JP2007027641A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高速スイッチング用デバイス、並びにパワー用デバイスとして使用される半導体装置及びその製造方法に関し、例えば横型MOS電界効果トランジスタ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a high-speed switching device, a semiconductor device used as a power device, and a manufacturing method thereof, for example, a lateral MOS field effect transistor and a manufacturing method thereof.
従来、パワー用デバイスとして使用されるパワーICが使っていたプロセスは最先端CMOSプロセスに比べ、数世代遅れたプロセスを使用していたが、近年、パワーICにおいても、高機能と高速化の観点からプロセスの微細化が進んでいる。これに伴い、パワーICを構成するMOS型電界効果トランジスタ(以下、MOSFETと記す)においても、ソース及びドレインの拡散抵抗とゲート抵抗を下げるためにシリサイドプロセスは必須となっている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the process used by a power IC used as a power device has been delayed by several generations compared to the state-of-the-art CMOS process. Since then, process miniaturization is progressing. Accordingly, a silicide process is indispensable also in a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET) constituting a power IC in order to reduce the diffusion resistance and gate resistance of the source and drain (for example, Patent Documents). 1).
MOSFETにおいて通常のサリサイド(self-aligned silicide)工程を用い、ゲート電極上に金属シリサイドを形成すると、耐圧を得るためのドリフト領域の表面もシリサイド化されてしまい、耐圧が得られなくなってしまう。このため、高耐圧MOSFETではドリフト領域上にシリサイド化を防止するための保護膜を形成してからシリサイド工程を行っている。しかしながら、シリサイド防止用の保護膜をドリフト領域上だけに形成するのは困難であり、ゲート電極上の一部も保護膜で覆われてしまう。このため、ゲート電極上の保護膜で覆われていない部分にしかシリサイド膜が形成されないため、ゲート抵抗が十分に低抵抗化できないという問題がある。
本発明は、ゲート抵抗を十分に低抵抗化できると共に、高耐圧が得られる半導体装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of sufficiently reducing the gate resistance and obtaining a high breakdown voltage.
前記目的を達成するために、この発明の一実施形態の半導体装置は、第1導電型の半導体基板上に形成された第1導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の表面領域に形成された第2導電型のソース領域と、前記半導体基板上に形成された第2導電型のドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の表面領域に形成された第2導電型のドリフト領域と、前記ソース領域と前記ドリフト領域との間の前記ボディ領域上及び前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の上面全体、前記ソース領域上、及び前記ドレイン領域上に形成されたシリサイド膜と、前記ドリフト領域上に形成された保護絶縁膜と、前記ソース領域側の前記ゲート電極の側面上に形成されたゲート側壁絶縁膜とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is formed in a first conductivity type body region formed on a first conductivity type semiconductor substrate and a surface region of the body region. A second conductivity type source region, a second conductivity type drain region formed on the semiconductor substrate, and a second conductivity formed in a surface region of the semiconductor substrate between the source region and the drain region. Type drift region, a gate insulating film formed on the body region and the semiconductor substrate between the source region and the drift region, a gate electrode formed on the gate insulating film, and the gate A silicide film formed on the entire upper surface of the electrode, on the source region, and on the drain region; a protective insulating film formed on the drift region; and the gate electrode on the source region side. Characterized by comprising a gate sidewall insulating film formed on the surface.
また、この発明の他の実施形態は、第1導電型の半導体基板上に形成された第1導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の表面領域に形成された第2導電型のソース領域と、前記半導体基板上に形成された第2導電型のドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の表面領域に形成された第2導電型のドリフト領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記ドリフト領域上、前記ボディ領域上及び前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ボディ領域上及び前記半導体基板上の前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ドリフト領域上の前記ゲート絶縁膜上に形成された保護絶縁膜と、前記ゲート電極の上面全体、前記ソース領域上、及び前記ドレイン領域上に形成されたシリサイド膜と、前記ソース領域側の前記ゲート電極の側面上に形成されたゲート側壁絶縁膜とを具備することを特徴とする。 According to another embodiment of the present invention, a first conductivity type body region formed on a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type source region formed in a surface region of the body region, and A drain region of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate; a drift region of a second conductivity type formed in a surface region of the semiconductor substrate between the source region and the drain region; and the source A gate insulating film formed on the drift region between the region and the drain region, on the body region and on the semiconductor substrate, and on the gate insulating film on the body region and the semiconductor substrate. A gate electrode, a protective insulating film formed on the gate insulating film on the drift region, a shim formed on the entire upper surface of the gate electrode, the source region, and the drain region. And side film, characterized by comprising the said source region side of the gate electrode a gate sidewall insulating film formed on the side surface of the.
本発明によれば、ゲート抵抗を十分に低抵抗化できると共に、高耐圧が得られる半導体装置を提供することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of sufficiently reducing the gate resistance and obtaining a high breakdown voltage.
