JP2009044036A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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圭一 吉住
Hiroyuki Takashino
裕行 高篠
Keiichi Maekawa
径一 前川
Hideki Yasuoka
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Abstract

【課題】10V以上のリード破壊耐圧を有する高耐圧回路を備えた半導体装置を実現することのできる技術を提供する。
【解決手段】18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMIS4のソースを構成するn型半導体領域7およびドレインを構成するn型半導体領域7をそれぞれ囲んで、p型第1ウェル3にn型第2ウェル8を形成し、ソースを構成するn型半導体領域7を囲むn型第2ウェル8とドレインを構成するn型半導体領域7を囲むn型第2ウェル8との間にp型チャネルストッパ層13を形成し、n型第2ウェル8とp型第1ウェル3との界面より深く、p型第1ウェル3と基板2との界面より浅い領域に、p型第1ウェル3またはp型チャネルストッパ層13よりも不純物濃度の高いp型埋め込み層16を形成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、液晶ディスプレイ(以下、LCD(liquid crystal display)と記す)の駆動用集積回路などに用いられる半導体装置およびその製造に適用して有効な技術に関するものである。
例えば、n型分離領域によって、基板と電気的に分離されたp型ウェルに、35V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISを形成し、一対のn型半導体領域からなるソース・ドレインを囲むn型ウェルとn型分離領域との間のp型ウェルにp型埋め込み層を形成することにより、ソース・ドレインを囲むn型ウェルからの空乏層の広がりを抑える技術が特開2007−17200号公報(特許文献1)に開示されている。
特開2007−17200号公報
LCDドライバには、例えば10V以上の破壊耐圧を有する高耐圧駆動回路が使用されている。この高耐圧駆動回路は相補型電界効果トランジスタ(Complementary Metal oxide Semiconductor Field Effect Transistor:CMOSFET)で構成されており、例えばnチャネル型電界効果トランジスタをp型ウェルに形成し、pチャネル型電界効果トランジスタをn型ウェルに形成して、互いのウェル電位を分離することにより、CMOSFETの高耐圧化を実現している。さらに、CMOSFETの高耐圧化のため、nチャネル型電界効果トランジスタでは、n型ソース・ドレインをこのn型ソース・ドレインよりも不純物濃度の低いn型オフセット層で囲み、このn型オフセット層の平面横方向の周辺にp型ガードリングを設けている。同様に、pチャネル型電界効果トランジスタでは、p型ソース・ドレインをこのp型ソース・ドレインよりも不純物濃度の低いp型オフセット層で囲み、このp型オフセット層の平面横方向の周辺にn型ガードリングを設けている。
ところで、LCDドライバを搭載する半導体チップのサイズ縮小に伴い、高耐圧駆動回路を構成するCMOSFETのサイズ縮小も要求されている。そこで、本発明者らは、例えばこれまで使用していた2〜3.5μmのゲート長を1.6μm(Vd(ドレイン電圧)=18VおよびVg(ゲート電圧)=18V)とする高耐圧用のCMOSFETの検討を行った。
しかし、高耐圧用のCMOSFETにおいても、ゲート長を単に短くするだけでは、短チャネル効果によりソースとドレインとの間でパンチスルーが生じ、特に、nチャネル型電界効果トランジスタにおいて、この短チャネル効果が顕著に現れることが明らかとなった。そこで、本発明者らは、短チャネル効果を抑制するため、さらに、n型ソースを囲むn型オフセット層とn型ドレインを囲むn型オフセット層との間のチャネル領域に、n型オフセット層と同程度の不純物濃度(例えば1017cm−3程度)を有するp型チャネルストッパ層を形成したnチャネル型電界効果トランジスタの検討を行った。
しかし、このnチャネル型電界効果トランジスタでは、リード破壊耐圧が劣化するという新たな問題が生じた。すなわち、図47に示すように、半導体基板51に形成されたp型ウェル52内に、n型ソース53sおよびこれを囲むn型オフセット層54sと、n型ドレイン53dおよびこれを囲むn型オフセット層54dとを形成し、これらの間のチャネル領域にp型チャネルストッパ層55を形成した。しかし、n型ドレイン53dを囲むn型オフセット層54dとp型チャネルストッパ層55との界面での電界が強くなるため、この界面近傍でキャリアが発生して、その一部がp型ウェル52からn型ソース53sを囲むn型オフセット層54sへ流れ込んでしまう。その際、p型ウェル52の抵抗が大きいとその両端であるn型ソース53sを囲むn型オフセット層54sとn型ドレイン53dを囲むn型オフセット層54dとの間に電圧差が生じて寄生バイポーラトランジスタが動作し、電流集中によるトリガが発生することにより、ゲート電極56とn型ドレイン53dを囲むn型オフセット層54dとの間の耐圧が低下してしまう。このため、ゲート長が1.6μmのCMOSFETでは10V以上のリード破壊耐圧を得ることが難しく、未だ実用化には至っていない。
本発明の目的は、10V以上のリード破壊耐圧を有する高耐圧回路を備えた半導体装置を実現することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明による半導体装置は、基板の主面に形成されたp型第1ウェルに、一対のn型半導体領域からなるn型ソース・ドレインを備えたnチャネル型電界効果トランジスタを含み、ソースを構成するn型半導体領域およびドレインを構成するn型半導体領域をそれぞれ囲んで、p型第1ウェル内に形成されたn型第2ウェルと、ソースを構成するn型半導体領域を囲むn型第2ウェルとドレインを構成するn型半導体領域を囲むn型第2ウェルとの間に形成されたp型チャネルストッパ層と、n型第2ウェルとp型第1ウェルとの界面より深く、p型第1ウェルと基板との界面より浅い領域に形成され、p型第1ウェルまたはp型チャネルストッパ層よりも不純物濃度の高いp型埋め込み層とを有するものである。
本発明による半導体装置の製造方法は、基板の主面にnチャネル型電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、基板の主面の素子分離領域に絶縁膜からなる素子分離を形成する工程と、基板の主面にp型不純物をイオン注入することにより、p型第1ウェルを形成する工程と、基板の主面にp型不純物をイオン注入することにより、p型第1ウェルのチャネル領域にp型チャネルストッパ層を形成し、p型第1ウェルの素子分離の下およびp型第1ウェルのガードバンド領域にp型第3の1ウェルを形成する工程と、基板の主面にp型不純物をイオン注入することにより、p型第1ウェルの素子分離の下およびp型第1ウェルのガードバンド領域にp型第3の2ウェルを形成する工程と、基板の主面にn型不純物をイオン注入することにより、p型第1ウェルのソース・ドレイン領域にn型第2ウェルを形成する工程と、基板の主面にp型不純物をイオン注入することにより、p型第1ウェルの素子分離の下およびp型第1ウェルのガードバンド領域にp型第3の3ウェルを形成する工程と、基板の主面にp型不純物をイオン注入することにより、n型第2ウェルとp型第1ウェルとの界面より深く、p型第1ウェルと基板との界面より浅い領域にp型埋め込み層を形成する工程と、基板の主面にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程と、基板の主面にn型不純物をイオン注入することにより、n型第2ウェルにソース・ドレインを構成するn型半導体領域を形成する工程とを有するものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
10V以上のリード破壊耐圧を有する高耐圧回路を備えた半導体装置を実現することができる。
本実施の形態においては、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す。また、本実施の形態においては、電界効果トランジスタを代表するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をMISと略し、nチャネル型のMISFETをnMISと略し、pチャネル型のMISFETをpMISと略す。また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の一実施の形態によるLCDドライバを構成する18V系高耐圧駆動回路(Vd=18V、Vg=18V、ゲート長=1.6μm)の一例を図1に示すCMOSFETの要部断面図を用いて説明する。
18V系高耐圧駆動回路1HVは、p型の単結晶シリコンからなる基板2の主面に形成されている。18V系高耐圧駆動回路1HVは、p型第1ウェル3に形成された高耐圧用nMIS4とn型第1ウェル5に形成された高耐圧用pMIS6とから構成される。
