JP2011249354A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a semiconductor device capable of downsizing a laterally diffused metal oxide semiconductor (LDMOS) transistor and reducing the manufacturing cost thereof.SOLUTION: According to this invention, there is provided a manufacturing method for a semiconductor device comprising: a step of forming a trench on a semiconductor substrate; a step of forming a silicon layer on the trench; a step of introducing a first conductive type impurity into the silicon layer; a step of diffusing the impurity in the silicon layer by heating the silicon layer introduced with the impurity in an inert atmosphere; a step of heating the silicon layer diffused with the impurity in an oxidative atmosphere; and a step of forming a drain contact region introduced with the first conductive type impurity and a body region introduced with a second conductive impurity so as to sandwich the trench between the drain contact region and the body region.

Description

この発明は、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.

電源用途の大電流のスイッチング素子として, LDMOS(Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor)トランジスタがある。このLDMOSは、高耐圧かつ低オン抵抗であるため、いわゆるパワー半導体装置といて用いられている。   As a high-current switching element for power supply, there is an LDMOS (Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor) transistor. Since this LDMOS has a high breakdown voltage and a low on-resistance, it is used as a so-called power semiconductor device.

図6は、このLDMOSトランジスタの一例である。このLDMOSトランジスタは、P型半導体基板201上のN型ウエル領域(HV−NWELL)202内に形成されたP型ボディ領域212、STI(shallow trench isolation)領域210及びドレイン拡散領域216を備えている。またP型ボディ領域212内に、N+型ソース拡散領域215及P型ボディ領域212の電極取り出し部であるP+拡散領域217が形成され、P型ボディ領域212及びSTI領域210の一部の上にゲート電極214がゲート酸化膜213を介して形成されている。さらに、このLDMOSトランジスタは、オン抵抗を小さくするため、STI領域210の下方に、この領域210を囲むようにN型不純物の拡散層であるN型ドリフト層209が形成されている。 FIG. 6 shows an example of this LDMOS transistor. The LDMOS transistor includes a P-type body region 212, an STI (shallow trench isolation) region 210 and a drain diffusion region 216 formed in an N-type well region (HV-NWELL) 202 on a P-type semiconductor substrate 201. . Further, in the P-type body region 212, an N + -type source diffusion region 215 and a P + diffusion region 217 that is an electrode extraction portion of the P-type body region 212 are formed, and part of the P-type body region 212 and the STI region 210 are formed. A gate electrode 214 is formed thereon via a gate oxide film 213. Further, in this LDMOS transistor, an N-type drift layer 209 which is an N-type impurity diffusion layer is formed below the STI region 210 so as to surround the region 210 in order to reduce the on-resistance.

このような構造のLDMOSトランジスタは、N型ウエル領域202とN型ドリフト層209の不純物濃度を調整することにより、トレードオフ関係にある高耐圧化及びオン抵抗の低抵抗化を改善できるので、30〜150Vの耐圧が求められるLDMOSトランジスタに広く採用されている。   The LDMOS transistor having such a structure can improve the high breakdown voltage and the low on-resistance in a trade-off relationship by adjusting the impurity concentration of the N-type well region 202 and the N-type drift layer 209. It is widely used in LDMOS transistors that require a breakdown voltage of ˜150V.

上記LDMOSトランジスタのN型ドリフト層209は、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、選択酸化膜を介してフォトレジスト膜に形成された開口部からイオン注入を行うことにより形成されることが知られている(例えば、特許文献1)。ここで、選択酸化膜はLOCOS酸化法で形成でき、この選択酸化膜はSTI構造に替えることができることが知られている(例えば、特許文献1参照)。   It is known that the N-type drift layer 209 of the LDMOS transistor is formed by ion implantation from an opening formed in the photoresist film through a selective oxide film using a well-known photolithography technique. (For example, Patent Document 1). Here, it is known that the selective oxide film can be formed by a LOCOS oxidation method, and this selective oxide film can be replaced with an STI structure (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−150300号公報JP-A-2005-150300

しかし、上記形成方法によりドリフト層を形成すると、フォトリソグラフィ技術で生じるアライメントや線幅のずれを考慮して、LDMOSトランジスタの設計にマージンを設ける必要がある。
例えば、図6のLDMOSトランジスタの場合、(1)LDMOSトランジスタに耐圧を持たせるため、P型ボディ領域212とN型ドリフト層209との間に距離(スペース)を確保する必要があるが、例えば、露光するマスクパターンの位置のばらつきを考慮して、フォトレジスト膜を配置してドリフト層を形成する必要がある。また、(2)フォトレジスト膜に転写されたマスクパターンの幅(例えば、マスクパターンの線幅)がN型ドリフト層209の幅を決定するところ、この幅のばらつきを考慮してSTI領域210に対してN型ドリフト層209を形成する必要がある。
このため、LDMOSトランジスタのサイズが大きくなり、ウエハ上で占める面積が大きくなる結果、製造コストが上昇している。従って、LDMOSトランジスタのサイズを小さくし、製造コストを下げる製造方法が望まれている。
However, when the drift layer is formed by the above-described formation method, it is necessary to provide a margin in the design of the LDMOS transistor in consideration of alignment and line width deviation caused by the photolithography technique.
For example, in the case of the LDMOS transistor of FIG. 6, it is necessary to secure a distance (space) between the P-type body region 212 and the N-type drift layer 209 in order to give the LDMOS transistor withstand voltage. In consideration of variations in the position of the mask pattern to be exposed, it is necessary to form a drift layer by disposing a photoresist film. Further, (2) the width of the mask pattern transferred to the photoresist film (for example, the line width of the mask pattern) determines the width of the N-type drift layer 209. In contrast, the N-type drift layer 209 needs to be formed.
For this reason, the size of the LDMOS transistor is increased, and the area occupied on the wafer is increased, resulting in an increase in manufacturing cost. Therefore, a manufacturing method that reduces the size of the LDMOS transistor and reduces the manufacturing cost is desired.

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、LDMOSトランジスタのサイズを小さくし、製造コストを下げる製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a manufacturing method for reducing the size of the LDMOS transistor and reducing the manufacturing cost.

この発明によれば、半導体基板上にトレンチを形成する工程と、前記トレンチ上にシリコン層を形成する工程と、前記シリコン層に第1導電型の不純物を導入する工程と、前記不純物が導入された前記シリコン層を不活性雰囲気下で加熱することにより、前記不純物を前記シリコン層に拡散させる工程と、前記不純物が拡散された前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱する工程と、前記トレンチを挟むように、第1導電型の不純物が導入されたドレインコンタクト領域と第2導電型の不純物が導入されたボディ領域とを形成する工程と、を備え、前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱する工程は、前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱することにより、前記シリコン層を酸化させて酸化層を形成するとともに前記不純物をトレンチ表面に拡散させて、前記ボディ領域と前記ドレインコンタクト領域との間にドリフト領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to the present invention, a step of forming a trench on a semiconductor substrate, a step of forming a silicon layer on the trench, a step of introducing an impurity of a first conductivity type into the silicon layer, and the introduction of the impurity. The step of diffusing the impurities into the silicon layer by heating the silicon layer in an inert atmosphere, the step of heating the silicon layer in which the impurities are diffused in an oxidizing atmosphere, and sandwiching the trench Forming a drain contact region into which the first conductivity type impurity is introduced and a body region into which the second conductivity type impurity is introduced, and heating the silicon layer in an oxidizing atmosphere. The silicon layer is heated in an oxidizing atmosphere to oxidize the silicon layer to form an oxide layer and diffuse the impurities to the trench surface Allowed by the manufacturing method of a semiconductor device and forming a drift region between the body region and the drain contact region is provided.

