an indispensable technique for manufacturing CMOS semiconductor devices. Further, the number of processes can be reduced by implanting the gate simultaneously with the source and drain.
しかしながら上記の従来の高耐圧MOSトランジスタの製造方法によれば、図11に示すソース、ドレイン用の高不純物濃度領域120、118形成のためのAs+イオン注入時に、ポリシリコンよりなるゲート電極112がフォトレジスト117により一部覆われているため、As+イオンがゲート電極112の一部にしか注入されない。そのため、図11のAs+イオン注入ではゲート電極112への不純物ドーピングが十分になされないので、あらかじめ図9に示すようにポリシリコン膜110を堆積した直後に例えばP+イオンを注入し、低電気抵抗化を行っておく必要があり、工程数の増大を招いていた。
However, according to the above-described conventional method for manufacturing a high voltage MOS transistor, the
さらに従来の高耐圧MOSトランジスタおよびその製造方法には、シリサイド化による高速化が困難であるという課題がある。シリサイド化による高速化のためには、ゲート電極112のさらなる低電気抵抗化のために、ゲート電極112の上面が全てシリサイド化されることが望ましい。しかし、オフセット121領域の低不純物濃度領域114の表面をシリサイド化してしまうと、高不純物濃度領域118と電気的に短絡してしまい、オフセット121を設けた意味が失われてしまう。
Further, the conventional high voltage MOS transistor and its manufacturing method have a problem that it is difficult to increase the speed by silicidation. In order to increase the speed by silicidation, it is desirable that the entire upper surface of the
そのため、図13に示すように、シリサイド化用の酸化シリコン膜122によりオフセット121の部分をカバーして、そのシリサイド化を回避する必要があった。しかしながら、そのためには、酸化シリコン膜122は、リソグラフィー時の合わせマージンを考慮して、一部をゲート電極112上にオーバーラップするように形成せざるを得ず、そのためゲート電極112の表面は一部しかシリサイド化されずに低電気抵抗化が十分に行われないため、高速動作可能な高耐圧MOSトランジスタの実現が困難であるという問題があった。
Therefore, as shown in FIG. 13, it is necessary to cover the portion of the offset 121 with the
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高耐圧MOSトランジスタのドレインオフセットを高精度に形成し、耐圧を十分確保した上でドレイン電流の減少を最小限に抑えることができ、さらにポリシリコンからなるゲート電極への低電気抵抗化のための不純物ドーピングを工程数を増大させずに行えることができ、さらにシリサイド化の際にゲート電極表面を全てシリサイド化できるため、より高速動作が可能な高耐圧MOSトランジスタおよびその製造方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can form a drain offset of a high-breakdown-voltage MOS transistor with high accuracy, and can sufficiently minimize a decrease in drain current while ensuring a sufficient breakdown voltage. Furthermore, impurity doping for reducing the electrical resistance of the gate electrode made of polysilicon can be performed without increasing the number of steps, and further, the entire surface of the gate electrode can be silicided during silicidation, resulting in higher speed operation. The present invention provides a high-breakdown-voltage MOS transistor and a method for manufacturing the same.
上記の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、第1導電型の半導体基板上に形成されたMOS型トランジスタにおいて、前記MOS型トランジスタのドレインが、前記MOS型トランジスタのゲート電極に近い側から順に、第2導電型の第1の高濃度拡散層と、第2導電型の第1の低濃度拡散層と、第2導電型の第2の高濃度拡散層とを備え、前記MOS型トランジスタのドレインと外部とを接続するコンタクトが、前記第2の高濃度拡散層上に形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, according to the semiconductor device of the present invention, in the MOS transistor formed on the first conductivity type semiconductor substrate, the drain of the MOS transistor is close to the gate electrode of the MOS transistor. In order from the side, the MOS transistor includes a first conductivity type first high concentration diffusion layer, a second conductivity type first low concentration diffusion layer, and a second conductivity type second high concentration diffusion layer, The contact connecting the drain of the type transistor and the outside is formed on the second high-concentration diffusion layer.
