JP2009158821A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
高耐圧の半導体装置は、電源用ICや表示装置駆動用IC等に利用されており、多くの利用用途を有する。かかる状況の中において、より低コストで高耐圧を実現できる半導体装置が求められている。その方法として、従来、高濃度のソース・ドレイン領域に低濃度のドリフト領域を付加し電界を緩和する方法が用いられている(例えば下記特許文献1参照)。
High breakdown voltage semiconductor devices are used for power supply ICs, display device drive ICs, and the like, and have many uses. Under such circumstances, there is a demand for a semiconductor device that can realize a high breakdown voltage at a lower cost. As a method for this, a method has been used in which a low concentration drift region is added to a high concentration source / drain region to relax the electric field (see, for example,
図8は、下記特許文献1に開示された半導体装置の概略断面構造図である。図8に示される半導体装置100は、P型の半導体基板1の一主面にゲート絶縁膜2を介して形成されたゲート電極3を備える。そして、ゲート電極3の一方の端部直下を含む前記半導体基板1の主面上には高濃度N型のソース領域6を備える。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor device disclosed in
又、ゲート電極3の他方の端部直下を含む前記半導体基板1の主面上には、低濃度N型の第1ドレインドリフト領域4を備え、更に、ゲート電極3の直下領域の外側位置において、第1ドレインドリフト領域4に接触し、且つ第1ドレインドリフト領域4より高濃度のN型で形成された第2ドレインドリフト領域5を備える。そして、この第2ドレインドリフト領域5内における半導体基板1の主面上に、第2ドレインドリフト領域5より高濃度のN型で形成されたドレイン領域7を備える。
Further, a low concentration N-type first
そして、ゲート電極3の上層を含む全面に第1絶縁膜9が成膜されており、その第1絶縁膜8を貫通してソース領域6及びドレイン領域7と接触するように配線層8が形成されている。
A first
図8に示される半導体装置100によれば、半導体基板1の主面上に沿った横方向の電界が、濃度の異なる2つのドレインドリフト領域4及び5によって2段階で緩和されるため、ドレインドリフト領域を有しない場合、並びに単独のドレインドリフト領域を有する場合と比較して、より高耐圧な半導体装置を実現することができる。
According to the
上記特許文献1に記載の方法の場合、ある程度の高耐圧を実現することができるものの、更に高耐圧な半導体装置の実現が求められていた。
In the case of the method described in
本発明は、従来よりも更に高耐圧性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the semiconductor device which was further excellent in the high pressure | voltage resistance than before.
上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体基板上に形成された前記第1導電型とは異なる第2導電型の第1ドレインドリフト領域と、前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深く、且つ前記第1ドレインドリフト領域と連続するように形成された、前記第1ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型の第2ドレインドリフト領域と、前記第2ドレインドリフト領域に接触して形成された、前記第2ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型のドレイン領域と、前記第1ドレインドリフト領域と離間して前記半導体基板上に形成された前記第2導電型のソース領域と、前記半導体基板の上層に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース領域の前記第1ドレインドリフト領域側の端部上方から、前記第1ドレインドリフト領域の前記ソース領域側の端部上方にかけて、前記ゲート絶縁膜の上層に形成されたゲート電極と、を備えることを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a first drain drift region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and the first A second drain drift region of the second conductivity type having a higher concentration than the first drain drift region and having a deeper bottom position than the drain drift region and continuous with the first drain drift region. A drain region of the second conductivity type having a higher concentration than the second drain drift region formed in contact with the second drain drift region, and spaced apart from the first drain drift region on the semiconductor substrate. A source region of the second conductivity type formed on the semiconductor substrate, a gate insulating film formed on an upper layer of the semiconductor substrate, and an end of the source region on the first drain drift region side From above, toward the end above the source region side of the first drain drift region, the first, comprising a gate electrode formed on the upper layer of the gate insulating film.
又、本発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体基板上に形成された前記第1導電型とは異なる第2導電型の第1ドレインドリフト領域と、前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深く、且つ前記第1ドレインドリフト領域と連続するように形成された、前記第1ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型の第2ドレインドリフト領域と、前記第2ドレインドリフト領域に接触して形成された、前記第2ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型のドレイン領域と、前記第1ドレインドリフト領域と離間して前記半導体基板上に形成された前記第2導電型のソースドリフト領域と、
前記ソースドリフト領域と接触して形成された前記ソースドリフト領域より高濃度の前記第2導電型のソース領域と、前記半導体基板の上層に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソースドリフト領域の前記ドレイン領域側の端部上方から、前記第1ドレインドリフト領域の前記ソースドリフト領域側の端部上方にかけて、前記ゲート絶縁膜の上層に形成されたゲート電極と、を備えることを第2の特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a second conductivity type first drain drift region different from the first conductivity type formed on a first conductivity type semiconductor substrate, and the first drain drift region. A second drain drift region of the second conductivity type with a higher concentration than the first drain drift region, formed so as to have a deep bottom surface and continuous with the first drain drift region; The second conductivity type drain region having a higher concentration than the second drain drift region formed in contact with the drain drift region, and the semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate spaced apart from the first drain drift region A source drift region of a second conductivity type;
The source region of the second conductivity type having a higher concentration than the source drift region formed in contact with the source drift region, a gate insulating film formed in an upper layer of the semiconductor substrate, and the drain of the source drift region And a gate electrode formed in an upper layer of the gate insulating film from above the end on the region side to above the end on the source drift region side of the first drain drift region. .