以下、図面を参照してこの発明の実施形態の半導体装置について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。 A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
[第1の実施形態]
まず、この発明の第1の実施形態のMOS型電界効果トランジスタ(以下、MOSFETと記す)について説明する。
[First Embodiment]
First, a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET) according to a first embodiment of the present invention will be described.
図1は、第1の実施形態のMOSFETの構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the MOSFET of the first embodiment.
p型(またはn型)シリコン半導体基板11上にはn+型半導体層12が形成され、このn+型半導体層12上にはp-型半導体層13が形成されている。p-型半導体層13には、p型ボディ領域14が形成され、このp型ボディ領域14の表面領域にはn+型ソース領域15とp+型半導体領域16が形成されている。
An n +
また、p-型半導体層13には、p型ボディ領域14と離隔するようにn+型ドレイン領域17が形成されている。さらに、p型ボディ領域14とn+型ドレイン領域17との間のp-型半導体層13には、n-型ドリフト領域18が形成されている。n-型ドリフト領域18は、n+型ドレイン領域17より不純物濃度が低く、n+型ドレイン領域17より電気抵抗が高い。このため、n-型ドリフト領域18は、ソース−ドレイン間またはゲート−ドレイン間に電圧がかかったとき、電界を緩和して耐圧を向上させる働きをもつ。
An n + -
n+型ソース領域15とn-型ドリフト領域18との間のp型ボディ領域14上及びp-型半導体層13上には、ゲート絶縁膜19が形成されている。n-型ドリフト領域18上には、ゲート絶縁膜19より膜厚が厚い保護絶縁膜20が形成されている。ゲート絶縁膜19上、及び保護絶縁膜20上の一部には、ゲート電極21が形成されている。なお、ゲート絶縁膜19及び保護絶縁膜20は、例えばシリコン酸化膜からなる。ゲート絶縁膜19の膜厚は例えば約3nmであり、保護絶縁膜20の膜厚は、ゲート絶縁膜19より厚く、例えば約50nm〜150nm(ここでは50nm)である。保護絶縁膜20の膜厚は通常のLOCOS膜より薄い。図示のごとく保護絶縁膜20が一部ゲート電極21の下まで入り込んでいるのは、図3〜図4の説明で後述するように、製造上の都合によるものである。精度良く作ることができれば、必ずしもゲート電極21が保護絶縁膜20の上に掛かっていなくても良い。
A
また、ゲート電極21の上面全体を覆うように金属シリサイド膜22、例えばコバルトシリサイド膜が形成されている。さらに、n+型ソース領域15上とp+型半導体領域16上、及びn+型ドレイン領域17上にも金属シリサイド膜22が形成されている。ゲート電極21の側面上には、ゲート側壁絶縁膜23が形成されている。また、ゲート電極21上、n+型ソース領域15、及びn+型ドレイン領域17上には、層間絶縁膜24が形成されている。n+型ソース領域15上には金属シリサイド膜22に接触するようにソース電極25が形成され、n+型ドレイン領域17上には金属シリサイド膜22に接触するようにドレイン電極26が形成されている。
Further, a
図1に示したMOSFETは、すなわち以下のような構造を持つ。ゲート電極21下のゲート絶縁膜19及び保護絶縁膜20をゲート酸化膜とすると、このゲート酸化膜はドレイン側で一部厚くなっている。この厚い部分の膜厚は約50nmである。また、ソース側ではゲート酸化膜が薄く、その膜厚は約3nmである。ゲート電極21の上面全体には、金属シリサイド膜22、例えばコバルトシリサイド膜が形成されており、ゲート電極21のシート抵抗は低くなっている。このため、ゲート電極21の電気抵抗は小さい。
The MOSFET shown in FIG. 1 has the following structure. If the
また、ドレイン領域は、n+型ドレイン領域17の低抵抗部とn-型ドリフト領域18の電界緩和部とからなる。低抵抗部の表面はシリサイド化され、低抵抗部にはドレイン電極26が接続されている。電界緩和部は、ゲート電極21に対してセルフアライメントされて形成されているため、ゲートとドレイン、すなわちゲート電極21と電界緩和部との対向面積が小さく、かつゲート電極21と電界緩和部との間の保護絶縁膜20の膜厚が厚いためゲート−ドレイン間容量Cgdが小さい。
The drain region includes a low resistance portion of the n + -
以上述べたように図1に示すMOSFETは、ゲート抵抗が小さく、かつゲート−ドレイン間容量Cgdも小さいため、高速にオン、オフのスイッチングを行うことができる。また、ゲート長方向の電界緩和部(n-型ドリフト領域18)の長さは約1μmであり、電界緩和部へのn型不純物のドーズ量は約2×1012cm−2である。さらに、電界緩和部の上面はシリサイド化されていないため、約30Vのソース−ドレイン間耐圧が得られる。従って、第1の実施形態のMOSFETは、入力電圧20V程度のスイッチング電源用のパワーMOSFETとして適している。 As described above, since the MOSFET shown in FIG. 1 has a low gate resistance and a low gate-drain capacitance Cgd, it can be switched on and off at high speed. The length of the electric field relaxation portion (n − type drift region 18) in the gate length direction is about 1 μm, and the dose amount of the n-type impurity to the electric field relaxation portion is about 2 × 10 12 cm −2 . Furthermore, since the upper surface of the electric field relaxation portion is not silicided, a source-drain breakdown voltage of about 30 V can be obtained. Therefore, the MOSFET of the first embodiment is suitable as a power MOSFET for a switching power supply having an input voltage of about 20V.
