JP2007128978A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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 manufacturing method thereof.
LDMOSトランジスタのオン抵抗を低減する一般的手法としては、特許文献1の従来技術の欄でも述べられているように、メッシュゲート構造セルが知られている。詳しくは、図16,17に示すように、ゲート電極を成すポリシリコンの一部を正方形に除去してソース開口部105とドレイン開口部106とを形成し、かつ両者を互い違いに配置している。ソース開口部105からの自己整合的な拡散(Diffusion Self−Align)によりP型のチャネル形成領域103とN型のソース領域104が形成されている。また、ドレイン開口部106からは高濃度N型不純物がドープされ、電極接続時に低オーミックコンタクトをとるための不純物拡散領域102が形成されている。
しかし、上記のようなメッシュゲートセルの場合、チャネル形成領域の不純物濃度プロファイルがソース開口部105のコーナー部(図16中のA部)と直線部(図16中のB部)とで異なる問題が発生する。 However, in the case of the mesh gate cell as described above, the impurity concentration profile in the channel formation region is different between the corner portion (A portion in FIG. 16) and the straight portion (B portion in FIG. 16) of the source opening 105. Occurs.
より詳しい説明を、図18を用いて行う。図18において平面構造としてソースセル(図中、Sで示す)とドレインセル(図中、Dで示す)が縦横に交互になるように配置されている。ソースセル中央部での縦断面(A−A断面図)と、ソースセルのコーナー部での縦断面(B−B断面図)において、N型シリコン基板110の上にゲート酸化膜111を介してゲート電極112が形成されている。ゲート電極112における四角形状のソースセル用開口部112aでのシリコン基板110の表層部にはチャネル形成領域としてのPウエル領域113およびN+ソース領域114が形成されている。ここで、チャネル形成領域としてのPウエル領域113を形成するための不純物が横方向に拡散する時に、2次元効果でコーナー部がより薄くなり、Pウエル領域113の不純物濃度プロファイルがソースセル用開口部112aのコーナー部と直線部とで異なってしまう。その結果、図19に示すように、チャネル濃度(不純物濃度)について、ゲート電極開口部のコーナー部(B−B断面)はゲート電極開口部の直線部(A−A断面)に比べ低下してしまう。つまり、Pウエル領域113とN+ソース領域114にて形成されるPN接合部の基板表面濃度について、ゲート電極開口部の直線部の濃度αとコーナー部の濃度βとは、直線部の濃度αに比べコーナー部の濃度βが低くなってしまう(α>β)。その結果、素子のパンチスルー耐圧についての閾値電圧Vtはコーナー部で決定される。
A more detailed description will be given with reference to FIG. In FIG. 18, as a planar structure, source cells (indicated by S in the figure) and drain cells (indicated by D in the figure) are alternately arranged vertically and horizontally. A vertical cross section (AA cross-sectional view) at the center of the source cell and a vertical cross section (BB cross-sectional view) at the corner of the source cell are arranged on the N-
そのため、素子のパンチスルー耐圧を確保するためには、チャネル形成領域としてのPウエル領域113をより濃く設定する必要がある。そのために、素子動作時に大半の電流経路となるゲート電極開口部の直線部のPウエル領域113を濃くすると、オン抵抗が結果的に上がってしまう問題が発生する。より詳しくは、図20に示すように、ストライプ構造(ゲートコーナー無し)のLDMOSトランジスタとメッシュ構造(ゲートコーナー有り)のLDMOSトランジスタを比較すると、ゲート電極開口部のコーナー部がVt律速となることによりストライプ構造(ゲートコーナー無し)よりもメッシュ構造(ゲートコーナー有り)の方が閾値電圧Vtが低下してしまう。そこで、パンチスルー耐圧を確保するためにPウエル領域113を濃くすると、オン抵抗Ronはゲート電極開口部の直線部のPウエル領域113が支配的であり、オン抵抗の上昇を招いてしまう。
Therefore, in order to ensure the punch through breakdown voltage of the element, it is necessary to set the
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ゲート電極において直線部とコーナー部が形成された開口部を有し、このゲート電極の開口部からの自己整合的な拡散にてチャネル形成領域およびソース領域が形成された、LDMOS構造を有する半導体装置において、オン抵抗の上昇を招くことなく耐圧を向上することができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and its purpose is to have an opening in which a straight portion and a corner portion are formed in the gate electrode, and to be self-aligned from the opening of the gate electrode. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having an LDMOS structure in which a channel formation region and a source region are formed by appropriate diffusion and capable of improving the breakdown voltage without causing an increase in on-resistance, and a method for manufacturing the same. .
請求項1に記載の発明は、チャネル形成領域の内方かつソース領域の外方での半導体基板の表層部においてゲート電極の開口部からの自己整合的な拡散にて形成され、第1導電型で、かつソース領域よりも不純物濃度が低い低濃度不純物拡散領域を備えた半導体装置を要旨としている。
The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、チャネル形成領域に関してゲート電極の開口部からの自己整合的な拡散時にゲート電極開口部のコーナー部は直線部に比べ濃度が低下してしまうが、低濃度不純物拡散領域も同様にゲート電極開口部のコーナー部は直線部に比べ濃度が下がる。これにより、ゲート電極の開口部のコーナー部における、チャネル形成領域と低濃度不純物拡散領域とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域の不純物濃度を、チャネル形成領域とソース領域とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域の不純物濃度に比べて高くすることができ(図2でのΔβ分だけ高くすることができ)、パンチスルー耐圧を向上させることができる。よって、従来とは異なり、素子の耐圧を確保するためにチャネル形成領域をより濃く設定する必要がなく(素子動作時に大半の電流経路となるゲート電極開口部の直線部のチャネル形成領域を濃くすることなく)オン抵抗の上昇を回避することができる。 According to the first aspect of the present invention, the concentration of the corner portion of the gate electrode opening is lower than that of the straight portion during self-aligned diffusion from the opening of the gate electrode with respect to the channel formation region. Similarly, in the impurity diffusion region, the concentration of the corner portion of the gate electrode opening is lower than that of the straight portion. As a result, the impurity concentration of the channel formation region at the substrate surface at the PN junction formed by the channel formation region and the low concentration impurity diffusion region at the corner portion of the opening of the gate electrode is changed between the channel formation region and the source region. Can be made higher than the impurity concentration of the channel formation region on the substrate surface at the PN junction formed by (can be increased by Δβ in FIG. 2), and the punch-through breakdown voltage can be improved. . Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to set the channel formation region to be darker in order to ensure the breakdown voltage of the device (the channel formation region in the straight portion of the gate electrode opening that becomes the most current path during device operation is darkened). (Without) an increase in on-resistance can be avoided.
このようにして、ゲート電極において直線部とコーナー部が形成された開口部を有し、このゲート電極の開口部からの自己整合的な拡散にてチャネル形成領域およびソース領域が形成された、LDMOS構造を有する半導体装置において、オン抵抗の上昇を招くことなく耐圧を向上することができる。 Thus, an LDMOS having an opening formed with a straight portion and a corner portion in the gate electrode, and a channel forming region and a source region formed by self-aligned diffusion from the opening of the gate electrode. In a semiconductor device having a structure, the breakdown voltage can be improved without increasing the on-resistance.
請求項2に記載のように、請求項1に記載の半導体装置において、低濃度不純物拡散領域は、ソース領域よりも不純物濃度が1桁から2桁低いものであると、濃度プロファイルの最適化を図るという観点から好ましいものとなる。
As described in
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の半導体装置において、チャネル形成領域と低濃度不純物拡散領域とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域の不純物濃度が、ゲート電極の開口部におけるコーナー部と直線部とで等しい、または、直線部に比べコーナー部の方が濃くなるようにすると、濃度プロファイルの最適化を図るという観点から好ましいものとなる。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the impurity concentration of the channel formation region at the substrate surface in the PN junction formed by the channel formation region and the low concentration impurity diffusion region is It is preferable from the viewpoint of optimizing the concentration profile that the corner portion and the straight portion in the opening of the gate electrode are equal to each other or the corner portion is darker than the straight portion.
