JP5353093B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、横型の絶縁ゲートトランジスタ素子を備える半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a lateral insulated gate transistor element.
従来、例えば特許文献1に示されるように、横型の絶縁ゲートトランジスタ素子を備える半導体装置が知られている。 Conventionally, for example, as disclosed in Patent Document 1, a semiconductor device including a horizontal insulated gate transistor element is known.
特許文献1に示される半導体装置は、横型の絶縁ゲートトランジスタ素子として、横型DMOS素子(以下、LDMOS素子と示す)を有している。具体的には、n導電型の活性層(半導体層)の表層にp導電型のベース層が形成され、ベース層内の表層に、n+ソース層とp+拡散層が並んで形成されている。そして、n+ソース層及びp+拡散層上にソース電極が設けられている。すなわち、n+ソース層及びp+拡散層が、共通のコンタクトプラグ(ソース電極)と接続されている。
ところで、例えばメモリセルやロジック回路が構成されたIC(Integrated Circuit)や、CMOSなどを含む制御ICと複合化されるパワーICとして用いられる横型の絶縁ゲートトランジスタ素子(LDMOS素子)は、微細化によって高集積とすることが求められている。すなわち、半導体層に構成されるLDMOS素子の体格のさらなる小型化、詳しくは半導体層の厚さ方向と略垂直な方向における小型化が求められている。 By the way, lateral insulated gate transistor elements (LDMOS elements) used as power ICs combined with ICs (Integrated Circuits) including memory cells and logic circuits, and control ICs including CMOS, etc. High integration is required. That is, further downsizing of the physique of the LDMOS element formed in the semiconductor layer, specifically, downsizing in a direction substantially perpendicular to the thickness direction of the semiconductor layer is required.
この小型化を図る手段として、タングステン(W)などによるプラグ技術が知られており、これにより、コンタクトプラグの径を例えば0.5μm以下と微細径とすることができる。しかしながら、特許文献1に示される構成のように、共通のコンタクトプラグにn+ソース層とp+拡散層が接続された構成では、コンタクトプラグを微細径とすると、製造ばらつきにより、例えばコンタクトプラグとn+ソース層との接触面積が小さく、オン抵抗(コンタクト抵抗)が高くなるという不具合や、コンタクトプラグがn+ソース層及びp+拡散層の一方と接続されないとい不具合が生じる恐れがある。 As a means for reducing the size, a plug technology using tungsten (W) or the like is known, whereby the diameter of the contact plug can be reduced to, for example, 0.5 μm or less. However, in a configuration in which an n + source layer and a p + diffusion layer are connected to a common contact plug as in the configuration disclosed in Patent Document 1, if the contact plug has a small diameter, due to manufacturing variations, for example, the contact plug and the n + source There is a possibility that the contact area with the layer is small and the on-resistance (contact resistance) is high, or that the contact plug is not connected to one of the n + source layer and the p + diffusion layer.
これに対し、n+ソース層とp+拡散層が互いに異なる微細径のコンタクトプラグと接続される構造を採用することも考えられる。しかしながら、n+ソース層とp+拡散層とで、別々のコンタクトプラグを形成する場合、半導体層上の絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する際の露光工程でのアライメントのズレなどを考慮しなければならず、このような製造ばらつきを見込んで、n+ソース層とp+拡散層の形成領域に余裕(マージン)を持たせることとなる。すなわち、LDMOS素子の体格を小型化するのが困難である。 On the other hand, it is conceivable to adopt a structure in which the n + source layer and the p + diffusion layer are connected to contact plugs having different fine diameters. However, when separate contact plugs are formed for the n + source layer and the p + diffusion layer, it is necessary to consider misalignment in the exposure process when the contact hole is formed by etching the insulating film on the semiconductor layer. In view of such manufacturing variations, there is a margin in the formation region of the n + source layer and the p + diffusion layer. That is, it is difficult to reduce the size of the LDMOS element.
本発明は上記問題点に鑑み、横型絶縁ゲートトランジスタ素子を備え、オン抵抗の増加を抑制しつつ体格を小型化することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it comprises a lateral insulated gate field effect transistor, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of miniaturizing the physique while suppressing an increase in on-resistance.
本発明に係る製造方法の対象とする半導体装置は、主表面を有する第1導電型の半導体層と、半導体層における主表面側の表層に形成された、第1導電型とは逆の第2導電型のベース領域と、ベース領域内の表層に形成された第1導電型の第1の高濃度領域と、ベース領域内に形成された、ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型のベースコンタクト領域と、半導体層の主表面側の表層に、ベース領域とは離れて形成された第1導電型の第2の高濃度領域と、第1の高濃度領域と第2の高濃度領域との間で、ベース領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、を有する横型絶縁ゲートトランジスタ素子と、半導体層の主表面上に形成された絶縁膜を同一表面から貫通するコンタクプラグとしての、第1の高濃度領域とベースコンタクト領域とに接続された第1のコンタクトプラグと、を備えている。そして、ベースコンタクト領域が、半導体層の主表面に略垂直な方向(以下、上下方向と示す)において第1の高濃度領域よりも主表面に対して下方であり、半導体層の主表面に沿う方向(以下、左右方向と示す)において、第1の高濃度領域と少なくとも一部が重なる位置に形成され、第1のコンタクトプラグが、絶縁膜及び第1の高濃度領域を貫通しつつベースコンタクト領域まで延設されていることを特徴とする。 The semiconductor device which is the object of the manufacturing method according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor layer having a main surface and a second opposite to the first conductivity type formed on a surface layer on the main surface side of the semiconductor layer. A conductive type base region; a first conductive type first high concentration region formed in a surface layer in the base region; and a second conductive type formed in the base region and having a higher impurity concentration than the base region. A first contact type second high concentration region, a first high concentration region, and a second high concentration region formed on the surface layer on the main surface side of the semiconductor layer apart from the base region; A lateral insulating gate transistor element having a gate electrode formed on the base region via a gate insulating film, and a contact penetrating from the same surface through the insulating film formed on the main surface of the semiconductor layer. As a plug, the first high concentration region and the base And it includes a first contact plug connected to the contact region. The base contact region is lower than the first high-concentration region in the direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor layer (hereinafter referred to as the vertical direction) and is along the main surface of the semiconductor layer. In the direction (hereinafter referred to as the left-right direction), the first contact plug is formed at a position at least partially overlapping with the first high-concentration region, and the first contact plug penetrates the insulating film and the first high-concentration region. It is characterized by extending to the area.
上記半導体装置によれば、ベース領域内において、主表面側の表層に第1の高濃度領域が形成され、第1の高濃度領域よりも下方であって、左右方向において第1の高濃度領域と少なくとも一部が重なる位置に、ベースコンタクト領域が形成されている。そして、第1のコンタクトプラグが、絶縁膜及び第1の高濃度領域を貫通しつつベースコンタクト領域まで延設され、第1の高濃度領域とベースコンタクト領域に共通のプラグとなっている。したがって、第1のコンタクトプラグの径(絶縁膜における半導体層の主表面とは反対側の面での径、言い換えれば絶縁膜の上面での径、以下では上端径と示す)を小さくしても、第1の高濃度領域との接触面積を確保し、これにより、横型絶縁ゲートトランジスタ素子のオン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。また、ベースコンタクト領域との接触面積を確保して、ベース領域の電位を所定電位とし、横型絶縁ゲートトランジスタ素子の動作を安定化させることもできる。 According to the semiconductor device , the first high concentration region is formed in the surface layer on the main surface side in the base region, and is below the first high concentration region and in the left-right direction. A base contact region is formed at a position at least partially overlapping. The first contact plug extends to the base contact region while penetrating the insulating film and the first high-concentration region, and serves as a common plug for the first high-concentration region and the base contact region. Therefore, even if the diameter of the first contact plug (the diameter on the surface of the insulating film opposite to the main surface of the semiconductor layer , in other words, the diameter on the upper surface of the insulating film, hereinafter referred to as the upper end diameter ) is reduced. A contact area with the first high-concentration region can be ensured, thereby suppressing an increase in on-resistance (contact resistance) of the lateral insulated gate transistor element. In addition, the contact area with the base contact region can be ensured, the potential of the base region can be set to a predetermined potential, and the operation of the lateral insulated gate transistor element can be stabilized.
