JPH03175680A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH03175680A
JPH03175680A JP31582789A JP31582789A JPH03175680A JP H03175680 A JPH03175680 A JP H03175680A JP 31582789 A JP31582789 A JP 31582789A JP 31582789 A JP31582789 A JP 31582789A JP H03175680 A JPH03175680 A JP H03175680A
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JP
Japan
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annealing
ions
type
implanting
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP31582789A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumisato Tamura
文識 田村
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent an N<+> diffusion layer, the source region, from invading right below a gate while suppressing the hole concentration of the channel region on the source side so that it may not to be too high by forming a p-type region, and next implanting the ions of phosphorus in low concentration into the opening at a mask and annealing it, and then implanting the ions of arsenic in high concentration and annealing it. CONSTITUTION:This includes a process of making a gate oxide film 3 at the surface of the N-type epitaxial layer 2 on an N-type silicon substrate 1 and stacking a conductive film 4 and then implanting boron ions and annealing and drive-in-diffusing them so as to form P-type regions 7-9, and a process of implanting ions of phosphorous in low concentration into the opening at a mask and annealing and drive-in-diffusing them and then implanting ions of arsenic in high concentration and annealing them. For example, after the P-type diffusion layers 7-9 are made, phosphorous ions are implanted with a gate electrode 4 and a photoresist 10 as masks so as to form a phosphorous ions implantation layer 11, and then annealing and drive-in diffusion are applied, whereby a P-type diffusion layer 8 is expanded. Next, with the gate electrode 4 and a photoresist 12 as masks, phosphorous ions are implanted and annealed so as to form an N<+> diffusion layer 13 to become a source region.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に縦型パワー
MO8FETのチャネル形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method of forming a channel of a vertical power MO8FET.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来技術による縦型パワーM OS F E Tのチャ
ネル形成方法について、第1図(a)、(b)、第3図
(a>、(b)を参照して説明する。
A method of forming a channel in a vertical power MOSFET according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1(a), (b), and FIGS.

はじめに第1図(a)に示すように、N+型シリコン基
板1の表面にN−型エピタキシャル層2を成長したのち
、ゲート酸化IpA3を形成し、ゲート電極4を形成し
、フォトレジスト5をバターニングしてから、硼素をイ
オン注入して硼素イオン注入層6を形成する。
First, as shown in FIG. 1(a), after growing an N- type epitaxial layer 2 on the surface of an N+ type silicon substrate 1, a gate oxide IpA 3 is formed, a gate electrode 4 is formed, and a photoresist 5 is coated with butter. After that, boron is ion-implanted to form a boron ion-implanted layer 6.

つぎに第1図(b)に示すように、アニール、ドライブ
イン拡散して、ゲート電極直下に延長したチャネル領域
を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(b), annealing and drive-in diffusion are performed to form a channel region extending directly below the gate electrode.

つぎに第3図(a)に示すように、ゲーI−電極4とフ
ォトレジスト11とをマスクとして、シリコン酸化膜3
を透過して、あるいはシリコン酸化11! 3をエツチ
ングしてから、高濃度の砒素をイオン注入して、アニー
ル、ドライブイン拡散することにより、FETのソース
領域となるN+型型数散層13形成する。
Next, as shown in FIG. 3(a), using the gate I-electrode 4 and the photoresist 11 as a mask, the silicon oxide film 3 is
Transparent or silicon oxide 11! After etching 3, high-concentration arsenic is ion-implanted, annealed, and drive-in diffusion is performed to form an N+ type scattering layer 13 that will become the source region of the FET.

あるいは砒素をイオン注入する替りに第3図(b〉に示
すように、高濃度の燐をイオン注入してアニール、ドラ
イブイン拡散することにより、FETのソース領域とな
るN++散N17を形成する。
Alternatively, instead of ion-implanting arsenic, as shown in FIG. 3(b), by ion-implanting high-concentration phosphorus, annealing, and drive-in diffusion, an N++ diffusion N17 that will become the source region of the FET is formed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来技術によるチャネル領域の形成方法には、つぎのよ
うな問題があった。
The conventional method for forming a channel region has the following problems.