本発明によれば、上記半導体装置において、MOS型トランジスタのドレインが、前記MOS型トランジスタのゲート電極と第2導電型の第1の高濃度拡散層との間に、さらに第2導電型の第2の低濃度拡散層を備えた構成とすることができる。 According to the present invention, in the semiconductor device, the drain of the MOS transistor is further connected between the gate electrode of the MOS transistor and the first high-concentration diffusion layer of the second conductivity type. It can be set as the structure provided with 2 low concentration diffusion layers.
本発明によれば、上記半導体装置において、第1または第2の高濃度拡散層のうちの少なくとも一方の、表面の一部または全面が、シリサイド化されていることが好ましい。
本発明によれば、上記半導体装置において、MOS型トランジスタのゲート電極の上面の全面がシリサイド化されていることが好ましい。
According to the present invention, in the semiconductor device, it is preferable that at least one of the first or second high-concentration diffusion layers is partially silicided or entirely silicided.
According to the present invention, in the semiconductor device, the entire upper surface of the gate electrode of the MOS transistor is preferably silicided.
本発明によれば、上記半導体装置において、MOS型トランジスタのソースが、前記MOS型トランジスタのゲート電極をはさんで前記MOS型トランジスタのドレインと対称構造をなすことが好ましい。 According to the present invention, in the semiconductor device, the source of the MOS transistor preferably has a symmetrical structure with the drain of the MOS transistor across the gate electrode of the MOS transistor.
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板上にMOS型トランジスタを形成する半導体装置の製造方法が、前記第1導電型の半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に第2導電型の第1の不純物を注入することで、前記半導体基板中に低濃度拡散層を形成する工程と、前記半導体基板表面上における前記ゲート電極とは離間した位置にマスクを形成する工程と、前記マスクの形成された前記半導体基板に第2導電型の第2の不純物を注入して、前記ゲート電極に隣接する前記半導体基板の表面に、前記ゲート電極に近い側から順に、第1の高濃度拡散層と、第1の低濃度拡散層と、第2の高濃度拡散層とを備えた、ドレインを形成する工程と、前記ドレインと外部とを接続するコンタクトを前記第2の高濃度拡散層上に形成する工程とを含むことを特徴とする。 According to a first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device in which a MOS transistor is formed on a first conductivity type semiconductor substrate forms a gate insulating film on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate. A step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and implanting a first conductivity type second impurity into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask, thereby reducing the concentration in the semiconductor substrate. A step of forming a diffusion layer; a step of forming a mask at a position spaced from the gate electrode on the surface of the semiconductor substrate; and a second impurity of a second conductivity type on the semiconductor substrate on which the mask is formed. The first high-concentration diffusion layer, the first low-concentration diffusion layer, and the second high-concentration diffusion are implanted into the surface of the semiconductor substrate adjacent to the gate electrode in order from the side close to the gate electrode. Layer and Example was, and forming a drain, characterized in that it comprises a step of forming a contact for connecting the drain and the outside to the second high-concentration diffusion layer.