請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置において、ゲート電極の開口部にサイドウォールが形成され、サイドウォールの下にソース領域の外周端が位置しゲート電極の下にはソース領域が無く、ゲート電極の下に低濃度不純物拡散領域が有る構成としてもよい。この場合、サイドウォールの幅寸法を調整することにより、チャネル形成領域と低濃度不純物拡散領域とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域の不純物濃度を所望の値に調整することが可能となり、濃度プロファイルについての設計自由度を向上させることができる。
The semiconductor device according to any one of
請求項5に記載のように、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置において、半導体基板の主表面から掘られ、その平面構造としてソース領域からドレイン領域に向かう方向においてソース領域とドレイン領域との間のチャネル形成領域を貫通するように形成されたトレンチをさらに備え、前記ゲート電極は、前記半導体基板の上に加えて、前記トレンチの内面においてもゲート絶縁膜を介して形成されている半導体装置に適用してもよい。
6. The semiconductor device according to
請求項6に記載の発明は、プレーナゲート電極とトレンチゲート電極とを備えた半導体装置であって、平面形状において、プレーナゲート電極の開口部のコーナー部とトレンチとを重ならせる、または接するようにした半導体装置をその要旨としている。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a planar gate electrode and a trench gate electrode, wherein the corner portion of the opening of the planar gate electrode and the trench are overlapped with or in contact with each other in a planar shape. The gist of the semiconductor device is as described above.
請求項6に記載の発明によれば、ゲート電極開口部のコーナー部においてはチャネル形成領域の自己整合的な拡散において横方向には不純物が拡散することができずにゲート電極開口部のコーナー部のチャネル濃度(不純物濃度)が高くなる。よって、従来では、チャネル濃度(不純物濃度)について、ゲート電極開口部のコーナー部は直線部に比べ低下してしまい、素子のパンチスルー耐圧を確保するためには、チャネル形成領域をより濃く設定する必要があり、そのために、素子動作時に大半の電流経路となるゲート電極開口部の直線部のチャネル形成領域を濃くすると、オン抵抗が上がってしまっていたが、本発明では、ゲート電極において直線部とコーナー部が形成された開口部を有し、このゲート電極の開口部からの自己整合的な拡散にてチャネル形成領域およびソース領域が形成された、LDMOS構造を有する半導体装置において、オン抵抗の上昇を招くことなく耐圧を向上することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, in the corner portion of the gate electrode opening portion, impurities cannot diffuse in the lateral direction in the self-aligned diffusion of the channel formation region, and the corner portion of the gate electrode opening portion The channel concentration (impurity concentration) increases. Therefore, conventionally, with respect to the channel concentration (impurity concentration), the corner portion of the gate electrode opening portion is lower than the straight portion, and in order to ensure the punch through breakdown voltage of the element, the channel formation region is set to be darker. For this reason, when the channel formation region of the linear portion of the gate electrode opening, which becomes the majority of the current path during device operation, is increased, the on-resistance increases, but in the present invention, the linear portion of the gate electrode is increased. In a semiconductor device having an LDMOS structure, in which a channel forming region and a source region are formed by self-aligned diffusion from the opening of the gate electrode, an opening having a corner is formed. The breakdown voltage can be improved without causing an increase.
請求項7に記載のように、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法として、前記第1導電型の低濃度不純物拡散領域を形成すべく、ローテーション角を変えた複数回の斜めイオン注入を行ってゲート電極の開口部での直線部に比べコーナー部へのイオン注入量が少ないイオン注入工程を含むと、濃度プロファイルについての設計自由度を向上させることができる。
As described in
請求項8に記載のように、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法として、第1工程において、ゲート電極の開口部から、浅いチャネル形成領域を形成するためのイオン注入を行った後にゲート電極の開口部にサイドウォールを形成し、このサイドウォールを用いて前記ゲート電極の開口部から、第1導電型の低濃度不純物拡散領域を形成するためのイオン注入を行い、第2工程において、熱処理により、浅いチャネル形成領域と第1導電型の低濃度不純物拡散領域が同じ深さになるまで拡散し、第3工程において、前記サイドウォールを用いて前記ゲート電極の開口部から、前記浅いチャネル形成領域の下に深いチャネル形成領域を形成するためのイオン注入を行う。これにより、サイドウォールの幅寸法を調整することにより、チャネル形成領域と低濃度不純物拡散領域とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域の不純物濃度を所望の値に調整することができ、濃度プロファイルについての設計自由度を向上させることができる。
As described in
(第1の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1には本実施形態における半導体装置を示す。この半導体装置はLDMOS構造を有し、かつ、Nチャネルトランジスタである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a semiconductor device according to this embodiment. This semiconductor device has an LDMOS structure and is an N-channel transistor.
本半導体装置(LDMOSトランジスタ)は、図16を用いて説明したように、セルがメッシュゲート構造を有しており、基板での平面構造としてソースセルとドレインセルが縦横に交互に配置されている。 In the present semiconductor device (LDMOS transistor), as described with reference to FIG. 16, the cell has a mesh gate structure, and the source cell and the drain cell are alternately arranged vertically and horizontally as a planar structure on the substrate. .
図1において、第1導電型の半導体基板としてN型シリコン基板1が用いられている。シリコン基板1の上にゲート絶縁膜としてのゲート酸化膜2を介してポリシリコンゲート電極3が形成されている。ゲート電極3には四角形状の開口部3aが形成され、ゲート電極3は直線部とコーナー部が形成された開口部3aを有している。
In FIG. 1, an N-
シリコン基板1の表層部において、Pチャネル形成領域(第2導電型のチャネル形成領域)4が形成されている。Pチャネル形成領域4はウエル領域であり、Pチャネル形成領域4はゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にて形成したものである。
A P channel formation region (second conductivity type channel formation region) 4 is formed in the surface layer portion of the
Pチャネル形成領域4の内方でのシリコン基板1の表層部においてN+ソース領域(第1導電型のソース領域)5が形成されている。つまり、Pチャネル形成領域4内におけるN型シリコン基板1での表層部にはN+ソース領域5がPチャネル形成領域4よりも浅く形成されている。N+ソース領域5は、ゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にて形成したものである。
An N + source region (first conductivity type source region) 5 is formed in the surface layer portion of the
また、Pチャネル形成領域4内におけるN型シリコン基板1での表層部には、P+コンタクト領域6がN+ソース領域5と隣接し、かつPチャネル形成領域4よりも浅く形成されている。P+コンタクト領域6は、チャネル形成領域4とオーミック接触するための拡散層である。
A P + contact region 6 is adjacent to the N + source region 5 and shallower than the P
N型シリコン基板1の上にはソース電極7が配置され、ソース電極7はN+ソース領域5およびP+コンタクト領域6と電気的に接続されている。
ソースセルとドレインセル間においてN型シリコン基板1の上面にはLOCOS酸化膜8が形成されている。LOCOS酸化膜8上にポリシリコンゲート電極3が引き回されている(ゲート電極の配線部となっている)。
A
A
ドレインセルにおいてN型シリコン基板1での表層部にはN+ドレイン領域9が形成されている。
LDMOSトランジスタのオン時には、Pチャネル形成領域4におけるゲート電極3に対向する部位に反転層が形成され、N+ソース領域5から、Pチャネル形成領域4におけるゲート電極3に対向する部位(反転層)を通して、N型シリコン基板1を介してN+ドレイン領域9に電流が流れることになる。
An N + drain region 9 is formed in the surface layer portion of the N-
When the LDMOS transistor is turned on, an inversion layer is formed at a portion facing the
ここで、本実施形態においてはチャネル形成領域4の内方かつソース領域5の外方でのシリコン基板1の表層部において低濃度不純物拡散領域10が形成されている。低濃度不純物拡散領域10は、ゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にて形成され、N型(第1導電型)で、かつソース領域5よりも不純物濃度が低い。つまり、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10は、N+ソース領域5の周りに形成され、チャネル形成領域4よりも浅く、かつN+ソース領域5よりも深く形成されている。また、低濃度不純物拡散領域10の不純物濃度はソース領域5の不純物濃度よりも1桁から2桁低くなっている。具体的には、例えば、ソース領域5の不純物濃度が3.9×1013/cm2であり、低濃度不純物拡散領域10の不純物濃度が8×1012/cm2である。
Here, in this embodiment, the low concentration
このように、N+ソース領域5よりも深く拡散させた低濃度不純物拡散領域(N−領域)10を導入することで、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10も2次元効果でコーナー部濃度が低くなる。 In this way, by introducing the low concentration impurity diffusion region (N − region) 10 diffused deeper than the N + source region 5, the low concentration impurity diffusion region (N − region) 10 is also cornered by a two-dimensional effect. The concentration is lowered.