また、ベースコンタクト領域は、第1の高濃度領域よりも下方であって、左右方向において第1の高濃度領域と少なくとも一部が重なる位置に形成されている。すなわち、上下方向において、第1の高濃度領域とベースコンタクト領域が並設されている。したがって、左右方向において、第1の高濃度領域とベースコンタクト領域が並設された従来の構成に比べて、左右方向の体格を小型化することができる。さらには、上下方向において、第1の高濃度領域とベースコンタクト領域が並設されており、これにより、コンタクトプラグが共通化されている。したがって、別々のコンタクトプラグを形成する場合よりも、左右方向の体格を小型化することができる。 The base contact region is formed at a position below the first high concentration region and at least partially overlapping the first high concentration region in the left-right direction. That is, the first high concentration region and the base contact region are arranged in parallel in the vertical direction. Therefore, in the left-right direction, the physique in the left-right direction can be reduced as compared with the conventional configuration in which the first high-concentration region and the base contact region are arranged side by side. Furthermore, in the vertical direction, the first high concentration region and the base contact region are arranged in parallel, so that the contact plug is shared. Therefore, the physique in the left-right direction can be made smaller than when separate contact plugs are formed.
上記半導体装置は、コンタクトプラグとしての、第2の高濃度領域と接続された第2のコンタクトプラグ、及び、ゲート電極と接続された第3のコンタクトプラグを備え、全てのコンタクトプラグは、上端径が略等しくされた構成としても良い。 The semiconductor device, as a contact plug, a second contact plug connected to the second heavily doped region, and includes a third contact plug connected to the gate electrode, all the contact plugs, the upper end It is good also as a structure by which the diameter was made substantially equal.
コンタクトホール内に導電部材を埋め込んでなるコンタクトプラグは、その上端径が小さくなるほど、エッチングにより形成されるコンタクトホールの深さばらつきが大きくなる。したがって、上端径が異なる複数種類のコンタクトプラグを同一工程で形成する場合、上端径が大きなコンタクトホールの形成が完了しても、それよりも上端径の小さなコンタクトホールでは所定深さの途中までしか形成されていなことも起こりえる。これに対し、全てのコンタクトプラグの上端径を略等しくすると、エッチング時のばらつきの影響が各コンタクトホールで同様となるので、各コンタクトプラグと素子における対応する接続箇所との電気的な接続状態を確保しやすくなる。また、同一工程で各コンタクトプラグを形成できるので、製造工程を簡素化することができる。 In the contact plug in which the conductive member is embedded in the contact hole, the variation in the depth of the contact hole formed by etching increases as the upper end diameter decreases. Therefore, when forming multiple types of contact plugs with different upper end diameters in the same process, even if the formation of contact holes with larger upper end diameters is completed, contact holes with smaller upper end diameters can only reach a predetermined depth. It may happen that it is not formed. On the other hand, if the upper end diameters of all the contact plugs are substantially equal, the influence of variation during etching becomes the same in each contact hole, so that the electrical connection state between each contact plug and the corresponding connection location in the element is It becomes easy to secure. Moreover, since each contact plug can be formed in the same process, the manufacturing process can be simplified.
この場合、絶縁膜として、第1のコンタクトプラグよりも浅いコンタクトプラグの形成領域には、第1のコンタクトプラグの形成領域における絶縁膜よりもエッチングレートの遅い絶縁膜が配置された構成とすることが好ましい。 In this case , as the insulating film, an insulating film having a slower etching rate than the insulating film in the first contact plug formation region is arranged in the contact plug formation region shallower than the first contact plug. Is preferred.
これによれば、全てのコンタクトプラグの上端径が略等しくとも、絶縁膜の構成によって、各コンタクトプラグの深さを調整することができるので、例えば第1のコンタクトプラグのみが、半導体層側まで延設された構成とすることができる。 According to this, even if the upper end diameters of all the contact plugs are substantially equal, the depth of each contact plug can be adjusted by the configuration of the insulating film, so that, for example, only the first contact plug extends to the semiconductor layer side. It can be set as the extended structure.
上記半導体装置は、第1のコンタクトプラグとして、絶縁膜における半導体層の主表面側の面における径(言い換えれば絶縁膜の下面での径、上端径に対応して下端径と示す)が、ベース領域の主表面における径よりも大きくされた段差形状のものを採用しても良い。これによれば、第1の高濃度領域とコンタクトプラグとの接触面積が増えるので、上端径を同一としながら、オン抵抗(コンタクト抵抗)をより低減することができる。 In the semiconductor device , the first contact plug has a diameter on the surface on the main surface side of the semiconductor layer in the insulating film (in other words, the diameter on the lower surface of the insulating film and the lower end diameter corresponding to the upper end diameter) You may employ | adopt the thing of the level | step difference shape made larger than the diameter in the main surface of an area | region. According to this, since the contact area between the first high concentration region and the contact plug is increased, the on-resistance (contact resistance) can be further reduced while keeping the upper end diameter the same.
上記半導体装置は、第1のコンタクトプラグとして、下端径及びベース領域内における部位の径が、上端径よりも拡径されたものを採用しても良い。 The semiconductor device may employ a first contact plug in which the lower end diameter and the diameter of the portion in the base region are larger than the upper end diameter.
これらによれば、第1の高濃度領域を形成後、第1のコンタクトプラグに対応するコンタクトホールを形成し、イオン注入により、コンタクトホールを介してベースコンタクト領域を形成する場合に、コンタクトホールにおける第1の高濃度領域の部位にイオンが注入されるのを抑制することができる。すなわち、オン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。 According to these, when the contact hole corresponding to the first contact plug is formed after forming the first high-concentration region, and the base contact region is formed via the contact hole by ion implantation, Ions can be suppressed from being implanted into the first high concentration region. That is, an increase in on-resistance (contact resistance) can be suppressed.
この場合、第1のコンタクトプラグの形成領域における絶縁膜には不純物が添加され、半導体層の主表面側に近い部位ほど不純物濃度が高くされた構成としても良い。同一の絶縁膜中においては、添加された不純物濃度が高いほど、エッチングレートが速くなる。したがって、上記したように、絶縁膜中の不純物濃度により、コンタクトホールにおける第1の高濃度領域の部位にイオンが注入されるのを抑制し、オン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。なお、このような絶縁膜としては、例えばBPSGやPSGを採用することができる。 In this case , an impurity may be added to the insulating film in the formation region of the first contact plug, and the impurity concentration may be higher at a portion closer to the main surface side of the semiconductor layer . In the same insulating film, the higher the added impurity concentration, the faster the etching rate. Therefore, as described above , the impurity concentration in the insulating film suppresses ions from being implanted into the first high concentration region in the contact hole, thereby suppressing an increase in on-resistance (contact resistance). it can. For example, BPSG or PSG can be used as such an insulating film.