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板上にMOS型トランジスタを形成する半導体装置の製造方法が、前記第1導電型の半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に第2導電型の第1の不純物を注入することで、前記半導体基板中に低濃度拡散層を形成する工程と、前記ゲート電極の両側に絶縁膜よりなるサイドウォールを形成する工程と、前記半導体基板表面上における前記サイドウォールとは離間した位置にマスクを形成する工程と、前記マスクの形成された前記半導体基板に第2導電型の第2の不純物を注入して、前記ゲート電極に隣接する前記半導体基板の表面に、前記ゲート電極に近い側から順に、第2の低濃度拡散層と、第1の高濃度拡散層と、第1の低濃度拡散層と、第2の高濃度拡散層とを備えたドレインを形成する工程と、前記ドレインと外部とを接続するコンタクトを前記第2の高濃度拡散層上に形成する工程とを含むことを特徴とする。 According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device in which a MOS transistor is formed on a first conductivity type semiconductor substrate forms a gate insulating film on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate. A step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and implanting a first conductivity type second impurity into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask, thereby reducing the concentration in the semiconductor substrate. A step of forming a diffusion layer, a step of forming sidewalls made of an insulating film on both sides of the gate electrode, a step of forming a mask at a position apart from the sidewalls on the surface of the semiconductor substrate, and the mask A second impurity of a second conductivity type is implanted into the semiconductor substrate on which the gate electrode is formed, and the surface of the semiconductor substrate adjacent to the gate electrode is introduced from the side close to the gate electrode. Forming a drain comprising a second low-concentration diffusion layer, a first high-concentration diffusion layer, a first low-concentration diffusion layer, and a second high-concentration diffusion layer; Forming a contact for connecting to the outside on the second high-concentration diffusion layer.
本発明によれば、上記第1または第2の半導体装置の製造方法において、コンタクトを形成する工程の前に、第1または第2の高濃度拡散層のうち少なくとも一方の表面の一部または全面をシリサイド化することが好適である。 According to the present invention, in the first or second method of manufacturing a semiconductor device, a part or the entire surface of at least one of the first or second high-concentration diffusion layers is formed before the contact forming step. Is preferably silicided.
本発明によれば、上記半導体装置の製造方法において、コンタクトを形成する工程の前に、ゲート電極の上面の全面をシリサイド化することが好適である。 According to the present invention, in the semiconductor device manufacturing method, it is preferable that the entire upper surface of the gate electrode is silicided before the step of forming the contact.
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、注入マスクをリソグラフィーにより形成する際に生じる寸法誤差と位置合わせ誤差との二つの誤差のうち、位置合わせ誤差を解消できるため、より高精度の寸法でオフセットを形成可能となり、その結果安定した特性の高耐圧MOSトランジスタを実現できる。また、ソース、ドレイン注入の際にポリシリコンよりなるゲート電極を注入マスクによっておおう必要がないため、ソース、ドレイン注入と同時に十分な量の不純物をゲート電極に導入でき、ゲート電極の十分な低電気抵抗化と工程数の削減とを同時に実現できる。さらに、高耐圧MOSトランジスタをシリサイド化する際に、ゲート電極表面のシリサイド化を全面で行えるため、より高速動作可能な高耐圧MOSトランジスタを実現できる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, since the alignment error can be eliminated among the two errors of the dimensional error and the alignment error that are generated when the implantation mask is formed by lithography, a more accurate dimension can be obtained. Thus, an offset can be formed, and as a result, a high voltage MOS transistor having stable characteristics can be realized. In addition, since there is no need to cover the gate electrode made of polysilicon with an implantation mask at the time of source / drain implantation, a sufficient amount of impurities can be introduced into the gate electrode simultaneously with the source / drain implantation. It is possible to realize resistance and reduce the number of processes at the same time. Furthermore, when siliciding the high voltage MOS transistor, the gate electrode surface can be silicidized over the entire surface, so that a high voltage MOS transistor capable of higher speed operation can be realized.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1から図7は本発明の実施の形態の半導体装置およびその製造方法を示す工程順断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 7 are sectional views in order of steps showing a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention.
