JP2006140337A - Mos semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はMOS半導体装置に関し、詳しくは、半導体基板から電気的に分離されたMOS半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a MOS semiconductor device, and more particularly to a MOS semiconductor device electrically isolated from a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.
図2の断面図に示すように、P型半導体基板11を用いた場合はP型MOSトランジスタはN型ウェル層14の中にP型ソース層およびドレイン層17とゲート電極18を形成し、N型MOSトランジスタはP型半導体基板11にN型ソース層およびドレイン層16とゲート電極19を形成している。そのために、P型半導体基板の場合は、P型半導体基板の電位とN型MOSトランジスタのサブストレート電位が同電位となるため、N型MOSトランジスタのサブストレート電位を高い電位で使用する回路構成が不可能である。
そこで、図3に示したようなN型ウェル層24の中にP型ウェル層25を形成するトリプルウェル構造にすることで、N型MOSトランジスタのサブストレート電位を高い電位で使用する回路構成が可能であるが、寄生PNPトランジスタ(P型ウェル層25−N型ウェル層24−P型半導体基板21)構造となるため、P型ウェル層25−P型半導体基板21の分離耐圧はベースとなるN型ウェル層24の不純物総量に大きく依存し、不純物総量が少ないと分離耐圧が低いという問題がある。N型ウェル層24を高不純物総量でかつ深い構造とすれば、高い分離耐圧が得られるが、いずれも微細なパターンプロセスが要求されるMOS半導体装置を含む半導体集積回路装置では困難である。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, when a P-
Therefore, by adopting a triple well structure in which the P-
前記トリプルウェル構造を有するMOSトランジスタにおける寄生PNPトランジスタによる問題を解決するために、従来技術では図4に示したように、P型半導体基板31にN型埋込拡散層32を形成し、その上にP型エピタキシャル層33を形成する。このようなウェハを使用し、N型分離拡散層39をエピタキシャル層33表面より拡散して、P型エピタキシャル層33をP型半導体基板31より分離し、その中にN型MOSトランジスタを形成することで、N型埋込拡散層32およびN型分離拡散層39の不純物濃度を高く形成できるため、寄生トランジスタのベースの不純物濃度を高くして分離耐圧を高くしていた。
また、従来技術の異なる方法として図5に示したように、P型半導体基板41にN型エピタキシャル層43を形成する。このようなウェハを使用し、P型分離拡散層49をN型エピタキシャル層43表面より拡散して、N型エピタキシャル層43をP型半導体基板41より分離し、その中にN型MOSトランジスタを形成することで、寄生PNPトランジスタのベースの実行距離を広くして分離耐圧を高くしていた。
In order to solve the problem caused by the parasitic PNP transistor in the MOS transistor having the triple well structure, the N-type buried diffusion layer 32 is formed in the P-
Further, as shown in FIG. 5 as a method different from the prior art, an N-type
さらに、前記図3のトリプルウェルMOSトランジスタにおける寄生PNPトランジスタによる問題を解決するために、図6に示すように、N型ウェル層領域58内にP型ウェル層領域52が形成され、P型ウェル層領域52にMOSFETが形成されたトリプルウェルNMOSトランジスタにおいて、Nドレイン領域55側にNドレイン領域よりも不純物濃度が低いN型不純物拡散領域59を設け、それによって基板電流を抑制する。P型ウェル層領域52の不純物濃度を高くして寄生バイポーラトランジスタの電流利得を下げる。さらに電流利得を下げるために、パンチスルーストッパー層を設ける。N型不純物拡散領域59の不純物濃度を、基板1上に集積される微細集積CMOSデバイスのN−LDD領域61と同じ濃度とし、それらを一度のイオン注入工程で形成する製造方法が知られている(特許文献1−要約)。
しかしながら、前述のいずれの従来構造でも、MOSトランジスタを半導体基板から分離するために高濃度の深い拡散層を形成することが必要なため、ウェハの大口径化における面内の不純物濃度の均一性や面方向への拡散の拡がりのため、デザインルールの微細化プロセスに対応することが困難であった。
本発明は、そのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウェハの大口径化やデザインルールの微細化プロセスに対応できる、半導体基板から分離させたMOS半導体装置を提供することである。
However, in any of the above-described conventional structures, it is necessary to form a deep diffusion layer having a high concentration in order to separate the MOS transistor from the semiconductor substrate. Due to the spread of diffusion in the surface direction, it was difficult to cope with the finer process of design rules.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a MOS semiconductor device separated from a semiconductor substrate, which can cope with an increase in wafer diameter and a miniaturization process of a design rule. Is to provide.
