JP2006210563A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、横型MOSトランジスタ構造を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a lateral MOS transistor structure.
高耐圧特性のMOSトランジスタ構造を有する半導体装置は、様々なトランジスタ構造が提案されている。 Various semiconductor structures have been proposed for semiconductor devices having a MOS transistor structure with high breakdown voltage characteristics.
以下、図15を参照しながら、特許文献1に示された半導体装置について説明する。 Hereinafter, the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
まず、p型のシリコン基板101の一表面には、n型からなる延長ドレイン領域102、及びn型からなるソース領域103をそれぞれ形成する。
First, an extended
そして延長ドレイン領域102の表面部には、高濃度のn型からなるドレインコンタクト領域104を形成し、そのn型ドレインコンタクト領域104はドレイン電極105と接続している。
A high-concentration n-type
また、シリコン基板101の一表面には、n型のソース領域103と隣接するようにp型の基板コンタクト領域106を形成し、ソース領域103及び基板コンタクト領域106はソース電極107と接続する。これにより、ソース領域103はシリコン基板101と同電位に設定される。
A p-type
また、シリコン基板101の表面部におけるn型の延長ドレイン領域102とn型のソース領域103との間には、n型のソース領域103とp型の基板コンタクト領域106を囲むようにp型のアンチパンチスルー領域108を形成する。
Further, between the n-type extended
このアンチパンチスルー領域108は、延長ドレイン領域102に高電圧が印加されたときに、チャネル領域の方に延びてくる空乏層とソース領域103とが接触して短絡状態(パンチスルー状態)になることを防止する。
In the anti-punch through
さらに、シリコン基板101の表面部における延長ドレイン領域102とソース領域103との間には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極109を形成し、シリコン基板101におけるゲート電極109の下部の領域はチャネル領域として機能する。
Further, a
以上の構成からなる半導体装置は、延長ドレイン領域102にドレイン電極105を介して高電圧が印加されると、延長ドレイン領域102とシリコン基板101とは逆バイアス状態となるため、延長ドレイン領域102とシリコン基板101との接合部から空乏層が拡がる。
In the semiconductor device having the above structure, when a high voltage is applied to the
したがって、この空乏層の絶縁耐圧によってMOS型トランジスタの高耐圧特性を実現している。
パワーICで重要な特性である高耐圧特性を得るには、特許文献1では延長ドレイン領域を特徴としたトランジスタ構造とともに、酸素などの不純物が少ないシリコン単結晶からなる基板(以下、シリコン基板)を用いることが必要である。 In order to obtain a high breakdown voltage characteristic which is an important characteristic in a power IC, in Patent Document 1, a transistor structure characterized by an extended drain region and a substrate made of a silicon single crystal with less impurities such as oxygen (hereinafter referred to as silicon substrate) are used. It is necessary to use it.
しかし、CZ(Czochralski)法で製造したシリコン基板は酸素などの不純物が高濃度になり、例えば酸素不純物は1×1017cm-3〜1×1018cm-3程度含まれている。 However, a silicon substrate manufactured by the CZ ( Cz ochralski) method has a high concentration of impurities such as oxygen, and includes, for example, about 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 of oxygen impurities.
このため、特許文献1ではFZ(Float Zone)法や、MCZ(Magnetic Field Applied Czochralski)法により製造したシリコン基板を用いなければならない。 Therefore, and FZ (F loat Z one) method in Patent Document 1, must be used a silicon substrate manufactured by MCZ (M agnetic Field Applied Cz ochralski ) method.
しかし、一般的なシリコン基板製造に用いられるCZ法と比較すると、FZ法やMCZ法はシリコン基板の製造コストがかかり、さらに基板の大口径化に対しても技術的困難が多い、という課題を有している。 However, compared to the CZ method used for general silicon substrate manufacturing, the FZ method and MCZ method are expensive to manufacture a silicon substrate, and there are many technical difficulties in increasing the substrate diameter. Have.
前記課題に鑑み、本発明はCZ法により形成されたシリコン基板を用いることが出来る高耐圧MOSトランジスタを有する半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high voltage MOS transistor that can use a silicon substrate formed by the CZ method.