製造方法にもとづいて説明すると、まず図1に示すように、P型シリコン基板1内に酸化シリコンよりなるSTI素子分離膜5、6を形成した後、P型シリコン基板1の表面を熱酸化して膜厚約20nmの酸化シリコン膜9を形成し、さらに、CVD法によりポリシリコン膜10を約200nmの厚さで堆積する。
The manufacturing method will be described. First, as shown in FIG. 1, after forming STI
次に、酸化シリコン膜9とポリシリコン膜10とを、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術とを使用してパターニングする。すると、図2に示すように、パターニングされた酸化シリコン膜9の一部は高耐圧MOSトランジスタのゲート酸化膜11となり、ポリシリコン膜10の一部はゲート電極12となる。次いで、ゲート電極12とゲート酸化膜11とをマスクとして、例えばP+イオンを70keV、1×1013cm−2の条件でP型シリコン基板1の表面から注入する。注入されたP+イオンは、N型の低不純物濃度領域13、14、15、16を形成する。
Next, the silicon oxide film 9 and the
次に、図3に示すように、P型シリコン基板1の表面に酸化シリコン膜を約100nmの厚さでCVD法を用いて堆積した後、異方性ドライエッチング技術を用いてエッチング除去することにより、ゲート電極12とゲート酸化膜11との側面に酸化シリコン膜よりなるサイドウォール30を形成する。このサイドウォール30は、N型の低不純物濃度領域14、15におけるゲート電極12に近接した部分を覆うように形成される。次いでフォトレジスト17をP型シリコン基板1の表面にパターニングする。このとき、図示のように、ドレイン側においてフォトレジスト17をサイドウォール20から離間した位置にパターニングする。また、そのパターニング寸法は、オフセット21に等しい寸法とする。その後、As+イオンを例えば40keV、1×1015cm−2の条件で注入し、N型の高不純物濃度領域18、19、20を形成する。高不純物濃度領域19、20は、ゲート電極12から、サイドウォール30の厚さに対応したN型の低不純物濃度領域14、15の部分を隔てた位置に形成される。N型の高不純物濃度領域20とN型の低不純物濃度領域15とは、合わせて高耐圧MOSトランジスタのソースとして機能し、N型の高不純濃度物領域18、19とN型の低不純物濃度領域14とは、合わせて高耐圧MOSトランジスタのドレインとして機能する。
Next, as shown in FIG. 3, a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is deposited on the surface of the P-
また、As+イオンはP型シリコン基板1の表面と同時にゲート電極12へも注入され、ゲート電極12の低電気抵抗化が同時に行われる。このため、図8〜図13により説明した従来例のようにゲート電極への不純物ドーピングを別工程で行う必要がなく、工程数の削減を図ることができる。
Also, As + ions are implanted into the
その後、図4に示すように、フォトレジスト17を除去する。
ここで本発明の特徴は、上述のように、ドレイン側においてフォトレジスト17をサイドウォール30から離間した位置にパターニングすることである。サイドウォール30から離間した位置にパターニングされたフォトレジスト17の下部におけるP型シリコン基板1表面の部分にはAs+イオンが注入されないため、低不純物濃度領域14がそのままの状態で残り、この領域がオフセット21となる。本発明ではこのオフセット21の領域がフォトレジスト17の寸法のみによって決定される。
Thereafter, as shown in FIG. 4, the
Here, the feature of the present invention is that the
先に説明したように、従来の高耐圧MOSトランジスタにおいて、ドレイン側に低不純物濃度領域よりなるオフセットを形成するときには、フォトレジストをゲート電極にオーバーラップさせてパターニングするので、オフセットの長さはフォトレジストの寸法誤差と位置合わせ誤差の二つの誤差要因の影響を受けてしまう。 As described above, in the conventional high voltage MOS transistor, when forming an offset consisting of a low impurity concentration region on the drain side, the photoresist is overlapped with the gate electrode and patterned, so the length of the offset is It is affected by two error factors, resist dimensional error and alignment error.