つまり、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10の不純物プロファイルはゲート電極開口部のコーナー部の方が直線部に比べ低濃度である。また、横方向拡散長Lについて、チャネル形成領域(Pウエル領域)4においては直線部での横方向拡散長L2sとコーナー部での横方向拡散長L2cを比較すると、直線部での横方向拡散長L2sに比べコーナー部での横方向拡散長L2cがΔL2だけ短い。同様に、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10においては、直線部での横方向拡散長L1sとコーナー部での横方向拡散長L1cを比較すると、直線部での横方向拡散長L1sに比べコーナー部での横方向拡散長L1cがΔL1だけ短い。 That is, the impurity profile of the low-concentration impurity diffusion region (N − region) 10 has a lower concentration in the corner portion of the gate electrode opening than in the straight portion. Further, regarding the lateral diffusion length L, in the channel formation region (P well region) 4, when the lateral diffusion length L 2 s in the straight portion and the lateral diffusion length L 2 c in the corner portion are compared, the lateral diffusion in the straight portion is compared. The lateral diffusion length L2c at the corner is shorter by ΔL2 than the length L2s. Similarly, in the low-concentration impurity diffusion region (N − region) 10, when the lateral diffusion length L 1 s in the straight portion and the lateral diffusion length L 1 c in the corner portion are compared, the lateral diffusion length L 1 s in the straight portion is obtained. In comparison, the lateral diffusion length L1c at the corner is shorter by ΔL1.
図2,3は、ゲート電極開口部のエッジからの距離(横方向拡散長L)についての基板表面濃度を示している。つまり、横軸にゲート電極の開口端部からの距離L(図1参照)をとり、縦軸に基板表面濃度をとっている。また、図2と図3では、ゲート電極開口部におけるコーナー部の不純物濃度と直線部の不純物濃度を併記している。 2 and 3 show the substrate surface concentration with respect to the distance (lateral diffusion length L) from the edge of the gate electrode opening. That is, the horizontal axis represents the distance L (see FIG. 1) from the opening end of the gate electrode, and the vertical axis represents the substrate surface concentration. 2 and 3, both the impurity concentration at the corner and the impurity concentration at the straight line in the gate electrode opening are shown.
図2,3において、ゲート電極開口部でのコーナー部における、Pチャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域(N−領域)10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)を「β’」で示す。また、図2,3において、ゲート電極開口部でのコーナー部における、Pチャネル形成領域4とN+ソース領域5とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)を「β」で示す。ここで、本実施形態では低濃度不純物拡散領域(N−領域)10を形成しており、同低濃度不純物拡散領域10は2次元効果によりゲート電極開口部3aのコーナー部では濃度が低くなっているので、PN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度を、従来、βであったものを、本実施形態ではΔβだけ濃いβ’にすることができる。
2 and 3, the
図2,3において、ゲート電極開口部での直線部における、Pチャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域(N−領域)10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)を「α’」で示す。また、図2,3において、ゲート電極開口部での直線部における、Pチャネル形成領域4とN+ソース領域5とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)を「α」で示す。ここで、本実施形態では低濃度不純物拡散領域(N−領域)10を形成しており、同低濃度不純物拡散領域10はゲート電極開口部3aの直線部では2次元効果が働かず濃度が高くなっており、PN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度を、従来、αであったものを、本実施形態ではΔαだけ薄いα’にすることができる。
2 and 3, the
その結果、図2に示すように、ゲート電極開口部でのコーナー部における、Pチャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域(N−領域)10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)β’と、ゲート電極開口部での直線部における、Pチャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域(N−領域)10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)α’とを等しくすることができる。
As a result, as shown in FIG. 2, at the corner of the gate electrode opening, the substrate surface at the PN junction formed by the P
あるいは、図3に示すように、ゲート電極開口部での直線部における、Pチャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域(N−領域)10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)α’に比べて、ゲート電極開口部でのコーナー部における、Pチャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域(N−領域)10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度(チャネル濃度)β’を所定量Δだけ濃くすることができる。
Alternatively, as shown in FIG. 3, the channel at the substrate surface in the PN junction formed by the P
このβ’≧α’をより満たしやすくするために、低濃度不純物拡散領域10について、ゲート電極3の開口部3aでの直線部に比べコーナー部でのイオン注入量が少なくなるようにしている。
In order to more easily satisfy this β ′ ≧ α ′, the ion concentration in the corner portion of the low concentration
また、換言すると、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10にてチャネル形成領域4における基板表面でのパンチスルーについての閾値電圧Vtを決める位置の濃度をコーナー部と直線部で等しい、あるいはコーナー部の方を直線部よりも濃くするようにし、パンチスルーする濃度限界まで直線部のチャネル形成領域4の基板表面の不純物濃度を引き下げてオン抵抗を下げることができる。
In other words, in the low-concentration impurity diffusion region (N − region) 10, the concentration at the position where the threshold voltage Vt for punch-through on the substrate surface in the
次に、製造方法を、図4を用いて説明する。
まず、図4(a)に示すように、N型シリコン基板1を用意する。そして、LOCOS酸化膜(あるいはSTI等)8を形成する。
Next, a manufacturing method is demonstrated using FIG.