18V系高耐圧駆動回路1HVを構成する高耐圧用nMIS4は、p型第1ウェル3に形成された一対のn型半導体領域7からなるn型ソース・ドレインを有しており、このn型ソース・ドレインはn型第2ウェル8でそれぞれ囲まれている。また、本実施の形態では、便宜上、n型半導体領域7を高耐圧用nMIS4のn型ソース・ドレインと記載するが、実際にはn型第2ウェル8も高耐圧用nMIS4のn型ソース・ドレインとして機能している。すなわち、18V系高耐圧駆動回路1HV形成領域に形成されたn型第2ウェル8は、高耐圧用nMIS4のn型ソース・ドレインの一部として機能する。また、n型第2ウェル8はn型半導体領域7よりも低濃度の領域であり、高耐圧用nMIS4のゲート電極12の下まで伸びて形成されている。
n型ソース・ドレイン間の基板2の表面上には、例えば酸化シリコン膜からなる厚さ45nmのゲート絶縁膜11が設けられ、さらにその上には導電材料からなる厚さ200nmのゲート電極12が設けられている。上記導電材料は、例えば多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド膜からなる積層膜とすることができる。ゲート電極12のゲート長は、例えば1.6μmである。ゲート絶縁膜11下の基板2のチャネル領域には、p型チャネルストッパ層13が形成されている。また、n型ソース・ドレインの平面横方向の周辺には、p型半導体領域9からなる枠形状のp型ガードリングが設けられており、このp型ガードリングはp型第3ウェル15で囲まれている。
さらに、一対のn型半導体領域7からなるn型ソース・ドレインを囲むn型第2ウェル8とp型第1ウェル3との界面より深く、p型第1ウェル3と基板2との界面より浅い領域であるp型第1ウェル3の底部にp型埋め込み層16が形成されている。このp型埋め込み層16の不純物濃度は、p型第1ウェル3の不純物濃度よりも高く設定されており、その詳細は後述するが、p型埋め込み層16を設けることにより、p型第1ウェル3の不純物濃度が高くなるので、寄生バイポーラトランジスタ効果を低減することができる。なお、高耐圧用nMIS4では、p型半導体領域9からなるp型ガードリングの平面のほぼ外側端部から内側のp型第1ウェル3にp型埋め込み層16を形成したが、これに限定されるものではなく、寄生バイポーラデバイス効果を抑えられる領域に形成すればよい。
高耐圧用nMIS4を構成する各領域および各ウェルのうち、不純物濃度が最も高い領域はn型半導体領域7であり、以下、p型埋め込み層16、n型第2ウェル8(例えば1017cm−3)、p型チャネルストッパ層13、p型第1ウェル3(例えば1016cm−3)、基板2(例えば1015cm−3)の順に低くなるように不純物濃度は設定される。p型チャネルストッパ層13はn型第2ウェル8と同じ不純物濃度であってもよい。
基板2の表面には、隣接する各領域または各ウェルを電気的に分離するための素子分離17がLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により形成されている。この他、ゲート電極12、n型ソース・ドレインを構成する一対のn型半導体領域7、およびp型ガードリングを構成するp型半導体領域9などに接続される配線19が接続孔18を介して形成されている。
18V系高耐圧駆動回路1HVを構成する第1高耐圧用pMIS6は、n型第1ウェル5に形成された一対のp型半導体領域9からなるp型ソース・ドレインを有しており、このp型ソース・ドレインはp型第2ウェル10でそれぞれ囲まれている。また、本実施の形態では、便宜上、p型半導体領域9を高耐圧用pMIS6のp型ソース・ドレインと記載するが、実際にはp型第2ウェル10も高耐圧用pMIS6のp型ソース・ドレインとして機能している。すなわち、18V系高耐圧駆動回路1HV形成領域に形成されたp型第2ウェル10は、高耐圧用pMIS6のp型ソース・ドレインの一部として機能する。
p型ソース・ドレイン間の基板2の表面上には、例えば酸化シリコン膜からなる厚さ45nmのゲート絶縁膜11が設けられ、さらにその上には導電材料からなる厚さ200nmのゲート電極12が設けられている。上記導電材料は、例えば多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド膜からなる積層膜とすることができる。ゲート電極12のゲート長は、例えば1.6μmである。ゲート絶縁膜11下の基板2のチャネル領域には、n型チャネルストッパ層20が形成されている。また、p型ソース・ドレインの平面横方向の周辺には、n型半導体領域7からなる枠形状のn型ガードリングが設けられており、このn型ガードリグはn型第3ウェル22で囲まれている。
高耐圧用pMIS6を構成する各領域および各ウェルのうち、不純物濃度が最も高い領域はp型半導体領域9であり、以下、p型第2ウェル10(例えば1016cm−3)、n型チャネルストッパ層20、n型第1ウェル5、基板2(例えば1015cm−3)の順に低くなるように不純物濃度は設定される。
基板2の表面には、隣接する各領域または各ウェルを電気的に分離するための素子分離17がLOCOS法により形成されている。この他、高耐圧用nMIS4と同様に、ゲート電極12、p型ソース・ドレインを構成する一対のp型半導体領域9、およびn型ガードリングを構成するn型半導体領域7などに接続される配線19が接続孔18を介して形成されている。
次に、前述した18V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISのリード破壊耐性を図2(a)および(b)に示す。図2(a)はゲート長が1.6μm、ゲート幅が10μmの高耐圧用nMISのリード破壊耐性を示し、図2(b)はゲート長が1.6μm、ゲート幅が20μmの高耐圧用nMISのリード破壊耐性を示す。ここで、リード破壊とは、ドレイン電圧を一定とし、ゲート電圧を0.5Vからドレイン電圧と同じ電圧となるまで徐々に上げていった場合、ゲート電圧が1.0V近辺でドレイン電流とゲート電流が急激に増加し、ソース電流が急激に減少する現象をいう。比較のため、高耐圧用nMISと同じ構造であるが、前記図1を用いて説明したp型埋め込み層を形成しない18V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISのリード破壊耐性も示す。
図2(a)および(b)に示すように、p型埋め込み層を形成した高耐圧用nMISでは、p型埋め込み層を形成しない高耐圧用nMISよりも、リード破壊耐性が改善される。図2(a)に示すゲート幅が10μmの場合、p型埋め込み層を形成しない高耐圧用nMISでは、ドレイン電圧が23.5Vでリード破壊が生じている。これに対し、p型埋め込み層が形成された高耐圧用nMISでは、p型埋め込み層を形成しない高耐圧用nMISよりもリード破壊が1.5V改善されており、25Vのリード破壊耐性が得られる。また、図2(b)に示すゲート幅が20μmの場合、p型埋め込み層を形成しない高耐圧用nMISでは、ドレイン電圧が23.5Vでリード破壊が生じている。これに対し、p型埋め込み層が形成された高耐圧用nMISでは、前述したゲート幅が10μmの場合よりも、その効果は弱まるものの、p型埋め込み層を形成しない高耐圧用nMISよりもリード破壊が0.5V改善されており、24Vのリード破壊耐性を得ることができる。
このように、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMIS4の短チャネル効果を抑制するために、n型ソース・ドレインを構成する一対のn型半導体領域7をそれぞれ囲むn型第2ウェル8の間に、p型チャネルストッパ層13を形成しても、p型第1ウェル3に抵抗の低いp型埋め込み層16が形成されているので、ソースとドレインとの間の電位差が小さくなり、n型第2ウェル8とp型チャネルストッパ層13との界面での強電界により発生するキャリアに起因した寄生バイポーラ動作を抑制することができる。これにより、寄生バイポーラデバイスの電流集中によるトリガの発生を抑えることができるので、高耐圧用nMIS4のリード破壊耐性を向上させることができる。
なお、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMIS4についてp型埋め込み層16の形成による寄生バイポーラデバイス動作の抑制の効果を説明したが、例えば9V系中耐圧駆動回路(例えばVd=9V、Vg=18V、ゲート長=1.4μm)の中耐圧用nMISにも適用できることは言うまでもない。
次に、本発明の一実施の形態によるLCDドライバを構成する18V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISの他の例を図3〜図5に示す。図3はSTI(Shallow Trench Isolation)法により形成された素子分離を採用した18V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISの要部断面図、図4はLOCOS法により形成された素子分離を採用した28V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISの要部断面図、図5はSTI法により形成された素子分離を採用した28V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISの要部断面図である。
