JP2008147372A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に電圧検出器(Voltage Detector)、定電圧レギュレータ(Voltage Regulator)あるいはスイッチングレギュレータ(Switching Regulator)などのパワーマネージメント半導体装置の、CMOSにおいて、ソース高濃度拡散層からのリーク電流を低減あるいは抑止させる製造方法に関する。 The present invention reduces the leakage current from the source high-concentration diffusion layer in a CMOS of a power management semiconductor device such as a voltage detector, a constant voltage regulator, or a switching regulator. The present invention relates to a manufacturing method to be suppressed.
上述の半導体装置においてドレイン低濃度拡散層にロコスを有する、ロコスオフセットドレイン型MOSトランジスタの従来の製造方法技術について、図3を基に説明する。 A conventional manufacturing technique of a LOCOS offset drain type MOS transistor having a LOCOS in the drain low concentration diffusion layer in the semiconductor device described above will be described with reference to FIG.
図3は従来技術の半導体装置の製造方法を示す工程順模式的断面図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of steps showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
図3(A)において、P型半導体基板14、例えばホウ素を添加した抵抗率20Ωcm〜30Ωcmの不純物濃度の半導体基板に、ドレイン低濃度拡散層を形成するため、例えばリンを1×1012atoms/cm2から1×1013atoms/cm2のドーズ量でイオン注入し、1000〜1200℃で数時間熱酸化することによりドレイン低濃度拡散層16を形成し、同時にLOCOS法により酸化膜15を形成する。ここでは、例えば酸化膜厚500nm〜1μmの酸化膜に熱酸化成長させる。その後MOSトランジスタを形成させる領域の酸化膜15を除去し、ゲート絶縁膜17、例えば膜厚数百〜数千Åの熱酸化膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜17上に多結晶シリコンゲート膜18を好ましくは、膜厚が100nm〜500nmとなるように堆積し、プリデポあるいはイオン注入法により不純物を導入する。その後、図3(B)に示すように、レジスト膜19でゲート電極とするためのゲート絶縁膜17および多結晶シリコンゲート膜18のパターニングを行う。次に、図3(C)に示すように、ゲート電極の形状を用いて自己整合によりソース高濃度拡散層およびドレイン拡散層を形成するための不純物添加を行う。例えばヒ素を1×1015atoms/cm2から1×1016atoms/cm2のドーズ量でイオン注入する。続いて、図3(D)に示すように、800℃〜1000℃で数時間熱処理することで、ドレイン高濃度拡散層20およびソース高濃度拡散層21を形成させる。
3A, in order to form a drain low concentration diffusion layer on a P-
上述は、特許文献1を参照にして、パワーマネージメント半導体装置の中でもロコスオフセットドレイン型MOSトランジスタのCMOSの製造方法例を示したが、その一方で、高駆動電流および高温度における使用状態でソース高濃度拡散層と基板間あるいはソース高濃度拡散層とドレイン高濃度拡散層間でのリーク電流の抑止による低消費電流化は問題視されてきた。
上記の従来の製造方法による半導体装置において、高温度状態での使用、つまりは外部起因の強い影響によってMOSトランジスタの性能上、ソース高濃度拡散層と基板間あるいはソース高濃度拡散層とドレイン高濃度拡散層間でのリーク電流が生じてしまう場合があり、高温度環境での低消費電流化は困難であった。 In the semiconductor device according to the above-described conventional manufacturing method, due to the use in a high temperature state, that is, due to the strong influence from the outside, on the performance of the MOS transistor, between the source high concentration diffusion layer and the substrate or between the source high concentration diffusion layer and the drain high concentration. Leakage current between the diffusion layers may occur, and it is difficult to reduce current consumption in a high temperature environment.
本発明は以上のような点に着目してなされたもので、本発明は高温環境でもリーク電流の少ない半導体装置の製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above points, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device with little leakage current even in a high temperature environment.