First, as shown in FIG. 4A, an N-
さらに、図4(b)に示すように、シリコン基板1の上にゲート酸化膜2を介してゲート電極形成用の膜(ポリシリコン(あるいはポリシリコンとシリサイド))を堆積し、その後、ホトリソにてパターンニングし、直線部とコーナー部が形成された開口部3aを有するゲート電極3を形成する。さらに、ゲート電極3上に、図示しないチャネリング抑止膜(SiO2膜等)を形成する。
Further, as shown in FIG. 4B, a film for forming a gate electrode (polysilicon (or polysilicon and silicide)) is deposited on the
そして、図4(c)に示すように、Pチャネル形成領域4を形成すべくゲート電極3の開口部3aからイオン注入する。このときイオン注入角度を垂直方向に設定する(イオン注入時のチルト角=0°もしくは7°、ローテーション角=0°)。これは、均一に注入するためである。続いて、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10を形成すべくゲート電極3の開口部3aからイオン注入する。このとき、ソース領域用と同型の不純物を、少なくとも不純物濃度が1桁から2桁低くなるように注入する。また、イオン注入の際にゲート電極に対し一定のチルト角で、かつローテーション角を変えた複数回の斜めイオン注入を行って直線部に比べコーナー部へのイオン注入量を少なくする(詳細は後述する)。その後、熱処理にて所望の拡散深さが得られるように拡散する。このようにして、ゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にて、シリコン基板1の表層部にPチャネル形成領域4を形成するとともに、ゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にて、シリコン基板1の表層部に、N型の低濃度不純物拡散領域10をチャネル形成領域4の内方に形成する。
Then, as shown in FIG. 4C, ions are implanted from the
続いて、図4(d)に示すように、ソース領域5およびドレイン領域9を形成すべくイオン注入し、引き続き、P+コンタクト領域6を形成すべくイオン注入する。その後、所望の拡散深さが得られるように熱処理する。このようにして、ゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にて、シリコン基板1の表層部に、N型で、かつ低濃度不純物拡散領域10よりも不純物濃度が高いソース領域5を低濃度不純物拡散領域10の内方に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4D, ion implantation is performed to form the
さらに、図4(e)に示すように、層間膜(BPSGなど)を堆積後、ホトリソにてコンタクトホールを形成し、続く配線形成工程にてソース電極7を形成する。
このようにして、図1に示す半導体装置が得られる。
Further, as shown in FIG. 4E, after depositing an interlayer film (such as BPSG), a contact hole is formed by photolithography, and a
In this way, the semiconductor device shown in FIG. 1 is obtained.
次に、比較のための製造方法を、図21を用いて説明する。
まず、図21(a)に示すように、LOCOS酸化膜8(あるいはSTI等)を形成する。そして、図21(b)に示すように、ゲート電極形成膜(ポリシリコン(あるいはポリシリコンとシリサイド))を堆積後、ホトリソにてパターンニングし、開口部3aを有するゲート電極3を形成する。その後、ゲート電極3上にチャネリング抑止膜(SiO2膜など)を形成する。
Next, a manufacturing method for comparison will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 21A, a LOCOS oxide film 8 (or STI or the like) is formed. Then, as shown in FIG. 21B, after depositing a gate electrode formation film (polysilicon (or polysilicon and silicide)), patterning is performed with photolithography to form the
そして、図21(c)に示すように、チャネル形成領域4を形成すべくイオン注入する。イオン注入は垂直方向に設定する(チルト角=0°もしくは7°、ローテーション角=0°)。その後、熱処理にて所望の拡散深さが得られるようにチャネル形成領域4を拡散する。
Then, as shown in FIG. 21C, ions are implanted to form the
続いて、図21(d)に示すように、ソース領域5、ドレイン領域9を形成すべくイオン注入し、引き続き、P+コンタクト領域6を形成すべくイオン注入する。その後、所望の拡散深さが得られるように熱処理する。
Subsequently, as shown in FIG. 21D, ion implantation is performed to form the
さらに、図21(e)に示すように、層間膜(BPSGなど)を堆積後、ホトリソにてコンタクトホールを形成し、続く配線形成工程にてソース電極7を形成する。
このような比較例での製造工程に対し、本実施形態では図4(c)に示すように、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10をゲート電極開口部3aからの自己整合的な拡散にて形成する。
Further, as shown in FIG. 21E, after depositing an interlayer film (BPSG or the like), a contact hole is formed by photolithography, and a
In contrast to the manufacturing process in the comparative example, in this embodiment, as shown in FIG. 4C, the low concentration impurity diffusion region (N − region) 10 is diffused in a self-aligned manner from the
次に、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10を形成する際のローテーション角を変えた複数回の斜めイオン注入について、図5〜図10を用いて説明する。
図5に示すように、x,y,zの直交3軸系座標において、イオン入射方向をチルト角ψとローテーション角θで規定する。そして、チルト角ψを一定とし、ローテーション角θについては一周(360°)を4分割して90°毎にイオン注入する。つまり、ローテーション角を、θ+90°×n倍(n=0,1,2,3)でイオン注入する。
Next, a plurality of oblique ion implantations with different rotation angles when forming the low concentration impurity diffusion region (N − region) 10 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 5, the ion incident direction is defined by the tilt angle ψ and the rotation angle θ in the three-axis system coordinates of x, y, and z. Then, the tilt angle ψ is constant, and the rotation angle θ is ion-implanted every 90 ° by dividing one rotation (360 °) into four. That is, ions are implanted at a rotation angle of θ + 90 ° × n times (n = 0, 1, 2, 3).
このようにしてイオン注入する場合、基板上面からゲート電極3の上面までの高さを「T」としたとき、図6のゲート電極開口部の直線部においては、図7の断面図に示すように、4方向でのイオン注入(第1〜第4のイオン注入)が行われる。
In the case of ion implantation in this way, when the height from the upper surface of the substrate to the upper surface of the
まず、第1のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θであり、基板上面との法線(図5のz軸)とでなす角度は、tan−1(sinψ・sinθ)となる。ここで、ローテーション角θは、図8の平面図においてゲート電極開口部での直線部における開口した側(図7,8の右側)からイオン注入が行われる角度である。 First, in the first ion implantation, a predetermined tilt angle ψ, a predetermined rotation angle θ, and an angle formed with a normal to the substrate upper surface (z axis in FIG. 5) is tan −1 (sin ψ · sin θ). It becomes. Here, the rotation angle θ is an angle at which ion implantation is performed from the opened side (the right side in FIGS. 7 and 8) in the straight line portion of the gate electrode opening in the plan view of FIG.
第2のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θ+90°であり、図7において基板上面との法線(図5のz軸)とでなす角度は、tan−1(sinψ・sin(θ+90°))となる。ここで、θ+90°は、図8において前述の第1のイオン注入での角度θに対し反時計回りに90°回転した時の角度であり、ゲート電極開口部での直線部における開口した側(図7,8の右側)からイオン注入が行われる角度である。 In the second ion implantation, a predetermined tilt angle ψ and a predetermined rotation angle θ + 90 ° are obtained. In FIG. 7, the angle formed with the normal to the substrate upper surface (z axis in FIG. 5) is tan −1 (sin ψ · sin (θ + 90 °)). Here, θ + 90 ° is an angle when rotated 90 ° counterclockwise with respect to the angle θ in the above-described first ion implantation in FIG. 8, and the opening side in the straight portion at the gate electrode opening ( The angle at which ion implantation is performed from the right side of FIGS.
第3のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θ+180°であり、図7において基板上面との法線(図5のz軸)とでなす角度は、tan−1(sinψ・sin(θ+180°))となる。ここで、θ+180°は、図8において前述の第2のイオン注入での角度θ+90°に対し反時計回りに90°回転した時の角度である。 In the third ion implantation, a predetermined tilt angle ψ, a predetermined rotation angle θ + 180 °, and the angle formed with the normal to the substrate upper surface (z axis in FIG. 5) in FIG. 7 is tan −1 (sin ψ · sin (θ + 180 °)). Here, θ + 180 ° is an angle when rotated 90 ° counterclockwise with respect to the angle θ + 90 ° in the second ion implantation described above in FIG.
第4のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θ+270°であり、図7において基板上面との法線(図5のz軸)とでなす角度は、tan−1(sinψ・sin(θ+270°))となる。ここで、θ+270°は、図8において前述の第3のイオン注入での角度θ+180°に対し反時計回りに90°回転した時の角度である。 In the fourth ion implantation, a predetermined tilt angle ψ, a predetermined rotation angle θ + 270 °, and the angle formed with the normal to the substrate upper surface (z axis in FIG. 5) in FIG. 7 is tan −1 (sin ψ · sin (θ + 270 °)). Here, θ + 270 ° is an angle when rotated 90 ° counterclockwise with respect to the angle θ + 180 ° in the third ion implantation described above in FIG.
