JP2836575B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JP2836575B2 JP10560296A JP10560296A JP2836575B2 JP 2836575 B2 JP2836575 B2 JP 2836575B2 JP 10560296 A JP10560296 A JP 10560296A JP 10560296 A JP10560296 A JP 10560296A JP 2836575 B2 JP2836575 B2 JP 2836575B2
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千賀 中島
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置とその製
造方法に関し、特に高耐圧絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ(IGFET)を有する半導体装置とその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】高耐圧IGFETにはいくつかの構造の
ものが知られているが、そのうちの一つに横型MOSF
ETのドレイン領域を低濃度領域とこの低濃度領域に形
成された高濃度領域とで構成したものがある。以下、そ
のような高耐圧IGFETについてその製造工程に沿っ
て説明する。
【0003】まず、図4(a)に示すように、不純物濃
度1×1015cm-3程度のP型シリコン基板1の表面
に、フィールド酸化膜2を形成して活性領域(IGFE
T形成領域I,ダイオード形成領域II)を区画し、例
えばO2 雰囲気中で1000℃、5〜20分程度の熱酸
化を行なって活性領域上にゲート酸化膜3を厚さ150
〜40nm形成した後、ゲートポリシリコン膜を堆積す
る。図示しないフォトレジスト膜でなるマスクを用いて
パターニングしてゲート電極4を形成する。次に、図4
(b)に示すように、活性領域及びゲート電極4の一部
をフォトレジスト膜5でカバーして例えばリンを80〜
120keV、1×1012〜5×1012cm-2の条件で
イオン注入して注入層6a−1,6a−2を形成し、フ
ォトレジスト膜5を除去し、不純物雰囲気中で900〜
1200℃、60〜100分程度の押込拡散を行なって
図4(c)に示すように、深さ2〜4μm程度のN-
ドレイン領域6−1,N- 型拡散層6−2を形成する。
次に、図4(d)に示すように、ゲート電極4の一部と
その隣りのN- 型ドレイン領域6−1をフォトレジスト
膜7でカバーし例えばヒ素またはリンを80〜160k
eV、5×1015〜5×1016cm-2の条件でイオン注
入し、フォトレジスト膜7を除去し、アニールを行なっ
て、図4(e)に示すようにN+ 型ドレイン領域8D,
+ 型ソース領域8S及びカソードコンタクト領域8C
を形成する。同様にボロンの注入を利用にアノードコン
タクト領域8Aを形成する。
【0004】次に、CVD法により、図4(f)に示す
ように、厚さ1.0μmの酸化シリコン膜を層間絶縁膜
9として形成し、コンタクト孔CS,CD,CC,CA
を形成し、アルミニウム膜を堆積し、パターニングして
ドレイン電極10D、ソース電極10S及びアノード電
極10A、カソード電極10Cを形成し、カバー絶縁膜
11を形成する。このようにして形成された横型IGF
ETのドレイン耐圧BVDSは約30ボルトであった。た
だし、オフセット長(N- 型ドレイン領域6−1のゲー
ト電極下の端部からN+ 型ドレイン領域8Dまでの距
離)は1〜3μmとするなお、N- 型拡散層6−2をカ
ソード領域とするPN接合ダイオードは入力保護ダイオ
ードであり、アノード電極10Aを接地端子に接続し、
カソード電極10Cを図示しない入力端子及び図した横
型IGFETのゲート電極4に接続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の横型I
GFETは、低濃度ドレイン領域を設けることによりド
レイン−基板間の逆バイアス時に空乏層が伸び易くして
ドレイン耐圧BVDSの向上を企っている。しかし、ドレ
イン耐圧BVDSは、ゲート電極下のN- 型ドレイン領域
とP型シリコン基板1とのPN接合の曲率半径の小さい
個所での降伏により決まり、PN接合本来の耐圧の半分
にも満たない低い電圧になってしまう。ドレイン耐圧を
もっと高くするにはN- 型ドレイン領域の不純物濃度を
一層低くしなければならない。従って、横型IGFET
単独の問題として見た場合、要求される耐圧毎にプロセ
ス条件を変更しなければならず、生産性が悪くなる。