しかしながら本発明によれば、オフセット21はフォトレジスト17の寸法誤差の影響しか受けない。したがって、オフセット21の長さを従来例に比べて高精度に形成でき、このため安定した特性の高耐圧MOSトランジスタを製造することが可能である。
However, according to the present invention, the offset 21 is only affected by the dimensional error of the
また、このときフォトレジスト17をサイドウォール30から離間した位置にパターニングするため、従来例に比べ高耐圧MOSトランジスタのチャンネル長方向のサイズが長くなる懸念があるが、オフセット21を高精度に形成できるため、オフセット21に加えるべき長さのマージンをより少なくできるので、ゲート電極12のチャンネル長方向のサイズの増大をわずかなものにすることができる。
At this time, since the
さらにオフセット21の長さを従来例よりも短く設定できるので、オフセット21に対応した部分の低不純物濃度領域14による高電気抵抗成分がより少なくなり、ドレイン電流を確保しやすくなるため、従来例に比べてゲート電極12の幅方向のサイズを小さくすることができる。
Furthermore, since the length of the offset 21 can be set shorter than that of the conventional example, the high electrical resistance component due to the low
さらに、オフセット21をサイドウォール30から離間した位置に形成することにもとづきサイドウォール30の近傍のP型シリコン基板1の表面に形成される高不純物濃度領域19は、電気抵抗成分が極めて少ないため、図に示すような構造をとったとしてもドレイン電流を減少させることがほとんどなく、優れた特性の高耐圧MOSトランジスタを実現することができる。
Furthermore, since the high
次に、図5から図7にもとづき、高耐圧MOSトランジスタのシリサイド化プロセスについて説明する。シリサイド化することにより、より高速動作可能な高耐圧MOSトランジスタを実現できる。 Next, the silicidation process of the high voltage MOS transistor will be described with reference to FIGS. By siliciding, a high voltage MOS transistor capable of operating at higher speed can be realized.
まず、図5に示すように、P型シリコン基板1の表面の全面に酸化シリコン膜22をCVD法により約80nmの厚さで堆積させたあと、リソグラフィー技術を用いて、高不純物濃度領域18、19、20の上面の一部または全面とゲート電極12とサイドウォール30の表面とが開口するように、酸化シリコン膜22をパターニングする。このパターニングされた酸化シリコン膜22は、シリサイド化用のマスクとなる。
First, as shown in FIG. 5, after a
次に、酸化シリコン膜22をマスクとして、シリサイド化促進用のAs+イオンを、例えば25keV、1×1014cm−2の条件で注入する。これにより、ゲート電極12および高不純物濃度領域18、19、20の表面付近の領域がアモルファス化されシリサイドが形成されやすくなる。次に、高融点金属、例えばTiを約50nmの厚さで堆積させた後、650℃、30分の熱処理を行い、ゲート電極12を構成するポリシリコンおよび高不純物濃度領域18、19、20を構成する単結晶シリコンと、Tiとを反応させる。これにより、図6に示すように、ゲート電極12の表面と高不純物濃度領域18、19、20の表面の一部とをシリサイド化してTiシリサイド膜23を形成する。
Next, As + ions for promoting silicidation are implanted under the conditions of, for example, 25 keV and 1 × 10 14 cm −2 using the
このようなシリサイド化を行うことにより、ゲート電極12と高不純物濃度領域18、20の低電気抵抗化が図られ、より高速に動作する高耐圧MOSトランジスタが実現できる。
By performing such silicidation, the
図13に示すような従来の高耐圧MOSトランジスタをシリサイド化する際、オフセット121に対応した領域の低不純物濃度領域114の表面をシリサイド化すると、高不純物濃度領域118と電気的に短絡してしまい、オフセット121を設けた意味が失われてしまうため、低不純物濃度領域114表面はシリサイド化できなかった。そのため従来の高耐圧MOSトランジスタをシリサイド化するときには、オフセット121を形成する低不純物濃度領域114の表面をシリサイドマスクである酸化シリコン膜122で完全におおう必要があり、そのためにシリサイドマスク用の酸化シリコン膜122をゲート電極112の表面の一部または全てにオーバーラップする形でパターニングせざるを得なかった。その結果、ゲート電極112の表面は一部、または全くシリサイド化されず、さらなる低電気抵抗化が不十分となり、高耐圧MOSトランジスタの高速化が困難であった。
When the conventional high voltage MOS transistor as shown in FIG. 13 is silicided, if the surface of the low
しかしながら本実施の形態に示されているような方法によれば、ゲート電極12の表面を全てシリサイド化できるため、より高速で動作可能な高耐圧MOSトランジスタが実現できる。さらに高不純物濃度領域19の表面の一部もシリサイド化できるため、高不純物濃度領域19がより低電気抵抗化され、より多くのドレイン電流を流すことが可能となる。
However, according to the method shown in the present embodiment, since the entire surface of the
