JP2007207866A - Mos transistor and its fabrication process - Google Patents
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この発明は、LOCOS酸化膜をドレインオフセットに用いたLOCOSオフセット型MOSトランジスタのドレイン構造と、その製造方法に関するものである。 The present invention relates to a drain structure of a LOCOS offset type MOS transistor using a LOCOS oxide film as a drain offset and a manufacturing method thereof.
従来のLOCOS酸化膜をドレインオフセットに用いたLOCOSオフセット型MOSトランジスタのドレイン構造を図2に、製造工程を示す断面図を図4に示す。半導体基板1において、Well領域を形成した後、半導体基板上に厚さ100〜500Å程度の薄い下敷き酸化膜を形成し、その上に500〜2000Å程度の窒化膜を成膜して、LOCOS酸化膜3を形成する領域の窒化膜を選択的に除去することによって、窒化膜パターン10を形成する。次にレジストと窒化膜10をマスクに用いて所望の領域にリンをイオン注入する。同様にレジストと窒化膜10をマスクに用いて所望の領域にボロンをイオン注入する(図4(a)参照)。次に、レジストマスクを除去して1000℃程度の温度でLOCOS酸化膜の形成を行う。LOCOS酸化膜下部でリンをイオン注入した領域はN−領域となり、LOCOSオフセット型NMOSトランジスタのオフセット領域として、また、PMOSトランジスタ領域の素子分離、或いはチャネルストッパとして利用される。一方、ボロンをイオン注入した領域はP−領域となり、NMOSトランジスタ領域の素子分離やチャネルストッパとして、また、LOCOSオフセット型PMOSトランジスタのオフセット領域に利用される。次に、窒化膜パターン10を除去し(図4(b)参照)、アクティブ領域のシリコン表面を清浄にした後、ゲート酸化膜5を形成する。その上部にソース、ドレイン側のLOCOS酸化膜をまたがってポリシリコンからなるゲート電極6を形成する。続いてNMOSトランジスタではリン或いはヒ素を、PMOSトランジスタではBF2等を高濃度にイオン注入してソース、ドレインとなる高濃度領域7を形成する(図4(c)参照)。次に図には示していないが、BPSG膜を成膜してから、ソース、ドレイン、ゲート電極それぞれにコンタクトホールを設けた後、アルミ配線を形成し、それらを覆うようにパッシベーション膜を成膜することにより、LOCOSオフセット型MOSトランジスタと呼ばれる半導体装置が完成する。この構造ではN−或いはP−の低濃度拡散領域の濃度が薄い場合に、オフセット領域の低濃度拡散領域2とソース、ドレインの高濃度拡散領域7の連接が不完全になりうるという問題があった。そのため、いくつかの対策がこれまでも考案されてきた。例えば、特許文献1のようにLOCOSのバーズビークの発生を抑制したり、或いは、特許文献2のようにLOCOSの形状に工夫を凝らしたりすることで低濃度拡散領域と高濃度拡散領域の連結を確実にする方法が考案されている。
まず、N型トランジスタについて述べる。前述のように、LOCOSオフセット型NMOSトランジスタのオフセット領域の低濃度拡散領域(N−領域)2とドレインの高濃度拡散領域(N+領域)7の連接が不完全になる場合がある。この場合に生じる課題は、N+領域7の下部エッジの接合部8がN−領域2で覆われていない場合に、この接合部8でN+とPwellの間の接合耐圧が不足すること、N+とN−領域が完全に分離している場合はMOSトランジスタがONしないこと、である。また、バーズビークは窒化膜パターン10の端から窒化膜パターンの内部方向に出来るものであるから、N−領域形成のための不純物はこのバーズビーク下部にドープされていない。よって、バーズビーク下部のN−領域は、不純物の熱拡散によって形成されるため、他のN−領域に較べて不純物濃度が薄くなっている。そのため、N−領域2とN+領域7の連接が完全であっても、LOCOSのドレイン側バーズビーク下部9におけるN−領域2の不純物濃度が薄いことによる寄生抵抗の増大のために、MOSトランジスタの駆動能力が低下するという課題がある。また、N−濃度を濃くすることでN+とN−領域の連接は確実にすることができ、寄生抵抗の低減もはかれるが、N−領域を濃くするとMOSトランジスタの耐圧が低下するため、耐圧で決まる濃度以上に濃くすることはできない。このように、オフセット型MOSトランジスタにおいて、耐圧を下げずに、高駆動能力で安定した特性をもたせることは難しい。以上、N型トランジスタについて述べてきたがP型トランジスタでも同様である。そこで、本発明では、高耐圧を確保し、且つ高駆動能力で安定した特性をもつLOCOSオフセット型MOSトランジスタの提供を目的とする。
First, an N-type transistor will be described. As described above, the connection between the low concentration diffusion region (N− region) 2 in the offset region of the LOCOS offset NMOS transistor and the high concentration diffusion region (N + region) 7 in the drain may be incomplete. The problem that arises in this case is that when the