次に、第1の実施形態のMOSFETの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the MOSFET of the first embodiment will be described.
図2〜図9は、第1の実施形態のMOSFETの製造方法を示す各工程の断面図である。 2 to 9 are cross-sectional views of each step showing the method of manufacturing the MOSFET of the first embodiment.
図2に示すように、p型(またはn型)シリコン半導体基板11上に、n+型半導体層12を固相拡散あるいはイオン注入等の方法により形成する。さらに、p型不純物、例えばボロン(B)を導入しながらエピタキシャル成長法により、n+型半導体層12上にp-型半導体層13を形成する。
As shown in FIG. 2, an n + -
次に、熱酸化法により、図2に示すように、p-型半導体層13上に膜厚約50nmのシリコン酸化膜20を形成する。リソグラフィーとウェットエッチングにより、シリコン酸化膜20をパターニングして保護絶縁膜20を形成する。さらに、図3に示すように、p-型半導体層13上に、熱酸化法によりシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜19を形成する。ゲート絶縁膜19の膜厚は、例えば約3nmである。
Next, as shown in FIG. 2, a
その後、ゲート絶縁膜19上及び保護絶縁膜20上に、ゲート電極となる多結晶シリコン膜を成膜する。そして、図4に示すように、多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート絶縁膜19上及び保護絶縁膜20上にゲート電極21を形成する。この際、ゲート電極21と保護絶縁膜20との間に隙間ができないように、合わせずれを考慮して、ゲート電極21がゲート絶縁膜19と保護絶縁膜20との段差部にかかるようにする。精度良く作ることができれば、ゲート電極21のエッジと絶縁膜の段差を一致させても良い。
Thereafter, a polycrystalline silicon film to be a gate electrode is formed on the
続いて、リソグラフィーとイオン注入により、図5に示すように、ゲート電極21に対してセルフアラインとなるように、p型ボディ領域14、n-型ドリフト領域18、及びn型半導体領域15Aを形成する。p型ボディ領域14の形成では、半導体基板面に対する垂直方向から30°程度の入射角でp型不純物をp-型半導体層13にイオン注入する。n-型ドリフト領域18及びn型半導体領域15Aの形成では、n型不純物をp-型半導体層13にイオン注入する。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the p-
次に、ゲート電極21の表面を薄く酸化した後、ゲート電極21上、ゲート絶縁膜19上、及び保護絶縁膜20上にシリコン窒化膜を堆積する。そして、RIEなどの異方性エッチング法によりシリコン窒化膜をエッチングし、図6に示すように、ゲート電極21の側面上にゲート側壁絶縁膜23を残す。このようなゲート側壁絶縁膜23の形成は、通常行われている方法が用いられる。
Next, after the surface of the
その後、図7に示すように、リソグラフィーとイオン注入により、n+型ソース領域15及びn+型ドレイン領域17を形成し、さらにn+型ソース領域15に隣接するようにp+型半導体領域16を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 7, an n + -
次に、ウェットエッチング法により、ゲート電極21上の薄い酸化膜(図示していない)、及びn+型ソース領域15上、n+型ドレイン領域17上、及びp+型半導体領域16上の薄い酸化膜(ゲート絶縁膜19)を除去する。この時、n-型ドリフト領域18上の保護絶縁膜20は厚いため大部分が残る。続いて、図8に示すように、ゲート電極21上、n+型ソース領域15上、n+型ドレイン領域17上、及びp+型半導体領域16上にコバルト膜27などの金属膜を堆積する。そして、ゲート電極21の多結晶シリコン、n+型ソース領域15、n+型ドレイン領域17、及びp+型半導体領域16のシリコンと、コバルト膜27とを反応させ、その後、余分なコバルト膜27を除去する。これにより、図9に示すように、ゲート電極21上、n+型ソース領域15上、p+型半導体領域16、及びn+型ドレイン領域17上に、金属シリサイド膜22を形成する。
Next, a thin oxide film (not shown) on the
前述したように、図7に示した構造において、ゲート電極21上、n+型ソース領域15上、n+型ドレイン領域17上、及びp+型半導体領域16上の薄い酸化膜を除去した後、サリサイド工程を行うと、図9に示したように、n-型ドリフト領域18上は保護絶縁膜20で保護されているため金属シリサイド膜22は形成されず、それ以外のシリコン部分に金属シリサイド膜22が形成される。なお、n-型ドリフト領域18上の保護絶縁膜20の膜厚は50nm程度であるため、この保護絶縁膜20を通してイオン注入を行うことができる一方で、n-型ドリフト領域18上のシリサイド化を防ぐことができる。
As described above, after removing the thin oxide films on the
その後は、図9に示した構造上に層間絶縁膜24を形成した後、n+型ソース領域15上及びn+型ドレイン領域17上の層間絶縁膜24にコンタクト用の穴を形成する。そして、図1に示したように、n+型ソース領域15上の金属シリサイド膜22に接触するようにソース電極25を形成すると共に、n+型ドレイン領域17上の金属シリサイド膜22に接触するようにドレイン電極26を形成する。以上により、図1に示したMOSFETが製造される。
After that, an
次に、この発明の第1の実施形態の第1〜第3変形例について説明する。 Next, first to third modifications of the first embodiment of the present invention will be described.