次に、図7に示すように、未反応のTiと酸化シリコン膜22とを除去した後、P型シリコン基板1の表面に酸化シリコン膜24を約800nmの厚さで堆積させる。また、高不純物濃度領域18、19上にコンタクト孔を開口し、AL配線25、26を形成する。なお、ゲート電極12へのコンタクト孔とAL配線とについては、図7においては図示を省略した。
Next, as shown in FIG. 7, after the unreacted Ti and the
本実施の形態では、Nチャンネル型高耐圧MOSトランジスタのみについて、その構造と製造方法を説明したが、P型シリコン基板1上の他の領域に同様の構造と製造方法によるPチャンネル型高耐圧MOSトランジスタを配置しCMOS構成とすると、より多様な半導体装置を実現できる。
In the present embodiment, the structure and manufacturing method of only the N-channel type high breakdown voltage MOS transistor have been described. However, the P channel type high breakdown voltage MOS having the same structure and manufacturing method is applied to other regions on the P
また、P型シリコン基板1上に同時にEEPROMなどのメモリ素子や低電圧系MOSトランジスタを形成する構成とすれば、EEPROMなどをワンチップでオペレートできる効率的な半導体装置を実現できる。
If a memory element such as an EEPROM or a low-voltage MOS transistor is formed on the P-
さらに本実施の形態ではドレイン領域にのみオフセット構造を有する高耐圧MOSトランジスタとその製造方法を説明したが、ドレイン領域と同様にソース領域にもオフセット構造を有する構成としてもよい。この場合は、ソース、ドレインを入れ替えて使用できるため、より柔軟な使用が可能な半導体装置を実現できる。 Further, in the present embodiment, the high voltage MOS transistor having the offset structure only in the drain region and the manufacturing method thereof have been described, but the source region may have an offset structure as well as the drain region. In this case, since the source and drain can be used interchangeably, a semiconductor device that can be used more flexibly can be realized.
さらに本実施の形態では、STI素子分離膜5、6近傍表面にも低不純物濃度領域14よりなるオフセットを設置しているが、素子分離特性が十分良好であればこのオフセットは設けなくともよく、この場合は高耐圧MOSトランジスタをさらに小形化できる。
Further, in the present embodiment, an offset made of the low
なお、図8に示すように、図7に示す半導体装置と比較してサイドウォール30を形成しない構成の半導体装置も、上に述べてきたものと同様の効果を有する。すなわち、図7ではサイドウォール30の下部に形成される低不純物領域がこの場合は存在せず、高濃度不純物領域19、20がゲート電極12に隣接する構成となる。
As shown in FIG. 8, the semiconductor device having the structure in which the
製造方法については、上記図7の半導体装置の製造方法から、サイドウォール30の形成工程を省略することで図8に示す半導体装置を得ることができる。
図8のような構成によれば、サイドウォール形成工程がないため、図7に示す半導体装置に比べてより少ない工程数で高精度、高速動作可能な高耐圧MOSトランジスタを得ることができる。
Regarding the manufacturing method, the semiconductor device shown in FIG. 8 can be obtained by omitting the step of forming the
According to the configuration shown in FIG. 8, since there is no side wall forming step, a high voltage MOS transistor capable of high-precision and high-speed operation can be obtained with a smaller number of steps than the semiconductor device shown in FIG.
本発明の半導体装置およびその製造方法は、MOSトランジスタのドレインオフセットを高精度に形成でき、かつ高速動作を可能とするものであり、高耐圧MOSトランジスタおよびその製造方法等として有効である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention can form the drain offset of the MOS transistor with high accuracy and enable high-speed operation, and are effective as a high breakdown voltage MOS transistor and a manufacturing method thereof.
