JP4965080B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明は、半導体基板の上方に延在するゲート絶縁膜上に、第1の導電性膜を形成する第1の工程と、前記第1の導電性膜上に、第1の絶縁膜パターンを形成する第2の工程と、少なくとも前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして使用して、前記半導体基板中に不純物のイオン注入を行うことで、前記半導体基板中に第1の不純物拡散層を選択的に形成する第3の工程と、前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして再使用して、前記第1の不純物拡散層と自己整合的にオーバーラップするシリコン酸化膜を、前記第1の導電性膜に選択的に形成する第4の工程と、少なくとも前記シリコン酸化膜をマスクとして使用して、前記第1の導電性膜を選択的にエッチングすることにより、前記シリコン酸化膜により画定したゲート端部であって、前記第1の不純物拡散層に自己整合するゲート端部を有すると共に、前記第1の不純物拡散層と自己整合的にオーバーラップするゲート電極を形成する第5の工程とを含むことを特徴とするゲートオーバーラップ構造の形成方法を提供する。
また、本発明は、半導体基板の上方に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられ、前記ゲート電極のゲート端部を画定する選択絶縁膜と、前記選択絶縁膜に対し自己整合的にオーバーラップすると共に、前記ゲート電極に自己整合的にオーバーラップする第1の不純物拡散層と、前記第1の不純物拡散層との境界が、前記ゲート端部に自己整合する第2の不純物拡散層と、を含み、前記ゲート電極は、ポリシリコン膜からなり、前記選択絶縁膜は、熱酸化して形成されたシリコン酸化膜からなることを特徴とする半導体装置を提供する。
また、本発明は、半導体基板の上方に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられ、前記ゲート電極のゲート端部を画定するシリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜に対し自己整合的にオーバーラップすると共に、前記ゲート電極に自己整合的にオーバーラップする第1の不純物拡散層と、前記第1の不純物拡散層との境界が、前記ゲート端部に自己整合する第2の不純物拡散層と、前記第2の不純物拡散層中に設けられ、前記ゲート電極に自己整合的にオフセットする第3の不純物拡散層と、を含むことを特徴とする半導体装置を提供する。
また、本発明は、半導体基板の上方に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられ、前記ゲート電極のゲート端部を画定する選択絶縁膜と、前記選択絶縁膜に対し自己整合的にオーバーラップすると共に、前記ゲート電極に自己整合的にオーバーラップする第1の不純物拡散層と、前記第1の不純物拡散層との境界が、前記ゲート端部に自己整合する第2の不純物拡散層と、前記第2の不純物拡散層中に設けられ、前記ゲート電極に自己整合的にオフセットする第3の不純物拡散層と、を含み、前記ゲート電極は、ポリシリコン膜からなり、前記選択絶縁膜は、熱酸化して形成されたシリコン酸化膜からなることを特徴とする半導体装置を提供する。
本実施形態によれば、ゲート電極の端部近傍領域に自己整合的にオーバーラップし、電界緩和層として働く、低濃度拡散層を有する高耐圧MOSトランジスタ及びその製造方法が提供される。
図5(c)は、本発明の第1実施形態に係る高耐圧MOSトランジスタの構造を示す部分縦断面図である。
図1乃至図5は、本発明の第1実施形態に係る高耐圧MOSトランジスタの製造工程を示す部分縦断面図である。以下、20V耐圧を有するMOSトランジスタの製造工程につき説明する。
前述したように、第1のN−低濃度拡散層105と、ゲート電極端部126を画定する熱酸化膜106とは、共に、シリコン窒化膜103からなるパターンをマスクとして自己整合的に形成され、更に、第1のN−低濃度拡散層105に隣接する第2のN−低濃度拡散層109は、ゲート電極108をマスクとして自己整合的に形成される。その結果、第1のN−低濃度拡散層105と第2のN−低濃度拡散層109との境界128は、ゲート電極端部126に、水平方向位置でみて自己整合している。そして、電界緩和層として働く第1のN−低濃度拡散層105と、ポリシリコンゲート電極108の端部近傍領域に位置する熱酸化膜106とは、水平方向位置でみて、互いに自己整合的にオーバーラップしている。ポリシリコンゲート電極108の端部近傍領域にオーバーラップし、電界緩和層として働く第1のN−低濃度拡散層105が、ゲート電極端部126に自己整合的に形成されるため、この自己整合ゲートオーバーラップ構造は、以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、ゲート電極の端部近傍領域に自己整合的にオーバーラップし、電界緩和層として働く、低濃度拡散層を有する高耐圧MOSトランジスタ及びその製造方法が提供される。本実施形態は、前述の第1の実施形態に比較し、第2のN−低濃度拡散層を形成する工程と、第1のN+高濃度拡散層を形成する工程との順序が異なる。
(高耐圧MOSトランジスタの構造)
本実施形態は、前述の第1の実施形態と、高耐圧MOSトランジスタの構造は同じである。即ち、図11(c)は、本発明の第1実施形態に係る高耐圧MOSトランジスタの構造を示す部分縦断面図である。