本発明に係る半導体装置の上記第1又は第2の特徴構成によれば、半導体基板面と平行な方向に、濃度の異なる第1及び第2ドレインドリフト領域が形成されるため、かかる方向の電界が両ドレインドリフト領域によって2段階に緩和される。そして、高濃度の第2ドレインドリフト領域が第1ドレインドリフト領域よりも深く形成されるため、基板面に垂直な方向の電界を緩和する効果を高めることができる。 According to the first or second characteristic configuration of the semiconductor device according to the present invention, the first and second drain drift regions having different concentrations are formed in a direction parallel to the semiconductor substrate surface. Is relaxed in two stages by both drain drift regions. Since the high-concentration second drain drift region is formed deeper than the first drain drift region, the effect of relaxing the electric field in the direction perpendicular to the substrate surface can be enhanced.
即ち、本発明に係る半導体装置によれば、基板面に平行な方向及び垂直な方向の両方向について、電界を緩和する効果を示すことができる。このため、従来構成よりも更に高い耐圧の半導体装置を実現することができる。 That is, according to the semiconductor device of the present invention, the effect of relaxing the electric field can be exhibited in both the direction parallel to the substrate surface and the direction perpendicular to the substrate surface. For this reason, it is possible to realize a semiconductor device having a higher breakdown voltage than the conventional configuration.
又、本発明に係る半導体装置は、上記第2の特徴構成に加えて、前記ソース領域が、前記ソースドリフト領域上層に接触して形成された、前記第2導電型にドープされた導電性材料膜であることを第3の特徴とする。 In addition to the second characteristic configuration, the semiconductor device according to the present invention has a conductive material doped with the second conductivity type, wherein the source region is formed in contact with the upper layer of the source drift region. The third characteristic is that it is a film.
又、本発明に係る半導体装置は、上記第1〜第3の何れか一の特徴に加えて、前記第2ドレインドリフト領域が、前記ゲート電極の直下領域の外側位置に形成されていることを第4の特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in addition to any one of the first to third features, the second drain drift region is formed at a position outside the region directly below the gate electrode. The fourth feature.
本発明に係る半導体装置の上記第4の特徴構成によれば、第1ドレインドリフト領域よりも深く形成される第2ドレインドリフト領域を、ゲート電極直下から離間して形成することで、パンチスルー現象を抑制しながらも耐圧性の高い半導体装置を実現することができる。 According to the fourth characteristic configuration of the semiconductor device according to the present invention, the second drain drift region formed deeper than the first drain drift region is formed apart from the region immediately below the gate electrode, thereby causing a punch-through phenomenon. A semiconductor device with high withstand voltage can be realized while suppressing the above.
又、本発明に係る半導体装置は、上記第1〜第4の何れか一の特徴構成に加えて、前記ドレイン領域が、前記第2ドレインドリフト領域内に形成された不純物拡散領域であることを第5の特徴とする。 According to the semiconductor device of the present invention, in addition to any one of the first to fourth characteristic configurations, the drain region is an impurity diffusion region formed in the second drain drift region. The fifth feature.
又、本発明に係る半導体装置は、上記第1〜第4の何れか一の特徴構成に加えて、前記ドレイン領域が、前記第2ドレインドリフト領域上層に接触して形成された、前記第2導電型にドープされた導電性材料膜であることを第6の特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in addition to any one of the first to fourth characteristic configurations, the second drain region is formed in contact with the upper layer of the second drain drift region. A sixth feature is that the conductive material film is doped in a conductive type.
本発明に係る半導体装置の上記第6の特徴構成によれば、ドレイン領域を半導体基板の上層の導電性材料膜で構成することができる。このため、ドレイン領域を形成するための領域を第2ドレインドリフト領域内に確保する必要がない。従って、第2ドレインドリフト領域の面積を小さくすることができるため、高耐圧の半導体装置を小規模の装置サイズで実現することが可能となる。 According to the sixth characteristic configuration of the semiconductor device according to the present invention, the drain region can be formed of the conductive material film on the upper layer of the semiconductor substrate. For this reason, it is not necessary to secure a region for forming the drain region in the second drain drift region. Therefore, since the area of the second drain drift region can be reduced, a high breakdown voltage semiconductor device can be realized with a small device size.
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第1の特徴構成の半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の所定領域内に前記第2導電型の不純物イオンを注入して前記第1ドレインドリフト領域を形成する第1工程と、前記第1工程終了後に、前記半導体基板の所定領域内に前記第1工程よりも高濃度且つ高エネルギで前記第2導電型の不純物イオンを注入して、前記第1ドレインドリフト領域に連続すると共に前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深い前記第2ドレインドリフト領域を形成する第2工程と、前記第2工程終了後に、前記第2ドレインドリフト領域内の所定領域並びに前記第1ドレインドリフト領域と離間した所定領域に前記第2工程よりも高濃度の前記第2導電型の不純物イオンを注入して、前記ドレイン領域並びに前記ソース領域を形成する第3工程と、前記第3工程終了後に、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を成膜する第4工程と、前記第4工程終了後に、前記ソース領域の前記ドレイン側の端部上方から前記第1ドレインドリフト領域の前記ソース領域側の端部上方にかけて前記ゲート絶縁膜上層に前記ゲート電極を形成する第5工程と、を有することを第1の特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having the first characteristic configuration, wherein the second conductivity type impurity ions are implanted into a predetermined region of the semiconductor substrate and the semiconductor device is manufactured. A first step of forming a first drain drift region; and after completion of the first step, the second conductivity type impurity ions are implanted into the predetermined region of the semiconductor substrate at a higher concentration and higher energy than in the first step. A second step of forming the second drain drift region which is continuous with the first drain drift region and has a deeper bottom surface than the first drain drift region; and after the second step, Injecting impurity ions of the second conductivity type having a concentration higher than that in the second step into a predetermined region in the second drain drift region and a predetermined region separated from the first drain drift region, The third step of forming the drain region and the source region, the fourth step of forming the gate insulating film on the semiconductor substrate after the completion of the third step, and the source region after the completion of the fourth step And a fifth step of forming the gate electrode in the upper layer of the gate insulating film from above the drain side end of the first drain drift region to above the source region side end of the first drain drift region. And
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第1の特徴によれば、半導体基板の基板面に平行な方向のみならず垂直な方向に対しても高い電界緩和効果を有することで、高い耐圧性に優れた半導体装置を製造することができる。 According to the first feature of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it has a high electric field relaxation effect not only in a direction parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate but also in a direction perpendicular to the substrate surface. It is possible to manufacture an excellent semiconductor device.