LOCOS法に代えてSTI法を採用することにより、素子分離幅を縮小することができる。図3に示すように、STI法により形成された素子分離(すなわち、基板2に溝23aを形成し、この溝23a内に絶縁膜23bを埋め込むことで形成される)23を18V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISに採用することにより、例えば前記図1に示すLOCOS法により形成された素子分離17を採用する18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMIS4よりも、素子分離幅を縮小することができるので、高耐圧用nMISの信頼度を劣化させることなく、18V系高耐圧駆動回路領域の面積を縮小することができる。
また、28V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISでは、ゲート電極の端部(ゲート電極とドレインとの間)においてESD(Electrostatic Discharge)によるゲート絶縁膜の静電気破壊が生じることがある。そこで、図4に示すように、ゲート絶縁膜11の静電気破壊を防止するために、ゲート絶縁膜11の端部下の基板2の表面上にLOCOS法により素子分離17を形成し、ゲート絶縁膜11およびゲート電極12の端部を素子分離17上に設けている。
また、28V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISにおいても、18V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISと同様に、LOCOS法に変えてSTI法を採用することにより、素子分離幅を縮小することができる。図5に示すように、STI法により形成された素子分離23を28V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISに採用することにより、例えば前記図4に示すLOCOS法により形成された素子分離17を採用する28V系高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISよりも、素子分離幅を縮小することができるので、高耐圧用nMISの信頼度を劣化させることなく、28V系高耐圧駆動回路領域の面積を縮小することができる。
次に、本発明の一実施の形態によるLCDドライバの製造方法の一例を図6〜図46に示す要部断面図または要部平面図を用いて工程順に説明する。ここでは、前述した18V系高耐圧駆動回路1HVに加えて、9V系中耐圧駆動回路1MVおよび3.3V系低耐圧駆動回路1LVの製造方法についても説明する。図6〜図13、図15、図16、図18〜図21および図25〜図46はLCDドライバの要部断面図、図14、図17および図22はレジストパターンの要部平面図、図23は不純物導入領域を示す要部平面図、図24(a)および(b)はそれぞれ比較のために製造したLCDドライバの製造工程で用いたレジストパターンの要部平面図および不純物導入領域を示す要部平面図である。
まず、図6および図7に示すように、例えば10Ω・cmの抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる基板(円形の薄い板状に加工した半導体ウエハ)2を用意する。次に、この基板2の主面上の所望する領域に、例えば厚さ200〜400nm程度の素子分離17を形成する。この素子分離17は、基板を選択的に熱酸化させて形成する方法(LOCOS法)により形成された絶縁膜、または、基板に溝を形成し、その溝内に絶縁膜を埋め込んで形成する溝型の分離構造(STIまたはSGI(Shallow Groove Isolation))によって構成される。本実施の形態では、LOCOS法によって形成した素子分離17を図示する。
また、この素子分離17は、各素子を分離するために形成されるが、18V系高耐圧駆動回路1HV形成領域に形成されている素子分離17の一部を、前述した28V系高耐圧駆動回路のように(前記図4および図5参照)、高耐圧用MISのゲートとドレインとの間の耐圧を向上させるために、後に形成されるゲート電極12の端部下の領域に形成してもよい。
次に、基板2の全面に不純物をイオン注入し、その後、基板2に熱処理を施して、18V系高耐圧駆動回路1HV形成領域、9V系中耐圧駆動回路1MV形成領域および3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域にp型第1ウェル3を形成する。p型第1ウェル3にはp型不純物、例えばボロンが、例えばドーズ量2×1012cm−2、エネルギー120keVの条件でイオン注入される。
次に、図8および図9に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にn型不純物をイオン注入し、その後、基板2に熱処理を施して、18V系高耐圧駆動回路1HVのpMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのpMIS形成領域にn型第1ウェル5を形成する。n型第1ウェル5にはn型不純物、例えばリンが、例えばドーズ量6×1012cm−2、エネルギー360keVの条件でイオン注入される。
次に、図10および図11に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にp型不純物をイオン注入し、18V系高耐圧駆動回路1HVのpMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのpMIS形成領域にp型第2ウェル10を形成する。p型第2ウェル10にはp型不純物、例えばボロンが、例えばドーズ量8×1012cm−2、エネルギー200keVの条件でイオン注入される。
次に、図12および図13に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にp型不純物をイオン注入し、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域にp型チャネルストッパ層13を形成する。p型チャネルストッパ層13にはp型不純物、例えばボロンが、例えばドーズ量1×1012cm−2、エネルギー200keVの条件でイオン注入される。
ここでは、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域にp型チャネルストッパ層13を形成すると同時に、後にn型ソース・ドレインの平面横方向の周辺に形成されるp型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のp型第1ウェル3にもp型不純物が導入されて、寄生MISの形成を防止するためのPV2ウェル15aが形成される(すなわち、p型チャネルストッパ層13とPV2ウェル15aとは同じイオン注入工程により形成される)。
また、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域のそれぞれに、p型チャネルストッパ層13およびPV2ウェル15aを形成する際は、n型ソース・ドレインの一部として機能するNWウェル(前記図1の符号8で示されるn型第2ウェル)が後に形成される領域のみを覆い、チャネル領域とp型ガードリング領域と素子分離領域とを覆わないレジストパターンが使用される。このレジストパターンの一例を図14に示す。図14は、レジストパターンの要部平面図であり、右上がりの斜めハッチングで示した領域にレジストが形成されている。レジストパターンRP1を用いることにより、p型不純物がイオン注入されるチャネル領域(p型チャネルストッパ層13)とp型ガードリング領域(PV2ウェル15a)と素子分離領域(PV2ウェル15a)とが繋がって形成される。
同様にして、18V系高耐圧駆動回路1HVのpMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのpMIS形成領域にn型チャネルストッパ層20を形成する。n型チャネルストッパ層20にはn型不純物、例えばリンが、例えばドーズ量3×1012cm−2、エネルギー360keVの条件でイオン注入される。
ここでは、18V系高耐圧駆動回路1HVのpMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのpMIS形成領域にn型チャネルストッパ層20を形成すると同時に、後にp型ソース・ドレインの平面横方向の周辺に形成されるn型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のn型第1ウェル5にもn型の不純物が導入されて、寄生MISの形成を防止するためのNV2ウェル22aが形成される(すなわち、n型チャネルストッパ層20とNV2ウェル22aとは同じイオン注入工程により形成される)。
次に、図15および図16に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にp型不純物をイオン注入し、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域にPV3ウェル15bを形成する。このPV3ウェル15bは、後にn型ソース・ドレインの平面横方向の周辺に形成されるp型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のp型第1ウェル3に形成される。従って、p型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のp型第1ウェル3には、PV2ウェル15aおよびPV3ウェル15bが形成される。PV3ウェル15bにはp型不純物、例えばボロンが、例えばドーズ量7×1012cm−2、エネルギー200keVの条件でイオン注入される。