特許請求の範囲の請求項1記載の発明によれば、前記目的は、第一導電型の半導体基板上に堆積形成される第一導電型エピタキシャル層と、前記半導体基板と前記第一導電型エピタキシャル層との間に選択的に形成される第二導電型埋込拡散層と、前記エピタキシャル層表面から前記埋込拡散層に達するように拡散形成される第二導電型ウェル層と、該第二導電型ウェル層内に拡散形成される第一導電型ウェル層と、該第一導電型ウェル層内に形成される第二導電型ソース層および第二導電型ドレイン層と、前記ソース層とドレイン層との間にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極を備えるMOS半導体装置とすることにより、達成される。
特許請求の範囲の請求項2記載の発明によれば、前記第一導電型ウェル層の深さを第二導電型埋込拡散層に接触されない深さとする請求項1記載のMOS半導体装置とすることが好ましい。
According to the first aspect of the present invention, the object is to form a first conductive type epitaxial layer deposited on a first conductive type semiconductor substrate, the semiconductor substrate and the first conductive type epitaxial layer. A second conductivity type buried diffusion layer selectively formed between the second conductivity type and the second conductivity type well layer diffused to reach the buried diffusion layer from the surface of the epitaxial layer; A first conductivity type well layer formed by diffusion in the conductivity type well layer; a second conductivity type source layer and a second conductivity type drain layer formed in the first conductivity type well layer; and the source layer and the drain. This is achieved by forming a MOS semiconductor device having a gate electrode formed between the layers via a gate insulating film.
According to the second aspect of the present invention, the MOS semiconductor device according to claim 1, wherein the depth of the first conductive type well layer is a depth that does not contact the second conductive type buried diffusion layer. It is preferable.
特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、埋込拡散層の面方向のパターン面積より第二導電型ウェル層の面方向のパターン面積が小さい請求項1または2記載のMOS半導体装置とすることが望ましい。
特許請求の範囲の請求項4記載の発明によれば、第一導電型の半導体基板表面層に第二導電型の不純物を導入し、第一導電型エピタキシャル層を堆積形成した後、前記不純物を拡散して埋込拡散層を形成した半導体基板に、前記埋込拡散層に対応する位置の前記エピタキシャル層表面から前記埋込拡散層に達するように第二導電型ウェル層を拡散形成し、該第二導電型ウェル層内に第一導電型ウェル層を形成し、第一導電型ウェル層内に、それぞれ第二導電型ソース層と第二導電型ドレイン層を形成し、前記ソース層とドレイン層との間にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極を形成するMOS半導体装置の製造方法とすることができる。
3. The MOS semiconductor device according to claim 1, wherein the pattern area in the surface direction of the second conductivity type well layer is smaller than the pattern area in the surface direction of the buried diffusion layer. Is desirable.
According to the invention of claim 4, the second conductivity type impurity is introduced into the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate, the first conductivity type epitaxial layer is deposited, and then the impurity is A second conductivity type well layer is formed by diffusing in a semiconductor substrate which has been diffused to form a buried diffusion layer so as to reach the buried diffusion layer from the surface of the epitaxial layer at a position corresponding to the buried diffusion layer; Forming a first conductivity type well layer in the second conductivity type well layer; forming a second conductivity type source layer and a second conductivity type drain layer in the first conductivity type well layer; A method of manufacturing a MOS semiconductor device in which a gate electrode formed between the layers via a gate insulating film can be formed.
前述の本発明によれば、深くて高濃度ウェル層を形成するための不純物拡散処理が不要となるため、ウェハの大口径化やデザインルールの微細化プロセスに対応した、半導体基板から分離させたMOS半導体装置を提供することができる。 According to the above-described present invention, since the impurity diffusion process for forming a deep and high-concentration well layer is not required, the wafer is separated from the semiconductor substrate corresponding to the process of increasing the diameter of the wafer and miniaturizing the design rule. A MOS semiconductor device can be provided.
図1は本発明にかかるMOS半導体装置の断面図である。本発明の要旨を超えない限り、本発明は以下説明する実施例の記載に限定されるものではない。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS semiconductor device according to the present invention. As long as the gist of the present invention is not exceeded, the present invention is not limited to the description of the examples described below.