この発明の半導体装置の製造方法によれば、トレンチ上に形成されたシリコン層を酸化させて酸化層を形成するとともに前記不純物をトレンチ表面に拡散させて、前記ボディ領域と前記ドレインコンタクト領域との間にドリフト領域を形成するので、前記ボディ領域と前記ドレインコンタクト領域との間をトレンチで素子分離できると共に、セルフアラインでトレンチを囲むようにドリフト領域を配置できる半導体装置の製造方法が提供される。前記ドリフト領域を前記ボディ領域と前記ドレインコンタクト領域との間にフォトリソグラフィ技術を用いることなく形成できるので、ドリフト領域をフォトリソグラフィ技術により製造する方法と比較して製造コストを下げる製造方法が提供される。また、前記不純物を拡散させてドリフト領域を形成するので、フォトリソグラフィ技術よりもドリフト領域の位置がばらつきにくい製造方法が提供される。このため、半導体装置のサイズを小さくし、製造コストを下げる製造方法が提供される。
また、前記ボディ領域と前記ドレインコンタクト領域との間に、トレンチを囲むようにしてドリフト領域を配置されるので、オン抵抗が小さい半導体装置の製造方法が提供される。
また、前記ドリフト領域が形成される領域を挟むように前記ドレインコンタクト領域とボディ領域とが形成されているので、高耐圧化に適した半導体装置の製造方法が提供される。つまりドレインコンタクト領域の不純物濃度に対して、前記ドレインコンタクト領域とボディ領域との間にあるドリフト領域の不純物濃度を低い濃度とすれば、高耐圧化された半導体装置を製造できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the silicon layer formed on the trench is oxidized to form an oxide layer, and the impurity is diffused into the trench surface, so that the body region and the drain contact region are formed. Since a drift region is formed between the body region and the drain contact region, a method for manufacturing a semiconductor device can be provided in which the element can be separated by a trench and the drift region can be disposed so as to surround the trench by self-alignment. . Since the drift region can be formed between the body region and the drain contact region without using a photolithography technique, a manufacturing method is provided that reduces the manufacturing cost compared to a method of manufacturing the drift region by a photolithography technique. The In addition, since the drift region is formed by diffusing the impurity, a manufacturing method is provided in which the position of the drift region is less likely to vary than in the photolithography technique. Therefore, a manufacturing method is provided that reduces the size of the semiconductor device and reduces the manufacturing cost.
In addition, since the drift region is disposed between the body region and the drain contact region so as to surround the trench, a method for manufacturing a semiconductor device with low on-resistance is provided.
Further, since the drain contact region and the body region are formed so as to sandwich the region where the drift region is formed, a method for manufacturing a semiconductor device suitable for increasing the breakdown voltage is provided. That is, if the impurity concentration in the drift region between the drain contact region and the body region is set lower than the impurity concentration in the drain contact region, a semiconductor device with a high breakdown voltage can be manufactured.

この発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. この発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. この発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. この発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. この発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the modification of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 背景技術に係るLDMOSトランジスタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the LDMOS transistor which concerns on background art.

この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にトレンチを形成する工程と、前記トレンチ上にシリコン層を形成する工程と、前記シリコン層に第1導電型の不純物を導入する工程と、前記不純物が導入された前記シリコン層を不活性雰囲気下で加熱することにより、前記不純物を前記シリコン層に拡散させる工程と、前記不純物が拡散された前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱する工程と、前記トレンチを挟むように、第1導電型の不純物が導入されたドレインコンタクト領域と第2導電型の不純物が導入されたボディ領域とを形成する工程と、を備え、前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱する工程は、前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱することにより、前記シリコン層を酸化させて酸化層を形成するとともに前記不純物をトレンチ表面に拡散させて、前記ボディ領域と前記ドレインコンタクト領域との間にドリフト領域を形成することを特徴とする。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a trench on a semiconductor substrate, a step of forming a silicon layer on the trench, a step of introducing an impurity of a first conductivity type into the silicon layer, Heating the silicon layer doped with impurities under an inert atmosphere to diffuse the impurities into the silicon layer; heating the silicon layer with impurities diffused under an oxidizing atmosphere; Forming a drain contact region into which the first conductivity type impurity is introduced and a body region into which the second conductivity type impurity is introduced so as to sandwich the trench, and the silicon layer under an oxidizing atmosphere. In the heating step, the silicon layer is heated in an oxidizing atmosphere to oxidize the silicon layer to form an oxide layer and to remove the impurities. It is diffused into inch surface, and forming a drift region between the body region and the drain contact region.

ここで、前記シリコン層に第1導電型の不純物を導入する工程は、前記ドリフト領域を形成する領域上の前記シリコン層の一部領域に不純物を導入してもよい。すなわち、前記シリコン層に第1導電型の不純物を導入する工程は、前記トレンチが形成された領域を含む領域の、前記シリコン層の一部に不純物を導入してもよい。   Here, the step of introducing the first conductivity type impurity into the silicon layer may introduce the impurity into a partial region of the silicon layer on a region where the drift region is formed. That is, in the step of introducing the first conductivity type impurity into the silicon layer, the impurity may be introduced into a part of the silicon layer in a region including the region where the trench is formed.

また、半導体基板上にトレンチを形成する工程は、半導体基板内の一部領域に第1導電型の不純物を導入してウエル領域を形成し、その後、前記ウエル領域内にトレンチを形成する工程であってもよい。前記ウエル領域内に、前記トレンチを挟むようにドレインコンタクト領域及びボディ領域が形成され、前記ウエル領域(トレンチ及びボディ領域以外の領域)がドレイン領域として機能する。つまり、半導体基板内の一部領域に第1導電型の不純物を導入してウエル領域を形成することにより、ドレイン領域に対応する領域を形成する。   The step of forming a trench on the semiconductor substrate is a step of introducing a first conductivity type impurity into a partial region of the semiconductor substrate to form a well region, and then forming a trench in the well region. There may be. A drain contact region and a body region are formed in the well region so as to sandwich the trench, and the well region (a region other than the trench and the body region) functions as a drain region. That is, a region corresponding to the drain region is formed by introducing a first conductivity type impurity into a partial region in the semiconductor substrate to form a well region.

この発明の半導体装置の製造方法は、前記シリコン層を形成する工程が20〜100nmの層厚のシリコン層を形成する工程であってもよい。シリコン層が20nm以上の層厚であれば、導入される不純物が均一に拡散されやすく、シリコン層が100nm以下の層厚であれば、シリコン層を酸化させて酸化層を形成するときに応力による欠陥が生じにくい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the silicon layer may be a step of forming a silicon layer having a thickness of 20 to 100 nm. If the silicon layer has a thickness of 20 nm or more, the introduced impurities are easily diffused uniformly. If the silicon layer has a thickness of 100 nm or less, the silicon layer is oxidized to form an oxide layer by stress. Defects are less likely to occur.

