JP2011187814A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
絶縁ゲート型のMOSトランジスタでは、ゲート絶縁膜の端部にホットキャリア(ホットエレクトロン)がトラップされることにより生じる素子特性の劣化が問題となっている。この問題は、Nチャンネルトランジスタで特に顕著となる。 Insulated gate MOS transistors have a problem of deterioration of element characteristics caused by trapping hot carriers (hot electrons) at the end of the gate insulating film. This problem is particularly noticeable with N-channel transistors.
絶縁ゲート型のMOSトランジスタの製造方法としては、特許文献1に記載のものがある。
特許文献1の製造方法は、以下のように行う。先ず、第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する。次に、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。次に、ゲート電極をマスクとして、第1のイオンビーム傾斜角にて、第2導電型不純物を半導体基板に深くイオン注入し、第1の低濃度ドレイン層を形成する。次に、ゲート電極をマスクとして、第1のイオンビーム傾斜角よりも小さい第2のイオンビーム傾斜角にて、第2導電型不純物を半導体基板に浅くイオン注入し、第1の低濃度ドレイン層の表面濃度を高くする。
As a method for manufacturing an insulated gate MOS transistor, there is one disclosed in
The manufacturing method of
しかし、特許文献1の製造方法では、イオンビームを斜めに注入する影響により、上述した工程だけだと、同文献の図3(b)に示されるように、半導体基板の最表面に沿った不純物濃度のプロファイルに窪みが生じてしまう。この窪みは、ゲート絶縁膜の端部へのホットキャリアの注入を促し、飽和電流が変動する要因となる。
However, in the manufacturing method of
このため、特許文献1の製造方法では、更に、ゲート電極をマスクとして、第3のイオンビーム傾斜角にて、第2導電型不純物(砒素)を半導体基板にイオン注入し、第1の低濃度ドレイン層よりも浅く、低不純物濃度を有した第2の低濃度ドレイン層を形成する。特許文献1には、このように第2の低濃度ドレイン層を形成することにより、半導体基板の最表面に沿った不純物濃度のプロファイルを同文献の図3(a)に示すようになだらかにできる旨の記載がある。
For this reason, in the manufacturing method disclosed in
しかしながら、特許文献1の技術では、ゲート電極をマスクにしてイオンビームを斜めに注入することによって低濃度拡散領域を形成する、すなわち、ゲート絶縁膜の形成後のイオン注入によって低濃度拡散領域を形成する。このため、イオン注入によりゲート絶縁膜が損傷するので、表示ドライバ等で求められるような高耐圧のMOSトランジスタを作製する事は困難である。従って、高耐圧のMOSトランジスタを作成しようとする場合、ゲート電極の端部から高濃度拡散領域までの間の電界緩和を十分に確保するために、ゲート電極の端部から十分離して高濃度拡散領域を形成する必要がある。その結果、MOSトランジスタの面積が大きくなってしまう。
However, in the technique of
このように、ゲート絶縁膜の端部にトラップされるホットキャリアの数を抑制し、且つ、面積拡大を抑制しつつ高耐圧のMOSトランジスタを作製することは困難だった。 As described above, it has been difficult to manufacture a high-breakdown-voltage MOS transistor while suppressing the number of hot carriers trapped at the end of the gate insulating film and suppressing area expansion.