上記課題を解決するために、本発明は次の手段を用いた。
(1)半導体基板内の領域において第一導電型のドレイン低濃度拡散層を形成する工程と、前記ドレイン低濃度拡散層の形成と同時に前記ドレイン低濃度拡散層の上部に厚膜酸化膜を形成する工程と、次いで、ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上に多結晶シリコンゲートを形成する工程と、前記多結晶シリコンゲートを介してソース高濃度拡散層およびドレイン高濃度拡散層を形成する工程からなるMOSトランジスタの製造方法において、前記ソース高濃度拡散層およびドレイン高濃度拡散層を形成する工程は、不純物濃度を1×1016atoms/cm2から1×1017atoms/cm2でイオン注入を行う工程を含む半導体装置の製造方法とした。
(2)前記MOSトランジスタはNMOSトランジスタであるの半導体装置の製造方法とした。
(3)前記MOSトランジスタはPMOSトランジスタである半導体装置の製造方法とした。
(4)前記領域は前記半導体基板と逆導電型の領域である請求項1記載の半導体装置の製造方法とした。
(5)前記NMOSトランジスタ領域のソース高濃度拡散層およびドレイン高濃度拡散層のイオン注入の不純物はヒ素であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法とした。
(6)前記PMOSトランジスタ領域のソース高濃度拡散層およびドレイン高濃度拡散層のイオン注入の不純物は二フッ化ホウ素であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法とした。
In order to solve the above problems, the present invention uses the following means.
(1) A step of forming a drain low concentration diffusion layer of a first conductivity type in a region in a semiconductor substrate, and a thick oxide film on the drain low concentration diffusion layer simultaneously with the formation of the drain low concentration diffusion layer A step of forming a gate insulating film, a step of forming a polycrystalline silicon gate on the gate insulating film, and a source high-concentration diffusion layer and a drain high-concentration diffusion through the polycrystalline silicon gate. In the method of manufacturing a MOS transistor comprising a step of forming a layer, the step of forming the high-concentration source diffusion layer and the high-concentration drain diffusion layer includes an impurity concentration of 1 × 10 16 atoms / cm 2 to 1 × 10 17 atoms / A method of manufacturing a semiconductor device including a step of performing ion implantation at cm 2 was adopted.
(2) The semiconductor device manufacturing method is such that the MOS transistor is an NMOS transistor.
(3) The manufacturing method of a semiconductor device in which the MOS transistor is a PMOS transistor.
(4) The method according to claim 1, wherein the region is a region having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate.
(5) The semiconductor device manufacturing method according to
(6) The semiconductor device manufacturing method according to
上述したように、本発明は、CMOSを含むパワーマネージメント半導体装置の製造方法において、ソース高濃度拡散層およびドレイン高濃度拡散層を高濃度化することで、高温環境での使用でもソース高濃度拡散層と基板間あるいはソース高濃度拡散層とドレイン高濃度拡散層間でのリーク電流の低減あるいは抑止を可能とする。 As described above, according to the present invention, in a method for manufacturing a power management semiconductor device including a CMOS, a source high concentration diffusion layer and a drain high concentration diffusion layer are highly concentrated, so that the source high concentration diffusion can be used even in a high temperature environment. Leakage current between the layer and the substrate or between the source high concentration diffusion layer and the drain high concentration diffusion layer can be reduced or suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明に係る半導体装置の製造方法の第一の実施例を示す模式的断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
図1ではCMOSのNMOSトランジスタを例にとって以下述べる。図1(A)において、P型半導体基板1、例えばホウ素を添加した抵抗率20Ωcm〜30Ωcmの不純物濃度の半導体基板に、酸化膜2、例えば膜厚数百Åの熱酸化膜を形成した後、窒化膜3を例えば膜厚数千Åに堆積する。ここで、例えばPMOSの場合は、酸化膜2の形成前にNwellを形成しておく。例えばリンを1×1012atoms/cm2から1×1013atoms/cm2のドーズ量でイオン注入をした後、900℃〜1000℃数時間熱拡散することでWell拡散層を形成させる。
In FIG. 1, a CMOS NMOS transistor will be described below as an example. In FIG. 1A, after forming an
次に、図1(B)に示すように、レジスト膜4でパターニングを行ってドレイン低濃度拡散層を形成するための窒化膜の除去を行う。この窒化膜はその後の工程のLOCOS法による酸化膜形成に用いる。基板の導電型は本発明の本質とは関係ない。 Next, as shown in FIG. 1B, patterning is performed on the resist film 4 to remove the nitride film for forming the drain low concentration diffusion layer. This nitride film is used for forming an oxide film by the LOCOS method in the subsequent process. The conductivity type of the substrate is not related to the essence of the present invention.