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第3の特徴構成を有する半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の所定領域内に前記第2導電型の不純物イオンを注入して前記第1ドレインドリフト領域並びに前記第1ドレインドリフト領域と離間して第1拡散領域を形成する第1工程と、前記第1工程終了後に、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を成膜する第2工程と、前記第2工程終了後に、前記第1ドレインドリフト領域の前記第1拡散領域側の端部上方から前記第1拡散領域の前記第1ドレインドリフト領域側の端部上方にかけて前記ゲート絶縁膜上層に前記ゲート電極を形成する第3工程と、前記第3工程終了後に、前記ゲート電極をマスクとして、前記第1工程よりも高濃度且つ高エネルギで前記第2導電型の不純物イオンを注入して、前記第1ドレインドリフト領域に連続すると共に前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深い前記第2ドレインドリフト領域、並びに、前記第1拡散領域に連続する第2拡散領域を形成する第4工程と、前記第4工程終了後、全面に第1絶縁膜を成膜した後、前記第2ドレインドリフト領域の一部上面、並びに、前記第1及び第2拡散領域で形成される前記ソースドリフト領域の一部上面、が露出するように開口する第5工程と、前記第5工程終了後、前記第4工程で注入した不純物イオンより高濃度で前記第2導電型にドープされた導電性材料膜を全面に形成した後、パターニング処理を実行して、前記第2ドレインドリフト領域と接触する前記導電性材料膜によって前記ドレイン領域を、前記ソースドリフト領域と接触する前記導電性材料膜によって前記ソース領域を、夫々形成する第6工程と、を有することを第2の特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having the third characteristic configuration described above, wherein impurity ions of the second conductivity type are implanted into a predetermined region of the semiconductor substrate. A first step of forming a first diffusion region spaced apart from the first drain drift region and the first drain drift region; and a step of forming the gate insulating film on the semiconductor substrate after completion of the first step. After the two steps and the second step, the gate insulation extends from above the end of the first drain drift region on the first diffusion region side to above the end of the first diffusion region on the first drain drift region side. A third step of forming the gate electrode on the upper layer of the film; and after completion of the third step, using the gate electrode as a mask, the impurity of the second conductivity type is higher in concentration and energy than in the first step. Ions are implanted, and the second drain drift region which is continuous with the first drain drift region and has a deeper bottom surface than the first drain drift region, and the second diffusion region which is continuous with the first diffusion region. A fourth step of forming a diffusion region; and after the completion of the fourth step, a first insulating film is formed on the entire surface, a partial upper surface of the second drain drift region, and the first and second diffusion regions A fifth step of exposing the upper part of the source drift region formed in step S5 to be exposed, and the second conductivity type at a higher concentration than the impurity ions implanted in the fourth step after completion of the fifth step. After forming a conductive material film doped on the entire surface, a patterning process is performed so that the drain region is formed by the conductive material film in contact with the second drain drift region. The source region by the conductive material film in contact with the lift region, the second, comprising a sixth step of respectively forming, a.
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第2の特徴によれば、半導体基板の基板面に平行な方向のみならず垂直な方向に対しても高い電界緩和効果を有することで、高い耐圧性に優れた半導体装置を製造することができる。特に、本特徴によれば、ドレイン領域を半導体基板上の導電性材料膜で構成することができるため、第2ドレインドリフト領域の領域面積を小さくすることができ、高耐圧の半導体装置を小規模の装置サイズで実現することが可能となる。 According to the second feature of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it has a high electric field relaxation effect not only in a direction parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate but also in a direction perpendicular to the substrate surface. It is possible to manufacture an excellent semiconductor device. In particular, according to this feature, since the drain region can be composed of a conductive material film on a semiconductor substrate, the area of the second drain drift region can be reduced, and a high breakdown voltage semiconductor device can be reduced in scale. It can be realized with the device size.
本発明の構成によれば、簡易な工程によって製造可能であって、高耐圧性に優れた半導体装置を実現することができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to realize a semiconductor device that can be manufactured by a simple process and has excellent high voltage resistance.
以下において、本発明に係る半導体装置(以下、適宜「本発明装置」と称する)、及びその製造方法(以下、適宜「本発明方法」と称する)の各実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a semiconductor device according to the present invention (hereinafter referred to as “the present invention device” as appropriate) and a manufacturing method thereof (hereinafter referred to as “the present invention method” as appropriate) will be described below with reference to the drawings. .
[第1実施形態]
本発明装置及び本発明方法の第1実施形態(以下、適宜「本実施形態」と称する)につき、図1〜図4の各図を参照して説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the device and method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明装置の概略断面構造図である。尚、以下の各断面構造図は、模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致するものではない。以下の各実施形態においても同様とする。又、図面上において、図8と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化する。 FIG. 1 is a schematic sectional view of the apparatus of the present invention. The following sectional structural views are schematically shown, and the dimensional ratio on the drawing does not necessarily match the actual dimensional ratio. The same applies to the following embodiments. In the drawing, the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified.