上記半導体装置は、横型絶縁ゲートトランジスタ素子として、第1の高濃度領域がソース領域、第2の高濃度領域がドレイン領域である横型DMOS素子(以下、LDMOS素子と示す)を採用することが好ましい。LDMOS素子は、CMOSなどの他の素子との工程整合性が良いので、車両制御用ECU(Electric Control Unit)や各種民生機器の制御に用いられるパワーICとして好適である。 The semiconductor device preferably employs a lateral DMOS element (hereinafter referred to as an LDMOS element) in which the first high-concentration region is a source region and the second high-concentration region is a drain region as the lateral insulated gate transistor element. . The LDMOS element is suitable as a power IC used for controlling a vehicle control ECU (Electric Control Unit) and various consumer devices because it has good process consistency with other elements such as CMOS.
なお、この場合、半導体層に構成されたCMOSトランジスタ素子を備え、コンタクプラグとしての、CMOSトランジスタ素子と接続されたCMOSトランジスタ素子用のコンタクトプラグを備える構成としても良い。 In this case , a CMOS transistor element configured in a semiconductor layer may be provided, and a contact plug for a CMOS transistor element connected to the CMOS transistor element may be provided as a contact plug.
CMOSトランジスタ(特に微細CMOSトランジスタ)と接続されるコンタクトプラグは、その上端径が小さいが、これによれば、LDMOS素子とこのようなCMOSトランジスタとの集積化も可能である。そして、製造工程を簡素化することができる。 A contact plug connected to the CMOS transistors (especially fine CMOS transistor) is its upper end diameter is small, according to this, it is also possible integration with LDMOS device with such a CMOS transistor. And a manufacturing process can be simplified.
また、CMOSトランジスタ素子以外にも、例えば、半導体層に構成されたバイポーラトランジスタ素子を備え、コンタクプラグとしての、バイポーラトランジスタ素子と接続されたバイポーラトランジスタ素子用のコンタクトプラグを備える構成としても良い。 In addition to the CMOS transistor element, for example , a bipolar transistor element configured in a semiconductor layer may be provided, and a contact plug for a bipolar transistor element connected to the bipolar transistor element as a contact plug may be provided.
これによれば、第1のコンタクトプラグの形状を、絶縁膜の主表面側の面における径が、ベース領域の主表面における径よりも大きくされた段差形状とすることができる。したがって、上端径を同一としながら、第1の高濃度領域とコンタクトプラグとの接触面積を増やして、オン抵抗(コンタクト抵抗)をより低減することができる。なお、等方性エッチングには、例えばフッ酸などの、絶縁膜と半導体層とのレート差が大きいものを採用することができる。 According to this, the shape of the first contact plug can be a stepped shape in which the diameter on the main surface side of the insulating film is larger than the diameter on the main surface of the base region. Therefore, the on-resistance (contact resistance) can be further reduced by increasing the contact area between the first high concentration region and the contact plug while keeping the same upper end diameter. Note that for the isotropic etching, a material having a large rate difference between the insulating film and the semiconductor layer, such as hydrofluoric acid, can be used.
次に、上記半導体装置を対象とする、本発明に係る製造方法を説明する。
請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、主表面を有する第1導電型の半導体層に対し、少なくとも横型絶縁ゲートトランジスタ素子を含む素子を形成する素子形成工程と、半導体層の主表面上に形成した絶縁膜を同一表面から貫通し、素子と接続される複数のコンタクトプラグを形成するプラグ形成工程とを備えている。そして、素子形成工程として、第1導電型とは逆の第2導電型のベース領域が主表面側の表層に形成された半導体層に対し、イオン打ち込み法により、主表面側から不純物を導入し、ベース領域内の表層に第1導電型の第1の高濃度領域を形成する工程と、第1の高濃度領域の形成後、半導体層上に絶縁膜を形成し、エッチングにより、絶縁膜における半導体層の主表面とは反対側の面での径(上端径)が略等しく、第1の高濃度領域を貫通しつつ絶縁膜からベース領域内の第1の高濃度領域よりも主表面に対して下方の領域まで到達する第1のコンタクトホールを含む複数のコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの形成後、イオン打ち込み法により、コンタクトホールを介して半導体層に不純物を導入し、ベース領域内であって、半導体層の主表面に略垂直な方向において第1の高濃度領域よりも主表面に対して下方であり、半導体層の主表面に沿う方向において、第1の高濃度領域と少なくとも一部が重なる位置に、ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型のベースコンタクト領域を形成する工程を含み、プラグ形成工程では、コンタクトホール内に導電部材を埋め込んで、第1の高濃度領域及びベースコンタクト領域に接する第1のコンタクトプラグを含む複数のコンタクトプラグを形成し、コンタクトホールを形成する工程において、絶縁膜として、第1のコンタクトホールよりも浅いコンタクトホールの形成領域に、第1のコンタクトホールの形成領域における絶縁膜よりもエッチングレートの遅い絶縁膜を選択的に形成することを特徴とする。
Next, a manufacturing method according to the present invention for the semiconductor device will be described.
The method of manufacturing a semiconductor device according to 請 Motomeko 1, with respect to the first conductivity type semiconductor layer having a main surface, a device forming step of forming an element including at least lateral insulated gate field effect transistor, a main surface of the semiconductor layer A plug forming step of forming a plurality of contact plugs penetrating the insulating film formed above from the same surface and connected to the element. Then, as an element forming step, impurities are introduced from the main surface side by ion implantation into the semiconductor layer in which the base region of the second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed on the surface layer on the main surface side. Forming a first high concentration region of the first conductivity type on the surface layer in the base region; and after forming the first high concentration region, an insulating film is formed on the semiconductor layer, and etching is performed on the insulating film . The diameter (upper end diameter) on the surface opposite to the main surface of the semiconductor layer is substantially equal, and penetrates the first high concentration region from the insulating film to the main surface rather than the first high concentration region in the base region. On the other hand, a step of forming a plurality of contact holes including a first contact hole reaching a lower region, and after forming the contact hole, an impurity is introduced into the semiconductor layer through the contact hole by an ion implantation method. Base area In the direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor layer, the first high concentration region is lower than the first high concentration region, and in the direction along the main surface of the semiconductor layer, at least the first high concentration region and Including a step of forming a base contact region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the base region at a position where a part thereof overlaps, and in the plug formation step, a conductive member is embedded in the contact hole to form a first high concentration In the step of forming a plurality of contact plugs including a first contact plug in contact with the region and the base contact region and forming the contact hole, the insulating film is formed in the contact hole formation region shallower than the first contact hole. An insulating film having a slower etching rate than an insulating film in a contact hole forming region is selectively formed. .
本発明の製造方法によって得られる半導体装置の作用効果は、段落〔0008〕〜〔0014〕に記載したとおりである。 Operation and effect of the semiconductor device obtained by the manufacturing method of the present invention, Ru der as described in paragraphs [0008] - [0014].
この場合、請求項2に記載のように、コンタクトホールを形成する工程において、第1のコンタクトプラグの形成領域に、半導体層の主表面に近い部位ほど添加された不純物の濃度が高い絶縁膜を形成すると良い。
In this case, as described in
同一の絶縁膜中においては、添加された不純物濃度が高いほど、エッチングレートが速くなる。したがって、本発明によれば、コンタクトホールの、絶縁膜における形状を、半導体層の主表面に近いほど拡径された形状とすることができる。そして、これにより、ベースコンタクト領域を形成する際に、コンタクトホールにおける第1の高濃度領域の部位にイオンが注入されるのを抑制し、オン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。なお、このような絶縁膜としては、例えばBPSGやPSGを採用することができる。 In the same insulating film, the higher the added impurity concentration, the faster the etching rate. Therefore, according to the present invention, the shape of the contact hole in the insulating film can be made larger in diameter as it is closer to the main surface of the semiconductor layer . As a result, when the base contact region is formed, ions can be suppressed from being implanted into the first high-concentration region in the contact hole, and an increase in on-resistance (contact resistance) can be suppressed. . For example, BPSG or PSG can be used as such an insulating film.