1、砒素によりN“拡散層を形成する場合第3図(a>
において、アニール、ドライブイン拡散によっても砒素
はほとんど拡散しないので、ゲート電極直下のチャネル
領域に比較的ホール濃度の高い領域7が存在するため、
FETのしきい値電圧VTが高くなってしまう。
1. When forming an N'' diffusion layer with arsenic Figure 3 (a>
Since arsenic is hardly diffused even by annealing and drive-in diffusion, a region 7 with relatively high hole concentration exists in the channel region directly under the gate electrode.
The threshold voltage VT of the FET becomes high.

ゲート酸化膜の絶縁耐圧でV GSSが制限されている
ため、VTが高くなるとゲート入力のバイアス電圧が高
くなるので入力信号電圧の振幅を小さくする必要があり
、出力パワーが低下してしまつウ ゲート長(LG)が変ると、チャネル領域形成のための
硼素のイオン注入量(ドース〉を変更しなければならず
、比較的に高いP型拡故層7のホール濃度が変動するの
で、結果的にVTとり。とを独立して決定することがで
きない。
Since VGSS is limited by the dielectric strength of the gate oxide film, as VT increases, the gate input bias voltage increases, so the amplitude of the input signal voltage must be reduced, resulting in a decrease in output power. If the length (LG) changes, the boron ion implantation amount (dose) for forming the channel region must be changed, and the relatively high hole concentration in the P-type spreading layer 7 changes, resulting in VT and cannot be determined independently.

具体例を挙げるとLoが3〜5μInのとき、硼素の注
入ff12〜8x10”cm−2でvTが2V付近にな
り、正常なチャネル領域が形成され、安定な生産が可能
になる。
To give a specific example, when Lo is 3 to 5 μIn, vT becomes around 2 V when boron is implanted ff12 to 8×10”cm −2 , a normal channel region is formed, and stable production becomes possible.

しかしLoが1.4〜2.0μmになると、硼素のイオ
ン注入量が4X1013cm−2のときのV7は4〜9
Vと大きくなって、ばらつきも増大する。チャネル領域
のゲート長方向の硼素濃度の勾配が急峻になるためであ
る。
However, when Lo is 1.4 to 2.0 μm, V7 is 4 to 9 when the boron ion implantation amount is 4X1013 cm-2.
As V increases, the variation also increases. This is because the gradient of boron concentration in the gate length direction of the channel region becomes steep.

このとき硼素のイオン注入量を2X1013cm2にす
ると、比較的ホール濃度の低いP型拡散yA9の領域が
広くなり、空乏層の拡がりが大きくなってドレイン電圧
の影響が支配的になるため、g、が低下する。
At this time, if the boron ion implantation amount is 2 x 1013 cm2, the region of P-type diffusion yA9 with a relatively low hole concentration will become wider, the depletion layer will expand, and the influence of the drain voltage will become dominant, so that g, descend.

2、燐によりN“拡散層を形成する場合第3図(b)に
示すように、アニール、ドライブイン拡散により燐が拡
散して、チャネル領域の実質的にホール濃度の高い部分
を消滅させることができる。
2. When forming an N'' diffusion layer with phosphorus, as shown in FIG. 3(b), phosphorus is diffused by annealing and drive-in diffusion to substantially eliminate a portion of the channel region with a high hole concentration. I can do it.

しかしソース領域となるN++散層の一部がゲート直下
に侵入してオーバーラツプするので、ゲート−ソース同
容ft(CO2〉が大きくなり、遮断周波数(ft)が
低下してしまう。
However, a portion of the N++ diffused layer that becomes the source region invades directly under the gate and overlaps, so that the gate-source equivalent capacity ft (CO2) increases and the cutoff frequency (ft) decreases.