図7乃至図11は、本発明の第2実施形態に係る高耐圧MOSトランジスタの製造工程を示す部分縦断面図である。以下、20V耐圧を有するMOSトランジスタの製造工程につき説明する。
本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、第1のN+高濃度拡散層を第2のN−低濃度拡散層より先に形成する点で異なる。よって、第1のN−低濃度拡散層105と、ゲート電極端部126を画定する熱酸化膜106とは、共に、シリコン窒化膜103からなるパターンをマスクとして自己整合的に形成され、更に、第1のN−低濃度拡散層105に隣接する第2のN−低濃度拡散層109は、ゲート電極108をマスクとして自己整合的に形成される。その結果、第1のN−低濃度拡散層105と第2のN−低濃度拡散層109との境界128は、ゲート電極端部126に、水平方向位置でみて自己整合している。そして、電界緩和層として働く第1のN−低濃度拡散層105と、ポリシリコンゲート電極108の端部近傍領域に位置する熱酸化膜106とは、水平方向位置でみて、互いに自己整合的にオーバーラップしている。ポリシリコンゲート電極108の端部近傍領域にオーバーラップし、電界緩和層として働く第1のN−低濃度拡散層105が、ゲート電極端部126に自己整合的に形成される。このため、本実施形態に係る自己整合ゲートオーバーラップ構造は、前述の第1の実施形態の効果と同様の効果を奏する。
(3)第3実施形態
本実施形態によれば、ゲート電極の端部近傍領域に自己整合的にオーバーラップし、電界緩和層として働く、低濃度拡散層を有する高耐圧MOSトランジスタ及びその製造方法が提供される。本実施形態は、前述の第1及び第2の実施形態に比較し、第2のN−低濃度拡散層のみでなく、第1のN+高濃度拡散層をも、ゲート電極に自己整合させる点が異なる。
図17(c)は、本発明の第3実施形態に係る高耐圧MOSトランジスタの構造を示す部分縦断面図である。
(高耐圧MOSトランジスタの製造方法)
図12乃至図17は、本発明の第3実施形態に係る高耐圧MOSトランジスタの製造工程を示す部分縦断面図である。以下、20V耐圧を有するMOSトランジスタの製造工程につき説明する。
本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、ゲート電極端部226を画定する熱酸化膜207と第1のN+高濃度拡散層210とは、共に、シリコン窒化膜203からなるパターンをマスクとして形成されるので、第1のN+高濃度拡散層210は、ポリシリコンゲート電極212に対し自己整合的にオフセットする点で異なる。よって、前述の第1の実施形態の第1及び第2の効果に加えて以下の効果を奏する。
前述の第1乃至第3実施形態において、ゲートオーバーラップ構造は、ゲート電極に対して、水平方向位置でみて、対称であった。しかし、ソース側及びドレイン側の一方のみ、前述のゲートオーバーラップ構造を設けてもよい。例えば、図19に示すように、ドレイン側のみ、前述のゲートオーバーラップ構造を設けてもよい。図19は、本発明に係る高耐圧MOSトランジスタの変更例を示す部分縦断面図である。
100 P型単結晶シリコン基板
101 ゲート酸化膜
102 ポリシリコン膜
103 シリコン窒化膜
104 第1のレジストパターン
105 第1のN−低濃度拡散層
105−1 内側端部
105−2 外側端部
106 熱酸化膜
106−1 内側端部
106−2 外側端部
107 第2のレジストパターン
108 ポリシリコンゲート電極
109 第2のN−低濃度拡散層
110 第3のレジストパターン
111 第1のN+高濃度拡散層
112 層間絶縁膜
113 ソース/ドレインコンタクト
114 ソース/ドレイン配線層
120 フィールド酸化膜
122 開口部
126 ゲート電極端部
128 境界
220 フィールド酸化膜
200 単結晶シリコン基板
201 ゲート酸化膜
202 ポリシリコン膜
203 シリコン窒化膜
204 第1のレジストパターン
222 開口部
224 開口部
205 第2のレジストパターン
206 第1のN−低濃度拡散層
206−1 内側端部
206−2 外側端部
207 熱酸化膜
207−1 内側端部
207−2 外側端部
208 第3のレジストパターン
209 開口部
210 第1のN+高濃度拡散層
211 第4のレジストパターン
212 ポリシリコンゲート電極
213 第2のN−低濃度拡散層
214 層間絶縁膜
215 ソース/ドレインコンタクト
216 ソース/ドレイン配線層
226 ゲート電極端部
228 境界
Claims (25)
- 半導体基板の上方に、ゲート絶縁膜を形成する第1の工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、第1の導電性膜を形成する第2の工程と、
前記第1の導電性膜上に、第1の絶縁膜パターンを形成する第3の工程と、
少なくとも前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして使用して、前記半導体基板中に不純物のイオン注入を行うことで、前記半導体基板中に第1の不純物拡散層を選択的に形成する第4の工程と、
前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして再使用して、前記第1の不純物拡散層と自己整合的にオーバーラップするシリコン酸化膜を、前記第1の導電性膜に選択的に形成する第5の工程と、