また、請求項3に記載のように、コンタクトホールを形成する工程において、異方性エッチング後、異方性エッチングと同一のマスクを用い、絶縁膜及び半導体層を等方性エッチングして第1のコンタクトホールを形成し、ベースコンタクト領域を形成する工程において、エッチング時と同じマスクを用い、イオン打ち込み法により、第1のコンタクトホールを介して半導体層にベースコンタクト領域を形成しても良い。 According to a third aspect of the present invention, in the step of forming the contact hole, after the anisotropic etching, the insulating film and the semiconductor layer are isotropically etched by using the same mask as the anisotropic etching, and the first etching is performed. In the step of forming the base contact region and forming the base contact region, the base contact region may be formed in the semiconductor layer through the first contact hole by the ion implantation method using the same mask as in the etching.
これによれば、第1のコンタクトプラグの径を、少なくとも第1の高濃度領域の壁面部位よりも上方で、マスクの開口径よりも大きくすることができる。そして、これにより、ベースコンタクト領域を形成する際に、コンタクトホールにおける第1の高濃度領域の部位にイオンが注入されるのを抑制し、オン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。 According to this, the diameter of the first contact plug can be made larger than the opening diameter of the mask at least above the wall surface portion of the first high concentration region. As a result, when the base contact region is formed, ions can be suppressed from being implanted into the first high-concentration region in the contact hole, and an increase in on-resistance (contact resistance) can be suppressed. .
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置のうち、LDMOS素子形成領域の一部の概略構成を示す断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of part of an LDMOS element formation region in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
図1に示す半導体装置100は、半導体基板10に構成された素子として、横型絶縁ゲートトランジスタ素子である横型DMOS素子(Lateral Double Diffusion MOS-FET、以下LDMOS素子と示す)を有している。
A
半導体基板10は、特許請求の範囲に記載の第1導電型の半導体層に相当するものであり、本実施形態においては、例えば不純物濃度が1×1016cm−3程度のN導電型(N)のバルク単結晶シリコン基板を採用している。以下においては、半導体基板10の厚さ方向を上下方向とし、この厚さ方向に略垂直な方向(半導体基板10の主表面10aに沿う方向)を左右方向とする。なお、半導体層としては、上下方向における半導体基板の一部を採用することもできる。
The
半導体基板10には、主表面10a側の表層の一部に、例えば不純物濃度が1×1017cm−3程度のP導電型(P)のベース領域11が形成されている。そして、ベース領域11内の表層には、N導電型(N+)のソース領域12が形成されている。このソース領域12は、特許請求の範囲に記載の第1の高濃度領域に相当し、その不純物濃度としては、後述する第1コンタクトプラグ31との間でオーミック特性を確保できる濃度であれば良い。本実施形態においては、1×1020cm−3程度となっている。
In the
また、ベース領域11内には、主表面10aに対し、上下方向においてソース領域12よりも下方で、且つ、左右方向において少なくとも一部がソース領域12と重なる位置に、p導電型(p+)のベースコンタクト領域13が形成されている。このベースコンタクト領域13は、ベース領域11における第1コンタクトプラグ31との接続領域であり、その不純物濃度は、第1コンタクトプラグ31との間でオーミック特性を確保できる濃度であれば良い。本実施形態においては、左右方向において、ベースコンタクト領域13のほぼ全域がソース領域12と重なるようになっており、その不純物濃度は1×1020cm−3程度となっている。このように、ソース領域12とベースコンタクト領域13は、ベース領域11内で、上下方向に並んで配置されている。
Further, in the
半導体基板10の主表面10a側の表層には、ベース領域11とは離れて例えば不純物濃度が1×1020cm−3程度のN導電型(N+)のドレイン領域14が形成されている。このドレイン領域14が、特許請求の範囲に記載の第2の高濃度領域に相当する。そして、ソース領域12とドレイン領域14とに挟まれたベース領域11の部分が、LDMOS素子のチャネル形成領域となっている。すなわち、本実施形態においては、LDMOS素子としてNチャネル型のLDMOS素子が形成されている。なお、半導体基板10の主表面10a側の表層に、半導体基板10よりも高濃度のN導電型(N)のドリフト領域が形成され、このドリフト領域内の表層に、ドレイン領域14が形成された構成としても良い。
On the surface layer of the
また、半導体基板10の主表面10a上におけるベース領域11とドレイン領域14との間の部位にはLOCOS酸化膜15が形成され、このLOCOS酸化膜15とソース領域12との間に位置する半導体基板10とベース領域11の上方には、ゲート絶縁膜16を介してゲート電極17が形成されている。
In addition, a
そして、半導体基板10の主表面10a上におけるコンタクトプラグ30の形成領域を除く部位には、ゲート絶縁膜16を介して半導体基板10の主表面10a上に配置されたゲート電極17を覆うように絶縁膜20が形成されている。本実施形態では、図1に示すように、ソース領域14上に、第2コンタクトプラグ32に隣接しつつその周囲を取り囲むように第1絶縁膜21が形成されている。また、ゲート電極17上に、第3コンタクトプラグ33に隣接しつつその周囲を取り囲むように第2絶縁膜22が形成されている。そして、第1絶縁膜21と第2絶縁膜22を覆うように、半導体基板10の主表面10a上に、第3絶縁膜23が形成されている。これら絶縁膜21〜23としては、コンタクトプラグ30の形成に際し、第3絶縁膜23よりも第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22のほうが、エッチングレートの遅い材料の組み合わせを適宜選択して採用することができる。すなわち、第1コンタクトプラグ31よりも浅いコンタクトプラグ30(32,33)の形成領域には、第1コンタクトプラグ31の形成領域における絶縁膜21よりもエッチングレートの遅い絶縁膜22,23が配置されている。本実施形態では、コンタクトプラグ30の形成にCF4(テトラフルオロカーボン)などのフルオロカーボン系による異方性ドライエッチングを用いるため、第1の絶縁膜21としてシリコン窒化膜、第2の絶縁膜22としてTEOS膜、第3の絶縁膜23としてBPSG膜(又はPSG膜)を採用している。なお、エッチング時にゲート電極17を突きつけないのであれば、第1絶縁膜21と第2絶縁膜22の構成を同一としても良い。また、第3の絶縁膜23を単層ではなく、多層構造としても良い。
Then, insulation is performed so as to cover the
この絶縁膜20には、その上面20aから貫通し、半導体基板10に構成された素子と接続される、複数のコンタクトプラグ30が形成されている。このコンタクトプラグ30として、3つのコンタクトプラグ31〜33が、LDMOS素子と接続されている。第1コンタクトプラグ31は、特許請求の範囲に記載の第1のコンタクトプラグに相当し、絶縁膜20(第3絶縁膜23)及びソース領域12を貫通しつつ、下端がベースコンタクト領域13まで延設されている。すなわち、ソース領域12及びベースコンタクト領域13と接続されている。また、第2コンタクトプラグ32は、特許請求の範囲に記載の第2のコンタクトプラグに相当し、絶縁膜20(第3絶縁膜23及び第1絶縁膜21)を貫通して、下端がドレイン領域14と接続されている。また、第3コンタクトプラグ33は、特許請求の範囲に記載の第3のコンタクトプラグに相当し、絶縁膜20(第3絶縁膜23及び第2絶縁膜22)を貫通して、下端がゲート電極17と接続されている。これらコンタクトプラグ31〜33においては、上下方向の深さが、図1に示すように、第1コンタクトプラグ31が最も深く、第3コンタクトプラグ33が最も浅くなっている。