また、前記不純物を導入する工程が前記不純物として砒素又はアンチモンを導入する工程であってもよい。N型の導電型の場合、通常、リン、砒素又はアンチモン等のV価の元素を不純物として用いられる。
この発明の製造方法によれば、前記シリコン層に不純物を導入し、前記不純物を前記シリコン層に拡散させ、かつ前記不純物をトレンチ表面に拡散させてドリフト領域を形成するので、従来のイオン注入法のような不純物分布の深さに制約が生じない。つまり、従来のイオン注入法を用いてドリフト領域を形成する場合、ドリフト領域が半導体基板内部にあるので、砒素又はアンチモンを用いることは困難であったが、この発明の製造方法によれば、ドリフト領域の形成に砒素又はアンチモンを不純物として用いることができる。
一方、不純物として砒素又はアンチモンを用いてドリフト領域を形成すると、不純物をトレンチ表面に拡散させてドリフト領域を形成する工程で加熱する温度がばらついても、ドリフト領域の幅・深さへの影響が少ない。このため、ドリフト領域を精度よく製造できる。この製造方法によれば、半導体装置のサイズをより小さくし、製造コストを下げる製造方法が提供される。
Further, the step of introducing the impurity may be a step of introducing arsenic or antimony as the impurity. In the case of the N-type conductivity type, a V-valent element such as phosphorus, arsenic, or antimony is usually used as an impurity.
According to the manufacturing method of the present invention, since the impurity is introduced into the silicon layer, the impurity is diffused into the silicon layer, and the impurity is diffused into the trench surface to form the drift region. There is no restriction on the depth of the impurity distribution. In other words, when the drift region is formed by using the conventional ion implantation method, it is difficult to use arsenic or antimony because the drift region is inside the semiconductor substrate. Arsenic or antimony can be used as an impurity for forming the region.
On the other hand, when the drift region is formed using arsenic or antimony as an impurity, even if the temperature for heating in the step of forming the drift region by diffusing the impurity into the trench surface varies, the drift region width and depth are affected. Few. For this reason, the drift region can be manufactured with high accuracy. According to this manufacturing method, a manufacturing method for reducing the size of the semiconductor device and reducing the manufacturing cost is provided.

また、前記不純物を導入する工程は、前記トレンチ底面のシリコン層に対して第1導電型の不純物を導入する工程と、前記トレンチ側面のシリコン層に対して第1導電型の不純物を導入する工程と、を備える工程であってもよい。
この製造方法によれば、前記トレンチ底面及び側面のシリコン層にそれぞれ第1導電型の不純物を導入するので、前記トレンチ上のシリコン層に均一に不純物が導入される。
また、前記不純物を導入する工程は、前記半導体基板の法線方向に対して所定の角度で不純物を回転注入する工程であってもよい。
この製造方法によれば、前記所定の角度で不純物を回転注入するので、前記トレンチ上のシリコン層に均一に不純物が導入される。
The step of introducing the impurity includes a step of introducing a first conductivity type impurity into the silicon layer on the bottom surface of the trench, and a step of introducing a first conductivity type impurity into the silicon layer on the side surface of the trench. And a process comprising:
According to this manufacturing method, since the first conductivity type impurity is introduced into the silicon layer on the bottom and side surfaces of the trench, the impurity is uniformly introduced into the silicon layer on the trench.
Further, the step of introducing the impurity may be a step of rotating and implanting the impurity at a predetermined angle with respect to a normal direction of the semiconductor substrate.
According to this manufacturing method, since the impurity is rotationally implanted at the predetermined angle, the impurity is uniformly introduced into the silicon layer on the trench.

ここで、回転注入は、例えば、イオン注入の場合、イオン源と半導体基板とを相対的に回転させて前記シリコン層にイオンを注入することである。この回転注入を適用した他の実施形態を挙げると、例えば、前記半導体基板に平行な平面に対して所定の方向から、前記半導体基板の法線方向に対して所定の角度で、不純物を導入する工程と、前記半導体基板を回転させた後、前記方向から前記角度で、不純物を導入する工程と、を備える前記不純物を導入する工程がある。この実施形態によれば、前記所定の方向及び所定の角度で第1導電型の不純物を導入するので、前記トレンチ上のシリコン層に均一に不純物が導入される。   Here, the rotation implantation is, for example, in the case of ion implantation, in which ions are implanted into the silicon layer by relatively rotating an ion source and a semiconductor substrate. In another embodiment to which this rotational implantation is applied, for example, impurities are introduced from a predetermined direction with respect to a plane parallel to the semiconductor substrate at a predetermined angle with respect to the normal direction of the semiconductor substrate. There is a step of introducing the impurity comprising a step and a step of introducing the impurity at the angle from the direction after rotating the semiconductor substrate. According to this embodiment, since the first conductivity type impurity is introduced in the predetermined direction and the predetermined angle, the impurity is uniformly introduced into the silicon layer on the trench.

また、別の観点では、前記不純物を導入する工程は、前記トレンチに対して複数のツイスト角で前記不純物を導入する工程であってもよい。前記トレンチが形成された領域の前記シリコン層に不純物を導入する工程は、半導体基板の法線方向に対して所定の角度(例えば、基板の法線方向に対して斜め方向)で不純物を導入してもよいが、ここで、複数のツイスト角で前記不純物を導入するとは、半導体基板の法線方向に対して所定の角度で不純物を導入する場合に、トレンチに対して(例えば、トレンチの溝方向)半導体基板平面上のある方向から不純物を導入した後、別の方向から不純物を導入することをいう。すなわち、半導体基板の法線方向(Z軸)に対する不純物の導入方向をチルト角と定義すると、ツイスト角とは、半導体基板に平行な平面(XY平面)での不純物の導入方向をいうものである。
この製造方法によれば、前記トレンチに対して複数のツイスト角で前記不純物を導入するので、前記トレンチ上のシリコン層に均一に不純物が導入される。
このように、これら製造方法によれば、前記トレンチ上のシリコン層に均一に不純物が導入されるので、前記不純物がより均一に拡散されたドリフト領域を形成できる。従って、ドリフト領域を精度よく製造できる。
In another aspect, the step of introducing the impurity may be a step of introducing the impurity at a plurality of twist angles with respect to the trench. The step of introducing the impurity into the silicon layer in the region where the trench is formed introduces the impurity at a predetermined angle with respect to the normal direction of the semiconductor substrate (for example, obliquely with respect to the normal direction of the substrate). However, here, introducing the impurity at a plurality of twist angles means that the impurity is introduced into the trench (for example, the groove of the trench) when the impurity is introduced at a predetermined angle with respect to the normal direction of the semiconductor substrate. Direction) After introducing an impurity from one direction on the semiconductor substrate plane, the impurity is introduced from another direction. That is, when the impurity introduction direction with respect to the normal direction (Z axis) of the semiconductor substrate is defined as a tilt angle, the twist angle refers to the impurity introduction direction in a plane (XY plane) parallel to the semiconductor substrate. .
According to this manufacturing method, since the impurity is introduced into the trench at a plurality of twist angles, the impurity is uniformly introduced into the silicon layer on the trench.
Thus, according to these manufacturing methods, since the impurity is uniformly introduced into the silicon layer on the trench, a drift region in which the impurity is more uniformly diffused can be formed. Therefore, the drift region can be manufactured with high accuracy.