この4方向でのイオン注入(第1〜第4のイオン注入)が行われると、図7,8に示すように、第1および第2のイオン注入(θ,θ+90°)では、ゲート電極開口端部のすぐ近くにイオンが注入される。第3のイオン注入(θ+180°)では、ゲート電極開口端部から離れた領域に、具体的には、T・tan(tan−1(sinψ・sin(θ+180°)))以上離れた領域に、イオンが注入される。第4のイオン注入(θ+270°)では、ゲート電極開口端部から離れた領域に、具体的には、T・tan(tan−1(sinψ・sin(θ+270°)))以上離れた領域に、イオンが注入される。 When ion implantation in the four directions (first to fourth ion implantation) is performed, as shown in FIGS. 7 and 8, the gate electrode opening is formed in the first and second ion implantations (θ, θ + 90 °). Ions are implanted in the immediate vicinity of the edge. In the third ion implantation (θ + 180 °), in a region away from the gate electrode opening end, specifically, in a region away from T · tan (tan −1 (sin ψ · sin (θ + 180 °))), Ions are implanted. In the fourth ion implantation (θ + 270 °), in a region away from the gate electrode opening end, specifically, in a region away from T · tan (tan −1 (sin ψ · sin (θ + 270 °))), Ions are implanted.
このようにして、ゲート電極開口端部のすぐ近くには、第1および第2のイオン注入によりイオンが注入される(4回のイオン注入のうちの2回注入される)。また、第3のイオン注入により、T・tan(tan−1(sinψ・sinθ+180°)))以上離れたところに注入される。さらに、第4のイオン注入により、T・tan(tan−1(sinψ・sin(θ+270°)))以上離れたところに注入される。 In this way, ions are implanted in the immediate vicinity of the gate electrode opening end by the first and second ion implantations (two of the four ion implantations). Further, the third ion implantation is performed at a distance of T · tan (tan −1 (sin ψ · sin θ + 180 °)) or more. Further, the fourth ion implantation is performed at a distance of T · tan (tan −1 (sin ψ · sin (θ + 270 °))) or more.
一方、図9のゲート電極開口部のコーナー部においては、次のようになる。
この場合には、図10の平面図に示すように、4方向でのイオン注入(第1〜第4のイオン注入)が行われる。
On the other hand, in the corner portion of the gate electrode opening in FIG.
In this case, as shown in the plan view of FIG. 10, ion implantation (first to fourth ion implantations) in four directions is performed.
まず、第1のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θであり、ローテーション角θは、図10においてゲート電極開口部でのコーナー部(直角となっている部分)における開口した側(図10の右下側)からイオン注入が行われる角度である。 First, in the first ion implantation, a predetermined tilt angle ψ and a predetermined rotation angle θ are provided, and the rotation angle θ is an opening at a corner portion (a right-angle portion) in the gate electrode opening in FIG. This is an angle at which ion implantation is performed from the side (lower right side in FIG. 10).
第2のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θ+90°であり、θ+90°は、図10の平面図において前述の第1のイオン注入での角度θに対し反時計回りに90°回転した時の角度である。 In the second ion implantation, a predetermined tilt angle ψ and a predetermined rotation angle θ + 90 ° are set, and θ + 90 ° is 90 counterclockwise with respect to the angle θ in the first ion implantation described above in the plan view of FIG. ° Angle when rotated.
第3のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θ+180°であり、θ+180°は、図10において前述の第2のイオン注入での角度θ+90°に対し反時計回りに90°回転した時の角度である。 In the third ion implantation, a predetermined tilt angle ψ and a predetermined rotation angle θ + 180 ° are set, and θ + 180 ° is rotated 90 ° counterclockwise with respect to the angle θ + 90 ° in the second ion implantation described above in FIG. This is the angle when
第4のイオン注入では、所定のチルト角ψ、所定のローテーション角θ+270°であり、θ+270°は、図10において前述の第3のイオン注入での角度θ+180°に対し反時計回りに90°回転した時の角度である。 In the fourth ion implantation, a predetermined tilt angle ψ and a predetermined rotation angle θ + 270 ° are rotated, and θ + 270 ° rotates 90 ° counterclockwise with respect to the angle θ + 180 ° in the third ion implantation described above in FIG. This is the angle when
この4方向でのイオン注入(第1〜第4のイオン注入)が行われると、図10に示すように、第1のイオン注入(θ)では、ゲート電極開口端部のすぐ近くにイオンが注入される。第2のイオン注入(θ+90°)では、ゲート電極開口部でのコーナーの一方の面にはすぐ近くにイオンが注入されるが他方の面については離れた領域に、具体的には、T・tan(tan−1(sinψ・sin(θ+90°)))以上離れた領域に、イオンが注入される。第4のイオン注入(θ+270°)では、ゲート電極開口部でのコーナーの他方の面にはすぐ近くにイオンが注入されるが一方の面については離れた領域に、具体的には、T・tan(tan−1(sinψ・sin(θ+270°)))以上離れた領域に、イオンが注入される。第3のイオン注入(θ+180°)では、ゲート電極開口部でのコーナーの一方の面および他方の面から離れた領域に、具体的には、T・tan(tan−1(sinψ・sin(θ+180°)))以上離れた領域に、イオンが注入される。 When ion implantation in these four directions (first to fourth ion implantations) is performed, as shown in FIG. 10, in the first ion implantation (θ), ions are located in the vicinity of the gate electrode opening end. Injected. In the second ion implantation (θ + 90 °), ions are implanted in the immediate vicinity of one surface of the corner of the gate electrode opening, but in the other region, specifically, T · Ions are implanted into a region separated by tan (tan −1 (sin ψ · sin (θ + 90 °))) or more. In the fourth ion implantation (θ + 270 °), ions are implanted in the immediate vicinity of the other surface of the corner at the gate electrode opening, but one surface is separated from the other surface, specifically, T · Ions are implanted into a region separated by tan (tan −1 (sinψ · sin (θ + 270 °)) or more. In the third ion implantation (θ + 180 °), specifically, T · tan (tan −1 (sinψ · sin (θ + 180) is formed in a region away from one surface and the other surface of the corner of the gate electrode opening. °))) Ions are implanted in the region farther away.
このようにして、ゲート電極開口部でのコーナー部のすぐ近くには、第1のイオン注入によりイオンが注入される(4回のイオン注入のうちの1回注入される)。これは、ゲート電極開口部での直線部の半分である。 In this way, ions are implanted by the first ion implantation in the immediate vicinity of the corner at the gate electrode opening (implanted once out of the four ion implantations). This is half of the straight line at the gate electrode opening.
このように、ローテーション角を変えた複数回の斜めイオン注入を行うことによってゲート電極3の投影効果によりゲート電極3の開口部3aでの直線部に比べコーナー部へのイオン注入量を少なくすることができる。
In this way, by performing a plurality of oblique ion implantations with different rotation angles, the amount of ion implantation into the corner portion is reduced by the projection effect of the
なお、ローテーション角について一周(360°)を4分割するのではなく、6分割等の他の複数回の斜めイオン注入を行うようにしてもよい。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
Note that the rotation angle may not be divided into four parts (360 °), but may be performed by a plurality of other oblique ion implantations such as six parts.