図10は、第1の実施形態における第1変形例のMOSFETの構成を示す断面図である。この第1変形例では、ゲート電極21とn-型ドリフト領域18上の保護絶縁膜20との間を離して配置しており、ゲート電極21と保護絶縁膜20との隙間に、ゲート側壁絶縁膜23となるシリコン窒化膜が形成されている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。このような構造では、前述したように、ゲート電極21と保護絶縁膜20との隙間に、ゲート側壁絶縁膜23となるシリコン窒化膜が形成されているので、n-型ドリフト領域18の上層部分のシリサイド化を防ぐことができる。従って、前述した第1の実施形態のMOSFETの製造方法ではゲート電極21と保護絶縁膜20との間に隙間ができないように合わせ余裕を持たせると述べたが、仮に隙間ができてしまっても、ゲート側壁絶縁膜23の厚さの2倍程度の隙間であれば問題ない。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a MOSFET according to a first modification of the first embodiment. In this first modification, the
図11は、第1の実施形態における第2変形例のMOSFETの構成を示す断面図である。この第2変形例では、ドレイン側のゲート電極21の半分程度が保護絶縁膜20上に配置されている。言い換えると、ドレイン側のゲート電極21下の半分程度のゲート酸化膜が厚くなっている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。このような構造を持つMOSFETでは、しきい値電圧が決まるのはソース寄りのゲート酸化膜(ゲート絶縁膜19)部分なので、図11に示すように、n-型ドリフト領域18が完全に厚い保護絶縁膜20の下に入っていても良い。このようなMOSFETでは、オン抵抗が高くなるが、ゲート−ドレイン間容量Cgdは図1に示したMOFETより小さくなるので、図1に示したMOFETと比べてスイッチング速度がさらに速くなる。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a MOSFET according to a second modification of the first embodiment. In the second modification, about half of the drain-
図12は、第1の実施形態における第3変形例のMOSFETの構成を示す断面図である。この第3変形例では、図1に示したMOSFETよりゲート電極の膜厚を厚くしている。図12に示すMOSFETのゲート電極28の膜厚は例えば400nm程度であり、図1に示したMOSFETのゲート電極21の膜厚は例えば200nm程度である。このため、ゲート側壁絶縁膜23の膜厚を厚く形成することが可能である。これにより、n-型ドリフト領域18上の保護絶縁膜20の段差とゲート電極28との合わせマージンを大きくすることができる。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a MOSFET according to a third modification example of the first embodiment. In the third modification, the gate electrode is made thicker than the MOSFET shown in FIG. The thickness of the
以上説明したように第1の実施形態とその変形例では、ゲート抵抗を十分に低抵抗化でき、かつ高耐圧が得られるMOSFETを形成することができる。 As described above, in the first embodiment and its modification, it is possible to form a MOSFET capable of sufficiently reducing the gate resistance and obtaining a high breakdown voltage.
[第2の実施形態]
次に、この発明の第2の実施形態のMOSFETについて説明する。
[Second Embodiment]
Next explained is a MOSFET according to the second embodiment of the invention.