また、この発明の半導体装置の製造方法は、前記ボディ領域が形成された領域内の一部分の上に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ボディ領域が形成された領域内の他の部分に、第1導電型の不純物が導入されたソース領域を形成する工程と、をさらに備えてもよい。
この構成によれば、高耐圧化に適したLDMOSトランジスタの製造方法が提供される。
ここで、前記ドレイン領域を形成する工程及び前記ソース領域を形成する工程は、ドリフト領域に拡散させる第1導電型の不純物の濃度よりも高い濃度の第1導電型の不純物を導入する。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate electrode through an insulating film on a part of a region in which the body region is formed, and another step in the region in which the body region is formed. And a step of forming a source region into which the first conductivity type impurity is introduced in the portion.
According to this configuration, a method for manufacturing an LDMOS transistor suitable for increasing the breakdown voltage is provided.
Here, the step of forming the drain region and the step of forming the source region introduce a first conductivity type impurity having a concentration higher than the concentration of the first conductivity type impurity diffused in the drift region.

また、この発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体基板の一部に第1導電型の不純物を導入してウエル領域を形成する工程をさらに備え、前記半導体基板上にトレンチを形成する工程が、前記ウエル領域にトレンチを形成する工程であってもよい。
この構成によれば、前記ウエル領域の不純物濃度とドリフト領域の不純物濃度とを調整できるので、高耐圧化され、かつオン抵抗が低抵抗化された半導体装置に適した製造方法が提供される。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention further comprises a step of introducing a first conductivity type impurity into a part of the semiconductor substrate to form a well region, and a step of forming a trench on the semiconductor substrate. And a step of forming a trench in the well region.
According to this configuration, since the impurity concentration of the well region and the impurity concentration of the drift region can be adjusted, a manufacturing method suitable for a semiconductor device having a high breakdown voltage and a low on-resistance is provided.

なお、第1導電型の不純物とは、N型不純物又はP型不純物をいう。第1導電型の不純物がN型不純物の場合、第2導電型の不純物は、P型不純物であり、また、第1導電型の不純物がP型不純物の場合、第2導電型の不純物は、N型不純物である。   Note that the first conductivity type impurity means an N-type impurity or a P-type impurity. When the first conductivity type impurity is an N type impurity, the second conductivity type impurity is a P type impurity, and when the first conductivity type impurity is a P type impurity, the second conductivity type impurity is: N-type impurities.

以下、この発明の実施形態について、図1〜4を参照しながら具体的に説明する。なお、以下に記述する実施形態はこの発明の具体的な一例に過ぎず、この発明はこれらよって限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. The embodiments described below are merely specific examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

〔実施形態1〕
図1〜図4は、この発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。この実施形態に係る半導体装置の製造方法は、LDMOSトランジスタを製造するための製造方法であり、半導体基板としてウエル領域が形成された半導体基板を用いるので、ウエル領域の形成から説明する。
[Embodiment 1]
1 to 4 are cross-sectional views for explaining steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method of the semiconductor device according to this embodiment is a manufacturing method for manufacturing an LDMOS transistor. Since a semiconductor substrate in which a well region is formed is used as a semiconductor substrate, the formation of the well region will be described.

まず、図1(a)に示されるように、P型半導体基板1にN型不純物を導入してN型ウエル領域2を形成する。半導体基板としてP型半導体基板1を準備し、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、P型半導体基板1の一方の面(図1の上面)にフォトレジストマスクに開口部を形成する。次に、フォトレジストマスクが形成された面から、N型不純物であるリンをエネルギー4keV,ドーズ量8×1012/cm2でイオン注入する。次に、リンが注入されたP型半導体基板1を1200℃、10時間でアニールする。これにより、LDMOSトランジスタのドレイン領域となるN型ウエル領域2が形成される。 First, as shown in FIG. 1A, an N-type well region 2 is formed by introducing an N-type impurity into a P-type semiconductor substrate 1. A P-type semiconductor substrate 1 is prepared as a semiconductor substrate, and an opening is formed in the photoresist mask on one surface (upper surface in FIG. 1) of the P-type semiconductor substrate 1 using a known photolithography technique. Next, phosphorus, which is an N-type impurity, is ion-implanted from the surface where the photoresist mask is formed at an energy of 4 keV and a dose of 8 × 10 12 / cm 2 . Next, the P-type semiconductor substrate 1 implanted with phosphorus is annealed at 1200 ° C. for 10 hours. As a result, an N-type well region 2 that becomes the drain region of the LDMOS transistor is formed.

次いで、図1(b)に示されるように、N型ウエル領域2が形成されたP型半導体基板1に開口部を備えるパッド酸化膜3及びナイトライド膜4を形成する。P型半導体基板1のN型ウエル領域2が形成された面に、パッド酸化膜3を約30nmの膜厚で形成し、続いてナイトライド膜4を約200nmの膜厚で形成する。次に、周知のフォトリソグラフィ技術により開口部が形成されたフォトレジストマスクを用いて、形成されたパッド酸化膜3及びナイトライド膜4に開口部を形成する。この開口部は、トレンチを形成する部分、つまり素子分離領域に対応し、N型ウエル領域2の内側の一部領域及びN型ウエル領域2境界部の一部領域に設ける。図1(b)では、N型ウエル領域2の内側に2箇所(図1(c)の5Aに対応する個所)、N型ウエル領域2境界部に2箇所(図1(c)の5Bに対応する個所)、それぞれ開口部を形成している。この実施形態では、N型ウエル領域2境界部の開口部は、N型ウエル領域2境界部からN型ウエル領域2外部に達している。   Next, as shown in FIG. 1B, a pad oxide film 3 and a nitride film 4 having openings are formed in the P-type semiconductor substrate 1 in which the N-type well region 2 is formed. A pad oxide film 3 is formed with a thickness of about 30 nm on the surface of the P-type semiconductor substrate 1 where the N-type well region 2 is formed, and then a nitride film 4 is formed with a thickness of about 200 nm. Next, openings are formed in the formed pad oxide film 3 and nitride film 4 using a photoresist mask in which openings are formed by a well-known photolithography technique. This opening corresponds to a portion where a trench is formed, that is, an element isolation region, and is provided in a partial region inside the N-type well region 2 and a partial region at the boundary of the N-type well region 2. In FIG. 1 (b), two locations (locations corresponding to 5A in FIG. 1 (c)) inside the N-type well region 2 and two locations (5B in FIG. 1 (c)) at the boundary of the N-type well region 2. Corresponding portions), each forming an opening. In this embodiment, the opening at the boundary of the N-type well region 2 reaches the outside of the N-type well region 2 from the boundary of the N-type well region 2.

次いで、図1(c)に示されるように、開口部が形成されたパッド酸化膜3及びナイトライド膜4をマスクとして、P型半導体基板1にトレンチ5を形成する。P型半導体基板1のトレンチ5A,5Bは、パッド酸化膜3及びナイトライド膜4をマスクとして、P型半導体基板1をエッチングすることにより形成する。図1(c)に示されるトレンチ5A,5Bの深さは、300nmであり、その幅は、0.4〜100μmである。これにより、N型ウエル領域2の内側にトレンチ5Aが形成され,N型ウエル領域2境界部にトレンチ5Bが形成される。   Next, as shown in FIG. 1C, a trench 5 is formed in the P-type semiconductor substrate 1 using the pad oxide film 3 and the nitride film 4 in which the openings are formed as a mask. The trenches 5A and 5B of the P-type semiconductor substrate 1 are formed by etching the P-type semiconductor substrate 1 using the pad oxide film 3 and the nitride film 4 as a mask. The depth of the trenches 5A and 5B shown in FIG. 1C is 300 nm, and the width is 0.4 to 100 μm. As a result, a trench 5A is formed inside the N-type well region 2, and a trench 5B is formed at the boundary of the N-type well region 2.