18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域のそれぞれにPV3ウェル15bを形成する際は、n型ソース・ドレインの一部として機能するNWウェル(前記図1の符号8で示されるn型第2ウェル)が後に形成される領域とp型チャネルストッパ層13が形成された領域とを覆い、p型ガードリング領域と素子分離領域とを覆わないレジストパターンが使用される。このレジストパターンの一例を図17に示す、図17は、レジストパターンの要部平面図であり、右上がりの斜めハッチングで示した領域にレジストが形成されている。
次に、図18および図19に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にn型不純物をイオン注入し、18V系高耐圧駆動回路1HVのpMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのpMIS形成領域にNWウェル22bを形成する。このNWウェル22bは、後にp型ソース・ドレインの平面横方向の周辺に形成されるn型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のn型第1ウェル5に形成される。従って、n型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のn型第1ウェル5には、NV2ウェル22aおよびNWウェル22bが形成されており、NV2ウェル22aおよびNWウェル22bにより、前述したn型第3ウェル22(前記図1参照)が構成される。n型不純物を2回イオン注入してn型第3ウェル22の不純物濃度を高くすることにより、n型ガードリングのラッチアップ耐性の向上や寄生MISトランジスタ動作の抑制などの効果を得ることができる。
同時に、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域にNWウェル22bを形成する。このNWウェル22bは、前記図1の符号8で示されるn型第2ウェルと同じものである。さらに、同時に、3.3V系低耐圧駆動回路1LVのpMIS形成領域にもNWウェル22bを形成する。18V系高耐圧駆動回路1HVのpMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのpMIS形成領域に形成されるNWウェル22bと、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域に形成されるNWウェル22b(前記図1の符号8で示されるn型第2ウェル)と、3.3V系低耐圧駆動回路1LVのpMIS形成領域に形成されるNWウェル22bとを共用することにより、フォトリソグラフィ工程におけるマスク数が減るので、製造コストを削減することができ、また、工程数が減ることによる製造TAT(Turn Around Time)も短縮することができる。NWウェル22bは、NV2ウェル22aよりも高濃度のn型不純物で形成されている。
次に、図20および図21に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にp型不純物をイオン注入し、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域にPWウェル15cを形成する。このPWウェル15cは、後にn型ソース・ドレインの平面横方向の周辺に形成されるp型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のp型第1ウェル3に形成される。従って、p型ガードリングを囲む領域および素子分離17下のp型第1ウェル3には、PV2ウェル15a、PV3ウェル15bおよびPWウェル15cが形成されており、PV2ウェル15a、PV3ウェル15bおよびPWウェル15cにより、前述したp型第3ウェル15(前記図1参照)が構成される。p型不純物を3回イオン注入してp型第3ウェル15の不純物濃度を高くすることにより、p型ガードリングのラッチアップ耐性の向上や寄生MISトランジスタ動作の抑制などの効果を得ることができる。
同時に、3.3V系低耐圧駆動回路1LVのnMIS形成領域にもPWウェル15cを形成する。18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域に形成されるPWウェル15cと、3.3V系低耐圧駆動回路1LVのpMIS形成領域に形成されるPWウェル15cとを共用することにより、フォトリソグラフィ工程におけるマスク数が減るので、製造コストを削減することができ、また、工程数が減ることによる製造TATも短縮することができる。PWウェル15cは、PV2ウェル15aおよびPV3ウェル15bよりも高濃度のp型不純物で形成されている。
18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域のそれぞれにPWウェル15cを形成する際は、NWウェル22b(前記図1の符号8で示されるn型第2ウェル)とp型チャネルストッパ層13が形成された領域とを覆い、p型ガードリング領域と素子分離領域とを覆わないレジストパターンが使用される。このレジストパターンの一例を図22に示す。図22は、レジストパターンの要部平面図であり、右上がりの斜めハッチングで示した領域にレジストが形成されている。その後、基板2に、熱処理を施すことにより、基板2にイオン注入された不純物を活性化させ、所定の深さにまで拡散させる。
ところで、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISおよび9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用nMISでは、前記図14に示したレジストパターンRP1のマスクを用いてチャネル領域にp型チャネルストッパ層13が形成される。また、前記図14に示したレジストパターンRP1のマスクを用いて形成されたPV2ウェル15a(p型チャネルストッパ層13と同じイオン注入工程において形成される)と、前記図17に示したレジストパターンRP2のマスクを用いて形成されたPV3ウェル15bと、前記図22に示したレジストパターンRP3のマスクを用いて形成されたPWウェル15cとを重ねてp型第3ウェル15が形成される。
図23に、これら3つのレジストパターンRP1,RP2およびRP3を用いてp型不純物をイオン注入することにより形成されたp型第3ウェル15およびp型チャネルストッパ層13の要部平面図を示す。p型第3ウェル15を相対的に濃い網掛けパターンで示し、p型チャネルストッパ層13を相対的に薄い網掛けパターンで示している。図23に示すように、レジストパターンRP1を用いることにより、p型不純物がイオン注入されるチャネル領域(p型チャネルストッパ層13)とp型ガードリング領域(PV2ウェル15a)と素子分離領域(PV2ウェル15a)とが繋がって形成されているので、レジストパターンRP1,RP2またはRP3の位置合わせがずれたとしても、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISおよび9V系高耐圧駆動回路1MVの中耐圧用nMISのチャネル領域に、必ずp型チャネルストッパ層13を形成することができる。
比較のために、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISのチャネル領域のみに、図24(a)に示すレジストパターンRP4のマスクを用いてp型チャネルストッパ層13を形成する場合を検討してみる。右上がりの斜めハッチングで示した領域にレジストが形成されている。PV3ウェル15bおよびPWウェル15cの形成には、それぞれ前述したレジストパターンRP2(前記図17)およびレジストパターンRP3(前記図22)を用いている。図24(b)に、これら3つのレジストパターンRP4,RP2およびRP3を用いてp型不純物をイオン注入することにより形成されたp型第3ウェル15およびp型チャネルストッパ層13の要部平面図を示す。p型第3ウェル15を相対的に濃い網掛けのハッチングで示し、p型チャネルストッパ層13を相対的に薄い網掛けのハッチングで示している。図24(b)に示すように、ゲート幅方向(図中の第1の方向)にレジストパターンRP4,RP2およびRP3の位置合わせがずれると、ゲート幅方向の端部のチャネル領域において、p型チャネルストッパ層13が形成されない低濃度の領域(図24(b)、点線の楕円で囲んだ領域)ができてしまう。このため、ソースとドレインとの間の耐圧が低下することが考えられる。しかし、本願発明では、前述したように、チャネル領域(p型チャネルストッパ層13)とp型ガードリング領域(PV2ウェル15a)と素子分離領域(PV2ウェル15a)とが繋がって形成されているので、このような低濃度のチャネル領域は形成されないため、ソースとドレインとの間の耐圧の低下を防ぐことができる。