図13は、第2の実施形態のMOSFETの構成を示す断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the MOSFET of the second embodiment.
p型(またはn型)シリコン半導体基板31上にはn+型埋め込み層32が形成され、このn+型埋め込み層32上にはエピタキシャル層からなるp-型半導体層33が形成されている。なお、p-型半導体層33はイオン注入および拡散で形成される場合もある。p-型半導体層33には、p型ボディ領域34が形成され、このp型ボディ領域34の表面領域にはn+型ソース領域35、n型半導体領域36、及びp+型半導体領域37が形成されている。
An n + type buried
また、p-型半導体層33には、p型ボディ領域34と離隔するようにn+型ドレイン領域38が形成されている。さらに、p型ボディ領域34とn+型ドレイン領域38との間のp-型半導体層33には、n-型ドリフト領域39が形成されている。
An n + -
n+型ソース領域35とn+型ドレイン領域38との間のn型半導体領域36上、p型ボディ領域34上、p-型半導体層33上及びn-型ドリフト領域39上には、ゲート絶縁膜40が形成されている。ゲート絶縁膜40上には、ゲート電極41が形成されている。さらに、n-型ドリフト領域39上にはゲート絶縁膜40が形成され、このゲート絶縁膜40上にはシリコン窒化膜42などの絶縁膜が形成されている。このシリコン窒化膜42は、例えば減圧CVD法(以下、LPCVD法と記す)により成膜したSi3N4からなる。
On the n-
また、ゲート電極41の上面全体を覆うように、シリサイド膜43が形成されている。さらに、n+型ソース領域35上、p+型半導体領域37上、及びn+型ドレイン領域38上にもシリサイド膜43が形成されている。n+型ソース領域35側のゲート電極41の側面上には、ゲート側壁絶縁膜44が形成されている。ゲート側壁絶縁膜44は、例えばLPCVD法により成膜したSi3N4からなる。
A
さらに、ゲート電極41上、n+型ソース領域35、及びn+型ドレイン領域38上には、層間絶縁膜45が形成されている。n+型ソース領域35上にはソース電極46が形成され、n+型ドレイン領域38上にはドレイン電極47が形成されている。
Further, an
このような構造を持つ半導体装置では、ゲート電極41の上面全体にシリサイド膜が形成されているため、ゲート電極の抵抗を十分に低抵抗化することができる。また、n-型ドリフト領域39上にはシリサイド膜が形成されておらず、n-型ドリフト領域39は高抵抗な半導体領域であるため、高耐圧のMOSFETを形成することができる。また、n-型ドリフト領域39上に形成されたシリコン窒化膜42は、LPCVD法(成膜温度650°〜800℃)により成膜されているため、プラズマCVD法(成膜温度250℃〜400℃)にて成膜したシリコン窒化膜と比べてホットキャリアに対する信頼性が高い。
In the semiconductor device having such a structure, since the silicide film is formed on the entire upper surface of the
次に、この発明の第2の実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of the second embodiment of the present invention will be described.
図14は、第2の実施形態における変形例のMOSFETの構成を示す断面図である。この変形例では、n+型ドレイン領域38側のゲート電極41の側面上、及びn-型ドリフト領域39上にゲート絶縁膜40を挟み、TEOS(Tetraethylorthosilicate)膜48が形成され、このTEOS膜48上にシリコン窒化膜42が形成されている。さらに、n+型ソース領域35側のゲート電極41の側面上、及びn型半導体領域36上にTEOS膜48が形成され、このTEOS膜48上にゲート側壁絶縁膜44が形成されている。その他の構造は、図13に示した第2の実施形態と同様である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a MOSFET according to a modification of the second embodiment. In this modification, a TEOS (Tetraethylorthosilicate) film 48 is formed on the side surface of the
次に、第2の実施形態のMOSFETの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the MOSFET of the second embodiment will be described.
図15〜図22は、第2の実施形態のMOSFETの製造方法を示す各工程の断面図である。 15 to 22 are cross-sectional views of each step showing the method of manufacturing the MOSFET of the second embodiment.