続いて、図1(C)に示すように、レジスト膜5を、レジスト膜4を保持したままパターニングを行い、ドレイン低濃度拡散層を形成するための不純物添加を行う。例えばリンを1×1012atoms/cm2から1×1013atoms/cm2のドーズ量でイオン注入をする。ここでPMOSの場合は、例えばホウ素でイオン注入をする。 Subsequently, as shown in FIG. 1C, the resist film 5 is patterned while holding the resist film 4, and an impurity is added to form a drain low concentration diffusion layer. For example, phosphorus is ion-implanted at a dose of 1 × 10 12 atoms / cm 2 to 1 × 10 13 atoms / cm 2 . Here, in the case of PMOS, ion implantation is performed using, for example, boron.
その後、図1(D)に示すように、レジスト膜4およびレジスト膜5を除去した後、引き続き、LOCOS法により酸化膜を形成する。ここでは、1000〜1200℃で数時間熱酸化することにより、例えば酸化膜厚500nm〜1μmの酸化膜に熱酸化成長させ、同時にドレイン低濃度拡散層6を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, after the resist film 4 and the resist film 5 are removed, an oxide film is subsequently formed by the LOCOS method. Here, by performing thermal oxidation at 1000 to 1200 ° C. for several hours, for example, thermal oxidation growth is performed on an oxide film having an oxide film thickness of 500 nm to 1 μm, and at the same time, the drain low
続いて、図1(E)に示すように、窒化膜3および酸化膜2を除去した後、ゲート絶縁膜7、例えば膜厚数百〜数千Åの熱酸化膜を形成する。引き続いて、ゲート絶縁膜7上に多結晶シリコンゲート膜8を好ましくは、膜厚は100nm〜500nm堆積し、プリデポジションあるいはイオン注入法により不純物を導入する。その後、図1(F)に示すように、レジスト膜9でゲート電極とするためのゲート絶縁膜7および多結晶シリコンゲート膜8のパターニングを行う。
Subsequently, as shown in FIG. 1E, after the
次に、図1(G)に示すように、レジスト膜10でソース高濃度拡散層を形成するためのパターニングを行う。これにソース高濃度拡散層とするための不純物添加を行う。例えばヒ素を1×1016atoms/cm2から1×1017atoms/cm2の比較的高ドーズ量でイオン注入をする。ここで、PMOSの場合は、二フッ化ホウ素でイオン注入をするのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1G, patterning is performed to form a source high-concentration diffusion layer with the
続いて、レジスト膜10を除去した後、図1(H)に示すように、レジスト膜11でドレイン高濃度拡散層を形成するためのパターニングを行う。これにドレイン高濃度拡散層とするための不純物添加を行う。例えば、ヒ素を1×1016atoms/cm2から1×1017atoms/cm2のドーズ量でイオン注入をする。ここでPMOSの場合は、二フッ化ホウ素でイオン注入をするのが好ましい。
Subsequently, after removing the
ここでレジスト膜11を剥離すると、図1(I)に示すように、多結晶シリコンゲート膜8を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの形態が整う。その後、図1(J)に示すように、800℃〜1000℃で数時間熱処理することで、ドレイン高濃度拡散層12およびソース高濃度拡散層13を形成させる。これまでの、酸化膜2、ゲート絶縁膜7あるいは多結晶シリコンゲート膜8を形成する熱酸化方法および堆積方法を変化させることで、図1(A)〜(J)の実施例に示す構造以外にも、高耐圧絶縁ゲート型電界効果トランジスタに適用できる。
Here, when the resist
次に、実施例について、図2を基に説明する。 Next, an Example is described based on FIG.
図2は、図1(A)から(J)に示した本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例の模式的断面図における、図1(J)に示した完成形態のソース高濃度拡散層からドレイン高濃度拡散層までの半導体エネルギーバンド図を示したものである。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the first embodiment of the method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention shown in FIGS. 1A to 1J, and shows the source height of the completed form shown in FIG. The semiconductor energy band figure from a concentration diffusion layer to a drain high concentration diffusion layer is shown.