次に、図25および図26に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2に不純物をイオン注入し、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域にp型埋め込み層16を形成する。p型埋め込み層16にはp型不純物、例えばボロンが、例えばドーズ量1×1013cm−2、エネルギー1MeVの条件でイオン注入される。続いて、同じレジストパターンをマスクとして、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISおよび9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用nMISのしきい値電圧調整用のn型不純物を、18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域および9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域にイオン注入する。同じマスクを用いることにより、フォトリソグラフィ工程におけるマスク数が減るので、製造コストを削減することができ、また、工程数が減ることによる製造TATも短縮することができる。
次に、図27および図28に示すように、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用pMISおよび9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用pMISのしきい値電圧調整用の不純物を、基板2の全面にイオン注入する。フォトリソグラフィ法により形成されるレジストパターンをマスクに用いず、基板2の全面に不純物をイオン注入することにより、製造コストを削減することができ、また、工程数が減ることによる製造TATも短縮することができる。
次に、図29および図30に示すように、基板2上に、例えば厚さ45nmの酸化シリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして酸化シリコン膜を加工し、酸化シリコン膜からなる18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISおよび高耐圧用pMISのゲート絶縁膜11、ならびに9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用nMISおよび中耐圧用pMISのゲート絶縁膜11を形成する。その後、基板2を熱酸化することで、3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域にゲート絶縁膜11Lを形成する。ゲート絶縁膜11Lの膜厚は10nm程度である。
次に、図31および図32に示すように、基板2上に、例えば厚さ50nmの多結晶シリコン膜12aを堆積する。続いて、3.3V系低耐圧駆動回路1LVの低耐圧用nMISのしきい値電圧調整用の不純物を、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にイオン注入し、3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域に低耐圧用nMISのしきい値電圧制御層(図示は省略)を形成する。その後、基板2に不純物をイオン注入し、3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域のPWウェル15cの下にp型第1ウェル3の抵抗を下げるためのp型第4ウェル26を形成することもできる。p型第4ウェル26は、PWウェル15cよりも高濃度のp型不純物で形成されている。
次に、図33および図34に示すように、3.3V系低耐圧駆動回路1LVの低耐圧用pMISのしきい値電圧調整用の不純物を、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして基板2にイオン注入し、3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域に低耐圧用pMISのしきい値電圧制御層(図示は省略)を形成する。基板2に不純物をイオン注入し、3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域のNWウェル22bの下にn型第1ウェル5の抵抗を下げるためのn型第4ウェル27を形成することもできる。n型第4ウェル27は、n型第1ウェル5よりも高濃度のn型不純物で形成されている。
次に、図35および図36に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして多結晶シリコン膜12aを加工し、18V系高耐圧駆動回路1HV、9V系中耐圧駆動回路1MVおよび3.3V低耐圧駆動回路1LVの各MISのゲート電極12を形成する。18V高耐圧用駆動回路1HVの高耐圧用nMISおよび高耐圧用pMISのゲート長は、例えば1.6μm、9V中耐圧用駆動回路1MVの中耐圧用nMISおよび中耐圧用pMISのゲート長は、例えば1.4μm、3.3V高耐圧用駆動回路1LVの低耐圧用nMISおよび低耐圧用pMISのゲート長は、例えば0.8μmである。また、必ずしも必要ではないが、図示のように、ゲート電極12上に、酸化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜29を形成してもよい。
次に、図37および図38に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域のPWウェル15cにp型不純物をイオン注入し、低耐圧用nMISのゲート電極12の両側のPWウェル15cにp型ハロー領域(n型ソース・ドレインを囲むことにより、n型ソース・ドレインを構成する半導体領域からの空乏層の広がりを抑えて、短チャネル効果を抑制する)30をゲート電極12に対して自己整合的に形成する。p型ハロー領域30は、PWウェル15cよりも高濃度のp型不純物で形成されている。続いて、n型不純物をイオン注入し、低耐圧用nMISのゲート電極12の両側のPWウェル15cにn型低濃度半導体領域31をゲート電極12に対して自己整合的に形成する。同様に、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域のNWウェル22bにn型不純物をイオン注入し、低耐圧用pMISのゲート電極12の両側のNWウェル22bにn型ハロー領域(p型ソース・ドレインを囲むことにより、p型ソース・ドレインを構成する半導体領域からの空乏層の広がりを抑えて、短チャネル効果を抑制する)32をゲート電極12に対して自己整合的に形成する。n型ハロー領域32は、NWウェル22bよりも高濃度のn型不純物で形成されている。続いて、p型不純物をイオン注入し、低耐圧用pMISのゲート電極12の両側のNWウェル22bにp型低濃度半導体領域33をゲート電極12に対して自己整合的に形成する。
次に、図39および図40に示すように、基板2上にCVD法により酸化シリコン膜を堆積した後、この酸化シリコン膜を異方性エッチングすることにより、18V系高耐圧駆動回路1HV、9V系中耐圧駆動回路1MVおよび3.3V低耐圧駆動回路1LVの各MISのゲート電極12の側壁にサイドウォール34を形成する。
次に、図41および図42に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして18V系高耐圧駆動回路1HVのnMIS形成領域のNWウェル22b(前記図1の符号8で示されるn型第2ウェル)およびpMIS形成領域のn型第3ウェル22(NV2ウェル22a+NWウェル22b)、9V系中耐圧駆動回路1MVのnMIS形成領域のNWウェル22bおよびpMIS形成領域のn型第3ウェル22(NV2ウェル22a+NWウェル22b)、ならびに3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域のPWウェル15cのn型ソース・ドレイン形成領域およびNWウェル22bのウェル取り出し領域に、n型不純物をイオン注入し、n型半導体領域7を形成する。n型半導体領域7は、n型低濃度半導体領域31よりも高濃度のn型不純物で形成されている。
18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISのゲート電極12の両側のNWウェル22b(前記図1の符号8で示されるn型第2ウェル)に形成されたn型半導体領域7は、高耐圧用nMISのn型ソース・ドレインとして機能し、9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用nMISのゲート電極12の両側のNWウェル22bに形成されたn型半導体領域7は、中耐圧用nMISのn型ソース・ドレインとして機能し、3.3V系低耐圧駆動回路1LVの低耐圧用nMISのゲート電極12の両側のPWウェル15cに形成されたn型半導体領域7は、低耐圧用nMISのn型ソース・ドレインとして機能する。また、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用pMISのn型第3ウェル22(NV2ウェル22a+NWウェル22b)に形成されたn型半導体領域7は、高耐圧用pMISのn型ガードリングとして機能し、9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用pMISのn型第3ウェル22(NV2ウェル22a+NWウェル22b)に形成されたn型半導体領域7は、中耐圧用pMISのn型ガードリングとして機能する。
次に、図43および図44に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして18V系高耐圧駆動回路1HVのpMIS形成領域のp型第2ウェル10およびnMIS形成領域のp型第3ウェル15(PV2ウェル15a+PV3ウェル15b+PWウェル15c)、9V系中耐圧駆動回路1MVのpMIS形成領域のp型第2ウェル10およびnMIS形成領域のp型第3ウェル15(PV2ウェル15a+PV3ウェル15b+PWウェル15c)、ならびに3.3V系低耐圧駆動回路1LV形成領域のNWウェル22bのp型ソース・ドレイン形成領域およびPWウェル15cのウェル取り出し領域に、p型不純物をイオン注入し、p型半導体領域9を形成する。p型半導体領域9は、p型低濃度半導体領域33よりも高濃度のp型不純物で形成されている。