次いで、図2(d)に示されるように、P型半導体基板1のトレンチ5A,5Bが形成された面に、ポリシリコン膜6を形成する。ポリシリコン膜6は、トレンチ5A,5Bが形成されたP型半導体基板1上の全面に、例えば30nmの膜厚で形成する。このポリシリコン膜6は、20〜100nmの層厚で軽形成するとよい。ポリシリコン膜6が20nm以上の層厚であれば、後述する不純物が均一に拡散されやすく、ポリシリコン膜6が100nm以下の層厚であれば、後述するポリシリコン膜6の酸化で応力による欠陥が生じにくい。
また、後述するように、トレンチ5Aの埋め込みを行うので、トレンチ5Aがポリシリコン膜6で埋まらないように、ポリシリコン膜6の膜厚は、トレンチ5A(素子分離領域。分離領域ともいう)幅に応じて決定する。好ましくは、トレンチ5Aの最小トレンチ幅に対して20%以下の膜厚で形成し、より好ましくは、トレンチ5Aの最小トレンチ幅に対して10%以下の膜厚で形成する。この実施形態では、トレンチ5Aの最小トレンチ幅が0.4μmであるので、ポリシリコン膜6は、30nmの膜厚で形成する。
なお、ポリシリコン膜6は、シリコン膜であればよく、ポリシリコン膜6の替わりにアモルファスシリコン膜6を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 2D, a polysilicon film 6 is formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 1 where the trenches 5A and 5B are formed. The polysilicon film 6 is formed with a film thickness of, for example, 30 nm on the entire surface of the P-type semiconductor substrate 1 in which the trenches 5A and 5B are formed. The polysilicon film 6 may be lightly formed with a layer thickness of 20 to 100 nm. If the polysilicon film 6 has a layer thickness of 20 nm or more, impurities described later are easily diffused uniformly, and if the polysilicon film 6 has a layer thickness of 100 nm or less, defects due to stress occur due to oxidation of the polysilicon film 6 described later. Is unlikely to occur.
Further, as will be described later, since the trench 5A is buried, the thickness of the polysilicon film 6 is set to the width of the trench 5A (element isolation region, also referred to as isolation region) so that the trench 5A is not filled with the polysilicon film 6. To be decided. Preferably, it is formed with a film thickness of 20% or less with respect to the minimum trench width of the trench 5A, and more preferably with a film thickness of 10% or less with respect to the minimum trench width of the trench 5A. In this embodiment, since the minimum trench width of the trench 5A is 0.4 μm, the polysilicon film 6 is formed with a thickness of 30 nm.
The polysilicon film 6 may be a silicon film, and an amorphous silicon film 6 may be formed instead of the polysilicon film 6.

次いで、図2(e)に示されるように、トレンチ5Aが形成された領域のポリシリコン膜6にN型不純物を導入する。まず周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン膜6上に開口部が設けられたフォトレジストマスク7を形成する。この開口部はトレンチ5Aの上部に形成し、この実施形態では、トレンチ5Aからトレンチ5Aとトレンチ5Aとの間までの領域(後述するN型ドリフト層及びP型ボディ領域が配置される領域)に開口部を形成している。次に、フォトレジストマスク7を介してN型不純物である砒素をエネルギー20keV,ドーズ量1×1012/cm2でイオン注入する。
なお、N型不純物として、砒素のほか、アンチモンを用いてもよい。後述するN型ドリフト層9は、アンチモンを用いても砒素と同等の機能を果たす。
Next, as shown in FIG. 2E, an N-type impurity is introduced into the polysilicon film 6 in the region where the trench 5A is formed. First, a photoresist mask 7 having an opening on the polysilicon film 6 is formed by using a well-known photolithography technique. This opening is formed in the upper portion of the trench 5A, and in this embodiment, in the region between the trench 5A and the trench 5A and the trench 5A (region where an N-type drift layer and a P-type body region described later are disposed). An opening is formed. Next, arsenic, which is an N-type impurity, is ion-implanted through the photoresist mask 7 with an energy of 20 keV and a dose of 1 × 10 12 / cm 2 .
In addition to arsenic, antimony may be used as the N-type impurity. The N-type drift layer 9 described later functions equivalent to arsenic even when antimony is used.

次いで、図2(f)に示されるように、砒素が導入されたポリシリコン膜6を不活性雰囲気下で加熱することにより、砒素をポリシリコン膜6に拡散させる。フォトレジストマスク7を除去し、不活性雰囲気下(例えば、N2雰囲気)でP型半導体基板1を800℃、1時間でアニールする。 Next, as shown in FIG. 2F, the arsenic is diffused into the polysilicon film 6 by heating the polysilicon film 6 introduced with arsenic in an inert atmosphere. The photoresist mask 7 is removed, and the P-type semiconductor substrate 1 is annealed at 800 ° C. for 1 hour in an inert atmosphere (for example, N 2 atmosphere).

次いで、砒素が拡散されたポリシリコン膜6を酸化雰囲気下で加熱することにより、ポリシリコン膜6を酸化させて酸化膜8を形成するとともに砒素をトレンチ5A表面に拡散させてN型ドリフト層9を形成する。例えば、砒素が拡散されたポリシリコン膜6をドライO2の雰囲気下、850℃で40分アニールする。これにより、ポリシリコン膜6を酸化させて酸化膜8を形成する。また、砒素をトレンチ5A表面に拡散させてN型ドリフト層9を形成する。
なお、酸化雰囲気は、ドライO2のほか、いわゆるH2−O2燃焼による雰囲気であってもよい。
Next, by heating the polysilicon film 6 in which arsenic has been diffused in an oxidizing atmosphere, the polysilicon film 6 is oxidized to form an oxide film 8 and arsenic is diffused to the surface of the trench 5A to form an N-type drift layer 9. Form. For example, the polysilicon film 6 in which arsenic is diffused is annealed at 850 ° C. for 40 minutes in an atmosphere of dry O 2 . As a result, the polysilicon film 6 is oxidized to form an oxide film 8. Further, arsenic is diffused on the surface of the trench 5A to form the N-type drift layer 9.
In addition to the dry O 2 , the oxidizing atmosphere may be an atmosphere by so-called H 2 —O 2 combustion.

次いで、図3(g)に示されるように、P型半導体基板1の酸化膜8上が形成された面の全面にシリコン酸化膜10を形成し、シリコン酸化膜10が形成された面を研磨してナイトライド膜4を露出させる。高密度プラズマCVD(High Density PlasmaCVD)法を用いて、800nmの膜厚のシリコン酸化膜10を形成し、このシリコン酸化膜10で酸化膜8を被覆するとともにトレンチ5A,5Bを埋める(トレンチ埋め込み)。次いで、CMP法を用いて、P型半導体基板1のシリコン酸化膜10が形成された面を研磨し、表面を平坦にするとともに、シリコン酸化膜10及び酸化膜8の一部を除去する。研磨はナイトライド膜4が表面に露出するまで行う。   Next, as shown in FIG. 3G, a silicon oxide film 10 is formed on the entire surface of the P-type semiconductor substrate 1 on which the oxide film 8 is formed, and the surface on which the silicon oxide film 10 is formed is polished. Then, the nitride film 4 is exposed. A silicon oxide film 10 having a thickness of 800 nm is formed by using a high density plasma CVD (High Density Plasma CVD) method, and the oxide film 8 is covered with the silicon oxide film 10 and the trenches 5A and 5B are filled (trench filling). . Next, the surface of the P-type semiconductor substrate 1 on which the silicon oxide film 10 is formed is polished by CMP to flatten the surface, and part of the silicon oxide film 10 and the oxide film 8 are removed. Polishing is performed until the nitride film 4 is exposed on the surface.