【0006】なお、入力保護回路として図4に示したよ
うに保護ダイオードを使用する場合や、入力保護抵抗や
抵抗素子にN- 型ドレイン領域と同時に形成されるN-
型拡散層を用いる場合、横型IGFETのドレイン耐圧
を高くすると半導体装置全体としての特性に影響する。
従って設計の自由度が制限されるという問題点もある。
【0007】従って本発明の目的は、低濃度ドレイン領
域の不純物濃度や基本的な寸法を変更せずにドレイン耐
圧を向上できるIGFETを有する半導体装置とその製
造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
表面部に第1導電型領域を有する半導体基板の前記第1
導電型半導体領域の表面部に所定間隔をもって並行配置
された第2導電型ソース領域並びに低濃度第2導電型ド
レイン領域及び前記低濃度第2導電型ドレイン領域に設
けられた高濃度第2導電型ドレイン領域と、前記第2導
電型ソース領域と低濃度第2導電型ドレイン領域とで挟
まれた第1導電型領域の表面をゲート絶縁膜を介して被
覆するゲート電極とを有する絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタを有し、前記ゲート電極下部と高濃度第2導電型
ドレイン領域との間の低濃度第2導電型ドレイン領域の
表面部にこれより浅い溝が設けられそれによって前記低
濃度第2導電型ドレイン領域の不純物濃度がその表面部
より前記溝の底面で低くなされているというものであ
る。
【0009】本発明半導体装置の製造方法は、表面部に
第1導電型領域を有する半導体基板を準備する工程と、
前記第1導電型領域の表面にゲート絶縁膜を形成しゲー
ト電極を形成し、前記ゲート電極をその一部に含むマス
クを使用して前記第1導電型領域の表面部のうち前記ゲ
ート電極の一方の側に不純物を導入してから熱拡散を行
なって低濃度第2導電型ドレイン領域を形成する工程
と、前記第1導電型領域の表面部のうち前記ゲート電極
の他方の側及び前記低濃度第2導電型ドレイン領域の表
面部に前記ゲート電極から所定距離はなれてそれぞれ第
2導電型ソース領域及び高濃度第2導電型ドレイン領域
を形成する工程と、前記低濃度第2導電型ドレイン領域
の前記ゲート電極直下部と高濃度第2導電型ドレイン領
域との間に溝を形成する工程とを含むというものであ
る。
【0010】又、溝を形成した後、絶縁膜を全面に堆積
し異方性エッチングを行なうことにより前記溝の側面に
スペーサを形成する工程を含むようにしてもよい。
【0011】溝の底面で不純物濃度が低くなっているの
で空乏層が伸び易い。
【0012】又、溝を形成する工程を追加するだけで基
本的なプロセス条件の変更を要しない。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態につい
て説明する。
【0014】図1(a)に示すように、P型シリコン基
板1にN- 型ドレイン領域6−1、N- 型拡散層6−
2、N+ 型ドレイン領域8D、N+ 型ソース領域8S、
カソードコンタクト領域8C、アノードコンタクト領域
8Aを形成するまでは、図4(a)〜(e)を参照して
説明したのと全く同様である。
【0015】次に、図1(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜13をマスクとしてN- 型ドレイン領域6−1
のうちゲート電極4直下部とN+ 型ドレイン領域8Dと
の間の部分をエッチングして深さ0.5μm程度の溝1
4を形成する。次に、フォトレジスト膜13を除去し、
厚さ1.0μmの酸化シリコン膜9を層間絶縁膜9とし
て堆積し、コンタクト孔CS,CD等を形成し、ソース
電極10S,ドレイン電極10D等を形成し、カバー絶
縁膜11を形成する。
【0016】図2はN- 型ドレイン領域6−1の不純物
濃度プロファイルを示すグラフである。溝14の底面で
の濃度は表面より20%程度低くなっている。
【0017】従来例では、ソース電極10Sを接地しド
レイン電極10Dに正電圧を印加したときの空乏層が表
面まで伸びる前にPN接合が降伏するのでドレイン耐圧
BVDSが30ボルト程度と低かったが、本実施の形態で
はPN接合が降伏する前に溝の底面まで空乏層が伸びる
ようにできるので電界が緩和されドレイン耐圧BV
DSは、30〜50ボルトまで向上できた。ドレイン電圧
BVDSは溝の深さにもよるがその上限は、PN接合本来
の降伏電圧すなわち、N- 型ドレイン領域6−1の底面
の平坦部における降伏電圧で与えられる。従って、所望
のドレイン耐圧に応じて溝の深さを定めればよい。
【0018】次に本発明の第2の実施の形態について説