図1に示される本発明装置10は、図8に示される従来の半導体装置100と同様、P型半導体基板1、ゲート絶縁膜2、ゲート電極3、第1ドレインドリフト領域4、第2ドレインドリフト領域5、ソース領域6、ドレイン領域7、配線層8、第1絶縁膜9を備える。そして、本発明装置10は、従来の半導体装置100と比較して、第1ドレインドリフト領域4の底面よりも深い位置に第2ドレインドリフト領域5の底面が位置するように形成されている点が異なる。
A
即ち、図1に示されるように、本発明装置10は、P型半導体基板1上に、N型の第1ドレインドリフト領域4と、これに離間して形成されたN型高濃度のソース領域6を有し、第1ドレインドリフト領域4よりも高濃度N型の第2ドレインドリフト領域5が、ゲート電極3の外側において第1ドレインドリフト領域4と連続するように形成されている。そして、前記の通り、この第2ドレインドリフト領域5の底面の深さ位置が、第1ドレインドリフト領域4の底面よりも深くなるように形成されている。言い換えれば、第1ドレインドリフト領域4の形成深さd1よりも、第2ドレインドリフト領域5の形成深さd2の方が大きい値を示すように形成されている。そして、従来の半導体装置100と同様、この第2ドレインドリフト領域5内に、当該ドレインドリフト領域5よりも高濃度N型のドレイン領域7が形成されている。
That is, as shown in FIG. 1, the
このように構成されることで、図8に示される従来の半導体装置100と同様、半導体基板1の基板面と平行な方向に、濃度の異なる2つのドレインドリフト領域が形成されるため、かかる方向の電界が両ドレインドリフト領域4及び5によって2段階に緩和される効果を有する。
With this configuration, two drain drift regions having different concentrations are formed in a direction parallel to the substrate surface of the
更に、従来の半導体装置100と異なり、第2ドレインドリフト領域5が第1ドレインドリフト領域4よりも深く形成されるため、従来の半導体装置100と比べて基板面に垂直な方向の電界を緩和する効果を高めることができる。
Further, unlike the
一般に、ドリフト領域の深さを深くすると、ゲート電極から離れた深さ位置にもドリフト領域が形成されるため、かかる場所において空乏層が広がることでパンチスルーが起こりやすくなるという問題がある。 In general, when the depth of the drift region is increased, the drift region is also formed at a depth position away from the gate electrode. Therefore, there is a problem that punch-through is likely to occur when the depletion layer expands at such a location.
しかし、本発明装置10のように、ゲート電極3の直下に位置する第1ドレインドリフト領域4については従来と同様に浅く形成し、ゲート電極3の直下領域よりも外側に形成される第2ドレインドリフト領域5のみを深く形成することで、前記のパンチスルーを抑制しながらも、基板面に垂直な方向の電界緩和効果を高めることが可能となる。特に、第1ドレインドリフト領域4よりも高濃度の第2ドレインドリフト領域5を深く形成することで、基板面に垂直な方向の電界緩和効果を更に高めることができる。
However, as in the
以下、本実施形態に係る本発明装置10を製造する際の製造工程につき説明する。図2は、本発明方法を用いて本発明装置10を製造する際の各工程における概略断面構造図を模式的に示したものであり、工程毎に図2(a)〜(e)に分けて図示している。又、図3は、本実施形態に係る本発明方法の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップ#1〜#7は図3に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
Hereinafter, the manufacturing process when manufacturing the
まず、図2(a)に示すように、P型半導体基板1上の所定領域にレジスト21を形成した状態でN型不純物イオンを注入して第1ドレインドリフト領域4を形成する(ステップ#1)。このとき、ステップ#1に係るイオン注入条件としては、例えばリンイオンを注入エネルギ40〜100keV程度、ドーズ量3×1012〜7×1012/cm2程度で注入する。これにより、基板面から深さd1にかけて第1ドレインドリフト領域4が形成される。
First, as shown in FIG. 2A, N-type impurity ions are implanted with a resist 21 formed in a predetermined region on the P-
次に、図2(b)に示すように、レジスト21を除去した後、少なくとも第1ドレインドリフト領域4の一部をマスクするようにレジスト22を形成した状態で、N型不純物イオンを注入して第2ドレインドリフト領域5を形成する(ステップ#2)。このとき、第1ドレインドリフト領域4の一部領域についてはマスクせず露出させておき、当該領域内にもステップ#2に係る不純物イオンが注入されるようにしておく。
Next, as shown in FIG. 2B, after removing the resist 21, N-type impurity ions are implanted with the resist 22 formed so as to mask at least a part of the first
ステップ#2に係るイオン注入条件としては、例えばリンイオンを、注入エネルギ80〜200keV程度、ドーズ量7×1012〜2×1013/cm2程度で注入する。ステップ#2では、ステップ#1よりも高エネルギ、高ドーズ量の条件下でイオン注入を行う。これにより、基板面から、第1ドレインドリフト領域4の形成深さd1よりも深いd2にかけて、第1ドレインドリフト領域4よりも高濃度N型の第2ドレインドリフト領域5が形成される。そして、この第2ドレインドリフト領域5は、第1ドレインドリフト領域4の一部と接触するように形成される。
As ion implantation conditions for
次に、図2(c)に示すように、レジスト22を除去した後、第2ドレインドリフト領域5内の一部、及び第1ドレインドリフト領域4と離間した所定の領域を露出させたパターンのレジスト23を形成した状態でN型不純物イオンを注入して、ドレイン領域7及びソース領域6を形成する(ステップ#3)。
Next, as shown in FIG. 2C, after removing the resist 22, a pattern in which a part of the second