本発明は、第1導電型の半導体基板上に形成したマスクパターンをマスクとして、第2導電型の一対の第1低濃度拡散領域と、前記第1低濃度拡散領域よりも深くかつ高濃度の第2導電型の一対の第2低濃度拡散領域と、を形成する工程と、
前記一対の第1低濃度拡散領域のうちの一方の第1低濃度拡散領域上から他方の第1低濃度拡散領域上に亘ってゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記第2低濃度拡散領域よりも高濃度の第2導電型の一対の高濃度拡散領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
The present invention uses a mask pattern formed on a first conductivity type semiconductor substrate as a mask, a pair of first low concentration diffusion regions of a second conductivity type, and a deeper and higher concentration than the first low concentration diffusion regions. Forming a pair of second low-concentration diffusion regions of the second conductivity type;
A gate insulating film is formed from one first low concentration diffusion region of the pair of first low concentration diffusion regions to the other first low concentration diffusion region, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. Forming, and
Forming a pair of high-concentration diffusion regions of the second conductivity type having a higher concentration than the second low-concentration diffusion region using the gate electrode as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
この半導体装置の製造方法によれば、第1低濃度拡散領域よりも深くかつ高濃度の第2低濃度拡散領域を形成するので、第1及び第2低濃度拡散領域を含む低濃度拡散領域の深部が低抵抗になる。その結果、電流は主に低濃度拡散領域の深部を流れることになり、ゲート絶縁膜に注入されるホットキャリアの数が抑制される。しかも、ゲート絶縁膜の下側にも存在するように低濃度拡散領域を形成するので、高濃度拡散領域をゲート電極の端部から十分離して形成しなくても(MOSトランジスタの面積を大きくしなくても)表示ドライバ等で求められる高耐圧のMOSトランジスタを作製することが可能になる。 According to this method for manufacturing a semiconductor device, since the second low-concentration diffusion region that is deeper and higher in concentration than the first low-concentration diffusion region is formed, the low-concentration diffusion region including the first and second low-concentration diffusion regions The depth becomes low resistance. As a result, the current flows mainly in the deep portion of the low concentration diffusion region, and the number of hot carriers injected into the gate insulating film is suppressed. In addition, since the low concentration diffusion region is formed so that it also exists below the gate insulating film, the high concentration diffusion region is not formed far from the end of the gate electrode (the MOS transistor area is increased). It is possible to manufacture a high-breakdown-voltage MOS transistor required by a display driver or the like.
本発明によれば、ゲート絶縁膜の端部にトラップされるホットキャリアの数を抑制し、且つ、面積拡大を抑制しつつ高耐圧のMOSトランジスタを作製することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a high-breakdown-voltage MOS transistor while suppressing the number of hot carriers trapped at the end of the gate insulating film and suppressing the area expansion.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