次いで、図3(h)に示されるように、トレンチ5Aに挟まれる領域にP型不純物が導入されたP型ボディ領域12を形成する。まず、パッド酸化膜3及びナイトライド膜4を除去(全面エッチング)し、スルー酸化膜11を形成する。このスルー酸化膜11は、20nmの膜厚で形成する。次に周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、トレンチ5Aに挟まれる領域に対応する開口部を備えるフォトレジストマスクをスルー酸化膜11上に形成し、このフォトレジストマスクを介してP型の不純物であるボロンをイオン注入する。このボロンのイオン注入は、3回行う。このイオン注入の条件は、例えば、1回目のイオン注入が、エネルギー200keV,ドーズ量8×1013/cm2であり、2回目のイオン注入が、エネルギー80keV,ドーズ量1×1012/cm2であり、3回目のイオン注入が、エネルギー20keV,ドーズ量3×1011/cm2である。このボロンのイオン注入により、P型ボディ領域12が形成される。ボロンのイオン注入後、スルー酸化膜11上のフォトレジストマスクを除去し、さらにスルー酸化膜11も除去する。
なお、トレンチ5Aに挟まれる領域、つまり、P型ボディ領域12が配置される領域は、N型ドリフト層9と平面的に隣り合う領域であり、図3(h)に示されるように、N型ドリフト層9と所定の領域を挟んで隣り合う領域であってもよい。
Next, as shown in FIG. 3H, a P-type body region 12 into which a P-type impurity has been introduced is formed in a region sandwiched between the trenches 5A. First, the pad oxide film 3 and the nitride film 4 are removed (entire etching) to form a through oxide film 11. The through oxide film 11 is formed with a thickness of 20 nm. Next, using a well-known photolithography technique, a photoresist mask having an opening corresponding to a region sandwiched between the trenches 5A is formed on the through oxide film 11, and P-type impurities are formed through this photoresist mask. Boron is ion-implanted. This boron ion implantation is performed three times. The ion implantation conditions are, for example, that the first ion implantation has an energy of 200 keV and a dose amount of 8 × 10 13 / cm 2 , and the second ion implantation has an energy of 80 keV and a dose amount of 1 × 10 12 / cm 2. The third ion implantation has an energy of 20 keV and a dose of 3 × 10 11 / cm 2 . By this boron ion implantation, a P-type body region 12 is formed. After the boron ion implantation, the photoresist mask on the through oxide film 11 is removed, and the through oxide film 11 is also removed.
Note that the region sandwiched between the trenches 5A, that is, the region where the P-type body region 12 is disposed is a region adjacent to the N-type drift layer 9 in a plan view, and as shown in FIG. It may be a region adjacent to the mold drift layer 9 with a predetermined region in between.

次いで、図3(i)に示されるように、前記ボディ領域が形成されたP型半導体基板1上にゲート絶縁膜13を形成し、形成されたゲート絶縁膜13上にゲート電極14を形成する。P型半導体基板1の表面にゲート絶縁膜13を7nmの膜厚で形成し、ゲート絶縁膜13上のP型半導体基板1全面にポリシリコンを成膜し、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、ドライエッチングによりゲート電極14を形成する。ゲート電極14は、P型ボディ領域12とトレンチ5A(N型ドリフト層9)とを跨ぐように配置する。つまり、P型ボディ領域12の一部領域とN型ドリフト層9の一部と平面的に重なるように配置する。   Next, as shown in FIG. 3I, a gate insulating film 13 is formed on the P-type semiconductor substrate 1 on which the body region is formed, and a gate electrode 14 is formed on the formed gate insulating film 13. . A gate insulating film 13 is formed to a thickness of 7 nm on the surface of the P-type semiconductor substrate 1, polysilicon is formed on the entire surface of the P-type semiconductor substrate 1 on the gate insulating film 13, and a known photolithography technique is used. The gate electrode 14 is formed by dry etching. The gate electrode 14 is disposed so as to straddle the P-type body region 12 and the trench 5A (N-type drift layer 9). That is, they are arranged so as to overlap with a part of the P-type body region 12 and a part of the N-type drift layer 9 in a plane.

次いで、図4(j)に示されるように、N型ソース拡散領域15及びN型ドレイン拡散領域16(ドレインコンタクト領域ともいう)を形成し、また、P型ボディ取出拡散領域17を形成する。
N型ソース拡散領域15及びN型ドレイン拡散領域16の形成は、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、例えば、N型不純物のリンをエネルギー20keV,ドーズ量1.0×1014/cm2でイオン注入する。ここで、N型ソース拡散領域15は、P型ボディ領域12内のP型ボディ取出拡散領域17が配置される領域に隣接するように配置する。また、N型ドレイン拡散領域16は、P型ボディ領域12とトレンチ5Aで隔てられ、N型ドリフト層9に隣接する領域に配置する。つまり、N型ドレイン拡散領域16とP型ボディ領域12とがN型ドリフト層9を挟むように配置する。
一方、P型ボディ取出拡散領域17は、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、例えば、P型不純物のボロンについてイオン種としてBF2を用い、BF2をエネルギー20keV,ドーズ量3.0×1015/cm2でイオン注入する。P型ボディ取出拡散領域17は、P型ボディ領域12内のN型ソース拡散領域15が配置される領域に隣接するように配置する。
Next, as shown in FIG. 4J, an N-type source diffusion region 15 and an N-type drain diffusion region 16 (also referred to as a drain contact region) are formed, and a P-type body extraction diffusion region 17 is formed.
The N-type source diffusion region 15 and the N-type drain diffusion region 16 are formed by using, for example, a well-known photolithography technique by ionizing phosphorus of an N-type impurity with an energy of 20 keV and a dose of 1.0 × 10 14 / cm 2 . inject. Here, the N-type source diffusion region 15 is disposed adjacent to the region in the P-type body region 12 where the P-type body extraction diffusion region 17 is disposed. The N-type drain diffusion region 16 is separated from the P-type body region 12 by the trench 5 </ b> A and is disposed in a region adjacent to the N-type drift layer 9. That is, the N-type drain diffusion region 16 and the P-type body region 12 are arranged so as to sandwich the N-type drift layer 9.
On the other hand, the P-type body extraction diffusion region 17 uses a well-known photolithography technique, for example, using BF 2 as an ion species for boron of a P-type impurity, with BF 2 having an energy of 20 keV and a dose amount of 3.0 × 10 15. Ion implantation at / cm 2 . The P-type body extraction diffusion region 17 is disposed adjacent to the region in the P-type body region 12 where the N-type source diffusion region 15 is disposed.