ステップ#3に係るイオン注入条件としては、例えば砒素イオンを、注入エネルギ20〜50keV程度、ドーズ量2×1015〜5×1015/cm2程度で注入する。ステップ#3では、ステップ#2よりも更に高ドーズ量の条件下でイオン注入を行う。これにより、第2ドレインドリフト領域5内に高濃度N型のドレイン領域7が形成される。又、第1ドレインドリフト領域4と離間した位置に高濃度N型のソース領域6が形成される。
As ion implantation conditions for
次に、図2(d)に示すように、レジスト23を除去した後、基板1の上面にゲート絶縁膜2を形成し、その上層にゲート電極3を形成する(ステップ#4)。具体的には、ゲート絶縁膜2を成膜後、例えばポリシリコン膜で構成される導電性材料膜を全面に成膜した後、前記導電性材料膜を、ソース領域6のドレイン領域7側の端部上方から第1ドレインドリフト領域4のソース領域6側の端部上方にかけて残存するようにパターニングして、ゲート電極3を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, after removing the resist 23, the
次に、ゲート電極3の上層を含む半導体基板1の上面に第1絶縁膜9を成膜した後(ステップ#5)、ソース領域6及びドレイン領域7の一部上面が露出するように開口する(ステップ#6)。そして、第1絶縁膜9の上層に例えばAl等の導電性材料膜を成膜した後、パターニングして、図2(e)に示すように、ソース領域6及びドレイン領域7に接続する配線層8を形成する(ステップ#7)。
Next, after the first insulating
このような上記ステップ#1〜#7を経ることで、半導体基板1の基板面に平行な方向のみならず垂直な方向に対しても高い電界緩和効果を有する半導体装置を実現することができる。具体的には、基板面に平行な方向に関しては、第1ドレインドリフト領域4と第2ドレインドリフト領域5の2段階で電界緩和を実現することができ、一方、基板面に垂直な方向に関しては、第2ドレインドリフト領域5の深さd2の領域内で電界の緩和が可能となる。この結果、従来よりも更に高耐圧の半導体装置を実現することができる。又、本発明装置の構成により、チャネル内の電界集中が緩和できるため、従来よりもゲート長の短い半導体装置を製造することが可能となる。
Through
尚、上述の本実施形態では、ドリフト領域をドレイン領域7側にのみ形成し、ソース領域6側には形成しないものとしたが、ステップ#1及び#2において、ソース領域6側にも不純物イオン注入を行う構成とすることで、ソースドリフト領域11を形成するものとしても良い(図4参照)。この場合は、ソースドリフト領域11のドレイン領域7側の端部上方から第1ドレインドリフト領域4のソース領域6側の端部上方にかけてゲート電極3を形成する。図4のような構成としても、図1と同様、耐圧を高める効果を有することができる。又、ソース領域6側にもドリフト領域11を有することで、ゲート電極3直下のソース領域6側における電界集中についても緩和する効果を有することができる。
In the above-described embodiment, the drift region is formed only on the
[第2実施形態]
本発明装置及び本発明方法の第1実施形態(以下、適宜「本実施形態」と称する)につき、図5〜図7の各図を参照して説明する。
[Second Embodiment]
A first embodiment of the device and method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS.
図5は、本発明装置の概略断面構造図である。尚、第1実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。 FIG. 5 is a schematic sectional view of the apparatus of the present invention. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図5に示される本発明装置10aは、P型の半導体基板1上に、N型の第1ドレインドリフト領域4及び第2ドレインドリフト領域5を備える。そして、第2ドレインドリフト領域5に接触するように高濃度N型にドープされた導電性材料膜で構成されたドレイン領域7を備える。尚、第1実施形態と同様、第2ドレインドリフト領域5は、第1ドレインドリフト領域4よりも高濃度で、且つ深さ方向に深く形成されている。
The
又、第1ドレインドリフト領域4から離間して、N型のソースドリフト領域11が形成されており、このソースドリフト領域11に接触するように、高濃度N型にドープされた導電性材料膜で構成されたソース領域6を備える。
Further, an N-type
そして、半導体基板1上にはゲート絶縁膜2が形成され、更にその上層には、ソースドリフト領域11のドレイン領域7側の端部上方から、第1ドレインドリフト領域4のソースドリフト領域11の端部上方にかけて、ゲート電極3が形成されている。
Then, a
尚、ゲート電極3形成外のゲート絶縁膜2上層には、第1絶縁膜9が形成されている。そして、導電性材料膜が、第2ドレインドリフト領域5の一部上方、並びにソースドリフト領域11の一部上方に係る第1絶縁膜9を貫通するように形成されることで、第2ドレインドリフト領域5と接続されたドレイン領域7、並びにソースドリフト領域11と接続されたソース領域6が形成されている。
A first insulating
かかる構成の場合、第1実施形態と同様、半導体基板1の基板面と平行な方向に、濃度の異なる2つのドレインドリフト領域が形成されるため、かかる方向の電界が両ドレインドリフト領域4及び5によって2段階に緩和される効果を有する。そして、ゲート電極3の直下に位置する第1ドレインドリフト領域4については従来と同様に浅く形成し、ゲート電極3の直下領域よりも外側に形成される第2ドレインドリフト領域5のみを深く形成することで、パンチスルーを抑制しながらも、基板面に垂直な方向の電界緩和効果を高めることが可能となる。特に、第1ドレインドリフト領域4よりも高濃度の第2ドレインドリフト領域5を深く形成することで、基板面に垂直な方向の電界緩和効果を更に高めることができる。
In the case of such a configuration, as in the first embodiment, two drain drift regions having different concentrations are formed in a direction parallel to the substrate surface of the
又、図5の構成の場合、ドレイン領域7を、半導体基板1の上層に成膜された導電性材料膜によって実現することができる。即ち、第2ドレインドリフト領域5内にドレイン領域7が形成される第1実施形態と比較して、第2ドレインドリフト領域5の領域面積を小さくすることができるため、高耐圧の半導体装置を小規模の装置サイズで実現することが可能となる。
In the case of the configuration of FIG. 5, the