図1及び図2は実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を示す断面図である。 1 and 2 are cross-sectional views showing a series of steps in the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、以下の工程を行う。先ず、第1導電型の半導体基板1上に形成したマスクパターン9をマスクとして、第2導電型の一対の第1低濃度拡散領域4と、第1低濃度拡散領域4よりも深くかつ高濃度の第2導電型の一対の第2低濃度拡散領域3と、を形成する。次に、一対の第1低濃度拡散領域4のうちの一方の第1低濃度拡散領域4上から他方の第1低濃度拡散領域4上に亘ってゲート絶縁膜5を形成し、このゲート絶縁膜5上にゲート電極6を形成する。次に、ゲート電極6をマスクとして、第2低濃度拡散領域3よりも高濃度の第2導電型の一対の高濃度拡散領域8を形成する。以下、詳細に説明する。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, the following steps are performed. First, using the
図1(a)に示すように、第1導電型(例えば、P型)の半導体基板1(以下、基板1)の表層に素子分離領域2を形成し、素子形成領域10を他の領域と分離させる。このためには、先ず、基板1上において素子分離領域2の形成箇所以外の部分の上にマスクパターン(図示略)を形成する。次に、このマスクパターンをマスクとして基板1の表層をエッチングする。これにより、基板1の表層を選択的に除去し、素子分離領域2の形成用の溝2aを形成する。次に、溝2aを埋め込むように基板1の表面上に酸化膜(SiO2)を形成する。次に、基板1の表面を研磨して、この酸化膜を溝2a内に残留させる一方で溝2a以外の基板1上からは除去することにより、素子分離領域2を形成する。
As shown in FIG. 1A, an
次に、図1(a)に示すように、基板1上にマスクパターン9を形成する。次に、このマスクパターン9をマスクとして、基板1に対するイオンビームの傾斜角を0度に設定して第2導電型(例えば、N型)の不純物(例えば、リン)をイオン注入する。これにより、素子形成領域10に一対の第2低濃度拡散領域3を形成する。
Next, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、第2低濃度拡散領域3の形成時に用いたのと同じマスクパターン9をマスクとして、基板1に対するイオンビームの傾斜角を0度に設定して第2導電型(例えば、N型)の不純物(例えば、リン)をイオン注入する。これにより、第2低濃度拡散領域3のそれぞれの上部に第1低濃度拡散領域4を形成する。つまり、素子形成領域10に一対の第1低濃度拡散領域4を形成する。ここで、第1低濃度拡散領域4は、第2低濃度拡散領域3よりも低濃度かつ浅くなるように形成する。次に、マスクパターン9を除去する。
Next, as shown in FIG. 1B, the tilt angle of the ion beam with respect to the
次に、図1(c)に示すように、一対の第1低濃度拡散領域4のうちの一方の第1低濃度拡散領域4上から他方の第1低濃度拡散領域4上に亘ってゲート絶縁膜5を形成し、このゲート絶縁膜5上にゲート電極6を形成する。このためには、例えば、先ず、熱酸化或いはCVD(Chemical Vapor Deposition)により基板1上に酸化膜(図示略)を形成する。次に、この酸化膜上にポリシリコン膜(図示略)を形成する。次に、ポリシリコン膜においてゲート電極6となる部位の上にマスクパターン(図示略)を形成する。次に、このマスクパターンをマスクとしてポリシリコン膜をエッチングすることにより、ポリシリコン膜をゲート電極6の形状に加工する。次に、このマスクパターンをマスクとして酸化膜をエッチングすることにより、酸化膜をゲート絶縁膜5の形状に加工する。次に、このマスクパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 1C, the gate extends from one first low
次に、図2(a)に示すように、酸化膜を例えばCVDで全面に形成した後でエッチバックすることにより、ゲート電極6の側面及びゲート絶縁膜5の側面にサイドウォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 2A, an oxide film is formed on the entire surface by, for example, CVD, and then etched back, thereby forming
次に、図2(b)に示すように、ゲート電極6及びサイドウォール7をマスクとして、第2導電型(例えば、N型)の不純物(例えば、リン)をイオン注入することにより、第1及び第2低濃度拡散領域3、4よりも高濃度の高濃度拡散領域8を形成する。
こうして、半導体装置100を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, the first conductivity type (for example, N-type) impurity (for example, phosphorus) is ion-implanted using the
Thus, the
次に、動作を説明する。 Next, the operation will be described.
一方の高濃度拡散領域8をソース電位に接続し、他方の高濃度拡散領域8をドレイン電位に接続した状態で、ゲート電極6にゲート電圧を印加すると、ゲート電極6の下側の基板1を介して、一方の高濃度拡散領域8から他方の高濃度拡散領域8へと電流が流れる。
When a gate voltage is applied to the
図3は実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置100の構成を示す断面図である。図3に示すように、基板1におけるゲート電極6の下側の部分から高濃度拡散領域8までの部分は、等価的に、第1及び第2抵抗R1、R2を並列接続した回路となる。すなわち、基板1におけるゲート電極6の下側の部分から第1低濃度拡散領域4を経由して高濃度拡散領域8に至る部分が第1抵抗R1となり、基板1におけるゲート電極6の下側の部分から第2低濃度拡散領域3を経由して高濃度拡散領域8に至る部分が第2抵抗R2となる。低濃度拡散領域11の第1及び第2低濃度拡散領域4、3のうち、深い方の第2低濃度拡散領域4の方が不純物濃度が高いので、低濃度拡散領域11は上部よりも下部の方が低抵抗となる。すなわち、第1抵抗R1よりも第2抵抗R2の方が低抵抗となる。このため、電流は主に低濃度拡散領域11の下部を流れることになり、ゲート絶縁膜5に注入されるホットキャリアの数が抑制される。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a