18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用pMISのゲート電極12の両側のp型第2ウェル10に形成されたp型半導体領域9は、高耐圧用pMISのp型ソース・ドレインとして機能し、9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用pMISのゲート電極12の両側のp型第2ウェル10に形成されたp型半導体領域9は、中耐圧用pMISのp型ソース・ドレインとして機能し、3.3V系低耐圧駆動回路1LVの低耐圧用pMISのゲート電極12の両側のNWウェル22bに形成されたp型半導体領域9は、低耐圧用pMISのp型ソース・ドレインとして機能する。また、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISのp型第3ウェル15(PV2ウェル15a+PV3ウェル15b+PWウェル15c)に形成されたp型半導体領域9は、高耐圧用nMISのp型ガードリングとして機能し、9V系中耐圧駆動回路1MVの中耐圧駆動回路1MVの中耐圧用nMISのp型第3ウェル15(PV2ウェル15a+PV3ウェル15b+PWウェル15c)に形成されたp型半導体領域9は、中耐圧用nMISのp型ガードリングとして機能する。続いて、基板2に熱処理を施す。
また、本実施の形態では、ゲート電極12上にキャップ絶縁膜29を残しているが、キャップ絶縁膜29を用いずに形成することもできる。その場合、上記のn型半導体領域7およびp型半導体領域9を形成後に基板2上に高融点金属膜を堆積し、熱処理を行って反応させることで、ゲート電極12上、n型半導体領域7上およびp型半導体領域9上にシリサイド膜を形成することができる。このようなシリサイド膜を形成することで、上層配線との接触抵抗を減らすことができる。また、シリサイド膜としては、コバルトシリサイドまたはニッケルシリサイドが例示できる。
その後、図45および図46に示すように、基板2上に絶縁膜35を形成した後、絶縁膜35の所定の箇所に接続孔18を開口する。その後、接続孔18の内部に導体膜を埋め込み、配線19を形成し、図示は省略するが、さらに多層の配線を形成した後、パッシベーション膜で基板2の全面を覆うことにより、LCDドライバが略完成する。
このように、本実施の形態によれば、18V系高耐圧駆動回路1HVの高耐圧用nMISにおいて、短チャネル効果を抑制するために、n型ソース・ドレインを構成する一対のn型半導体領域7をそれぞれ囲むn型第2ウェル8(またはNWウェル22b)の間にp型チャネルストッパ層13を形成しても、p型第1ウェル3に抵抗の低いp型埋め込み層16が形成されているので、ソースとドレインとの間の電位差が小さくなり寄生バイポーラデバイス動作を抑制することができる。従って、寄生バイポーラデバイス動作に起因する電流集中によるトリガの発生を抑えることができるので、高耐圧回路のリード破壊耐性が向上し、その結果、LCDドライバの信頼性を向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は、LCDドライバの駆動用集積回路などに用いられる10V以上の高耐圧を必要とする半導体素子を有する半導体装置に適用することができる。
本発明の一実施の形態によるLCDドライバを構成する高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISおよび高耐圧用pMISを示す要部断面図である。 本発明の一実施の形態によるLCDドライバを構成する高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISのリード破壊耐性を示す表である。 本発明の一実施の形態によるLCDドライバを構成する高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISの他の第1例を示す要部断面図である。 本発明の一実施の形態によるLCDドライバを構成する高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISの他の第2例を示す要部断面図である。 本発明の一実施の形態によるLCDドライバを構成する高耐圧駆動回路の高耐圧用nMISの他の第3例を示す要部断面図である。 本発明の一実施の形態によるLCDドライバの高耐圧駆動回路を構成するnMISおよびpMISの製造方法を示す要部断面図である。 本発明の一実施の形態によるLCDドライバの中耐圧駆動回路を構成するnMISおよびpMIS、ならびに低耐圧駆動回路を構成するnMISおよびpMISの製造方法を示す要部断面図である。 図6および図7に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図6および図7に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図8および図9に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図8および図9に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図10および図11に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図10および図11に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図10および図11に続くLCDドライバの製造工程中に用いるレジストパターンRP1の要部平面図である。 図12および図13に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図12および図13に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図12および図13に続くLCDドライバの製造工程中に用いるレジストパターンRP2の要部平面図である。 図15および図16に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図15および図16に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図18および図19に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図18および図19に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図18および図19に続くLCDドライバの製造工程中に用いるレジストパターンRP3の要部平面図である。 LCDドライバの製造工程中に用いたレジストパターンRP1、RP2およびRP3を用いて不純物が導入された領域を示す要部平面図である。 (a)本発明者らによって検討されたソース・ドレイン間にチャネルストッパ層を形成する際に使用するレジストパターンRP4の要部平面図、(b)LCDドライバの製造工程中に用いたレジストパターンRP4,RP2およびRP3を用いて不純物が導入された領域を示す要部平面図である。 図20および図21に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図20および図21に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図25および図26に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図25および図26に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図27および図28に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図27および図28に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図29および図30に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図29および図30に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図31および図32に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図31および図32に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図33および図34に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図33および図34に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図35および図36に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図35および図36に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図37および図38に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図37および図38に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図39および図40に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図39および図40に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図41および図42に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図41および図42に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 図43および図44に続くLCDドライバの製造工程中の図6と同じ箇所の要部断面図である。 図43および図44に続くLCDドライバの製造工程中の図7と同じ箇所の要部断面図である。 高耐圧駆動回路における耐圧劣化を説明するためのnチャネル型電界効果トランジスタの要部断面図である。