次いで、図4(k)に示されるように、ゲート電極14が形成されたP型半導体基板1表面に周知の層間絶縁膜18を形成し、周知のコンタクトホールを形成してコンタクトプラグ19を形成し、P型ボディ及びソースに接続される共通電極20、ドレイン電極21、ゲート取り出し電極22を形成する。
以上により、LDMOSトランジスタが製造される。
Next, as shown in FIG. 4K, a well-known interlayer insulating film 18 is formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 1 on which the gate electrode 14 is formed, and a well-known contact hole is formed to form a contact plug 19. Then, the common electrode 20, the drain electrode 21, and the gate extraction electrode 22 connected to the P-type body and the source are formed.
Thus, the LDMOS transistor is manufactured.

上記の実施形態では、トレンチ5Aが形成された領域のポリシリコン膜6にN型不純物を導入する工程(図2の(e))において、N型不純物をP型半導体基板1に対してほぼ垂直方向からイオン注入しているが、例えば、斜め方向からN型不純物をイオン注入してもよい。図5は、トレンチ5Aが形成された領域のポリシリコン膜6にN型不純物を導入する工程の変形例を説明するための図である。図5において、P型半導体基板1の表面に平行な面をXY平面とし、このXY平面に直交する方向をZ方向としている。   In the above embodiment, the N-type impurity is substantially perpendicular to the P-type semiconductor substrate 1 in the step of introducing the N-type impurity into the polysilicon film 6 in the region where the trench 5A is formed (FIG. 2E). Although ion implantation is performed from the direction, for example, N-type impurities may be implanted from an oblique direction. FIG. 5 is a diagram for explaining a modification of the step of introducing an N-type impurity into the polysilicon film 6 in the region where the trench 5A is formed. In FIG. 5, a plane parallel to the surface of the P-type semiconductor substrate 1 is defined as an XY plane, and a direction orthogonal to the XY plane is defined as a Z direction.

図5に示されるように、チルト角を設けて、N型不純物(例えば、砒素)をイオン注入してもよい。ここで、チルト角とは、P型半導体基板1面の法線方向(図5のZ方向)に対するイオンの入射角度をいう(図5に示すθ)。例えば、チルト角を30度にして,エネルギー20keV,ドーズ量1.0×1012/cm2の条件でイオン注入してもよい。 As shown in FIG. 5, an N-type impurity (for example, arsenic) may be ion-implanted by providing a tilt angle. Here, the tilt angle refers to the incident angle of ions with respect to the normal direction (Z direction in FIG. 5) of the surface of the P-type semiconductor substrate 1 (θ shown in FIG. 5). For example, ion implantation may be performed under the conditions of a tilt angle of 30 degrees, an energy of 20 keV, and a dose of 1.0 × 10 12 / cm 2 .

また、N型不純物を複数回イオン注入し、イオン注入の間でツイスト角度が異なるものとしてもよい。ここで、ツイスト角とは、P型半導体基板1面の法線方向に対して斜め方向からイオンを注入した場合に、トレンチ5A,5Bの溝方向(図5では、XZ平面に直交する方向。つまりY方向)に対するイオンの入射角度をいう。例えば、上記のイオン注入条件(チルト角30度)で、ツイスト角90度(図5のX軸矢印方向)で1回目のイオン注入を行い、続いてイオン源とP型半導体基板1とを相対的に回転させ、ツイスト角270度(図5のX軸矢印と逆方向)で2回目のイオン注入を行ってもよい。   Further, the N-type impurity may be ion-implanted a plurality of times, and the twist angle may be different between the ion implantations. Here, the twist angle is the groove direction of the trenches 5A and 5B (in FIG. 5, the direction orthogonal to the XZ plane) when ions are implanted from an oblique direction with respect to the normal direction of the P-type semiconductor substrate 1 surface. That is, the incident angle of ions with respect to the Y direction). For example, under the above-described ion implantation conditions (tilt angle 30 degrees), the first ion implantation is performed at a twist angle of 90 degrees (in the direction of the X-axis arrow in FIG. 5). The second ion implantation may be performed at a twist angle of 270 degrees (opposite to the X-axis arrow in FIG. 5).

また、チルト角を設けないで(つまりチルト角0度)、N型不純物をイオン注入することによりトレンチ底面のシリコン層6にN型不純物を導入し、次いで、チルト角を設けて(例えば、チルト角30度)、N型不純物をイオン注入することによりトレンチ側面のシリコン層6にN型不純物を導入してもよい。このチルト角を設けてN型不純物をイオン注入するときに、いわゆる回転注入法でイオンを注入してもよい。例えば、チルト角0度,エネルギー20keV,ドーズ量5.0×1011/cm2でイオン注入を行い、次いで、チルト角30度,エネルギー20keV,ドーズ量5.0×1011/cm2の回転注入を行うとよい。 Further, without providing a tilt angle (that is, tilt angle 0 degree), an N-type impurity is introduced into the silicon layer 6 on the bottom surface of the trench by ion implantation of the N-type impurity, and then a tilt angle is provided (for example, tilt angle). The N-type impurity may be introduced into the silicon layer 6 on the side surface of the trench by ion implantation of the N-type impurity. When the N-type impurity is ion-implanted with this tilt angle, ions may be implanted by a so-called rotational implantation method. For example, ion implantation is performed at a tilt angle of 0 degree, an energy of 20 keV, and a dose amount of 5.0 × 10 11 / cm 2 , and then a rotation of a tilt angle of 30 degrees, an energy of 20 keV, and a dose amount of 5.0 × 10 11 / cm 2 . An injection is recommended.

ほか、2回以上のイオンの注入を実施してもよいし、また,回転注入において、P型半導体基板を回転させる注入であってもよい(イオンビームを回転させるスキャン方式のほか、半導体基板を回転させるスキャン方式であってもよい)。   In addition, two or more ion implantations may be performed, and in the rotational implantation, a P-type semiconductor substrate may be rotated (in addition to a scanning method that rotates an ion beam, a semiconductor substrate may be (It may be a scanning method that rotates).

従来のLDMOSトランジスタの製造方法によれば、LDMOSトランジスタに耐圧を持たせるため、P型ボディ領域212とN型ドリフト層209との間に0.2μm以上のマージンを確保し、さらにマスクパターンの線幅のばらつき0.1μmを考慮して、計0.3μm以上のマージンが必要であった。たとえば、LDMOSトランジスタのP型ボディ取出拡散領域217の中心部とドレイン拡散領域216の中心部との間隔(ハーフピッチ。図6に示すH)は、上記マージンを考慮しない場合には、5.0μmの大きさであるが、上記マージンを考慮すると、5.3μmとなり約6%サイズが大きくなる。電源用途のLSI回路では、その面積のうちLDMOSトランジスタ占める割合は,20%〜80%にもなるので、上記のようなLDMOSトランジスタのサイズの増加は、製造コストの上昇につながる。   According to the conventional manufacturing method of an LDMOS transistor, a margin of 0.2 μm or more is ensured between the P-type body region 212 and the N-type drift layer 209 in order to give the LDMOS transistor withstand voltage, and further, a mask pattern line. Considering the width variation of 0.1 μm, a total margin of 0.3 μm or more is required. For example, the distance (half pitch; H shown in FIG. 6) between the central portion of the P-type body extraction diffusion region 217 and the central portion of the drain diffusion region 216 of the LDMOS transistor is 5.0 μm when the above margin is not considered. However, considering the above margin, the size becomes 5.3 μm, which is about 6% larger. In the LSI circuit for power supply, the ratio of the LDMOS transistor in the area is 20% to 80%. Therefore, the increase in the size of the LDMOS transistor as described above leads to an increase in manufacturing cost.