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(イ)半導体装置の構造として、図1に示すように、チャネル形成領域4の内方かつソース領域5の外方でのシリコン基板1の表層部においてゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にて形成され、N型(第1導電型)で、かつソース領域5よりも不純物濃度が低い低濃度不純物拡散領域10を設けた。その結果、チャネル形成領域4に関してゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散時にゲート電極開口部3aのコーナー部は直線部に比べ濃度が低下してしまうが、低濃度不純物拡散領域10も同様にゲート電極開口部3aのコーナー部は直線部に比べ濃度が下がる。これにより、図2に示すように、ゲート電極3の開口部3aのコーナー部における、チャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度β’を、チャネル形成領域4とソース領域5とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度βに比べてΔβ分だけ高くすることができ、パンチスルー耐圧を向上させることができる。
(A) As a structure of the semiconductor device, as shown in FIG. 1, self-alignment from the
よって、従来とは異なり、素子の耐圧を確保するためにチャネル形成領域4をより濃く設定する必要がなく(素子動作時に大半の電流経路となるゲート電極開口部の直線部のチャネル形成領域4を濃くすることなく)オン抵抗の上昇を回避することができる。
Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to set the
このようにして、ゲート電極3において直線部とコーナー部が形成された開口部3aを有し、このゲート電極3の開口部3aからの自己整合的な拡散にてチャネル形成領域4およびソース領域5が形成された、LDMOS構造を有する半導体装置において、オン抵抗の上昇を招くことなく耐圧を向上することができる。
In this way, the
(ロ)特に、低濃度不純物拡散領域10は、ソース領域5よりも不純物濃度が1桁から2桁低くなるようにすると、濃度プロファイルの最適化を図るという観点から好ましいものとなる。
(B) In particular, it is preferable that the impurity concentration of the low-concentration
(ハ)チャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度が、図2に示すように、ゲート電極3の開口部3aにおけるコーナー部と直線部とで等しい、または、図3に示すように、直線部に比べコーナー部の方が濃くなるようにすると、濃度プロファイルの最適化を図るという観点から好ましいものとなる。詳しくは、パンチスルーについての閾値電圧Vtをゲート電極開口部3aにおける直線部とコーナー部とが等しい、または、コーナー部の方が高くでき、これにより、パンチスルーする濃度限界まで直線部のチャネル形成領域4の基板表面の不純物濃度を下げてオン抵抗を下げるようにすることができる。
(C) The impurity concentration of the
(ニ)半導体装置の製造方法として、低濃度不純物拡散領域10を形成すべく、ローテーション角を変えた複数回の斜めイオン注入を行って(ゲート電極3の投影効果により)ゲート電極3の開口部3aでの直線部に比べコーナー部へのイオン注入量が少ないイオン注入工程を含むことによって、濃度プロファイルについての設計自由度を向上させることができる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
(D) As a method for manufacturing a semiconductor device, a plurality of oblique ion implantations with different rotation angles are performed (due to the projection effect of the gate electrode 3) to form the low-concentration
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
図4に代わる本実施形態における半導体装置の製造方法を、図11,12を用いて説明する。
本実施形態においては、図12(c)に示すように、ゲート電極3の開口部3aにサイドウォール20が形成され、サイドウォール20の下にソース領域5の外周端が位置しゲート電極3の下にはソース領域5が無く、ゲート電極3の下に低濃度不純物拡散領域10が有る構造となっている。この場合、サイドウォール20の幅寸法を調整することにより、チャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度を所望の値に調整することが可能となり、濃度プロファイルについての設計自由度を向上させることができる。
A method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment instead of FIG. 4 will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, as shown in FIG. 12C, the
製造工程としては、まず、図11(a)に示すように、LOCOS酸化膜8(あるいはSTI)を形成する。
そして、図11(b)に示すように、N型シリコン基板1の上にゲート酸化膜2を介して、ゲート電極形成膜としてポリシリコン(あるいはポリシリコンとシリサイド)を堆積後、ホトリソにてパターンニングし、直線部とコーナー部が形成された開口部3aを有するゲート電極3を形成する。その後、ゲート電極3上にチャネリング抑止膜(SiO2膜など)を形成する。
As a manufacturing process, first, as shown in FIG. 11A, a LOCOS oxide film 8 (or STI) is formed.
Then, as shown in FIG. 11B, after depositing polysilicon (or polysilicon and silicide) as a gate electrode forming film on the N-
さらに、図11(c)に示すように、ゲート電極3の開口部3aから、浅いチャネル形成領域(図12(a)の符号4aで示す)を形成するためのイオン注入を行ってPウエルインプラ層を形成する。このとき、垂直方向からのイオン注入(イオン注入時のチルト角=0°もしくは7°、ローテーション角=0°)を設定する。これは均一に注入するためである。その後、図11(d)に示すように、ゲート電極3の開口部にサイドウォール20を形成する。このサイドウォール20を用いてゲート電極3の開口部3aから、N型の低濃度不純物拡散領域10を形成すべく、即ち、ソース領域と同型で、かつ、不純物濃度が1桁から2桁低い低濃度不純物拡散層を形成すべく、垂直方向からのイオン注入(チルト角=0°もしくは7°、ローテーション角=0°)を行う。これにより、N−インプラ層が形成される(第1工程)。
Further, as shown in FIG. 11C, ion implantation for forming a shallow channel formation region (indicated by
そして、図12(a)に示すように、熱処理により浅いチャネル形成領域4aとN型低濃度不純物拡散領域10が同じ深さになるまで拡散する(第2工程)。
さらに、サイドウォール20を用いてゲート電極3の開口部3aから、チャネル形成領域4aの下方付近を狙って浅いチャネル形成領域4aの下に深いチャネル形成領域4bを形成するためのイオン注入を高加速で行う。これにより、追加のPインプラ層が形成される(第3工程)。
Then, as shown in FIG. 12A, the shallow
Further, the ion implantation for forming the deep
続いて、図12(b)に示すように、ソース領域5およびドレイン領域9を形成すべくイオン注入し、引き続き、P+コンタクト領域6を形成すべくイオン注入する。その後、所望の拡散深さが得られるように熱処理して、図12(c)に示すように、浅いチャネル形成領域4aと深いチャネル形成領域4bからなるチャネル形成領域4の内方に低濃度不純物拡散領域10を位置させる。
Subsequently, as shown in FIG. 12B, ion implantation is performed to form the
そして、層間膜(BPSGなど)を堆積後、ホトリソにてコンタクトホールを形成し、続く配線形成工程にてソース電極7を形成する。
このような工程を経ることによって、サイドウォール20の幅寸法を調整することにより、チャネル形成領域4と低濃度不純物拡散領域10とで形成されるPN接合部における基板表面でのチャネル形成領域4の不純物濃度を所望の値に調整することができ、濃度プロファイルについての設計自由度を向上させることができる。即ち、サイドウォール20の幅寸法を調整して低濃度不純物拡散領域10の外周端の位置を調整してパンチスルーについての閾値電圧Vtを所望の値に調整することができる。
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態を、第1,2の実施の形態との相違点を中心に説明する。
Then, after depositing an interlayer film (such as BPSG), a contact hole is formed by photolithography, and a
Through such a process, the width dimension of the
(Third embodiment)
Next, the third embodiment will be described focusing on the differences from the first and second embodiments.
図13には本実施形態における半導体装置を示す。
本実施形態においては、第1の実施形態の半導体装置に比べ、トレンチ59をさらに備え、ゲート電極49は、シリコン基板50の上にゲート酸化膜51を介して形成されたプレーナゲート電極52と、トレンチ59の内面にゲート酸化膜60を介して形成されたトレンチゲート電極61とからなる。つまり、ゲート電極49はシリコン基板50の上に加えてトレンチ59の内面においてもゲート酸化膜60を介して形成されている。
FIG. 13 shows a semiconductor device according to this embodiment.
In the present embodiment, as compared with the semiconductor device of the first embodiment, a
以下、詳しく説明する。
第1導電型の半導体基板としてのN型シリコン基板50の主表面50a上にゲート絶縁膜としてのゲート酸化膜51を介してプレーナゲート電極52が形成されている。プレーナゲート電極52は、直線部とコーナー部が形成された開口部52aを有している。
This will be described in detail below.