The insulating
本実施形態では、第1コンタクトプラグ31が、左右方向において、ソース領域12の略中心位置を貫通し、ベースコンタクト領域13の略中心位置で接している。また、各コンタクトプラグ31〜33を含む全てのコンタクトプラグ30として、タングステン(W)プラグを採用している。すなわち、コンタクトプラグ30における絶縁膜20の上面20aでの径(以下、上端径と示す)が微細径(例えば0.5μm以下)となっている。そして、全てのコンタクトプラグ30における上端径が互いに略等しくなっている。すなわち、各コンタクトプラグ31〜33における上端径も互いに略等しくなっている。なお、図1に示す符号41〜43は、絶縁膜20の上面20a上に配置され、各コンタクトプラグ31〜33における上端と接続された配線を示している。
In the present embodiment, the
このように構成される半導体装置100は、例えば以下に示す製造方法により形成することができる。図2は、図1に示す半導体装置の製造工程のうち、絶縁膜までの形成工程を説明するための断面図である。図3は、図1に示す半導体装置の製造工程のうち、コンタクトプラグの形成工程を示す断面図である。
The
先ず、フォトリソグラフィやイオン打ち込み法など周知の半導体プロセスにより、主表面10aを有するN導電型(N)の半導体基板10に対し、LDMOS素子を含む素子を形成する。本実施形態では、図2に示すように、周知のLOCOS形成技術によりLOCOS酸化膜15を形成し、例えば熱酸化によって半導体基板10の主表面10aにゲート絶縁膜16を形成する。そして、LOCOS酸化膜15及びゲート絶縁膜16上に多結晶シリコンを堆積させ、リンなどの不純物を導入した後、パターニングしてゲート電極17を形成する。この後、ゲート電極17をマスクとして、イオン打ち込み法により、図2に示すように、半導体基板10の主表面10aの表層に、P導電型(P)のベース領域11、N導電型(N+)のソース領域12、及びN導電型(N+)のドレイン領域13をそれぞれ形成する。さらに、イオン打ち込み法(高加速インプラ)により、ソース領域12の下方に濃度のピークが存在し、左右方向においてソース領域12と少なくとも一部が重なるように、P導電型(P+)のベースコンタクト領域13を形成する。なお、イオン打ち込み法により、ベースコンタクト領域13を形成した後に、ソース領域12を形成することもできる。また、ベース領域11,ソース領域12、ベースコンタクト領域13,及びドレイン領域14を形成した後に、LOCOS酸化膜15,ゲート絶縁膜16,及びゲート電極17を形成することもできる。
First, an element including an LDMOS element is formed on an N conductivity type (N)
次に、半導体基板10の主表面10a上に、CVD法などを用いて絶縁膜20を形成する。本実施形態では、ソース領域14における第2コンタクトプラグ32との接続部位を被覆するように、第1絶縁膜21を、図2に示すようにソース領域14上に選択的に形成する。また、ゲート電極17における第3コンタクトプラグ33との接続部位を被覆するように、第2絶縁膜22を、図2に示すようにゲート電極17上に選択的に形成する。そして、これらを形成した後に、半導体基板10の主表面10a全域を覆うように、第3絶縁膜23を形成する。なお、本実施形態では、コンタクトプラグ30の形成にCF4(テトラフルオロカーボン)などのフルオロカーボン系による異方性ドライエッチングを用いるため、第1の絶縁膜21としてシリコン窒化膜、第2の絶縁膜22としてTEOS膜、第3の絶縁膜23としてBPSG膜(又はPSG膜)を形成する。そして、CMP法などにより、第3絶縁膜23の表面を平坦化することで、図2に示す絶縁膜20が形成される。
Next, the insulating
次に、絶縁膜20をその上面20aから貫通し、素子と接続される複数のコンタクトプラグ30を形成する。この工程では、先ず絶縁膜20の上面20a上に、フォトリソグラフィにより図示しないマスクを形成し、このマスクを介してエッチングを施す。本実施形態では、各コンタクトプラグ30に対応するマスクの開口部の径を略等しくし、異方性ドライエッチング(具体的には反応性イオンエッチング)により、同一工程で全てのコンタクトプラグ30に対応するコンタクトホールを形成する。すなわち、図3に示すように、第1コンタクトプラグ31に対応する第1コンタクトホール34、第2コンタクトプラグ32に対応する第2コンタクトホール35、及び第3コンタクトプラグ33に対応する第3コンタクトホール35を同一工程で形成する。
Next, a plurality of contact plugs 30 penetrating the insulating
ここで、上記したように、ソース領域14上には第1絶縁膜21が、ゲート電極17上には第2絶縁膜22が配置されている。したがって、絶縁膜20としてエッチングレートの速い第3絶縁膜23のみの領域をエッチングしてなる第1コンタクトホール34の深さを、絶縁膜20として第3絶縁膜23よりもエッチングレートの遅い第1絶縁膜21,第2絶縁膜22を含む領域をエッチングしてなる第2コンタクトホール35,第3コンタクトホール36の深さよりも深くすることができる。これにより、第2コンタクトホール35がソース領域14まで到達し、第3コンタクトホール36がゲート電極17まで到達した時点で、第1コンタクトホール34が絶縁膜20とともにソース領域12も貫通し、ベースコンタクト領域13に到達した状態とすることができる。なお、本実施形態では、コンタクトホール34〜36を含む各コンタクトホールが、底部側ほど径の小さい順テーパ形状となっているが、その形状は上記例に限定されるものではない。深さ方向で径がほぼ一定の垂直形状としても良いし、底部側ほど径の大きい逆テーパ形状としても良い。
Here, as described above, the first insulating
エッチング後、コンタクトホール34〜36を含む各コンタクトホール内に、タングステン(W)を成長させ、必用に応じてCMPやエッチバックして、各コンタクトホール内にWを埋め込んでなるコンタクトプラグ30を形成する。後は、周知の半導体プロセスにより、配線41〜43や図示しない保護膜などを形成する。以上により、図1に示す半導体装置100を形成することができる。
After etching, tungsten (W) is grown in each contact hole including the contact holes 34 to 36, and CMP or etchback is performed as necessary to form a
次に、本実施形態に係る半導体装置100及びその製造方法の効果について説明する。先ず本実施形態では、ベース領域11内において、主表面10a側の表層にソース領域12が形成され、ソース領域12よりも下方で、左右方向においてソース領域12と少なくとも一部が重なる位置に、ベースコンタクト領域13が形成されている。そして、第1コンタクトプラグ31が、絶縁膜20及びソース領域12を貫通しつつベースコンタクト領域13まで延設され、ソース領域12とベースコンタクト領域13に共通のプラグとなっている。したがって、製造ばらつきが生じても、上端径が微細である第1コンタクトプラグ31とソース領域12との接触面積を確保し、これにより、LDMOS素子のオン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。また、第1コンタクトプラグ31とベースコンタクト領域13との接触面積も確保することができるので、ベース領域の電位を所定電位(ソース領域12と同電位)とし、LDMOS素子の動作を安定化させることもできる。特に本実施形態では、第1コンタクトプラグ31が、左右方向において、ソース領域12の略中心位置を貫通し、ベースコンタクト領域13の略中心位置で接するので、製造ばらつきが生じても、第1コンタクトプラグ31とソース領域12及びベースコンタクト領域13との接触面積をそれぞれ確保することができる。
Next, effects of the
また、ベースコンタクト領域13は、ソース領域12よりも下方で、左右方向においてソース領域12と少なくとも一部が重なる位置に形成されている。すなわち、上下方向において、ソース領域12とベースコンタクト領域13が並設されている。したがって、左右方向において、ソース領域12とベースコンタクト領域13が並設された従来の構成に比べて、左右方向の体格を小型化することができる。さらには、上下方向において、ソース領域12とベースコンタクト領域13が並設され、2つの領域12,13は第1コンタクトプラグ31と接続されている。すなわち、コンタクトプラグが共通化されている。したがって、別々のコンタクトプラグを形成する場合よりも、左右方向の体格を小型化することができる。
The
以上から、本実施形態に示すLDMOS素子は、微細化、すなわち高集積化することができるので、メモリセルやロジック回路が構成されたIC(Integrated Circuit)や、CMOSなどを含む制御ICと複合化されるパワーICとして好適である。 From the above, since the LDMOS element shown in this embodiment can be miniaturized, that is, highly integrated, it can be combined with an IC (Integrated Circuit) in which memory cells and logic circuits are configured, and a control IC including a CMOS. It is suitable as a power IC.