本発明では、MOS型半導体装置に用いられるMOSトランジスタの高耐圧ドレイン構造のうちLOCOS酸化膜をドレインオフセットに用いたLOCOSオフセット型MOSトランジスタにおいて、オフセット領域には濃度1×1016 〜1×1018 atoms/cm3の低濃度拡散領域、ドレイン領域には高濃度拡散領域を配置し、さらに、高濃度ドレイン領域を囲んでオフセットに用いるLOCOSのドレイン領域側のバーズビーク下部まで達する濃度が低濃度拡散領域の2〜100倍である中濃度拡散領域を配置したMOS型半導体装置の高耐圧ドレイン構造を採用することで、前記の課題を解決する。 In the present invention, in the LOCOS offset type MOS transistor using the LOCOS oxide film for the drain offset in the high breakdown voltage drain structure of the MOS transistor used in the MOS type semiconductor device, the concentration in the offset region is 1 × 10 16 to 1 × 10 18. A low-concentration diffusion region of atoms / cm 3 is arranged in the low-concentration diffusion region and the drain region, and the concentration reaching the lower part of the bird's beak on the drain region side of the LOCOS used for offset surrounding the high-concentration drain region By adopting the high breakdown voltage drain structure of the MOS type semiconductor device in which the medium concentration diffusion region which is 2 to 100 times as large as the above is adopted, the above problem is solved.
本発明により、高耐圧を確保し、且つ駆動能力の高い安定した特性をもつLOCOSオフセット型MOSトランジスタが得られる。以下、図1、2に沿って詳しく説明する。高濃度拡散領域7は同伝導型の中濃度拡散領域4で完全に覆われているため、高濃度拡散領域下部エッジの接合部8における接合耐圧の問題は無くなる。高濃度拡散領域7と低濃度拡散領域2が完全に離れてしまっても中濃度拡散領域4で連接されるため、MOSトランジスタがONしないという問題は無くなる。LOCOS酸化膜3のドレイン側バーズビーク下部9において低濃度拡散領域2の不純物濃度が薄いことによる寄生抵抗の増大は、領域9を中濃度拡散領域4が覆っているため低抵抗化が実現し、MOSトランジスタの高駆動能力化が図れる。また、中濃度拡散領域4はLOCOS酸化膜3に対してセルフアラインでインプラし、熱処理による拡散で低濃度拡散領域2と充分にオーバーラップさせるため、プロセスのばらつきに対して強く、安定した特性が得られる。また、中濃度拡散領域4はLOCOS酸化膜3のドレイン側バーズビーク下部9までしか拡散させないため、MOSトランジスタの耐圧、例えばソース・ドレイン間耐圧、表面ブレークダウン等の低下は起きない。
According to the present invention, it is possible to obtain a LOCOS offset type MOS transistor having a high breakdown voltage and a stable characteristic with high driving capability. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIGS. Since the high-
以下に本発明を実施するための最良の形態を、図1を用いて説明する。半導体基板1上に厚さ0.3〜1.0um程度のLOCOS酸化膜3を形成する。このLOCOS酸化膜はトランジスタのドレインオフセット領域や素子分離領域として利用される。ドレインオフセット領域となるLOCOS酸化膜3の下には、MOSトランジスタのオフセット領域に利用されるドレインと同伝導型で不純物濃度1×1016 〜1×1018 atoms/cm3程度の低濃度拡散領域2を形成する。この領域2は電界を緩和してMOSトランジスタの耐圧を上げるために配置される。ドレインには高濃度拡散領域7を形成し、この高濃度拡散領域7を囲むように、ドレインと同伝導型の不純物濃度1×1017 〜1×1019 atoms/cm3 程度の中濃度拡散領域4を形成する。この中濃度拡散領域はLOCOS酸化膜3のドレイン側バーズビーク下部まで延びており、低濃度拡散領域2と充分にオーバーラップしている。ゲート電極6はLOCOS酸化膜3とオーバーラップするように形成しMOSトランジスタのON/OFFが確実に行えるようにする。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to FIG. A