図1によれば、P型半導体基板を用いた場合、高濃度の厚いP型半導体基板1に選択的にN型埋込拡散層2を形成するための不純物を導入する。その後に不純物濃度1×1015cm−3で、厚さ5μmのP型エピタキシャル層3を堆積形成する。熱処理により、不純物濃度1×1016cm−3〜1×1017cm−3のN型埋込拡散層2を形成する。このウェハを使用して、N型埋込拡散層2の上部に対応するP型エピタキシャル層3表面より、不純物濃度が1×1016cm−3〜1×1017cm−3のN型ウェル層4を約5μmの深さに拡散する。このときにN型埋込拡散層2とN型ウェル層4は製造プロセス終了後に電気的に同電位となって接触するように、P型エピタキシャル層3との厚さをあらかじめ調整することが重要である。次にN型ウェル層4の中に不純物濃度1×1015cm−3〜1×1016cm−3のP型ウェル層5を3μmの深さに形成し、さらにこのP型ウェル層5の中にN型ソース層6およびN型ドレイン層7と、前記N型ソース層6とドレイン層7の間に形成されるゲート絶縁膜8を介してゲート電極9を形成すると、分離耐圧40VのN型MOSトランジスタが完成する。P型ウェル層5は耐圧低下を防ぐために、N型埋込拡散層2と接触しない深さで形成する。
According to FIG. 1, when a P-type semiconductor substrate is used, an impurity for selectively forming an N-type buried
前記N型MOSトランジスタでは、NMOS構造のサブストレート電位をP型半導体基板電位と分離するためのN型ウェル層の底部にN型ウェル層より高濃度のN型埋込拡散層2が接触して同電位にされているため、前述の図3のN型MOSトランジスタで問題であった寄生PNPトランジスタのベース幅が大きく、その不純物濃度が高くなるので、容易に分離耐圧を高くすることができる。図3に示すN型MOSトランジスタの場合、この実施例と同じ分離耐圧を得るためには、不純物濃度1×1015cm−3のP型基板21に深さ10μm、不純物濃度1×1016cm−3〜1×1017cm−3のN型ウェル層24を形成し、深さ5μm、不純物濃度1×1015cm−3〜1×1016cm−3のP型ウェル層25を形成する必要がある。この実施例は、前述の図3に示すN型MOSトランジスタでは困難であった深くて高不純物濃度のN型ウェル層24を形成するための高温長時間の拡散処理が不要になるので、ウェハの大口径化やデザインルールの微細化プロセスに適用させることが容易になる。
In the N-type MOS transistor, the N-type buried
また、N型埋込拡散層2の面積がP型ウェル層5の面積より小さくなると、前記寄生PNPトランジスタの影響が次第に大きくなるので、寄生PNPトランジスタの影響を少なくするためには、N型埋込拡散層2の面積をP型ウェル層5の面積より大きくすることが望ましい。
If the area of the N-type buried
1、11、21、31、41 第一導電型半導体基板
2、32 第二導電型形埋め込み層
3、33、43 第一導電型形エピタキシャル層
4、14、24 第二導電型ウェル層
5、25、45 第一導電型ウェル層
6 ソース層
7、17、26、36、46 ドレイン層
8 ゲート絶縁膜
9、18、19、28、38、48 ゲート電極
39、49 分離層
52 P型ウェル層領域
58 N型ウェル層領域
55 Nドレイン領域
59 N型低不純物領域
61 N−LDD領域。
1, 11, 21, 31, 41 First conductivity type semiconductor substrate
2, 32 Second conductivity type buried
7, 17, 26, 36, 46
9, 18, 19, 28, 38, 48
Claims (4)
After introducing a second conductivity type impurity into the surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate, depositing and forming the first conductivity type epitaxial layer, the semiconductor substrate having the buried diffusion layer formed by diffusing the impurity, A second conductivity type well layer is formed by diffusion so as to reach the buried diffusion layer from the surface of the epitaxial layer at a position corresponding to the buried diffusion layer, and the first conductivity type well layer is formed in the second conductivity type well layer. Forming a second conductive type source layer and a second conductive type drain layer in the first conductive type well layer, respectively, and forming a gate between the source layer and the drain layer via a gate insulating film; A method of manufacturing a MOS semiconductor device, comprising forming an electrode.
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