図15に示すように、p型(またはn型)シリコン半導体基板31上に、n+型埋め込み層32をイオン注入法により形成する。さらに、p型不純物、例えばボロン(B)を導入しながらエピタキシャル成長法により、n+型埋め込み層32上にp-型半導体層33を形成する。
As shown in FIG. 15, an n + type buried
次に、p-型半導体層33上に、熱酸化法によりゲート絶縁膜40を形成する。ゲート絶縁膜40上にポリシリコン膜を形成し、図15に示すように、パターニングによりゲート電極41を形成する。続いて、イオン注入法によりゲート電極41に対してセルフアラインに、p型不純物を導入してp型ボディ領域34を形成する。さらに、イオン注入法により、ゲート電極41に対してセルフアラインに、n型不純物を導入してn-型ドリフト領域39とn型半導体領域36を形成する。
Next, a
次に、図16に示すように、ゲート電極41上、n-型ドリフト領域39上、及びn型半導体領域36上に、LPCVD法(成膜温度650℃〜800℃)によりシリコン窒化膜42を形成する。続いて、図17に示すように、ゲート電極41の中心部よりn-型ドリフト領域39側のゲート電極41上とn-型ドリフト領域39上のシリコン窒化膜42をレジスト膜49で覆う。すなわち、ゲート電極41の中心部よりドレイン側をレジスト膜49でブロックする。
Next, as shown in FIG. 16, a
続いて、図18に示すように、RIEによりゲート電極41の中心部よりソース側のシリコン窒化膜42のみ部分的にその膜厚の途中まで除去する。その後、レジスト膜49を除去した後、ゲート電極41上のシリコン窒化膜42をCMP法により研磨して、図19に示すように、ゲート電極41上のシリコン窒化膜42を平坦化する。
Subsequently, as shown in FIG. 18, only the
続いて、図20に示すように、RIEを用いた異方性エッチング法によりシリコン窒化膜42を除去し、ゲート電極41の側面上、及びn-型ドリフト領域39上に、シリコン窒化膜42とゲート側壁絶縁膜44を残す。
Subsequently, as shown in FIG. 20, the
次に、図21に示すように、イオン注入法によりゲート側壁絶縁膜44及びシリコン酸化膜42に対してセルフアラインに、n型不純物を導入してn型半導体領域36にn+型ソース領域35を形成すると共に、n-型ドリフト領域39にn+型ドレイン領域38を形成する。さらに、n型半導体領域36に、n+型ソース領域35に隣接するように、p+型半導体領域37を形成する。
Next, as shown in FIG. 21, n-type impurities are introduced into the n-
次に、ゲート電極41上、n+型ソース領域35上、及びn+型ドレイン領域38上に高融点金属膜を堆積する。そして、ゲート電極41のポリシリコン、n+型ソース領域35及びn+型ドレイン領域38のシリコンと、高融点金属膜とを反応させて、図22に示すように、ゲート電極41上、n+型ソース領域35上、及びn+型ドレイン領域38上にシリサイド膜43を形成する。その後は、図22に示した構造上に、層間絶縁膜45を形成した後、n+型ソース領域35上及びn+型ドレイン領域38上に、ソース電極46及びドレイン電極47を形成する。以上により、図13に示した半導体装置が製造される。
Next, a refractory metal film is deposited on the
[第3の実施形態]
次に、この発明の第3の実施形態のMOSFETについて説明する。
[Third Embodiment]
Next explained is a MOSFET according to a third embodiment of the invention.
図23は、第3の実施形態のMOSFETの構成を示す断面図である。 FIG. 23 is a cross-sectional view showing the configuration of the MOSFET of the third embodiment.
p型(またはn型)シリコン半導体基板51上にはn+型半導体層52が形成され、このn+型半導体層52上にはp-型半導体層53が形成されている。p-型半導体層53には、p型ボディ領域54が形成され、このp型ボディ領域54の表面領域にはn+型ソース領域55及びn-型半導体領域56が形成されている。
An n +
また、p-型半導体層53には、p型ボディ領域54と離隔するようにn+型ドレイン領域57が形成されている。さらに、p型ボディ領域54とn+型ドレイン領域57との間のp-型半導体層53には、n-型ドリフト領域58が形成されている。n-型ドリフト領域58は、n+型ドレイン領域57より不純物濃度が低く、n+型ドレイン領域57より電気抵抗が高い。このため、n-型ドリフト領域58は、ソース−ドレイン間またはゲート−ドレイン間に電圧がかかったとき、電界を緩和して耐圧を向上させる働きをもつ。
In the p −
n+型ソース領域55とn-型ドリフト領域58との間のp型ボディ領域54上、p-型半導体層53上には、ゲート絶縁膜59が形成されている。ゲート絶縁膜59上には、ゲート電極60が形成されている。さらに、n-型ドリフト領域58上には、TEOS(Tetraethylorthosilicate)膜61などの絶縁膜が形成されている。
A
また、ゲート電極60の上面全体を覆うようにシリサイド膜62が形成されている。さらに、n+型ソース領域55上及びn+型ドレイン領域57上にもシリサイド膜62が形成されている。n+型ソース領域55側のゲート電極60とn+型ドレイン領域57側のTEOS膜61の側面上には、ゲート側壁絶縁膜63が形成されている。さらに、ゲート電極60上、n+型ソース領域55上、及びn+型ドレイン領域57上には、層間絶縁膜64が形成されている。n+型ソース領域55上にはシリサイド膜62に接触するようにソース電極65が形成され、n+型ドレイン領域57上にはシリサイド膜62に接触するようにドレイン電極66が形成されている。
A
このような構造を持つ半導体装置では、ゲート電極60の上面全体にシリサイド膜62が形成されているため、ゲート電極60の抵抗を十分に低抵抗化することができる。また、n-型ドリフト領域58上にはシリサイド膜が形成されておらず、n-型ドリフト領域58は高抵抗な半導体領域であるため、高耐圧のMOSFETを形成することができる。
In the semiconductor device having such a structure, since the
次に、第3の実施形態のMOSFETの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the MOSFET of the third embodiment will be described.