以下、本実施形態に係る本発明装置10aを製造する際の製造工程につき説明する。図6は、本発明方法を用いて本発明装置10aを製造する際の各工程における概略断面構造図を模式的に示したものであり、工程毎に図6(a)〜(g)に分けて図示している。又、図7は、本実施形態に係る本発明方法の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップ#11〜#22は図7に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
Hereinafter, the manufacturing process when manufacturing the
まず、図6(a)に示すように、P型半導体基板1上の所定領域にレジスト31を形成した状態でN型不純物イオンを注入して第1ドレインドリフト領域4及び第1拡散領域11aを形成する(ステップ#11)。このとき、ステップ#11に係るイオン注入条件としては、例えばリンイオンを注入エネルギ40〜100keV程度、ドーズ量3×1012〜7×1012/cm2程度で注入する。これにより、基板面から深さd1にかけて第1ドレインドリフト領域4が形成される。
First, as shown in FIG. 6A, N-type impurity ions are implanted in a state where a resist 31 is formed in a predetermined region on the P-
又、ステップ#11では、第1ドレインドリフト領域4と離間して、半導体基板1上に第1拡散領域11aを併せて形成する。即ち、半導体基板1上において離間した複数の領域が露出するようにパターニングされたレジスト31を形成した状態で、ステップ#11に係るイオン注入を行うことで、第1ドレインドリフト領域4と第1拡散領域11aを形成する。
In
次に、図6(b)に示すように、半導体基板1表面を熱酸化させて、ゲート絶縁膜2を20〜60nm程度の膜厚で成膜する(ステップ#12)。
Next, as shown in FIG. 6B, the surface of the
次に、図6(c)に示すように、ゲート絶縁膜2の上層にゲート電極3を形成する(ステップ#13)。具体的には、例えばポリシリコン膜で構成される導電性材料膜を全面に成膜した後、前記導電性材料膜を、第1ドレインドリフト領域4の第1拡散領域11a側の端部上方から第1拡散領域11aの第1ドレインドリフト領域4側の端部上方にかけて残存するようにパターニングして、ゲート電極3を形成する
Next, as shown in FIG. 6C, the
次に、図6(d)に示すように、ゲート電極3をマスクとしてN型不純物イオンを注入して、第2ドレインドリフト領域5及び第2拡散領域11bを形成する(ステップ#14)。
Next, as shown in FIG. 6D, N-type impurity ions are implanted using the
ステップ#14に係るイオン注入条件としては、例えばリンイオンを注入エネルギ80〜200keV程度、ドーズ量7×1012〜2×1013/cm2程度で注入する。ステップ#14では、ステップ#11よりも高エネルギ、高ドーズ量の条件下で、且つ、ゲート電極3を突き抜けるのに必要なエネルギよりは低いエネルギでイオン注入を行う。これにより、基板面から、第1ドレインドリフト領域4の形成深さd1よりも深いd2にかけて、第1ドレインドリフト領域4よりも高濃度N型の第2ドレインドリフト領域5が形成される。そして、この第2ドレインドリフト領域5は、第1ドレインドリフト領域4の一部と接触するように形成される。又、第1ドレインドリフト領域4と離間した領域において、第1拡散領域11aの一部と接触して第2拡散領域11bが形成される。第1拡散領域11a及び第2拡散領域11bによって図5におけるソースドリフト領域11が形成される。
As ion implantation conditions for
次に、図6(e)に示すように、ゲート電極3の上層を含む半導体基板1の上面に第1絶縁膜9を成膜した後(ステップ#15)、ソースドリフト領域11及び第2ドレインドリフト領域5の一部上面が露出するように開口する(ステップ#16)。
Next, as shown in FIG. 6E, after the first insulating
次に、全面にポリシリコン等の導電性材料膜を成膜する(ステップ#17)。これにより、導電性材料膜が第2ドレインドリフト領域5及びソースドリフト領域11に接触するように形成される。その後、図6(f)に示すように、この導電性材料膜と第1絶縁膜9とをパターニングした後(ステップ#18)、導電性材料膜に高濃度N型の不純物を注入する(ステップ#19)。ステップ#19では、パターニング時に利用するレジストをマスクとして不純物イオン注入を行うことができる。
Next, a conductive material film such as polysilicon is formed on the entire surface (step # 17). Thereby, the conductive material film is formed so as to be in contact with the second
尚、ステップ#18に係るイオン注入条件としては、例えば砒素イオンを注入エネルギ20〜50keV程度、ドーズ量2×1015〜5×1015/cm2程度で注入する。ステップ#19では、ステップ#14よりも高ドーズ量の条件下でイオン注入を行う。これにより、第2ドレインドリフト領域5と接触する同領域5よりも高濃度にドープされた導電性材料膜によってドレイン領域7が構成され、ソースドリフト領域11と接触する同領域11よりも高濃度にドープされた導電性材料膜によってソース領域6が構成される。
As the ion implantation conditions in
その後、図6(g)に示すように、ゲート電極3の上層を含む半導体基板1の上面に第2絶縁膜13を成膜した後(ステップ#20)、ソースドリフト領域11及び第2ドレインドリフト領域5の一部上面が露出するように開口する(ステップ#21)。そして、上面に第2絶縁膜13の上層に例えばAl等の導電性材料膜を成膜してパターニングすることで、ソース領域6及びドレイン領域7に接続する配線層8を形成する(ステップ#22)。
Thereafter, as shown in FIG. 6G, after the second insulating
このような上記ステップ#11〜#22を経ることで、第1実施形態と同様、半導体基板1の基板面に平行な方向のみならず垂直な方向に対しても高い電界緩和効果を有する半導体装置を実現することができる。具体的には、基板面に平行な方向に関しては、第1ドレインドリフト領域4と第2ドレインドリフト領域5の2段階で電界緩和を実現することができ、一方、基板面に垂直な方向に関しては、第2ドレインドリフト領域5の深さd2の領域内で電界の緩和が可能となる。この結果、従来よりも更に高耐圧の半導体装置を実現することができる。又、本発明装置の構成により、チャネル内の電界集中が緩和できるため、従来よりもゲート長の短い半導体装置を製造することが可能となる。
Through
そして、本実施形態の場合、第1実施形態と異なり、高濃度のドレイン領域7及びソース領域6を半導体基板1の上層の導電性材料膜によって構成することができるため、第2ドレインドリフト領域5の領域面積を小さくすることができ、高耐圧の半導体装置を小規模の装置サイズで実現することが可能となる。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the high-