本実施例を図1、図3に沿って説明する。半導体基盤上に厚さ100〜500Å程度の薄い下敷き酸化膜を形成し、その上に500〜2000Å程度の窒化膜を成膜して、LOCOS酸化膜を形成したい領域の窒化膜を選択的に除去することによって、窒化膜パターン10を形成する。次に、この窒化膜パターン10とレジストパターンをマスクに用いて、不純物をドープし、濃度が1×1016 〜5×1017 atoms/cm3くらいの低濃度拡散領域2を形成する。次にレジストマスクを除去(図3(a)参照)し、温度800〜1100℃程度で厚さ0.3〜1.0umくらいのLOCOS酸化膜3を形成した後、窒化膜を除去する(図3(b)参照)。次に、レジストマスクとLOCOS酸化膜をマスクに用いてドレイン領域に不純物をドープし、濃度が低濃度拡散領域の2〜100倍である中濃度拡散領域4を形成する(図3(c)参照)。この中濃度拡散領域4をLOCOS酸化膜3のバーズビーク下部まで熱拡散させる。次にアクティブ領域のシリコン表面を清浄にした後、ゲート酸化膜5を形成する(図3(d)参照)。ゲート酸化膜の厚さは所望するMOSトランジスタの動作電圧帯に応じて決める。次に厚さ2000〜5000Åくらいのポリシリコン膜を成膜して、ゲート電極として用いることができるように整形する。次に、高濃度拡散領域7を形成するために、ドレイン領域に不純物を高濃度にドープする(図3(e)参照)。これらの上に層間絶縁膜を成膜して、ソース、ドレイン、ゲート電極にコンタクトホールを設け、メタル膜を成膜する。次にメタル膜をパターニングした後その上にパッシベーション膜を成膜する。以上によって、高耐圧を確保し、高駆動能力で安定した特性をもつLOCOSオフセット型MOSトランジスタが得られる。
This embodiment will be described with reference to FIGS. A thin oxide film with a thickness of about 100 to 500 mm is formed on the semiconductor substrate, and a nitride film with a thickness of about 500 to 2000 mm is formed thereon, and the nitride film in the region where the LOCOS oxide film is to be formed is selectively removed. Thus, the
中濃度拡散領域4をLOCOS酸化膜3のバーズビーク下にまで拡散させるための専用の熱処理を行わず、ゲート酸化やBPSG Densify等の他の熱行程を利用して拡散させる方法も可能である。
A method of diffusing by using other thermal processes such as gate oxidation or BPSG Densify is also possible without performing a dedicated heat treatment for diffusing the intermediate
中濃度拡散領域4形成のための不純物ドープは、LOCOS酸化膜3をマスクに用いることに特徴がある。よって、中濃度拡散領域4形成のための不純物ドープは、LOCOS酸化膜3形成直後でなくても良く、もっと後の工程で行なうことも可能である。
Impurity doping for forming the
中濃度拡散領域4と高濃度拡散領域7には異なる不純物種を用い、不純物の拡散速度の違いを利用して、中濃度拡散領域4と高濃度拡散領域7をつくり分ける方法も可能である。
A method is also possible in which different impurity species are used for the intermediate
中濃度拡散領域の形成において、LOCOS酸化膜の本来の厚さの領域は突き抜けないが、バーズビーク領域は突き抜ける加速エネルギーで不純物のイオン注入を行うことによって、熱拡散に頼らず、ドレイン側のバーズビーク下部まで達する中濃度拡散領域を形成することも可能である。 In the formation of the medium-concentration diffusion region, the original thickness region of the LOCOS oxide film does not penetrate, but the bird's beak region does not rely on thermal diffusion by performing ion implantation of impurities with the penetrating acceleration energy. It is also possible to form a medium concentration diffusion region that reaches the maximum.
1 半導体基盤
2 低濃度拡散領域(N−領域、P−領域)
3 LOCOS酸化膜
4 中濃度拡散領域(N±領域、P±領域)
5 ゲート酸化膜
6 ポリシリコンゲート電極
7 高濃度拡散領域(N+領域、P+領域)
8 高濃度領域下部エッジの接合部
9 LOCOSのドレイン側バーズビーク下部
10 窒化膜パターン
3
5 Gate oxide film 6
8 Junction at lower edge of
Claims (3)
中濃度拡散領域を形成するために前記不純物をオフセットに用いるLOCOSの前記ドレイン領域側のバーズビーク下部まで拡散させる工程とを特徴とするMOSトランジスタの製造方法。 A step of doping impurities into the drain region with a concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 using the LOCOS oxide film as a mask;
And a step of diffusing the impurity to a lower part of a bird's beak on the drain region side of LOCOS used as an offset in order to form an intermediate concentration diffusion region.
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