図24〜図35は、第3の実施形態のMOSFETの製造方法を示す各工程の断面図である。 24 to 35 are cross-sectional views of steps showing the method of manufacturing the MOSFET according to the third embodiment.
図24に示すように、p型(またはn型)シリコン半導体基板51上にn+型半導体層52を形成し、このn+型半導体層52上にp-型半導体層53を形成する。続いて、p-型半導体層53上に、熱酸化法によりゲート絶縁膜59を形成する。
As shown in FIG. 24, an n + -
次に、ゲート絶縁膜59上にポリシリコン膜を形成し、図25に示すように、パターニングによりゲート電極60を形成する。続いて、図26に示すように、ゲート電極60の中心部より一方側のゲート電極60上とp-型半導体層53上をレジスト膜71で覆う。すなわち、ゲート電極60の中心部よりドレイン側をレジスト膜71でブロックする。そして、イオン注入法により、ゲート電極60に対してセルフアラインに、半導体基板面に対する垂直方向よりソース側へ傾いた斜め方向からp型不純物をp-型半導体層53に導入し、p型ボディ領域54を形成する。
Next, a polysilicon film is formed on the
次に、図27に示すように、ゲート電極60の中心部より他方側のゲート電極60上とp型ボディ領域54上をレジスト膜72で覆う。すなわち、ゲート電極60の中心部よりソース側をレジスト膜72でブロックする。そして、イオン注入法により、ゲート電極60に対してセルフアラインに、半導体基板面に対して垂直方向からn型不純物をp-型半導体層53導入し、n-型ドリフト領域58を形成する。
Next, as shown in FIG. 27, the resist
続いて、図28に示すように、ゲート電極60の中心部より一方側のゲート電極60上とn-型ドリフト領域58上をレジスト膜73で覆う。すなわち、ゲート電極60の中心部よりドレイン側をレジスト膜73でブロックする。そして、イオン注入法により、ゲート電極60に対してセルフアラインに、半導体基板面に対して垂直方向からn型不純物をp型ボディ領域54導入し、n-型半導体領域56を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 28, the resist
次に、レジスト膜73を剥離した後、図29に示すように、ゲート電極60上、n-型ドリフト領域58上、及びn-型半導体領域56上にTEOS膜61を形成する。続いて、ゲート電極60上のTEOS膜61をCMP法により研磨して、図30に示すように、TEOS膜61を平坦化する。
Next, after removing the resist
その後、図31に示すように、ゲート電極60の中心部より一方側のゲート電極60上とn-型ドリフト領域58上のTEOS膜61をレジスト膜74で覆う。すなわち、ゲート電極60の中心部よりドレイン側をレジスト膜74でブロックする。そして、RIEにより、ゲート電極60の中心部よりソース側のTEOS膜61、及びn+型ドレイン領域57が形成されるn-型ドリフト領域58上のTEOS膜61を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 31, the
次に、レジスト膜74を除去した後、図32に示すように、シリコン窒化膜63を形成する。続いて、図33に示すように、RIEを用いた異方性エッチング法によりシリコン窒化膜63を除去し、n-型半導体領域56側(ソース側)のゲート電極60とn+型ドレイン領域57側のTEOS膜61の側面上に、ゲート側壁絶縁膜63を残す。ここで、ゲート側壁絶縁膜63としてシリコン窒化膜を用いたが、TEOS膜61と異方性エッチングの選択性がある膜であればシリコン窒化膜に限定しない。例えば、ゲート側壁絶縁膜63としてポリシリコンを用いても良い。
Next, after removing the resist
続いて、イオン注入法により、図34に示すように、ゲート側壁絶縁膜63及びTEOS膜61に対してセルフアラインに、半導体基板面に対して垂直方向からn型不純物を導入し、n-型半導体領域56にn+型ソース領域55を形成すると共に、n-型ドリフト領域58にn+型ドレイン領域57を形成する。
Subsequently, by ion implantation, as shown in FIG. 34, n-type impurities are introduced from the direction perpendicular to the semiconductor substrate surface in a self-aligned manner with respect to the gate sidewall insulating
次に、n+型ソース領域55上及びn+型ドレイン領域57上のシリコン酸化膜59を除去した後、ゲート電極60上、n+型ソース領域55上、及びn+型ドレイン領域57上に高融点金属膜を堆積する。そして、ゲート電極60のポリシリコン、n+型ソース領域55及びn+型ドレイン領域57のシリコンと、高融点金属膜とを反応させて、図35に示すように、ゲート電極60上、n+型ソース領域55上、及びn+型ドレイン領域57上にシリサイド膜62を形成する。その後は、図35に示した構造上に、層間絶縁膜64を形成した後、n+型ソース領域55上及びn+型ドレイン領域57上に、ソース電極65及びドレイン電極66を形成する。以上により、図23に示した半導体装置が製造される。
Next, after removing the
以上説明したように第1〜第3の実施形態では、ゲート抵抗を十分に低抵抗化できると共に、高耐圧が得られる半導体装置を提供することができる。 As described above, in the first to third embodiments, it is possible to provide a semiconductor device capable of sufficiently reducing the gate resistance and obtaining a high breakdown voltage.