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、高濃度の酸素不純物を含むp型半導体基板の一主面に設けたn型のソース領域と、半導体基板の一主面に設けたn型のドレインコンタクト領域およびn型の延長ドレイン領域と、延長ドレイン領域の下方に、延長ドレイン領域と離反しながら設けたn型の埋め込み層と、ソース領域と延長ドレイン領域の間にソース領域を囲むように設けたアンチパンチスルー領域と、アンチパンチスルー領域上にゲート絶縁膜を介して設けたゲート電極と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention includes an n-type source region provided on one main surface of a p-type semiconductor substrate containing a high concentration of oxygen impurities, and an n-type provided on one main surface of the semiconductor substrate. Type drain contact region and n-type extended drain region, an n-type buried layer provided below the extended drain region while being separated from the extended drain region, and surrounding the source region between the source region and the extended drain region And an anti-punch through region provided in this manner, and a gate electrode provided on the anti-punch through region with a gate insulating film interposed therebetween.
なお、本発明の半導体装置において、半導体基板はCZ法により形成されたシリコン単結晶であることがより好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor substrate is more preferably a silicon single crystal formed by the CZ method.
なお、本発明の半導体装置において、酸素不純物濃度は1×1017cm-3以上であることがより好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the oxygen impurity concentration is more preferably 1 × 10 17 cm −3 or more.
なお、本発明の半導体装置において、半導体基板のp型不純物濃度は1×1015cm-3以上であることがより好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the p-type impurity concentration of the semiconductor substrate is more preferably 1 × 10 15 cm −3 or more.
なお、本発明の半導体装置において、アンチパンチスルー領域の下方に、アンチパンチスルー領域と離反し、かつ埋め込み層と連続した、第2の埋め込み層を備えることがより好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is more preferable that a second buried layer which is separated from the anti-punch through region and is continuous with the buried layer is provided below the anti-punch through region.
本発明の半導体装置は、シリコン基板のp型不純物を高濃度に設定することができ、それに伴い、高耐圧MOSトランジスタを、高濃度の酸素不純物を含むシリコン基板上に形成することが出来る。 In the semiconductor device of the present invention, the p-type impurity of the silicon substrate can be set to a high concentration, and accordingly, a high voltage MOS transistor can be formed on the silicon substrate containing a high concentration of oxygen impurity.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造断面図であり、具体的には横型MOSトランジスタを示している。 FIG. 1 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and specifically shows a lateral MOS transistor.
まず、p型シリコン基板1に、約3〜5μm程度の深さを有する約3×1015〜1×1016cm-3濃度のn型不純物からなる延長ドレイン領域2と、n型不純物からなるソース領域3を形成する。
First, an extended
シリコン基板1はCZ法により製造した基板を行い、また不純物であるボロンを導入してp型の特性を得ている。このp型不純物の濃度は1×1015cm-3である。 The silicon substrate 1 is a substrate manufactured by the CZ method, and boron, which is an impurity, is introduced to obtain p-type characteristics. The concentration of this p-type impurity is 1 × 10 15 cm −3 .
延長ドレイン領域2の表面には、高濃度n型のドレインコンタクト領域4を形成する。このn型のドレインコンタクト領域4は、ドレイン電極5と接続する。
A high concentration n-type drain contact region 4 is formed on the surface of the extended
また、基板1の一表面には、n型のソース領域3と隣接するようにp型の基板コンタクト領域6を形成し、ソース領域3及び基板コンタクト領域6はソース電極7に接続する。これによりソース領域3は基板1と同電位になる。 A p-type substrate contact region 6 is formed on one surface of the substrate 1 so as to be adjacent to the n-type source region 3, and the source region 3 and the substrate contact region 6 are connected to the source electrode 7. As a result, the source region 3 has the same potential as the substrate 1.