明する。
【0019】図3(a)に示すように、溝13を形成し
た後、CVD法により150〜250nm程度の酸化シ
リコン膜15を全面に形成したのち異方性エッチングを
行なうことにより、図3(b)に示すように、溝の側面
をスペーサ15−1を形成する。このときゲート電極4
の側面にもスペーサ15−2が形成される。次に、層間
絶縁膜9の形成等を行なう。層間絶縁膜9の表面が平坦
化される利点がある。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
は、IGFETの低濃度ドレイン領域の表面に溝を設け
ることにより溝部で低濃度ドレイン領域の厚さ方向に空
乏層が伸び易く電界を緩和できるのでドレイン耐圧を向
上できる。又、溝を形成する工程を追加するだけでそれ
以外の不純物濃度や基本的な寸法などのプロセス条件を
変更しないでよいのでIGFET自体の生産性を向上で
きるし、IGFETを含む半導体装置の高耐圧化を行な
う場合の設計の自由度が増えるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態について説明するた
めの(a)〜(c)に分図して示す工程順断面図。
【図2】N- 型ドレイン領域の不純物プロファイルを示
すグラフ。
【図3】本発明の第2の実施の形態について説明するた
めの(a),(b)に分図して示す工程順断面図。
【図4】従来例について説明するための(a)〜(f)
に分図して示す工程順断面図。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5 フォトレジスト膜 6−1 N- 型ドレイン領域 6a−1 注入層 6−2 N- 型拡散層 6a−2 注入層 7 フォトレジスト膜 8A アノードコンタクト領域 8C カソードコンタクト領域 8D N+ 型ドレイン領域 8S N+ 型ソース領域 9 層間絶縁膜 10A アノード電極 10C カソード電極 10D ドレイン電極 10S ソース電極 11 カバー絶縁膜 CA,CC,CD,CS コンタクト孔 I IGFET形成領域 II ダイオード形成領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/78

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面部に第1導電型領域を有する半導体
    基板の前記第1導電型半導体領域の表面部に所定間隔を
    もって並行配置された第2導電型ソース領域並びに低濃
    度第2導電型ドレイン領域及び前記低濃度第2導電型ド
    レイン領域に設けられた高濃度第2導電型ドレイン領域
    と、前記第2導電型ソース領域と低濃度第2導電型ドレ
    イン領域とで挟まれた第1導電型領域の表面をゲート絶
    縁膜を介して被覆するゲート電極とを有する絶縁ゲート
    電界効果トランジスタを有し、前記ゲート電極下部と高
    濃度第2導電型ドレイン領域との間の低濃度第2導電型
    ドレイン領域の表面部にこれより浅い溝が設けられそれ
    によって前記低濃度第2導電型ドレイン領域の不純物濃
    度がその表面部より前記溝の底面で低くなされているこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 表面部に第1導電型領域を有する半導体
    基板を準備する工程と、前記第1導電型領域の表面にゲ
    ート絶縁膜を形成しゲート電極を形成し、前記ゲート電
    極をその一部に含むマスクを使用して前記第1導電型領
    域の表面部のうち前記ゲート電極の一方の側に不純物を
    導入してから熱拡散を行なって低濃度第2導電型ドレイ
    ン領域を形成する工程と、前記第1導電型領域の表面部
    のうち前記ゲート電極の他方の側及び前記低濃度第2導
    電型ドレイン領域の表面部に前記ゲート電極から所定距
    離はなれてそれぞれ第2導電型ソース領域及び高濃度第
    2導電型ドレイン領域を形成する工程と、前記低濃度第
    2導電型ドレイン領域の前記ゲート電極直下部と高濃度
    第2導電型ドレイン領域との間に溝を形成する工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 溝を形成した後、絶縁膜を全面に堆積し
    異方性エッチングを行なうことにより前記溝の側面にス
    ペーサを形成する工程を含む請求項2記載の半導体装置
    の製造方法。
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