A
シリコン基板50の表層部においてP型(第2導電型)のチャネル形成領域53が形成されている。チャネル形成領域53は、プレーナゲート電極52の開口部52aからの自己整合的な拡散にて形成されている。
A P-type (second conductivity type)
チャネル形成領域53の内方でのシリコン基板50の表層部においてN型(第1導電型)のソース領域54が形成されている。ソース領域54は、プレーナゲート電極52の開口部52aからの自己整合的な拡散にて形成されている。また、チャネル形成領域53の内方でのシリコン基板50の表層部においてP+コンタクト領域55が形成されている。
An N-type (first conductivity type)
プレーナゲート電極52の開口部52aにおけるシリコン基板50の上面にはソース電極56が配置されている。ソース電極56はソース領域54およびコンタクト領域55と電気的に接続されている。
A
シリコン基板50の主表面50aにおいて、チャネル形成領域53とは離間した位置での表層部にはN+ドレイン領域58が形成されている。チャネル形成領域53とN+ドレイン領域58との間にはLOCOS酸化膜57が形成されている。
On the
シリコン基板50の主表面50aからトレンチ59が掘られている。トレンチ59はその平面形状として長方形をなし、かつ、平面構造としてソース領域54からドレイン領域58に向かう方向においてソース領域54とドレイン領域58との間のチャネル形成領域53を貫通するように形成されている。トレンチ59の内面においてゲート絶縁膜としてのゲート酸化膜60を介してトレンチゲート電極61が形成されている。
A
また、本実施形態においては、チャネル形成領域53の内方かつソース領域54の外方でのシリコン基板50の表層部において低濃度不純物拡散領域10が形成されている。低濃度不純物拡散領域10は、プレーナゲート電極52の開口部52aからの自己整合的な拡散にて形成され、N型(第1導電型)で、かつソース領域54よりも不純物濃度が低い。
In the present embodiment, the low-concentration
LDMOSトランジスタのオン時には、Pチャネル形成領域53におけるプレーナゲート電極52に対向する部位およびトレンチゲート電極61に対向する部位に反転層が形成される。そして、N+ソース領域54(低濃度不純物拡散領域10)から、図中、電流(I)で示すように、Pチャネル形成領域53におけるプレーナゲート電極52に対向する部位(反転層)を通して、N型シリコン基板50を介してN+ドレイン領域58に電流が流れる。また、N+ソース領域54(低濃度不純物拡散領域10)から、図中、電流(II)で示すように、Pチャネル形成領域53におけるトレンチゲート電極61に対向する部位(反転層)を通して、N型シリコン基板50を介してN+ドレイン領域58に電流が流れる。このとき、電流経路は表面から離れた深い部分にまで形成され、そのためオン抵抗を小さくすることができる。このようにして、プレーナゲートとトレンチゲートの両方を利用したLDMOSトランジスタにおいては、プレーナゲートのみのLDMOSトランジスタに比べて、深く電流を流し、かつチャネル密度を向上することでオン抵抗の低減を実現することができる。
When the LDMOS transistor is turned on, an inversion layer is formed at a portion facing the
また、本LDMOSトランジスタにおいても、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10を設けることにより、オン抵抗の上昇を招くことなく耐圧を向上することができる。
(第4の実施の形態)
次に、第4の実施の形態を、第3の実施の形態との相違点を中心に説明する。
Also in this LDMOS transistor, by providing the low-concentration impurity diffusion region (N − region) 10, the breakdown voltage can be improved without increasing the on-resistance.
(Fourth embodiment)
Next, the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the third embodiment.
図14には本実施形態における半導体装置を示す。
トランジスタの構成は図13を用いて説明したのと同様であり、同一符号を付すことにより詳しい説明は省略する。ただし、本実施形態においては、低濃度不純物拡散領域(N−領域)10が形成されておらず、その代わり以下の構造となっている。
FIG. 14 shows a semiconductor device according to this embodiment.
The structure of the transistor is the same as that described with reference to FIG. 13, and detailed description thereof is omitted by attaching the same reference numerals. However, in this embodiment, the low-concentration impurity diffusion region (N − region) 10 is not formed, but instead has the following structure.
本実施形態においてはプレーナゲート電極52の開口部52aとトレンチ59との関係として、平面形状において、プレーナゲート電極52の開口部52aのコーナー部とトレンチ59とが重なっている。
In the present embodiment, as the relationship between the
そして、ゲート電極開口部52aのコーナー部をトレンチ59とオーバーラップさせることにより、チャネル形成領域53を形成する不純物が拡散するときに、トレンチゲート電極61にぶつかることで、拡散の2次元効果による低濃度化を抑制することができる。
Then, by overlapping the corner portion of the
つまり、比較例として図22に示す半導体装置においては、チャネル形成領域53を形成する不純物が拡散するときに、拡散の2次元効果によりゲート電極開口部52aの直線部に比べてコーナー部が低濃度化してしまう。図22ではゲート電極の開口部52aが長方形でありコーナーが90°であったが、図14の本実施形態ではゲート電極の開口部52aを長方形状でなく長辺での両端部を幅広になるような形状とし(コーナーが90°よりも小さな鋭角とし)このコーナー部とトレンチ59とを重ならせている。これにより、コーナー部における2次元効果による低濃度化による不具合を回避することができる。
That is, in the semiconductor device shown in FIG. 22 as a comparative example, when the impurity forming the
このようにして本実施形態ではゲート電極開口部52aのコーナー部においては自己整合的な拡散において横方向には不純物が拡散することができずにゲート電極開口部52aのコーナー部のチャネル濃度(不純物濃度)が高くなり、コーナー部のみパンチスルーについての閾値電圧Vtを高く保つことができる。そのため、オン抵抗に影響するチャネル濃度(不純物濃度)を全体的に下げることができ、結果的にオン抵抗を低減することができる。また、専用のN−層の追加なしで、コーナー部の閾値電圧Vtの低下を抑制できる。
Thus, in the present embodiment, in the corner portion of the
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
プレーナゲート電極52とトレンチゲート電極61とを備えた半導体装置において、平面形状において、プレーナゲート電極52の開口部52aのコーナー部とトレンチ59とを重ならせるようにしたので、ゲート電極開口部52aのコーナー部においてはチャネル形成領域53の自己整合的な拡散において横方向には不純物が拡散することができずにゲート電極開口部52aのコーナー部のチャネル濃度(不純物濃度)が高くなる。よって、従来では、チャネル濃度(不純物濃度)について、ゲート電極開口部のコーナー部は直線部に比べ低下してしまい、素子のパンチスルー耐圧を確保するためには、チャネル形成領域をより濃く設定する必要があり、そのために、素子動作時に大半の電流経路となるゲート電極開口部の直線部のチャネル形成領域を濃くすると、オン抵抗が上がってしまっていたが、本実施形態では、ゲート電極において直線部とコーナー部が形成された開口部を有し、このゲート電極の開口部からの自己整合的な拡散にてチャネル形成領域およびソース領域が形成された、LDMOS構造を有する半導体装置において、オン抵抗の上昇を招くことなく耐圧を向上することができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
In the semiconductor device including the
図14ではトレンチ59の平面形状が長方形であったが、図15に示すように、トレンチ59の平面形状を長方形状でなく長辺での両端部を幅広になるような形状とし、平面形状において、プレーナゲート電極52の開口部52aのコーナー部とトレンチ59とを接するようにしてもよい。
In FIG. 14, the planar shape of the
これまでの説明においてはNチャネルLDMOSであったが、PチャネルLDMOSに適用してもよい。即ち、これまでの説明においては第1導電型をN型とし、第2導電型をP型としたが、これを逆にして第1導電型をP型とし、第2導電型をN型としてもよい。具体的には、ソース領域についてはNチャネルLDMOSの場合にはN+であるが、PチャネルLDMOSの場合にはP+であり、チャネル形成領域についてはNチャネルLDMOSの場合にはP型であるが、PチャネルLDMOSの場合にはN型であり、低濃度不純物拡散領域10についてはNチャネルLDMOSの場合にはN−であるが、PチャネルLDMOSの場合にはP−である。
In the above description, the N-channel LDMOS is used. However, the present invention may be applied to a P-channel LDMOS. That is, in the above description, the first conductivity type is N type and the second conductivity type is P type. However, the first conductivity type is P type and the second conductivity type is N type. Also good. Specifically, the source region is N + in the case of N-channel LDMOS, but is P + in the case of P-channel LDMOS, and the channel formation region is P-type in the case of N-channel LDMOS. However, in the case of P-channel LDMOS, it is N-type, and the low-concentration
1…N型シリコン基板、2…ゲート酸化膜、3…ゲート電極、3a…開口部、4…Pチャネル形成領域、5…N+ソース領域、10…低濃度不純物拡散領域、20…サイドウォール、49…ゲート電極、50…N型シリコン基板、50a…主表面、51…ゲート酸化膜、52…プレーナゲート電極、52a…開口部、53…チャネル形成領域、54…N+ソース領域、59…トレンチ、60…ゲート酸化膜、61…トレンチゲート電極。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
第1導電型の半導体基板(1)の上にゲート絶縁膜(2)を介して形成され、直線部とコーナー部が形成された開口部(3a)を有するゲート電極(3)と、
前記半導体基板(1)の表層部において前記ゲート電極(3)の開口部(3a)からの自己整合的な拡散にて形成された第2導電型のチャネル形成領域(4)と、