また、コンタクトプラグ30は、その上端径が微細化するほど、ラジカルなどの活性種などがホール内に入り難くなり、エッチングにより形成されるコンタクトホールの深さばらつきが大きくなる。したがって、上端径が異なる複数種類のコンタクトプラグ30を形成する場合、一部のコンタクトホールの形成が完了しても、それよりも上端径の小さなコンタクトホールでは所定深さの途中までしか形成されていなことも起こりえる。これに対し、本実施形態では、全てのコンタクトプラグ30の上端径を略等しくするため、エッチング時のばらつきの影響が各コンタクトホールで同様となる。したがって、各コンタクトプラグ30と素子における対応する接続箇所との電気的な接続状態を確保しやすくなる。また、製造工程を簡素化することができる。
In addition, as the upper end diameter of the
また、本実施形態では、絶縁膜20の構成を、形成されるコンタクトプラグ30の深さに応じて異なるものとしている。具体的には、第1コンタクトプラグ31よりも浅いコンタクトプラグ30(32,33)の形成領域には、第1コンタクトプラグ31の形成領域における絶縁膜21よりもエッチングレートの遅い絶縁膜22,23を配置している。したがって、上記したように、全てのコンタクトプラグ30の上端径を互いに略等しくしながらも、コンタクトプラグ30の深さに差を設けることができる。これにより、各コンタクトプラグ30と素子における対応する接続箇所との電気的な接続状態を確保することができる。
In the present embodiment, the configuration of the insulating
以上から、全てのコンタクトプラグ30の上端径を互いに略等しくしながらも、コンタクトプラグ30の深さに差を設けることができるので、半導体基板10に、LDMOS素子とともにCMOS素子やバイポーラ素子が集積化された半導体装置100としても、各コンタクトプラグ30を同一工程で形成することができる。したがって、製造工程を簡素化することができる。特に、LDMOS素子は、工程整合性の点からも、CMOSなどの他の素子との集積化に好適である。
From the above, it is possible to provide a difference in the depth of the contact plugs 30 while making the upper end diameters of all the contact plugs 30 substantially equal to each other, so that CMOS elements and bipolar elements are integrated on the
なお、本実施形態では、異方性ドライエッチング(反応性イオンエッチング)により形成されるコンタクトホールの形状、すなわちコンタクトプラグ30の形状が、底部側ほど径の小さい順テーパ形状である例を示した。しかしながら、絶縁膜20(第1絶縁膜23)と半導体基板10とでは構成材料が異なるので、絶縁膜20よりも半導体基板10のほうがエッチングレートの遅い条件とすれば、図4に示すように、第1コンタクトプラグ31の形状を、絶縁膜20の下面20bにおける径が、ベース領域12の主表面10aにおける径よりも大きくされた段差形状とすることができる。例えば、第3絶縁膜23を構成するBPSG膜(PSG膜)中における不純物濃度を高くするほど、エッチングレートが速くなるので、半導体基板10とのエッチングレート差が大きくなり、第1コンタクトプラグ31を、段差部31aを有する段差形状とすることができる。このように、段差形状の第1コンタクトプラグ31を採用すると、上端径を同一としながら、ソース領域12と第1コンタクトプラグ31との接触面積を増やすことができるので、オン抵抗(コンタクト抵抗)をより低減することができる。図4は、第1コンタクトプラグの変形例を示す第1コンタクトプラグ周辺の拡大断面図である。なお、第1コンタクトプラグ31を段差形状とする場合、他のコンタクトプラグ30も第1コンタクトプラグ31における絶縁膜20の部分同様に、拡径された形状となる。
In the present embodiment, an example is shown in which the shape of the contact hole formed by anisotropic dry etching (reactive ion etching), that is, the shape of the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を、図5に基づいて説明する。図5は、第2実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち、コンタクトプラグの形成工程を示す断面図であり、(a)は異方性エッチング工程、(b)は等方性エッチング工程を示している。図5は、図4に対応している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. 5A and 5B are cross-sectional views showing a contact plug forming process in the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment, where FIG. 5A shows an anisotropic etching process and FIG. 5B shows an isotropic etching process. Show. FIG. 5 corresponds to FIG.
第2実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、第1実施形態に示した半導体装置及びその製造方法と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。 Since the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment are in common with the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, the detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be emphasized. I will explain it. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown in 1st Embodiment.
第1実施形態においては、異方性ドライエッチング(反応性イオンエッチング)のみにより、図4に示したように、第1コンタクトプラグ31(第1コンタクトホール34)を段差形状とする例を示した。これに対し、本実施形態では、各コンタクトホールを形成する際に、図5(a)に示すように、先ず異方性エッチングを実施する。そして、これにより、ベースコンタクト領域13まで到達し、底部側ほど径の小さい順テーパ形状の仮コンタクトホール34aを形成する。なお、図5(a)に示す符号50は、例えばフォトレジストからなるマスクである。次に、図5(b)に示すように、同一のマスク50を用い、フッ酸などで等方性エッチングを行って選択的に絶縁膜20をエッチングする。これにより、絶縁膜20の部分が左右方向に拡径され、図5(b)に示すように、第1コンタクトホール34の形状を、絶縁膜20の下面20bにおける径が、ベース領域12の主表面10aにおける径よりも大きくされた段差形状とすることができる。なお、第1コンタクトプラグ31を段差形状とする場合、他のコンタクトプラグ30も第1コンタクトプラグ31における絶縁膜20の部分同様に、マスク50の開口径よりも上端径が拡径された形状となる。
In the first embodiment, an example in which the first contact plug 31 (first contact hole 34) has a stepped shape as shown in FIG. 4 by anisotropic dry etching (reactive ion etching) only has been shown. . In contrast, in the present embodiment, anisotropic etching is first performed as shown in FIG. 5A when each contact hole is formed. As a result, a
このように、本実施形態に示す製造方法によっても、第1のコンタクトプラグ31の形状を、図4に示したように段差部31aを有する段差形状とすることができる。したがって、上端径を同一としながら、ソース領域12と第1コンタクトプラグ31との接触面積を増やすことができるので、オン抵抗(コンタクト抵抗)をより低減することができる。
Thus, also by the manufacturing method shown in this embodiment, the shape of the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を、図6及び図7に基づいて説明する。図6は、第3実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち、コンタクトホール形成工程を示す断面図である。図7は、製造工程のうち、ベースコンタクト領域形成工程を示す断面図である。なお、図6及び図7は、図4に対応している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a contact hole forming step in the manufacturing steps of the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a base contact region forming step in the manufacturing process. 6 and 7 correspond to FIG.
第3実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1実施形態に示した半導体装置及びその製造方法と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。 Since the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment is in common with the semiconductor device shown in the first embodiment and the manufacturing method thereof, the detailed description of the common parts is omitted below, and different parts are emphasized. Explained. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown to said each embodiment.