少なくとも前記シリコン酸化膜をマスクとして使用して、前記第1の導電性膜を選択的にエッチングすることにより、前記シリコン酸化膜により画定したゲート端部であって、前記第1の不純物拡散層に自己整合するゲート端部を有すると共に、前記第1の不純物拡散層と自己整合的にオーバーラップするゲート電極を形成する第6の工程と、
前記ゲート電極をマスクとして使用して、前記半導体基板中に、不純物のイオン注入を行うことで、第1の不純物拡散層に隣接すると共に、前記ゲート端部に自己整合する第2の不純物拡散層を前記半導体基板中に選択的に形成する第7の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1の導電性膜は、ポリシリコン膜からなり、
前記第5の工程は、前記第1の絶縁膜パターンの開口部から露出した前記ポリシリコン膜の表面を熱酸化して、シリコン酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして再使用し、不純物のイオン注入を行うことで、前記シリコン酸化膜及び前記第1の不純物拡散層に対し自己整合的に第3の不純物拡散層を形成する第8の工程を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の不純物拡散層を形成した後、レジストパターンをマスクとして使用し、不純物のイオン注入を行うことで、前記第2の不純物拡散層中に、選択的に第3の不純物拡散層を形成する第9の工程を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の不純物拡散層を形成する前に、レジストパターンをマスクとして使用し、不純物のイオン注入を行うことで、前記半導体基板中に、選択的に第3の不純物拡散層を形成する第10の工程を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の絶縁膜パターンは、前記第1の不純物拡散層が形成された領域に対応する第1の開口部と、前記第1の開口部から離間した第2の開口部とを有し、
前記第8の工程は、前記第2の開口部を介して不純物のイオン注入を行うことで、前記第1の開口部下に位置する前記シリコン酸化膜及び前記第1の不純物拡散層に対し自己整合的にオフセットする前記第3の不純物拡散層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第8の工程は、前記第2の開口部を介して不純物をイオン注入する前に、前記第2の開口部直下の前記ポリシリコン膜の領域の膜厚を薄くする工程を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第4の工程は、
前記第2の開口部を第1のレジストパターンで覆った状態で、前記不純物のイオン注入を行うことで、前記半導体基板中に、前記第1の不純物拡散層を形成する工程を含み、
前記第5の工程は、
前記第1のレジストパターンを除去した後、前記第1の絶縁膜パターンの前記第1の開口部と前記第2の開口部とから露出した前記ポリシリコン膜の表面を熱酸化して、前記シリコン酸化膜を形成する工程を含み、
前記第8の工程は、
前記第2の開口部下に位置する前記シリコン酸化膜を除去する工程と、
前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして再使用し、前記第2の開口部を介して不純物のイオン注入を行うことで、前記第1の開口部下に位置する前記シリコン酸化膜及び前記第1の不純物拡散層に対し自己整合的にオフセットする前記第3の不純物拡散層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の絶縁膜パターンは、シリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板は、前記第1の不純物拡散層及び前記第2の不純物拡散層と反対の導電型を有する単結晶シリコン基板からなることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第1の1対の不純物拡散領域からなり、
前記第2の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第2の1対の不純物拡散領域からなり、
前記シリコン酸化膜は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した1対のシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第3の1対の不純物拡散領域からなることを特徴とする請求項3乃至7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の不純物拡散層は、第1の単一不純物拡散領域からなり、
前記第2の不純物拡散層は、第2の単一不純物拡散領域からなることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板の上方に延在するゲート絶縁膜上に、第1の導電性膜を形成する第1の工程と、
前記第1の導電性膜上に、第1の絶縁膜パターンを形成する第2の工程と、
少なくとも前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして使用して、前記半導体基板中に不純物のイオン注入を行うことで、前記半導体基板中に第1の不純物拡散層を選択的に形成する第3の工程と、
前記第1の絶縁膜パターンをマスクとして再使用して、前記第1の不純物拡散層と自己整合的にオーバーラップするシリコン酸化膜を、前記第1の導電性膜に選択的に形成する第4の工程と、