図4は半導体装置100の基板1の最表面に沿った不純物濃度のプロファイルを示す図である。本実施形態では、イオンビームの傾斜角を0度にしている。このため、イオンは基板1に対して一様に注入されることから、図4に示すプロファイルには、特許文献1の図3(a)のような窪みも見られない。よって、砒素イオンを追加注入することなくホットキャリアによる素子特性の劣化を抑制することができる。
FIG. 4 is a diagram showing a profile of impurity concentration along the outermost surface of the
更に、ゲート絶縁膜5の形成前にイオンビームの傾斜角を0度に設定して低濃度拡散領域11を形成することにより、ゲート絶縁膜5の下側にまで広がった低濃度拡散領域11を形成することができる。よって、ゲート電極6の端部から高濃度拡散領域8までの電界が十分に緩和されることから、高濃度拡散領域8をゲート電極6の端部から十分離して形成しなくても(MOSトランジスタの面積を大きくしなくても)、表示ドライバ等で求められる高耐圧のMOSトランジスタの作製が可能になる。
Further, by forming the low
以上のような実施形態によれば、第1低濃度拡散領域4よりも深くかつ高濃度の第2低濃度拡散領域3を形成するので、第1及び第2低濃度拡散領域3、4を含む低濃度拡散領域11の下部が低抵抗になる。その結果、電流は主に低濃度拡散領域11の下部を流れることになり、ゲート絶縁膜5に注入されるホットキャリアの数が抑制される。しかも、ゲート絶縁膜5の下側にも存在するように低濃度拡散領域11を形成するので、高濃度拡散領域8をゲート電極6の端部から十分離して形成しなくても(MOSトランジスタの面積を大きくしなくても)表示ドライバ等で求められる高耐圧のMOSトランジスタを作製することが可能になる。
According to the embodiment as described above, the second low-
また、ゲート絶縁膜5の形成前に低濃度拡散領域11を形成するので、イオンビームの傾斜角を0度にしてもゲート絶縁膜5の下側にまで広がった低濃度拡散領域11を形成することが可能となる。その結果、不純物濃度プロファイルを滑らかにしてホットキャリアによる素子特性の劣化を抑制することができるとともに、MOSトランジスタの面積を増大させることなく耐圧を上昇させることができる。また、低濃度拡散領域11の形成用のイオンビームによるゲート絶縁膜5の損傷を回避することができる。
Further, since the low
また、イオンビームの傾斜角を0度にして低濃度拡散領域11を形成するので、基板1に対して一様に低濃度拡散領域11を形成することができる。よって、砒素イオンを追加注入しなくても、図4で示されるように不純物濃度のプロファイルは滑らかになる。また、このように不純物濃度のプロファイルが滑らかになることにより、ゲート絶縁膜5の端部へのホットキャリアの集中を制御できるため、素子特性の劣化を抑制できる。
In addition, since the low
1 半導体基板
2 素子分離領域
2a 溝
3 第2低濃度拡散領域
4 第1低濃度拡散領域
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 サイドウォール
8 高濃度拡散領域
9 マスクパターン
10 素子形成領域
11 低濃度拡散領域
100 半導体装置
R1 第1抵抗
R2 第2抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記一対の第1低濃度拡散領域のうちの一方の第1低濃度拡散領域上から他方の第1低濃度拡散領域上に亘ってゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記第2低濃度拡散領域よりも高濃度の第2導電型の一対の高濃度拡散領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Using a mask pattern formed on the first conductivity type semiconductor substrate as a mask, a pair of first low concentration diffusion regions of the second conductivity type and a second conductivity type deeper and higher in concentration than the first low concentration diffusion regions. Forming a pair of second low-concentration diffusion regions,
A gate insulating film is formed from one first low concentration diffusion region of the pair of first low concentration diffusion regions to the other first low concentration diffusion region, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. Forming, and
Forming a pair of high-concentration diffusion regions of the second conductivity type having a higher concentration than the second low-concentration diffusion region using the gate electrode as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010053189A JP2011187814A (en) | 2010-03-10 | 2010-03-10 | Method of manufacturing semiconductor device |
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