符号の説明
1HV 高耐圧駆動回路
1MV 中耐圧駆動回路
1LV 低耐圧駆動回路
2 基板
3 p型第1ウェル
4 高耐圧用nMIS
5 n型第1ウェル
6 高耐圧用pMIS
7 n型半導体領域
8 n型第2ウェル
9 p型半導体領域
10 p型第2ウェル
11 ゲート絶縁膜
11L ゲート絶縁膜
12 ゲート電極
12a 多結晶シリコン膜
13 p型チャネルストッパ層
15 p型第3ウェル(PV2ウェル+PV3ウェル+PWウェル)
15a PV2ウェル
15b PV3ウェル
15c PWウェル
16 p型埋め込み層
17 素子分離
18 接続孔
19 配線
20 n型チャネルストッパ層
22 n型第3ウェル(NV2ウェル+NWウェル)
22a NV2ウェル
22b NWウェル
23 素子分離
23a 溝
23b 絶縁膜
26 p型第4ウェル
27 n型第4ウェル
29 キャップ絶縁膜
30 p型ハロー領域
31 n型低濃度半導体領域
32 n型ハロー領域
33 p型低濃度半導体領域
34 サイドウォール
35 絶縁膜
51 半導体基板
52 p型ウェル
53s n型ソース
53d n型ドレイン
54s,54d n型オフセット層
55 p型チャネルストッパ層
56 ゲート電極
RP1〜RP4 レジストパターン

Claims (24)

  1. 基板と、
    前記基板の主面に形成された第1導電型第1ウェルと、
    前記第1導電型第1ウェルの形成領域に形成され、チャネルが第1導電型とは異なる第2導電型であり、ソース・ドレインが一対の第2導電型半導体領域からなる第1電界効果トランジスタとを備える半導体装置であって、さらに、
    ソースを構成する前記第2導電型半導体領域およびドレインを構成する前記第2導電型半導体領域をそれぞれ囲んで、前記第1導電型第1ウェル内に形成された第2導電型第2ウェルと、
    ソースを構成する前記第2導電型半導体領域を囲む前記第2導電型第2ウェルとドレインを構成する前記第2導電型半導体領域を囲む前記第2導電型第2ウェルとの間に形成された第1導電型チャネルストッパ層と、
    前記第2導電型第2ウェルと前記第1導電型第1ウェルとの界面よりも深く、前記第1導電型第1ウェルと前記基板との界面よりも浅い領域に形成された第1導電型埋め込み層とを有し、
    前記第1導電型埋め込み層の不純物濃度が、前記第1導電型第1ウェルまたは前記第1導電型チャネルストッパ層の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置において、前記第1導電型はp型であり、前記第2導電型はn型であることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1記載の半導体装置において、前記第2導電型半導体領域、前記第2導電型第2ウェル、前記第1導電型第1ウェル、前記第1導電型チャネルストッパ層、前記第1導電型埋め込み層のなかで前記第2導電型半導体領域の不純物濃度が最も高いことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1記載の半導体装置において、さらに、
    ソースを構成する前記第2導電型半導体領域およびドレインを構成する前記第2導電型半導体領域の平面横方向の周辺に形成された第1導電型半導体領域からなるガードリングと、
    前記ガードリングを構成する前記第1導電型半導体領域を囲んで、前記第1導電型第1ウェル内に形成された第1導電型第3ウェルとを有することを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4記載の半導体装置において、前記第1導電型第3ウェルの不純物濃度は前記第1導電型チャネルストッパ層の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1記載の半導体装置において、さらに、
    前記第1電界効果トランジスタのゲート電極の端部の下にLOCOS法により形成された素子分離が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1記載の半導体装置において、さらに、
    前記第1電界効果トランジスタのゲート電極の端部の下にSTI法により形成された素子分離が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  8. 基板と、
    前記基板の主面に形成された第1導電型第1ウェルと、
    前記第1導電型第1ウェルの形成領域に形成され、チャネルが第1導電型とは異なる第2導電型であり、ソース・ドレインが一対の第2導電型半導体領域からなる第1電界効果トランジスタと、
    前記基板の主面に形成された第2導電型第1ウェルと、
    前記第2導電型第1ウェルの形成領域に形成され、チャネルが第1導電型であり、ソース・ドレインが一対の第1導電型半導体領域からなる第2電界効果トランジスタとを備える半導体装置であって、さらに、
    前記第1電界効果トランジスタは、ソースを構成する前記第2導電型半導体領域およびドレインを構成する前記第2導電型半導体領域をそれぞれ囲んで、前記第1導電型第1ウェル内に形成された第2導電型第2ウェルと、
    ソースを構成する前記第2導電型半導体領域を囲む前記第2導電型第2ウェルとドレインを構成する前記第2導電型半導体領域を囲む前記第2導電型第2ウェルとの間に形成された第1導電型チャネルストッパ層と、
    前記第2導電型第2ウェルと前記第1導電型第1ウェルとの界面よりも深く、前記第1導電型第1ウェルと前記基板との界面よりも浅い領域に形成された第1導電型埋め込み層とを有し、
    前記第2電界効果トランジスタは、ソースを構成する前記第1導電型半導体領域およびドレインを構成する前記第1導電型半導体領域をそれぞれ囲んで、前記第2導電型第1ウェル内に形成された第1導電型第2ウェルと、
    ソースを構成する前記第1導電型半導体領域を囲む前記第1導電型第2ウェルとドレインを構成する前記第1導電型半導体領域を囲む前記第1導電型第2ウェルとの間に形成された第2導電型チャネルストッパ層とを有し、
    前記第1導電型埋め込み層の不純物濃度が前記第1導電型第1ウェルまたは前記第1導電型チャネルストッパ層の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項8記載の半導体装置において、前記第1導電型はp型であり、前記第2導電型はn型であることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項8記載の半導体装置において、前記第1電界効果トランジスタが有する前記第2導電型半導体領域、前記第2導電型第2ウェル、前記第1導電型第1ウェル、前記第1導電型チャネルストッパ層、前記第1導電型埋め込み層のなかで前記第2導電型半導体領域の不純物濃度が最も高いことを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項8記載の半導体装置において、さらに、
    前記第1導電型第1ウェルは、ソースを構成する前記第2導電型半導体領域およびドレインを構成する前記第2導電型半導体領域の平面横方向の周辺に形成された第1導電型半導体領域からなるガードリングと、前記ガードリングを構成する前記第1導電型半導体領域を囲んで、前記第1導電型第1ウェル内に形成された第1導電型第3ウェルとを有し、
    前記第2導電型第1ウェルは、ソースを構成する前記第1導電型半導体領域およびドレインを構成する前記第1導電型半導体領域の平面横方向の周辺に形成された第2導電型半導体領域からなるガードリングと、前記ガードリングを構成する前記第2導電型半導体領域を囲んで、前記第2導電型第1ウェルに形成された第2導電型第3ウェルとを有することを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項11記載の半導体装置において、
    前記第1導電型第3ウェルの不純物濃度は前記第1導電型チャネルストッパ層の不純物濃度よりも高く、前記第2導電型第3ウェルの不純物濃度は前記第2導電型チャネルストッパ層の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
  13. 請求項8記載の半導体装置において、さらに、