本発明はソース側のチャネル領域のホール濃度が高過ぎ
ないように抑制しながら、ソース領域であるN++散層
がゲート直下まで侵入しない製造方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a manufacturing method in which the hole concentration in the channel region on the source side is suppressed from being too high, and the N++ diffused layer in the source region does not penetrate directly under the gate.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の半導体装置の製造方法は、N型シリコン基板表
面にゲート酸化膜を形成し、導電膜を堆積したのち、ア
ニール、ドライブイン拡散してP型領域を形成する工程
と、前記開口に低濃度の燐をイオン注入し、アニールし
たのち、高濃度の砒素をイオン注入し、アニール、ドラ
イブイン拡散する工程または低濃度の燐をイオン注入し
てから、高濃度の砒素をイオン注入して、一括してアニ
ール、ドライブイン拡散する工程とからなりたっている
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a gate oxide film on the surface of an N-type silicon substrate, depositing a conductive film, and then performing annealing and drive-in diffusion to form a P-type region; After ion-implanting phosphorus at a high concentration and annealing, ion-implanting arsenic at a high concentration, annealing, and drive-in diffusion; The process consists of batch annealing and drive-in diffusion.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の第1の実施例について、第1図(a)〜(e)
を参照して説明する。
Regarding the first embodiment of the present invention, FIGS. 1(a) to (e)
Explain with reference to.

はじめに第1図(a)に示すように、N++シリコン基
板1の表面にN−型エピタキシャルrCIJ2を成長し
、熱酸化によりゲート酸化膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 1(a), an N- type epitaxial rCIJ 2 is grown on the surface of an N++ silicon substrate 1, and a gate oxide film 3 is formed by thermal oxidation.

つぎに耐熱性導電膜としてモリブデンからなるゲート電
極4(ゲート長2μm)を形成し、このゲーI・電極4
とフォトレジスト5とをマスクとして、硼素イオンを注
入量3〜6 X 10 I3c +n−2注入して、P
型イオン注入層6を形成する。
Next, a gate electrode 4 (gate length 2 μm) made of molybdenum is formed as a heat-resistant conductive film, and this gate electrode 4
and photoresist 5 as a mask, boron ions are implanted in an amount of 3 to 6 x 10 I3c +n-2, and P
A type ion implantation layer 6 is formed.

ここでゲート電極4の材料としては、タングステンなど
他の高融点金属や高融点金属のシリサイドまたは高濃度
に不純物をドープしたボリシリコンなどを用いることも
できる。
Here, as the material for the gate electrode 4, other high melting point metals such as tungsten, silicide of high melting point metals, polysilicon doped with impurities at a high concentration, etc. can also be used.

つぎに第1図(b)に示すように、1100℃/に紫雲
囲気で2時間熱処理することにより、チャネル領域にP
型態散層8と比較的ホール濃度の高いP型拡散層7と比
較的ホール濃度の低いP型拡散層9とが形成される。
Next, as shown in Fig. 1(b), heat treatment is performed at 1100°C for 2 hours in Shiun atmosphere, so that the channel region is exposed to P.
A type diffused layer 8, a P-type diffusion layer 7 with a relatively high hole concentration, and a P-type diffusion layer 9 with a relatively low hole concentration are formed.

つぎに第1図(c)に示すように、ゲート電極4と7オ
トレジスI・10とをマスクとして、燐イオンを注入量
I X 10” 〜I X 10”cm″2注入して、
燐イオン注入層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(c), phosphorus ions are implanted in an implantation amount of I.times.10" to I.times.10"cm"2 using the gate electrode 4 and the photoresist I.10 as masks.
A phosphorus ion implantation layer 11 is formed.

つぎに第1図(d)に示すように、1000〜1100
℃水素雰囲気で1時間熱処理(アニールドライブイン拡
散)することにより、チャネル領域の比較的硼素濃度の
高い領域の実効的なホール濃度を下げて、P型態散層8
を拡げる。
Next, as shown in FIG. 1(d), 1000 to 1100
By performing heat treatment (annealing drive-in diffusion) in a hydrogen atmosphere for 1 hour, the effective hole concentration in the channel region with relatively high boron concentration is reduced, and the P-type diffusion layer 8
expand.