更に、ステップ#14に係るイオン注入工程においては、既に形成されているゲート電極3をマスクとしてイオン注入することができる。即ち、第2ドレインドリフト領域5の形成幅が自己整合的に決定される。これにより、レジストアライメント精度を考慮することなく所定の位置に第2ドレインドリフト領域5を形成することが可能となる。
Furthermore, in the ion implantation process according to
尚、上述した本実施形態では、ステップ#17及び#18において導電性材料膜を成膜並びにパターニング処理を実行後、ステップ#19において当該導電性材料膜に不純物イオン注入を行うものとしたが、ステップ#17において予めN型高濃度イオンがドープされた導電性材料膜を成膜するものとしても良い。かかる場合、ステップ#19におけるイオン注入工程は不要となる。
In the above-described embodiment, the conductive material film is formed and patterned in
[別実施形態]
以下に別実施形態につき説明する。
[Another embodiment]
Another embodiment will be described below.
〈1〉 上述の各実施形態では、ドレインドリフト領域として濃度及び深さの異なる2つの領域4及び5を有するものとしたが、このドレインドリフト領域の数は2に限られるものではなく、濃度及び深さの異なる3以上のドレインドリフト領域を有するものとしても構わない。
<1> In each of the embodiments described above, the drain drift region has the two
〈2〉 上述の各実施形態では、P型半導体基板1上に、ドレイン領域或いはドレインドリフト領域を形成するものとしたが、半導体基板上にP型不純物イオンが注入されて形成されたP型ウェル領域内に前記ドレイン領域或いはドレインドリフト領域が形成されるものとしても構わない。即ち、本明細書内における「P型半導体基板1」とは、半導体基板上においてP型にドープされたウェル領域を当然に含む記載である。
<2> In each of the above embodiments, the drain region or the drain drift region is formed on the P-
〈3〉 上述の各実施形態では、P型半導体基板1上に、Nチャネル型のMOSトランジスタを構成する場合について説明を行ったが、各極性を反転させることで、Pチャネル型のMOSトランジスタを構成する場合についても同様に実現することが可能である。
<3> In each of the above embodiments, the case where an N-channel MOS transistor is configured on the P-
1: 半導体基板
2: ゲート絶縁膜
3: ゲート電極
4: 第1ドレインドリフト領域
5: 第2ドレインドリフト領域
6: ソース領域
7: ドレイン領域
8: 配線層
9: 第1絶縁膜
10、10a: 本発明に係る半導体装置
11: ソースドリフト領域
11a: 第1拡散領域
11b: 第2拡散領域
13: 第2絶縁膜
21、22、23、31: レジスト
100: 従来構成の半導体装置
1: Semiconductor substrate 2: Gate insulating film 3: Gate electrode 4: First drain drift region 5: Second drain drift region 6: Source region 7: Drain region 8: Wiring layer 9:
Claims (8)
前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深く、且つ前記第1ドレインドリフト領域と連続するように形成された、前記第1ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型の第2ドレインドリフト領域と、
前記第2ドレインドリフト領域に接触して形成された、前記第2ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型のドレイン領域と、
前記第1ドレインドリフト領域と離間して前記半導体基板上に形成された前記第2導電型のソース領域と、
前記半導体基板の上層に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ソース領域の前記第1ドレインドリフト領域側の端部上方から、前記第1ドレインドリフト領域の前記ソース領域側の端部上方にかけて、前記ゲート絶縁膜の上層に形成されたゲート電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。 A first drain drift region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed on the semiconductor substrate of the first conductivity type;
The second conductivity type second layer having a deeper bottom surface than the first drain drift region and being continuous with the first drain drift region and having a higher concentration than the first drain drift region. A drain drift region; and
A drain region of the second conductivity type formed in contact with the second drain drift region and having a higher concentration than the second drain drift region;
A source region of the second conductivity type formed on the semiconductor substrate spaced apart from the first drain drift region;
A gate insulating film formed on an upper layer of the semiconductor substrate;
A gate electrode formed in an upper layer of the gate insulating film from above the end of the source region on the first drain drift region side to above the end of the first drain drift region on the source region side. A semiconductor device.