さらに、延長ドレイン領域2とソース領域3との間には、ソース領域3と基板コンタクト領域6を囲むように、p型のアンチパンチスルー領域8を形成する。
Further, a p-type anti-punch through region 8 is formed between the extended
このアンチパンチスルー領域8は、延長ドレイン領域2に高電圧が印加されたときに、チャネル領域の方に延びてくる空乏層とソース領域3とが接触して短絡状態(パンチスルー状態)になることを防止する。
In the anti-punch through region 8, when a high voltage is applied to the extended
また、延長ドレイン領域2とソース領域3との間は、基板1上にゲート絶縁膜を介してゲート電極9を形成し、ゲート電極9下はチャネル領域として機能する。
Further, between the extended
また、延長ドレイン領域2の下方に、延長ドレイン領域2と基板1との接合部から約10〜50μmの深さに、約3×1015cm-3〜1×1016cm-3の濃度と約0.5〜2μmの厚さでn型の埋め込み層10を形成する。
Further, below the extended
以上より、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を構成する。 As described above, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is configured.
本発明の第1の実施形態は、p型シリコン基板1の上におけるn型延長ドレイン領域2の下に、n型不純物からなる埋め込み層10を有していることを特徴とする。
The first embodiment of the present invention is characterized in that a buried
このデバイス構成では、ドレイン領域4から基板深さ方向に、延長ドレイン領域2とp型シリコン基板1による第1のpn接合面11、p型シリコン基板1と埋め込み層10による第2のpn接合面12、および埋め込み層10とp型シリコン基板1による第3のpn接合面13と、が順次形成される。
In this device configuration, in the substrate depth direction from the drain region 4, a first
延長ドレイン領域2とソース領域3が非導通状態の場合、第1のpn接合面11では、逆バイアス状態となり、第1の空乏層が基板1深さ方向に拡がる。この第1の空乏層の拡がりとともに、第2のpn接合面12は順バイアス状態、第3のpn接合面13では逆バイアス状態となり、第3のpn接合面13では第2の空乏層が基板1深さ方向に拡がる。
When the extended
すなわち、本発明の第1の実施形態のトランジスタ構造は、第1の空乏層と、第2の空乏層の和により、所望とするMOSトランジスタの耐圧特性を得ることができ、それに伴い、それぞれの空乏層は、従来技術で形成される空乏層と同程度の拡がりを必要としないため、シリコン基板1のp型不純物を高濃度にすることが出来る。 That is, the transistor structure according to the first embodiment of the present invention can obtain a desired breakdown voltage characteristic of the MOS transistor by the sum of the first depletion layer and the second depletion layer. Since the depletion layer does not require the same extent as the depletion layer formed by the prior art, the p-type impurity of the silicon substrate 1 can be made high in concentration.
一方、従来技術で示したMOSトランジスタ構造で高耐圧を得るためには、延長ドレイン領域2とシリコン基板1との接合部から形成された空乏層の領域を、より拡大させることが求められ、シリコン基板1内のp型不純物は低濃度にしなければならない。
On the other hand, in order to obtain a high breakdown voltage in the MOS transistor structure shown in the prior art, it is required to further expand the region of the depletion layer formed from the junction between the extended
シリコン基板1内のp型不純物を低濃度にすると、シリコン基板に含まれる酸素不純物の影響を受けやすいため、酸素不純物の少ないFZ法やMCZ法で製造されたシリコン基板が必要となる。 If the p-type impurity in the silicon substrate 1 is made low in concentration, it is easily affected by oxygen impurities contained in the silicon substrate, so that a silicon substrate manufactured by the FZ method or MCZ method with little oxygen impurities is required.
しかし、本発明の第1の実施形態では、デバイス構造によりシリコン基板1中のp型不純物を高濃度に出来るため、CZ法のシリコン基板に含まれる酸素不純物によりp型不純物の濃度低下の影響が小さくなる。 However, in the first embodiment of the present invention, the p-type impurity in the silicon substrate 1 can be made high in concentration by the device structure. Therefore, the oxygen impurity contained in the silicon substrate of the CZ method has an effect of lowering the concentration of the p-type impurity. Get smaller.
したがって、本発明の第1の実施形態は、CZ法によるシリコン基板を用いて高耐圧MOSトランジスタを形成することが出来る。 Therefore, according to the first embodiment of the present invention, a high voltage MOS transistor can be formed using a silicon substrate by the CZ method.