第1実施形態においては、ベースコンタクト領域13を形成した後に、第1コンタクトホール34を含む各コンタクトホールを形成する例を示した。これに対し、本実施形態では、先ず半導体基板10の主表面10aの表層に、P導電型(P)のベース領域11、N導電型(N+)のソース領域12、及びN導電型(N+)のドレイン領域13(図6ではは図示略)をそれぞれ形成する。そして、図6に示すように、ベースコンタクト領域13を形成する前に、マスク50を介して例えば異方性ドライエッチングにより、各コンタクトホール(図6では第1コンタクトホール34のみを図示)を形成する。この時点で、第1コンタクトホール34は、図6に示すように、ソース領域12を貫通し、その底部が、ベース領域11内であってソース領域12よりも下方の位置(後にベース領域13が形成される部位)まで延設された状態となる。
In the first embodiment, an example in which each contact hole including the
そして、図7に示すように、同一のマスク50を用い、形成された第1コンタクトホール34を介して、イオン打ち込み法により、ソース領域12の下方に濃度のピークが存在し、左右方向においてソース領域12と少なくとも一部が重なるように、P導電型(P+)のベースコンタクト領域13を形成する。この後、各コンタクトホール内にWを埋め込んでなるコンタクトプラグ30を形成し、周知の半導体プロセスにより、配線41〜43や図示しない保護膜などを形成する。
Then, as shown in FIG. 7, a peak of concentration exists below the
なお、図示しないが、本実施形態においても、絶縁膜20の構成を、形成されるコンタクトプラグ30の深さに応じて異なるものとしている。具体的には、第1コンタクトプラグ31よりも浅いコンタクトプラグ30(32,33)の形成領域には、第1コンタクトプラグ31の形成領域における絶縁膜21よりもエッチングレートの遅い絶縁膜22,23を配置している。このような製造方法を用いても、図1に示す半導体装置100を形成することができる。
Although not shown, also in this embodiment, the configuration of the insulating
また、本実施形態においては、第1コンタクトホール34を介してイオンを打ち込み、ベースコンタクト領域13を形成するため、イオン打ち込みを高加速で行わなくとも良い(高加速インプラとしなくとも良い)。したがって、第1実施形態に示した製造方法に比べて、ベースコンタクト領域13の形成時間を短縮することができる。また、第1コンタクトホール34の形成後に、ベースコンタクト領域13を形成するため、マスク50を共通化し、製造工程を簡素化することができる。
In the present embodiment, ions are implanted through the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態を、図8に基づいて説明する。図8は、第4実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち、ベースコンタクト領域形成工程を示す断面図である。なお、図8は、図4に対応している。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a base contact region forming step in the manufacturing steps of the semiconductor device according to the fourth embodiment. FIG. 8 corresponds to FIG.
第4実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、上記実施形態に示した半導体装置及びその製造方法と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。 Since the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment are often in common with the semiconductor device and the manufacturing method thereof shown in the above embodiment, the detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be emphasized. Explained. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown to said each embodiment.
第3実施形態においては、ソース領域12を貫通する第1コンタクトホール34を形成した後、第1コンタクトホール34を介して、イオン打ち込み法により、ベースコンタクト領域13を形成する例を示した。しかしながら、第1コンタクトホール34の形状が、図7に示したように、底部側ほど縮径された順テーパ形状であった。このように順テーパ形状や深さ方向において径がほぼ一定の垂直形状の場合、ベースコンタクト領域13を形成すべくイオン注入の際に、第1コンタクトホール34におけるソース領域12の部位(壁面部位)にイオンが注入され、これにより、オン抵抗(コンタクト抵抗)が増加することも考えられる。
In the third embodiment, the
そこで、本実施形態では、第1コンタクトプラグ31(第1コンタクトホール34)の形成領域における絶縁膜20(第3絶縁膜23)を、裏面20bに近い部位ほど添加された不純物の濃度が高い絶縁膜としている。このような絶縁膜としては、例えばBPSGやPSGを採用することができる。したがって、このような絶縁膜20を異方性ドライエッチングすると、不純物濃度の高い部位ほどエッチングレートが速くなるため、図8に示すように、第1コンタクトホール34の形状を、絶縁膜20において裏面20b側ほど拡径された逆テーパ形状で、半導体基板10(ベース領域11内)における径が上端径(上面20aにおける径)よりも拡径された形状とすることができる。なお、第1コンタクトプラグ31を上記形状とする場合、他のコンタクトプラグ30も第1コンタクトプラグ31における絶縁膜20の部分同様に、逆テーパ形状となる。
Therefore, in the present embodiment, the insulating film 20 (third insulating film 23) in the region where the first contact plug 31 (first contact hole 34) is formed is an insulating material having a higher concentration of impurities added to the portion closer to the
したがって、このような形状の第1コンタクトホール34を介して、ベースコンタクト領域13を形成すべくイオン注入を行えば、図8に示すように、第1コンタクトホール34における上部側の壁面が壁となるため、第1コンタクトホール34におけるソース領域12の部位(壁面部位)にイオンが注入されるのを抑制することができる。そして、これにより、オン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。
Therefore, if ion implantation is performed to form the
なお、図8に示した構成以外にも、第1コンタクトホール34におけるソース領域12の部位(壁面部位)にイオンが注入されるのを抑制することができる。例えば各コンタクトホールを形成する際に、図9(a)に示すように、例えばフォトレジストからなるマスク50を用いて、先ず異方性エッチングを実施する。そして、これにより、ソース領域12を貫通しつつ後にベース領域13が形成される部位まで到達し、底部側ほど径の小さい順テーパ形状の仮コンタクトホール34bを形成する。次に、図9(b)に示すように、同一のマスク50を用い、等方性エッチングを行って深さ方向全体で仮コンタクトホール34bを拡径させ、順テーパ形状の第1コンタクトホール34とする。この際、図9(b)に示すように、マスク50の開口径よりも、第1コンタクトホール34におけるソース領域12の壁面部位の径のほうが大きくなるまで等方性エッチングを行う。なお、第1コンタクトプラグ31を上記形状とする場合、他のコンタクトプラグ30も第1コンタクトプラグ31における絶縁膜20の部分同様に、マスク50の開口径よりも、各コンタクトプラグ30の上端径のほうが広がった形状となる。そして、図10に示すように、同一のマスク50を用い、イオン打ち込み法により、第1のコンタクトホール34を介してベースコンタクト領域13を形成する。このとき、マスク50が壁となるため、第1コンタクトホール34におけるソース領域12の部位(壁面部位)にイオンが注入されるのを抑制することができる。そして、これにより、オン抵抗(コンタクト抵抗)の増加を抑制することができる。図9は、変形例の製造工程を示す断面図であり、(a)は異方性エッチング工程、(b)は等方性エッチング工程を示している。図10は、変形例の製造工程を示す断面図であり、ベースコンタクト領域形成工程を示している。なお、図9,10は、図4に対応している。
In addition to the configuration shown in FIG. 8, ions can be suppressed from being implanted into the portion (wall surface portion) of the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本実施形態においては、横型絶縁ゲートトランジスタ素子として、LDMOS素子の例を示した。しかしながら、横型のIGBT素子を採用することもできる。 In the present embodiment, an example of an LDMOS element is shown as the lateral insulated gate transistor element. However, a lateral IGBT element can also be employed.