少なくとも前記シリコン酸化膜をマスクとして使用して、前記第1の導電性膜を選択的にエッチングすることにより、前記シリコン酸化膜により画定したゲート端部であって、前記第1の不純物拡散層に自己整合するゲート端部を有すると共に、前記第1の不純物拡散層と自己整合的にオーバーラップするゲート電極を形成する第5の工程とを含むことを特徴とするゲートオーバーラップ構造の形成方法。 - 前記第1の導電性膜は、ポリシリコン膜からなり、
前記第4の工程は、前記第1の絶縁膜パターンの開口部から露出した前記ポリシリコン膜の表面を熱酸化して、シリコン酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項14に記載のゲートオーバーラップ構造の形成方法。 - 前記第1の絶縁膜パターンは、シリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項14又は15に記載のゲートオーバーラップ構造の形成方法。
- 前記半導体基板は、前記第1の不純物拡散層及び前記第2の不純物拡散層と反対の導電型を有する単結晶シリコン基板からなる請求項14乃至16のいずれかに記載のゲートオーバーラップ構造の形成方法。
- 前記第1の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第1の1対の不純物拡散領域からなり、
前記第2の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第2の1対の不純物拡散領域からなり、
前記シリコン酸化膜は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した1対のシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項14乃至17のいずれかに記載のゲートオーバーラップ構造の形成方法。 - 前記第1の不純物拡散層は、第1の単一不純物拡散領域からなり、
前記第2の不純物拡散層は、第2の単一不純物拡散領域からなることを特徴とする請求項14乃至17のいずれかに記載のゲートオーバーラップ構造の形成方法。 - 半導体基板の上方に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられ、前記ゲート電極のゲート端部を画定する選択絶縁膜と、
前記選択絶縁膜に対し自己整合的にオーバーラップすると共に、前記ゲート電極に自己整合的にオーバーラップする第1の不純物拡散層と、
前記第1の不純物拡散層との境界が、前記ゲート端部に自己整合する第2の不純物拡散層と、を含み、
前記ゲート電極は、ポリシリコン膜からなり、前記選択絶縁膜は、熱酸化して形成されたシリコン酸化膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板の上方に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられ、前記ゲート電極のゲート端部を画定するシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜に対し自己整合的にオーバーラップすると共に、前記ゲート電極に自己整合的にオーバーラップする第1の不純物拡散層と、
前記第1の不純物拡散層との境界が、前記ゲート端部に自己整合する第2の不純物拡散層と、
前記第2の不純物拡散層中に設けられ、前記ゲート電極に自己整合的にオフセットする第3の不純物拡散層と、を含むことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板の上方に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられ、前記ゲート電極のゲート端部を画定する選択絶縁膜と、
前記選択絶縁膜に対し自己整合的にオーバーラップすると共に、前記ゲート電極に自己整合的にオーバーラップする第1の不純物拡散層と、
前記第1の不純物拡散層との境界が、前記ゲート端部に自己整合する第2の不純物拡散層と、
前記第2の不純物拡散層中に設けられ、前記ゲート電極に自己整合的にオフセットする第3の不純物拡散層と、を含み、
前記ゲート電極は、ポリシリコン膜からなり、前記選択絶縁膜は、熱酸化して形成されたシリコン酸化膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第1の1対の不純物拡散領域からなり、
前記第2の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第2の1対の不純物拡散領域からなり、
前記シリコン酸化膜は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した1対のシリコン酸化膜からなることを請求項20乃至22のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記第3の不純物拡散層は、前記ゲート電極に対し対称となるよう互いに離間した第3の1対の不純物拡散領域からなることを特徴とする請求項23に記載の半導体装置。
- 前記第1の不純物拡散層は、第1の単一不純物拡散領域からなり、
前記第2の不純物拡散層は、第2の単一不純物拡散領域からなることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の半導体装置。
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