しかし、この実施形態に係る製造方法によれば、N型ドリフト層9の形成は、ポリシリコン膜6を酸化させて酸化膜8を形成するとともに砒素をトレンチ5A表面に拡散させる。このため、N型ドリフト層9のばらつきの要因は、導入された不純物の濃度に起因するものと不純物拡散時の温度ばらつきに起因するものに限られ、これらのばらつきはN型ドリフト層9の10%程度にすぎない。例えば、N型ドリフト層9の深さを0.3μmとした場合、ばらつきは、わずか0.03μmである。   However, according to the manufacturing method according to this embodiment, the N-type drift layer 9 is formed by oxidizing the polysilicon film 6 to form the oxide film 8 and diffusing arsenic on the surface of the trench 5A. For this reason, the causes of variations in the N-type drift layer 9 are limited to those caused by the concentration of the introduced impurity and those caused by temperature variations during impurity diffusion. It is only about%. For example, when the depth of the N-type drift layer 9 is 0.3 μm, the variation is only 0.03 μm.

この実施形態に係る製造方法によれば、従来、約0.3μm以上必要であったマージンを、約0.03μmのマージンに小さくすることができる。LDMOSトランジスタのハーフピッチで考えると、従来の5.3μmのハーフピッチサイズが、5.03μmのハーフピッチサイズで形成できることになる。このため、LDMOSトランジスタのサイズを約5.1%縮小することができ、その結果、製造コストを下げることができる。   According to the manufacturing method according to this embodiment, the margin that has conventionally been required to be about 0.3 μm or more can be reduced to a margin of about 0.03 μm. Considering the half pitch of the LDMOS transistor, the conventional half pitch size of 5.3 μm can be formed with a half pitch size of 5.03 μm. For this reason, the size of the LDMOS transistor can be reduced by about 5.1%, and as a result, the manufacturing cost can be reduced.

この発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についてもこの発明の技術的範囲に含まれる。例えば、不純物の導電型について、N型とP型を入れ替えた形態が技術的範囲に含まれる。上記実施形態は、N型半導体基板にも適用できる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention. For example, regarding the conductivity type of the impurity, a form in which the N type and the P type are interchanged is included in the technical scope. The above embodiment can also be applied to an N-type semiconductor substrate.

1 P型半導体基板 (半導体基板)
2 N型ウエル領域 (ウエル領域)
3 パッド酸化膜
4 ナイトライド膜
5,5A,5B トレンチ
6 ポリシリコン膜 (シリコン層)
7 フォトレジストマスク
8 酸化膜
9 N型ドリフト層 (ドリフト領域)
10 シリコン酸化膜
11 スルー酸化膜
12 P型ボディ領域 (ボディ領域)
13 ゲート絶縁膜 (絶縁膜)
14 ゲート電極
15 N型ソース拡散領域 (ソース領域)
16 N型ドレイン拡散領域 (ドレインコンタクト領域)
17 P型ボディ取出拡散領域
18 層間絶縁膜
19 コンタクトプラグ
201 P型半導体基板
202 N型ウエル領域(HV−NWELL)
209 N型ドリフト層
210 STI領域
212 P型ボディ領域
213 ゲート酸化膜
214 ゲート電極
215 N+型ソース拡散領域
216 ドレイン拡散領域
217 P+拡散領域
1 P-type semiconductor substrate (semiconductor substrate)
2 N-type well region (well region)
3 Pad oxide film 4 Nitride film 5, 5A, 5B Trench 6 Polysilicon film (silicon layer)
7 Photoresist mask 8 Oxide film 9 N-type drift layer (drift region)
10 Silicon oxide film 11 Through oxide film 12 P-type body region (body region)
13 Gate insulating film (insulating film)
14 Gate electrode 15 N-type source diffusion region (source region)
16 N-type drain diffusion region (drain contact region)
17 P-type body extraction diffusion region 18 Interlayer insulating film 19 Contact plug 201 P-type semiconductor substrate 202 N-type well region (HV-NWELL)
209 N-type drift layer 210 STI region 212 P-type body region 213 Gate oxide film 214 Gate electrode 215 N + -type source diffusion region 216 Drain diffusion region 217 P + diffusion region

Claims (6)

半導体基板上にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ上にシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層に第1導電型の不純物を導入する工程と、
前記不純物が導入された前記シリコン層を不活性雰囲気下で加熱することにより、前記不純物を前記シリコン層に拡散させる工程と、
前記不純物が拡散された前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱する工程と、
前記トレンチを挟むように、第1導電型の不純物が導入されたドレインコンタクト領域と第2導電型の不純物が導入されたボディ領域とを形成する工程と、
を備え、
前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱する工程は、前記シリコン層を酸化雰囲気下で加熱することにより、前記シリコン層を酸化させて酸化層を形成するとともに前記不純物をトレンチ表面に拡散させて、前記ボディ領域と前記ドレインコンタクト領域との間にドリフト領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a trench on the semiconductor substrate;
Forming a silicon layer on the trench;
Introducing a first conductivity type impurity into the silicon layer;
Diffusing the impurities into the silicon layer by heating the silicon layer into which the impurities are introduced in an inert atmosphere;
Heating the silicon layer in which the impurities are diffused in an oxidizing atmosphere;
Forming a drain contact region into which the first conductivity type impurity is introduced and a body region into which the second conductivity type impurity is introduced so as to sandwich the trench;
With
The step of heating the silicon layer in an oxidizing atmosphere includes heating the silicon layer in an oxidizing atmosphere to oxidize the silicon layer to form an oxide layer and diffuse the impurities to the trench surface, A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a drift region is formed between a body region and the drain contact region.
前記シリコン層を形成する工程が20〜100nmの層厚のシリコン層を形成する工程である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the silicon layer is a step of forming a silicon layer having a thickness of 20 to 100 nm. 前記不純物を導入する工程が前記不純物として砒素又はアンチモンを導入する工程である請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of introducing the impurity is a step of introducing arsenic or antimony as the impurity. 前記不純物を導入する工程は、前記トレンチ底面のシリコン層に対して第1導電型の不純物を導入する工程と、前記トレンチ側面のシリコン層に対して第1導電型の不純物を導入する工程と、を備える工程である請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 Introducing the impurity includes introducing a first conductivity type impurity into the silicon layer on the bottom surface of the trench; introducing a first conductivity type impurity into the silicon layer on the side surface of the trench; The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method comprises: 前記不純物を導入する工程は、前記半導体基板の法線方向に対して所定の角度で不純物を回転注入する工程である請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of introducing the impurity is a step of rotating and implanting the impurity at a predetermined angle with respect to a normal direction of the semiconductor substrate. 前記ボディ領域が形成された領域内の一部分の上に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ボディ領域が形成された領域内の他の部分に、第1導電型の不純物が導入されたソース領域を形成する工程と、
をさらに備える請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
Forming a gate electrode through an insulating film on a portion in the region where the body region is formed;
Forming a source region doped with an impurity of a first conductivity type in another part of the region where the body region is formed;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
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