前記チャネル形成領域(4)の内方での前記半導体基板(1)の表層部において前記ゲート電極(3)の開口部(3a)からの自己整合的な拡散にて形成された第1導電型のソース領域(5)と、
前記チャネル形成領域(4)の内方かつ前記ソース領域(5)の外方での前記半導体基板(1)の表層部において前記ゲート電極(3)の開口部(3a)からの自己整合的な拡散にて形成され、第1導電型で、かつソース領域(5)よりも不純物濃度が低い低濃度不純物拡散領域(10)と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having an LDMOS structure,
A gate electrode (3) formed on a semiconductor substrate (1) of the first conductivity type via a gate insulating film (2) and having an opening (3a) in which a linear portion and a corner portion are formed;
A second conductivity type channel formation region (4) formed by self-aligned diffusion from the opening (3a) of the gate electrode (3) in the surface layer portion of the semiconductor substrate (1);
First conductivity type formed by self-aligned diffusion from the opening (3a) of the gate electrode (3) in the surface layer portion of the semiconductor substrate (1) inside the channel formation region (4). Source region (5) of
Self-aligned from the opening (3a) of the gate electrode (3) in the surface layer portion of the semiconductor substrate (1) inside the channel formation region (4) and outside the source region (5) A low-concentration impurity diffusion region (10) formed by diffusion, having a first conductivity type, and having an impurity concentration lower than that of the source region (5);
A semiconductor device comprising:
前記ゲート電極(49)は、前記半導体基板(50)の上に加えて、前記トレンチ(59)の内面においてもゲート絶縁膜(60)を介して形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。 A channel between the source region (54) and the drain region (58) in the direction from the source region (54) to the drain region (58) as a planar structure is dug from the main surface (50a) of the semiconductor substrate (50). A trench (59) formed so as to penetrate the formation region (53);
The gate electrode (49) is formed not only on the semiconductor substrate (50) but also on the inner surface of the trench (59) via a gate insulating film (60). The semiconductor device of any one of -4.
前記半導体基板(50)の表層部において前記プレーナゲート電極(52)の開口部(52a)からの自己整合的な拡散にて形成された第2導電型のチャネル形成領域(53)と、
前記チャネル形成領域(53)の内方での前記半導体基板(50)の表層部において前記プレーナゲート電極(52)の開口部(52a)からの自己整合的な拡散にて形成された第1導電型のソース領域(54)と、
前記半導体基板(50)の主表面(50a)から掘られ、その平面構造としてソース領域(54)からドレイン領域(58)に向かう方向においてソース領域(54)とドレイン領域(58)との間のチャネル形成領域(53)を貫通するように形成されたトレンチ(59)と、
前記トレンチ(59)の内面においてゲート絶縁膜(60)を介して形成されたトレンチゲート電極(61)と、
を備えた、LDMOS構造を有する半導体装置であって、
平面形状において、プレーナゲート電極(52)の開口部(52a)のコーナー部と前記トレンチ(59)とを重ならせる、または接するようにしたことを特徴とする半導体装置。 A planar gate electrode (52a) formed on the main surface (50a) of the first conductivity type semiconductor substrate (50) via the gate insulating film (51) and having straight and corner portions (52a). 52),
A second conductivity type channel formation region (53) formed by self-aligned diffusion from the opening (52a) of the planar gate electrode (52) in the surface layer portion of the semiconductor substrate (50);
First conductivity formed by self-aligned diffusion from the opening (52a) of the planar gate electrode (52) in the surface layer portion of the semiconductor substrate (50) inside the channel formation region (53). A source region (54) of the mold;
It is dug from the main surface (50a) of the semiconductor substrate (50) and has a planar structure between the source region (54) and the drain region (58) in the direction from the source region (54) to the drain region (58). A trench (59) formed to penetrate the channel formation region (53);
A trench gate electrode (61) formed on the inner surface of the trench (59) via a gate insulating film (60);
A semiconductor device having an LDMOS structure,
A semiconductor device characterized in that, in a planar shape, a corner portion of an opening (52a) of a planar gate electrode (52) overlaps or is in contact with the trench (59).
前記第1導電型の低濃度不純物拡散領域(10)を形成すべく、ローテーション角を変えた複数回の斜めイオン注入を行ってゲート電極(3)の開口部(3a)での直線部に比べコーナー部へのイオン注入量が少ないイオン注入工程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 according to any one of claims 1 to 5,
Compared with the straight line portion at the opening (3a) of the gate electrode (3) by performing a plurality of oblique ion implantations with different rotation angles in order to form the low-concentration impurity diffusion region (10) of the first conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising an ion implantation step in which an ion implantation amount into a corner portion is small.
ゲート電極(3)の開口部(3a)から、浅いチャネル形成領域(4a)を形成するためのイオン注入を行った後にゲート電極(3)の開口部(3a)にサイドウォール(20)を形成し、このサイドウォール(20)を用いて前記ゲート電極(3)の開口部(3a)から、第1導電型の低濃度不純物拡散領域(10)を形成するためのイオン注入を行う第1工程と、
熱処理により、浅いチャネル形成領域(4a)と第1導電型の低濃度不純物拡散領域(10)が同じ深さになるまで拡散する第2工程と、
前記サイドウォール(20)を用いて前記ゲート電極(3)の開口部(3a)から、前記浅いチャネル形成領域(4a)の下に深いチャネル形成領域(4b)を形成するためのイオン注入を行う第3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 according to any one of claims 1 to 5,
After performing ion implantation for forming a shallow channel formation region (4a) from the opening (3a) of the gate electrode (3), a sidewall (20) is formed in the opening (3a) of the gate electrode (3). The first step of performing ion implantation for forming the first conductivity type low-concentration impurity diffusion region (10) from the opening (3a) of the gate electrode (3) using the sidewall (20). When,
A second step of diffusing until the shallow channel formation region (4a) and the first conductivity type low-concentration impurity diffusion region (10) have the same depth by heat treatment;
Ion implantation for forming a deep channel formation region (4b) under the shallow channel formation region (4a) is performed from the opening (3a) of the gate electrode (3) using the sidewall (20). A third step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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