具体的には、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置において、ドレイン耐圧は700Vであり、これはp型不純物濃度が1×1014cm-3であるMCZ法で製造したシリコン基板に従来技術で説明したMOSトランジスタを形成した場合、と同等のドレイン耐圧特性を得ることが出来た。 Specifically, in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the drain breakdown voltage is 700 V, which is a silicon substrate manufactured by the MCZ method with a p-type impurity concentration of 1 × 10 14 cm −3. When the MOS transistor described in the prior art is formed, the drain breakdown voltage characteristic equivalent to that can be obtained.
なお、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置において、シリコン基板を背景技術と同様にFZ法またはMCZ法により製造されたシリコン基板を用いると、背景技術よりも優れた高耐圧特性を得ることが出来る。 In the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, when a silicon substrate manufactured by the FZ method or the MCZ method is used as in the background art, high breakdown voltage characteristics superior to the background art are obtained. I can do it.
次に、図2から図12を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図2に示すように、p型不純物濃度が1×1015cm-3程度であるCZ法により製造されたシリコン基板31上にSiO2膜32aを形成する。
First, as shown in FIG. 2, an SiO 2 film 32a is formed on a
次に、図3に示すように、SiO2膜32a上にパターン化したレジスト膜を形成し、これをマスクとしてSiO2膜32aをエッチング及びレジスト除去を行い、パターン化したSiO2膜32bを形成する。 Next, as shown in FIG. 3, a resist film is formed which is patterned on the SiO 2 film 32a, a SiO 2 film 32a is etched and the resist is removed as a mask, forming a SiO 2 film 32b of the patterned To do.
次に、図4に示すように、パターン化したSiO2膜32bをマスクとして、5×1012cm-2〜1×1013cm-2程度のドーズ量でリンを注入する。 Next, as shown in FIG. 4, phosphorus is implanted at a dose of about 5 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2 using the patterned SiO 2 film 32b as a mask.
次に、図5に示すように、800℃〜1200℃のN2雰囲気で2〜4時間程度の熱処理を行い、3×1015cm-3〜1×1016cm-3程度の濃度を有し、3〜5μm程度の厚さのn型の不純物層を形成する。このN型不純物層は延長ドレイン領域33である。
Next, as shown in FIG. 5, heat treatment is performed in an N 2 atmosphere at 800 ° C. to 1200 ° C. for about 2 to 4 hours, and a concentration of about 3 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 16 cm −3 is obtained. Then, an n-type impurity layer having a thickness of about 3 to 5 μm is formed. This N-type impurity layer is an
次に、図6に示すように、SiO2膜とSi3N4膜を形成後、Si3N4上にパターン化したレジスト膜を形成し、これをマスクとしてSiO2膜とSi3N4膜をエッチングおよびレジスト除去を行ない、パターン化したSiO2膜34とSi3N4膜35とを形成する。 Next, as shown in FIG. 6, after forming the SiO 2 film and the Si 3 N 4 film, Si 3 N 4 the patterned resist film on the form, the SiO 2 film and the Si 3 N 4 as a mask The film is etched and the resist is removed to form a patterned SiO 2 film 34 and a Si 3 N 4 film 35.
次に、図7に示すように、パターン化したレジスト膜36を形成し、これをマスクにしてボロンを2×1012cm-2〜5×1012cm-2程度のドーズ量で、SiO2膜34とSi3N4膜35を貫通するように注入する。
Next, as shown in FIG. 7, a patterned resist
次に、図8に示すように、パターン化したレジスト膜36を除去し、Si3N4膜をマスクとして熱酸化を行い、素子分離用SiO2(38a、38b)を形成し、Si3N4膜とSiO2膜を除去する。また同時に、図7の工程で注入したBの熱拡散を行い、1×1016cm-3程度の濃度のp型のアンチパンチスルー領域37を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the patterned resist
次に、図9に示すように、レジスト膜39をパターニングし、これをマスクにして、5×1012cm-2〜1×1013cm-2程度のドーズ量でリンを注入する。
Next, as shown in FIG. 9, the resist
次に、図10に示すように、レジスト膜39を除去し、熱処理を行い、図9に注入したリンが拡散し、n型の埋め込み層40を形成する。このn型の埋め込み層40は、延長ドレイン領域とシリコン基板1との接合部から約20μm下方にあり、厚さ約0.5〜2μmにする。
Next, as shown in FIG. 10, the resist
次に、図11に示すように、ゲート絶縁膜41、ゲート電極42を形成し、続いて、パターン化したレジスト膜の形成と、それをマスクにしてヒ素を1×1015cm-2〜5×1015cm-2程度注入し、ソース領域43及びドレインコンタクト領域44を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, a
次に、図12に示すように、パターン化したレジスト膜45a、45bを形成し、これをマスクとして、ボロンを1×1015cm-2〜5×1015cm-2程度注入し、基板コンタクト領域46を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, patterned resist
最後に、図13に示すように、層間絶縁膜47の形成と、熱処理による層間絶縁膜47の平坦化と、コンタクトホール48a、48bの形成と、金属配線49a、49bの形成と、および保護膜50の形成と、を順次行う。
Finally, as shown in FIG. 13, the formation of the
以上の工程により、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を製造する。 The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is manufactured through the above steps.