    前記第1および第2電界効果トランジスタのゲート電極の端部の下にLOCOS法により形成された素子分離が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項1記載の半導体装置において、さらに、
    前記第1および第2電界効果トランジスタのゲート電極の端部の下にSTI法により形成された素子分離が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  15. 基板の主面に、チャネルが第2導電型である第1電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法:
    (a)前記基板の主面の素子分離領域に絶縁膜からなる素子分離を形成する工程、
    (b)前記基板の主面に第2導電型とは異なる第1導電型の不純物をイオン注入することにより、第1導電型第1ウェルを形成する工程、
    (c)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1導電型第1ウェルのチャネル領域に第1導電型チャネルストッパ層を形成し、前記第1導電型第1ウェルの前記素子分離の下および前記第1導電型第1ウェルのガードバンド領域に第1導電型第3の1ウェルを形成する工程、
    (d)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1導電型第1ウェルの前記素子分離の下および前記第1導電型第1ウェルの前記ガードバンド領域に第1導電型第3の2ウェルを形成する工程、
    (e)前記基板の主面に第2導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1導電型第1ウェルのソース・ドレイン領域に第2導電型第2ウェルを形成する工程、
    (f)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1導電型第1ウェルの前記素子分離の下および前記第1導電型第1ウェルの前記ガードバンド領域に第1導電型第3の3ウェルを形成する工程、
    (g)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第2導電型第2ウェルと前記第1導電型第1ウェルとの界面よりも深く、前記第1導電型第1ウェルと前記基板との界面よりも浅い領域に第1導電型埋め込み層を形成する工程、
    (h)前記基板の主面にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程、
    (i)前記基板の主面に第2導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第2導電型第2ウェル内にソース・ドレインを構成する第2導電型半導体領域を形成する工程。
  16. 基板の主面に、チャネルが第2導電型である高耐圧の第1電界効果トランジスタと、チャネルが第2導電型である低耐圧の第2電界効果トランジスタとを形成する半導体装置の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法:
    (a)前記基板の主面の素子分離領域に絶縁膜からなる素子分離を形成する工程、
    (b)前記基板の主面に第2導電型とは異なる第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1および第2電界効果トランジスタ形成領域にそれぞれ第1導電型第1ウェルを形成する工程、
    (c)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルのチャネル領域に第1導電型チャネルストッパ層を形成し、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルの前記素子分離の下および前記第1導電型第1ウェルのガードバンド領域に第1導電型第3の1ウェルを形成する工程、
    (d)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルの前記素子分離の下および前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルの前記ガードバンド領域に第1導電型第3の2ウェルを形成する工程、
    (e)前記基板の主面に第2導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルのソース・ドレイン領域に第2導電型第2ウェルを形成する工程、
    (f)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルの前記素子分離の下および前記第1導電型第1ウェルの前記ガードバンド領域に第1導電型第3の3ウェルを形成し、同時に、前記第2電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルに第1導電型第3の3ウェルを形成する工程、
    (g)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第2導電型第2ウェルと前記第1導電型第1ウェルとの界面よりも深く、前記第1導電型第1ウェルと前記基板との界面よりも浅い領域に第1導電型埋め込み層を形成する工程、
    (h)前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記基板の主面に、前記第1電界効果トランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程、
    (i)前記基板の主面に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第2電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型第1ウェルの前記第1導電型第3の3ウェルの下に第1導電型第4ウェルを形成する工程、
    (j)前記第2電界効果トランジスタ形成領域の前記基板の主面に、前記第2電界効果トランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程、
    (k)前記第1および第2電界効果トランジスタのゲート電極を形成する工程、
    (l)前記基板の主面に第2導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第2導電型第2ウェル内にソース・ドレインを構成する第2導電型半導体領域を形成する工程。
  17. 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、前記第1電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さは、前記第2電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  18. 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、前記第1電界効果トランジスタのゲート電極のゲート長は、前記第2電界効果トランジスタのゲート長よりも長いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  19. 請求項15または16記載の半導体装置の製造方法において、前記第1導電型はp型であり、前記第2導電型はn型であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  20. 請求項15または16記載の半導体装置の製造方法において、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第2導電型半導体領域、前記第2導電型第2ウェル、前記第1導電型第1ウェル、前記第1導電型チャネルストッパ層、前記第1導電型埋め込み層のなかで前記第2導電型半導体領域の不純物濃度が最も高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  21. 請求項15または16記載の半導体装置の製造方法において、前記第1電界効果トランジスタ形成領域の前記第1導電型半導体領域からなるガードリングは、ソースを構成する前記第2導電型半導体領域およびドレインを構成する前記第2導電型半導体領域の平面横方向の周辺に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  22. 請求項15または16記載の半導体装置の製造方法において、前記第1導電型第3ウェルの不純物濃度は前記第1導電型チャネルストッパ層の不純物濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  23. 請求項15または16記載の半導体装置の製造方法において、前記第1電界効果トランジスタのゲート電極の端部の下に素子分離が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  24. 請求項15または16記載の半導体装置の製造方法において、前記素子分離はLOCOS法またはSTI法により形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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