図2(A)において、例えば、ソース高濃度拡散層22、P型半導体基板23、ドレイン低濃度拡散層24およびドレイン高濃度拡散層25の半導体エネルギーバンド図とすると、接合における熱平衡状態を示している。ここで、伝導帯下端のエネルギー26、フェルミ準位27、真性フェルミ準位28および価電子帯上端のエネルギー29を図の解釈のために用いた。これらは、本発明の本質とは関係ない。
In FIG. 2A, for example, a semiconductor energy band diagram of the source high-
続いて、通常動作をさせた場合、実施例の図1(J)において、多結晶シリコンゲート膜およびドレイン高濃度拡散層に正電圧を印加し、ソース高濃度拡散層は接地電圧とすると、図2(B)に示すような半導体エネルギーバンド図になり、ソース高濃度拡散層22から、ドレイン高濃度拡散層25にキャリアが移動することで電流が流れる。いわゆる半導体装置の動作状態である。
Subsequently, when normal operation is performed, in FIG. 1J of the embodiment, when a positive voltage is applied to the polycrystalline silicon gate film and the drain high concentration diffusion layer and the source high concentration diffusion layer is set to the ground voltage, A semiconductor energy band diagram as shown in FIG. 2B is obtained, and current flows as carriers move from the source high
次に、本発明が解決しようとする課題の状態を図2(C)に示す。従来の半導体装置の製造方法では、半導体装置の使用環境が高温度状態に際して、半導体装置が非動作状態にもかかわらず、ソース高濃度拡散層-基板間あるいは、ソース高濃度拡散層-ドレイン高濃度拡散層間でのリーク電流が生じてしまう場合があった。それは、例えば図2(C)に示すように、P型半導体基板23が、使用環境の昇温など、外部起因の強い影響によって、半導体の一般的な物理特性である、少数キャリアの増加が発現し、真性半導体に近い導電型に変動してしまうからである。よって、エネルギーとしての障壁の高さが緩和され、しいては、ソース高濃度拡散層22とP型半導体23との間、あるいはソース高濃度拡散層22とドレイン高濃度拡散層25との間で非動作状態にもかかわらず、リーク電流を発生させてしまう。
Next, FIG. 2C shows the state of the problem to be solved by the present invention. In the conventional semiconductor device manufacturing method, when the semiconductor device is used in a high temperature state, the source device high-concentration diffusion layer and the substrate or between the source high-concentration diffusion layer and the drain high concentration even though the semiconductor device is not operating. In some cases, leakage current occurs between the diffusion layers. For example, as shown in FIG. 2C, the P-
そこで、本発明が解決するために用いた、ソース高濃度拡散層22あるいはドレイン高濃度拡散層25の不純物濃度を増加させる手段では、図2(D)に示すように、ソース高濃度拡散層22あるいはドレイン高濃度拡散層25を高濃度化させることで、P型半導体基板23のエネルギーとしての障壁を高くさせ、非動作状態においても使用環境の昇温によるソース高濃度拡散層22とP型半導体基板23との間、あるいはソース高濃度拡散層22とドレイン高濃度拡散層25との間でのリーク電流の発生を抑制するものである。
Therefore, in the means for increasing the impurity concentration of the source high
以上はNMOSの場合であるが、PMOSの場合も同様の理由により、リーク電流の発生を抑制することができる。 The above is the case of NMOS, but in the case of PMOS, the occurrence of leakage current can be suppressed for the same reason.
1 P型半導体基板
2 酸化膜
3 窒化膜
4 レジスト膜
5 レジスト膜
6 ドレイン低濃度拡散層
7 ゲート絶縁膜
8 多結晶シリコンゲート
9 レジスト膜
10 レジスト膜
11 レジスト膜
12 ドレイン高濃度拡散層
13 ソース高濃度拡散層
14 P型半導体基板
15 酸化膜
16 ドレイン低濃度拡散層
17 ゲート絶縁膜
18 多結晶シリコンゲート
19 レジスト膜
20 ドレイン高濃度拡散層
21 ソース高濃度拡散層
22 ソース高濃度拡散層
23 P型半導体基板
24 ドレイン低濃度拡散層
25 ドレイン高濃度拡散層
26 伝導帯下端のエネルギー
27 フェルミ準位
28 真性フェルミ準位
29 価電子帯上端のエネルギー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P
Claims (6)
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