(第2の実施形態)
次に、図14を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について説明をする。
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態は、埋め込み層210として、延長ドレイン領域202とp型半導体基板201との接合部から約10〜50μmの深さの位置に、約3×1015cm-3〜1×1016cm-3の濃度で約0.5〜2μmの厚さを有するn型不純物層を、延長ドレイン領域202およびアンチパンチスルー領域208の下方に形成する。
In the present embodiment, the buried
その他のトランジスタ構造およびシリコン基板の条件は、第1の実施形態と同一である。 Other transistor structures and silicon substrate conditions are the same as those in the first embodiment.
この半導体装置の構造では、埋め込み層210の注入前に、パターン化したレジスト膜を形成する工程を削除し、工程数の削減を行うことが出来る。
In the structure of this semiconductor device, the step of forming a patterned resist film can be eliminated before the buried
なお、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置において、シリコン基板を背景技術と同様にFZ法またはMCZ法により製造されたシリコン基板を用いると、背景技術よりも優れた高耐圧特性を得ることが出来る。 Note that, in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, when a silicon substrate manufactured by the FZ method or the MCZ method is used as in the background art, a high breakdown voltage characteristic superior to the background art is obtained. I can do it.
本発明に係る半導体装置は、シリコン基板のp型不純物を高濃度に設定することができ、それに伴いCZ法により形成したシリコン基板を用いることができ、低コストのパワートランジスタとして有用である。 The semiconductor device according to the present invention can set the p-type impurity of the silicon substrate to a high concentration, and accordingly, a silicon substrate formed by the CZ method can be used, which is useful as a low-cost power transistor.
1 p型シリコン基板
2 延長ドレイン領域
3 ソース領域
4 ドレインコンタクト領域
5 ドレイン電極
6 基板コンタクト
7 ソース電極
8 アンチパンチスルー領域
9 ゲート電極
10 埋め込み層
11 第1のpn接合面
12 第2のpn接合面
13 第3のpn接合面
201 p型シリコン基板
202 延長ドレイン領域
203 ソース領域
204 ドレインコンタクト領域
205 ドレイン電極
206 基板コンタクト
207 ソース電極
208 アンチパンチスルー領域
209 ゲート電極
210 埋め込み層
1 p-
Claims (6)
前記半導体基板の一主面に設けたn型のドレインコンタクト領域およびn型の延長ドレイン領域と、
前記延長ドレイン領域の下方に、前記延長ドレイン領域と離反しながら設けたn型の埋め込み層と、
前記ソース領域と前記延長ドレイン領域の間に前記ソース領域を囲むように設けたアンチパンチスルー領域と、
前記アンチパンチスルー領域上にゲート絶縁膜を介して設けたゲート電極と、を備えた半導体装置。 An n-type source region provided on one main surface of a p-type semiconductor substrate containing a high concentration of oxygen impurities;
An n-type drain contact region and an n-type extended drain region provided on one main surface of the semiconductor substrate;
An n-type buried layer provided below the extended drain region while being separated from the extended drain region;
An anti-punch through region provided so as to surround the source region between the source region and the extended drain region;
And a gate electrode provided on the anti-punch through region via a gate insulating film.
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Cited By (2)
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WO2010001513A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device |
JP2010232503A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device |
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2005
- 2005-01-27 JP JP2005019425A patent/JP2006210563A/en active Pending
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