前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深く、且つ前記第1ドレインドリフト領域と連続するように形成された、前記第1ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型の第2ドレインドリフト領域と、
前記第2ドレインドリフト領域に接触して形成された、前記第2ドレインドリフト領域より高濃度の前記第2導電型のドレイン領域と、
前記第1ドレインドリフト領域と離間して前記半導体基板上に形成された前記第2導電型のソースドリフト領域と、
前記ソースドリフト領域と接触して形成された前記ソースドリフト領域より高濃度の前記第2導電型のソース領域と、
前記半導体基板の上層に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ソースドリフト領域の前記第1ドレインドリフト領域側の端部上方から、前記第1ドレインドリフト領域の前記ソースドリフト領域側の端部上方にかけて、前記ゲート絶縁膜の上層に形成されたゲート電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。 A first drain drift region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed on the semiconductor substrate of the first conductivity type;
The second conductivity type second layer having a deeper bottom surface than the first drain drift region and being continuous with the first drain drift region and having a higher concentration than the first drain drift region. A drain drift region; and
A drain region of the second conductivity type formed in contact with the second drain drift region and having a higher concentration than the second drain drift region;
A source drift region of the second conductivity type formed on the semiconductor substrate apart from the first drain drift region;
A source region of the second conductivity type having a higher concentration than the source drift region formed in contact with the source drift region;
A gate insulating film formed on an upper layer of the semiconductor substrate;
A gate electrode formed in an upper layer of the gate insulating film from above the end of the source drift region on the first drain drift region side to above the end of the first drain drift region on the source drift region side; A semiconductor device comprising:
前記半導体基板の所定領域内に前記第2導電型の不純物イオンを注入して前記第1ドレインドリフト領域を形成する第1工程と、
前記第1工程終了後に、前記半導体基板の所定領域内に前記第1工程よりも高濃度且つ高エネルギで前記第2導電型の不純物イオンを注入して、前記第1ドレインドリフト領域に連続すると共に前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深い前記第2ドレインドリフト領域を形成する第2工程と、
前記第2工程終了後に、前記第2ドレインドリフト領域内の所定領域並びに前記第1ドレインドリフト領域と離間した所定領域に前記第2工程よりも高濃度の前記第2導電型の不純物イオンを注入して、前記ドレイン領域並びに前記ソース領域を形成する第3工程と、
前記第3工程終了後に、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を成膜する第4工程と、
前記第4工程終了後に、前記ソース領域の前記ドレイン領域側の端部上方から前記第1ドレインドリフト領域の前記ソース領域側の端部上方にかけて前記ゲート絶縁膜上層に前記ゲート電極を形成する第5工程と、を有する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 claim 1,
A first step of implanting the second conductivity type impurity ions into a predetermined region of the semiconductor substrate to form the first drain drift region;
After completion of the first step, impurity ions of the second conductivity type are implanted into a predetermined region of the semiconductor substrate at a higher concentration and higher energy than in the first step, and continue to the first drain drift region. A second step of forming the second drain drift region having a bottom surface deeper than the first drain drift region;
After completion of the second step, impurity ions of the second conductivity type having a concentration higher than that of the second step are implanted into a predetermined region in the second drain drift region and a predetermined region separated from the first drain drift region. A third step of forming the drain region and the source region;
A fourth step of forming the gate insulating film on the semiconductor substrate after completion of the third step;
After the fourth step, the gate electrode is formed on the gate insulating film upper layer from above the end of the source region on the drain region side to above the end of the first drain drift region on the source region side. And a method of manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基板の所定領域内に前記第2導電型の不純物イオンを注入して前記第1ドレインドリフト領域並びに前記第1ドレインドリフト領域と離間して第1拡散領域を形成する第1工程と、
前記第1工程終了後に、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を成膜する第2工程と、
前記第2工程終了後に、前記第1ドレインドリフト領域の前記第1拡散領域側の端部上方から前記第1拡散領域の前記第1ドレインドリフト領域側の端部上方にかけて前記ゲート絶縁膜上層に前記ゲート電極を形成する第3工程と、
前記第3工程終了後に、前記ゲート電極をマスクとして、前記第1工程よりも高濃度且つ高エネルギで前記第2導電型の不純物イオンを注入して、前記第1ドレインドリフト領域に連続すると共に前記第1ドレインドリフト領域よりも底面の深さ位置が深い前記第2ドレインドリフト領域、並びに、前記第1拡散領域に連続する第2拡散領域を形成する第4工程と、
前記第4工程終了後、全面に第1絶縁膜を成膜した後、前記第2ドレインドリフト領域の一部上面、並びに、前記第1及び第2拡散領域で形成される前記ソースドリフト領域の一部上面、が露出するように開口する第5工程と、
前記第5工程終了後、前記第4工程で注入した不純物イオンより高濃度で前記第2導電型にドープされた導電性材料膜を全面に形成した後、パターニング処理を実行して、前記第2ドレインドリフト領域と接触する前記導電性材料膜によって前記ドレイン領域を、前記ソースドリフト領域と接触する前記導電性材料膜によって前記ソース領域を、夫々形成する第6工程と、を有する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 claim 3,
A first step of implanting impurity ions of the second conductivity type into a predetermined region of the semiconductor substrate to form a first diffusion region spaced apart from the first drain drift region and the first drain drift region;
A second step of forming the gate insulating film on the semiconductor substrate after completion of the first step;
After completion of the second step, the gate insulating film upper layer is formed from above the end of the first drain drift region on the first diffusion region side to above the end of the first diffusion region on the first drain drift region side. A third step of forming a gate electrode;
After completion of the third step, the second conductivity type impurity ions are implanted at a higher concentration and higher energy than in the first step using the gate electrode as a mask, continuing to the first drain drift region, and A fourth step of forming the second drain drift region having a deeper bottom surface than the first drain drift region, and a second diffusion region continuous to the first diffusion region;
After completion of the fourth step, a first insulating film is formed on the entire surface, and then a part of the source drift region formed by the first and second diffusion regions and the upper surface of the second drain drift region. A fifth step of opening so that the upper surface of the part is exposed;
After completion of the fifth step, a conductive material film doped in the second conductivity type at a higher concentration than the impurity ions implanted in the fourth step is formed on the entire surface, and then a patterning process is performed to perform the second step. And a sixth step of forming the drain region by the conductive material film in contact with the drain drift region and the source region by the conductive material film in contact with the source drift region, respectively. A method for manufacturing a semiconductor device.
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