また、前述した各実施形態はそれぞれ、単独で実施できるばかりでなく、適宜組み合わせて実施することも可能である。さらに、前述した各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。 In addition, each of the above-described embodiments can be implemented not only independently but also in an appropriate combination. Furthermore, the above-described embodiments include inventions at various stages, and the inventions at various stages can be extracted by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments.
11…p型(またはn型)シリコン半導体基板、12…n+型半導体層、13…p-型半導体層、14…p型ボディ領域、15…n+型ソース領域、15A…n型半導体領域、16…p+型半導体領域、17…n+型ドレイン領域、18…n-型ドリフト領域、19…ゲート絶縁膜、20…保護絶縁膜、21…ゲート電極、22…金属シリサイド膜、23…ゲート側壁絶縁膜、24…層間絶縁膜、25…ソース電極、26…ドレイン電極、27…コバルト膜、28…ゲート電極、31…p型(またはn型)シリコン半導体基板、32…n+型埋め込み層、33…p-型半導体層、34…p型ボディ領域、35…n+型ソース領域、36…n型半導体領域、37…p+型半導体領域、38…n+型ドレイン領域、39…n-型ドリフト領域、40…ゲート絶縁膜、41…ゲート電極、42…シリコン窒化膜、43…シリサイド膜、44…ゲート側壁絶縁膜、45…層間絶縁膜、46…ソース電極、47…ドレイン電極、48…TEOS(Tetraethylorthosilicate)膜、49…レジスト膜、51…p型(またはn型)シリコン半導体基板、52…n+型半導体層、53…p-型半導体層、54…p型ボディ領域、55…n+型ソース領域、56…n-型半導体領域、57…n+型ドレイン領域、58…n-型ドリフト領域、59…ゲート絶縁膜、60…ゲート電極、61…TEOS膜、62…シリサイド膜、63…ゲート側壁絶縁膜、64…層間絶縁膜、65…ソース電極、66…ドレイン電極。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ボディ領域の表面領域に形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体基板上に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の表面領域に形成された第2導電型のドリフト領域と、
前記ソース領域と前記ドリフト領域との間の前記ボディ領域上及び前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の上面全体、前記ソース領域上、及び前記ドレイン領域上に形成されたシリサイド膜と、
前記ドリフト領域上に形成された保護絶縁膜と、
前記ソース領域側の前記ゲート電極の側面上に形成されたゲート側壁絶縁膜と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type body region formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type source region formed in a surface region of the body region;
A drain region of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate;
A second conductivity type drift region formed in a surface region of the semiconductor substrate between the source region and the drain region;
A gate insulating film formed on the body region and the semiconductor substrate between the source region and the drift region;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A silicide film formed on the entire upper surface of the gate electrode, on the source region, and on the drain region;
A protective insulating film formed on the drift region;
A gate sidewall insulating film formed on a side surface of the gate electrode on the source region side;
A semiconductor device comprising:
前記ボディ領域の表面領域に形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体基板上に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の表面領域に形成された第2導電型のドリフト領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記ドリフト領域上、前記ボディ領域上及び前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ボディ領域上及び前記半導体基板上の前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ドリフト領域上の前記ゲート絶縁膜上に形成された保護絶縁膜と、
前記ゲート電極の上面全体、前記ソース領域上、及び前記ドレイン領域上に形成されたシリサイド膜と、
前記ソース領域側の前記ゲート電極の側面上に形成されたゲート側壁絶縁膜と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type body region formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type source region formed in a surface region of the body region;
A drain region of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate;
A second conductivity type drift region formed in a surface region of the semiconductor substrate between the source region and the drain region;
A gate insulating film formed on the drift region between the source region and the drain region, on the body region and on the semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the body region and on the gate insulating film on the semiconductor substrate;
A protective insulating film formed on the gate insulating film on the drift region;
A silicide film formed on the entire upper surface of the gate electrode, on the source region, and on the drain region;
A gate sidewall insulating film formed on a side surface of the gate electrode on the source region side;
A semiconductor device comprising:
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