本実施形態では、半導体基板10に構成される素子として、Nチャネル型のLDMOS素子のみを示した。しかしながら、Pチャネル型のLDMOS素子のみを有する構成としても良いし、Nチャネル型とPチャネル型をともに有する構成としても良い。素子として複数のLDMOS素子を有する場合には、少なくとも1つのLDMOS素子に上記した構成(ソース領域12の下方にベースコンタクト領域13)を適用すれば良いが、より多くのLDMOS素子に上記構成を適用することで、左右方向の体格を効果的に小型化することができる。
In the present embodiment, only an N-channel type LDMOS element is shown as an element configured on the
また、複数のLDMOS素子を有し、且つ、Nチャネル型とPチャネル型をともに有する場合には、Nチャネル型及びPチャネル型のいずれか一方のみに、上記構成を採用しても良い。一般に、Nチャネル型はPチャネル型に比べてオン抵抗を低減できるものの破壊耐量が低く、Pチャネル型はNチャネル型に比べて破壊耐量が高いもののオン抵抗が高い。したがって、例えばNチャネル型のみに上記構成を採用すると、Nチャネル型の破壊耐量を向上しつつ、マスク枚数の増加を抑制することができる。また、例えばPチャネル型のみに上記構成を採用すると、Pチャネル型のオン抵抗を低減しつつ、マスク枚数の増加を抑制することができる。 Further, in the case where a plurality of LDMOS elements are provided and both the N-channel type and the P-channel type are included, the above-described configuration may be employed only for either the N-channel type or the P-channel type. In general, the N-channel type can reduce the on-resistance as compared with the P-channel type, but has a low breakdown resistance. The P-channel type has a higher breakdown resistance than the N-channel type, but has a high on-resistance. Therefore, for example, when the above-described configuration is adopted only for the N channel type, it is possible to suppress an increase in the number of masks while improving the N channel type breakdown tolerance. For example, when the above configuration is adopted only for the P-channel type, it is possible to suppress an increase in the number of masks while reducing the on-resistance of the P-channel type.
なお、第3実施形態又は第4実施形態に示した製造方法を適用した場合、各コンタクトホールを介して、ベースコンタクト領域13を形成すべき不純物がイオン注入されることとなる。したがって、上記不純物が導入された状態で、所定の不純物濃度を確保できるように、ベースコンタクト領域13以外の領域の不純物濃度を予め設定しておけば良い。ただし、Nチャネル型のLDMOS素子(横型絶縁ゲートトランジスタ素子)とPチャネル型のLDMOS素子(横型絶縁ゲートトランジスタ素子)の両方に上記構成(ソース領域12の下方にベースコンタクト領域13)を適用する場合、第3実施形態又は第4実施形態に示した製造方法では、それぞれのベースコンタクト領域13の濃度設定が困難である。したがって、この場合には、第1実施形態に示した製造方法を適用すればよい。
When the manufacturing method shown in the third embodiment or the fourth embodiment is applied, the impurity for forming the
また、本実施形態においては、絶縁膜20の構成を、形成されるコンタクトプラグ30の深さに応じて異なるものとすることで、各コンタクトプラグ30の上端径が互いに略等しくしながらも、深さの異なるコンタクトプラグ30を形成する例を示した。しかしながら、図11に示すように、各コンタクトプラグ30の上端径を互いに異なる径とすることで、各コンタクトプラグ30の形成領域における絶縁膜20の構成を同一の絶縁膜24からなるものとしても、深さの異なるコンタクトプラグ30を形成することもできる。ただし、各コンタクトプラグ30は上記したように微細径であり、上端径の違いだけでは深さに大きな差を設けることは困難である。したがって、好ましくは本実施形態に示したように、絶縁膜20の構成を、形成されるコンタクトプラグ30の深さに応じて異なるものとすると良い。図11は、その他変形例を示す断面図である。
In the present embodiment, the configuration of the insulating
10・・・半導体基板(半導体層)
11・・・ベース領域
12・・・ソース領域(第1の高濃度領域)
13・・・ベースコンタクト領域
20・・・絶縁膜
20a・・・上面
21・・・第1絶縁膜
22・・・第2絶縁膜
23・・・第3絶縁膜
30・・・コンタクトプラグ
31・・・第1コンタクトプラグ(第1のコンタクトプラグ)
10 ... Semiconductor substrate (semiconductor layer)
11 ...
13 ...
Claims (3)
前記素子形成工程として、第1導電型とは逆の第2導電型のベース領域が主表面側の表層に形成された前記半導体層に対し、イオン打ち込み法により、主表面側から不純物を導入し、前記ベース領域内の表層に第1導電型の第1の高濃度領域を形成する工程と、前記第1の高濃度領域の形成後、前記半導体層上に前記絶縁膜を形成し、エッチングにより、前記絶縁膜における前記半導体層の主表面とは反対側の面での径が略等しく、前記第1の高濃度領域を貫通しつつ前記絶縁膜から前記ベース領域内の第1の高濃度領域よりも前記主表面に対して下方の領域まで到達する第1のコンタクトホールを含む複数のコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの形成後、イオン打ち込み法により、前記コンタクトホールを介して前記半導体層に不純物を導入し、前記ベース領域内であって、前記半導体層の主表面に略垂直な方向において前記第1の高濃度領域よりも前記主表面に対して下方であり、前記半導体層の主表面に沿う方向において、前記第1の高濃度領域と少なくとも一部が重なる位置に、前記ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型のベースコンタクト領域を形成する工程を含み、
前記プラグ形成工程では、前記コンタクトホール内に導電部材を埋め込んで、前記第1の高濃度領域及び前記ベースコンタクト領域に接する第1のコンタクトプラグを含む複数のコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトホールを形成する工程において、前記絶縁膜として、前記第1のコンタクトホールよりも浅いコンタクトホールの形成領域に、前記第1のコンタクトホールの形成領域における絶縁膜よりもエッチングレートの遅い絶縁膜を選択的に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 An element forming step of forming an element including at least a lateral insulated gate transistor element with respect to the first conductivity type semiconductor layer having a main surface, and an insulating film formed on the main surface of the semiconductor layer penetrating from the same surface; A method of manufacturing a semiconductor device comprising a plug forming step of forming a plurality of contact plugs connected to the element,
As the element forming step, impurities are introduced from the main surface side by ion implantation into the semiconductor layer in which the base region of the second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed on the surface layer on the main surface side. A step of forming a first conductivity type first high concentration region on a surface layer in the base region; and after the formation of the first high concentration region, the insulating film is formed on the semiconductor layer and etched. The diameter of the insulating film on the surface opposite to the main surface of the semiconductor layer is substantially equal, and the first high-concentration region in the base region from the insulating film penetrates the first high-concentration region. A step of forming a plurality of contact holes including a first contact hole that reaches a region below the main surface, and after the formation of the contact hole, an ion implantation method is used to advance the contact hole through the contact hole. Impurities are introduced into the semiconductor layer, and are in the base region and in a direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor layer, below the first high concentration region and below the main surface, and the semiconductor layer Forming a second conductivity type base contact region having an impurity concentration higher than that of the base region at a position at least partially overlapping with the first high concentration region in a direction along the main surface of
In the plug forming step, a plurality of contact plugs including a first contact plug in contact with the first high concentration region and the base contact region are formed by embedding a conductive member in the contact hole,
In the step of forming the contact hole, as the insulating film, an insulating film having a slower etching rate than the insulating film in the first contact hole forming region is formed in the contact hole forming region shallower than the first contact hole. Is selectively formed . A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ベースコンタクト領域を形成する工程において、前記マスクを用い、イオン打ち込み法により、前記第1のコンタクトホールを介して前記半導体層にベースコンタクト領域を形成する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。 In the step of forming the contact hole, after the anisotropic etching, the insulating film and the semiconductor layer are isotropically etched using the same mask as the anisotropic etching to form the first contact hole And
In the step of forming the base contact region, using the mask by ion implantation, according to claim 1, characterized in that to form the base contact region in the semiconductor layer through the first contact hole A method for manufacturing a semiconductor device.
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