1 P型シリコン基板
11 ゲート酸化膜
12 ゲート電極
14 低不純物濃度領域
15 低不純物濃度領域
17 フォトレジスト
18 高不純物濃度領域
19 高不純物濃度領域
20 高不純物濃度領域
21 オフセット
23 Tiシリサイド膜
25 AL配線
26 AL配線
30 サイドウォール
1 P-
Claims (9)
前記MOS型トランジスタのドレインが、前記MOS型トランジスタのゲート電極に近い側から順に、第2導電型の第1の高濃度拡散層と、第2導電型の第1の低濃度拡散層と、第2導電型の第2の高濃度拡散層とを備え、
前記MOS型トランジスタのドレインと外部とを接続するコンタクトが、前記第2の高濃度拡散層上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 In a MOS transistor formed on a first conductivity type semiconductor substrate,
In order from the side closer to the gate electrode of the MOS transistor, the drain of the MOS transistor has a second conductivity type first high concentration diffusion layer, a second conductivity type first low concentration diffusion layer, A second conductivity type second high-concentration diffusion layer,
A contact for connecting the drain of the MOS transistor and the outside is formed on the second high-concentration diffusion layer.
前記第1導電型の半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に第2導電型の第1の不純物を注入することで、前記半導体基板中に低濃度拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板表面上における前記ゲート電極とは離間した位置にマスクを形成する工程と、
前記マスクの形成された前記半導体基板に第2導電型の第2の不純物を注入して、前記ゲート電極に隣接する前記半導体基板の表面に、前記ゲート電極に近い側から順に、第1の高濃度拡散層と、第1の低濃度拡散層と、第2の高濃度拡散層とを備えた、ドレインを形成する工程と、
前記ドレインと外部とを接続するコンタクトを前記第2の高濃度拡散層上に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type,
Forming a gate insulating film on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a low-concentration diffusion layer in the semiconductor substrate by implanting a first impurity of a second conductivity type into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming a mask at a position separated from the gate electrode on the semiconductor substrate surface;
A second impurity of a second conductivity type is implanted into the semiconductor substrate on which the mask is formed, and a first high level is sequentially formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the gate electrode from the side close to the gate electrode. Forming a drain comprising a concentration diffusion layer, a first low concentration diffusion layer, and a second high concentration diffusion layer;
Forming a contact connecting the drain and the outside on the second high-concentration diffusion layer.
前記第1導電型の半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に第2導電型の第1の不純物を注入することで、前記半導体基板中に低濃度拡散層を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側に絶縁膜よりなるサイドウォールを形成する工程と、
前記半導体基板表面上における前記サイドウォールとは離間した位置にマスクを形成する工程と、
前記マスクの形成された前記半導体基板に第2導電型の第2の不純物を注入して、前記ゲート電極に隣接する前記半導体基板の表面に、前記ゲート電極に近い側から順に、第2の低濃度拡散層と、第1の高濃度拡散層と、第1の低濃度拡散層と、第2の高濃度拡散層とを備えたドレインを形成する工程と、
前記ドレインと外部とを接続するコンタクトを前記第2の高濃度拡散層上に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type,
Forming a gate insulating film on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a low-concentration diffusion layer in the semiconductor substrate by implanting a first impurity of a second conductivity type into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming sidewalls made of an insulating film on both sides of the gate electrode;
Forming a mask at a position separated from the sidewall on the semiconductor substrate surface;
A second impurity of a second conductivity type is implanted into the semiconductor substrate on which the mask is formed, and a second low-concentration layer is formed on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the gate electrode in order from the side close to the gate electrode. Forming a drain comprising a concentration diffusion layer, a first high concentration diffusion layer, a first low concentration diffusion layer, and a second high concentration diffusion layer;
Forming a contact connecting the drain and the outside on the second high-concentration diffusion layer.
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