つぎに第1図(e)に示すように、ゲート電極4とフォ
トレジスト10とをマスクとして、燐イオンを注入量I
 X 10I6cm−2注入してアニールすることによ
り、ソース領域となるN++散層13を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(e), using the gate electrode 4 and the photoresist 10 as a mask, phosphorus ions are implanted at a dose of I.
By implanting X 10I6cm-2 and annealing, an N++ diffused layer 13 which will become a source region is formed.

つぎに本発明の第2の実施例について、第1図(a>、
(+))および第2図(a>、(b)を参照して説明す
る。
Next, regarding the second embodiment of the present invention, FIG. 1 (a>,
(+)) and FIGS. 2(a>, (b)).

はじめに第1図(a)、(l′)〉に示ずように、チャ
ネル領域にP型態散層8と比較的ホール濃度の高いP型
拡散層7と比較的ホール濃度の低いP型拡散層9とが形
成する。
First, as shown in FIGS. 1(a) and (l'), in the channel region there is a P-type diffusion layer 8, a P-type diffusion layer 7 with a relatively high hole concentration, and a P-type diffusion layer with a relatively low hole concentration. layer 9 is formed.

つぎに第2図(a)に示すように、ゲート電極4とフォ
トレジスト14とをマスクとして燐イオンをlXl0”
〜lXl012cm−2注入して燐および砒素のイオン
注入層15を形成する。
Next, as shown in FIG. 2(a), using the gate electrode 4 and the photoresist 14 as a mask, phosphorus ions are injected into the
~lXl012 cm-2 is implanted to form a phosphorus and arsenic ion implantation layer 15.

つぎに第2図(b)に示すように、1000〜1050
℃水素雰囲気で1時間熱処理することにより一部アニー
ル、ドライブイン拡散して、ソース領域となるN++散
層16を形成するとともに、主に燐を拡散させてチャネ
ル領域内の硼素濃度の高い部分の実効的なホール濃度を
低減させる。
Next, as shown in FIG. 2(b), 1000 to 1050
By heat treatment for 1 hour in a hydrogen atmosphere at °C, part of the part is annealed and drive-in diffused to form the N++ diffused layer 16 that will become the source region, and phosphorus is mainly diffused to form a part with high boron concentration in the channel region. Reduces effective hole concentration.

この場合はソース領域であるN+型型数散層16一部が
ゲート電極4の直下に少し侵入してしまうが、イオン注
入マスク用のフォトリングラフィ工程を1回減らすこと
ができる。
In this case, a part of the N+ type scattering layer 16, which is the source region, slightly invades directly under the gate electrode 4, but the photolithography process for the ion implantation mask can be reduced by one.

「発明の効果〕 ソース領域のイオン注入工程で、燐と砒素とを併用する
ことにより、ゲート電極直下のチャネル領域に侵入する
ことなしに、チャネル領域の比較的硼素濃度の高い部分
に燐を拡散させて、この領域の実効的なホール濃度を低
減することができた。
"Effect of the invention" By using phosphorus and arsenic together in the ion implantation process of the source region, phosphorus is diffused into the relatively high boron concentration part of the channel region without penetrating into the channel region directly under the gate electrode. This made it possible to reduce the effective hole concentration in this region.

このようにして、燐と砒素との比率を調整することによ
って実用レベルでVtとLGとを独立して決定すること
ができるようになって、遮断周波数を低下させることな
くVtを制御することが可能になった。
In this way, by adjusting the ratio of phosphorus and arsenic, Vt and LG can be determined independently on a practical level, and Vt can be controlled without lowering the cut-off frequency. It's now possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)〜(e)は本発明の第1の実施例を示す断
面図、第2図(a)、(b)は本発明の第2の実施例を
示す断面図、第3図(a>、  (b)は従来技術によ
る縦型パワーMO3FETのゲ−1−電極付近の断面図
である。 1・・・N++シリコン基板、2・・・N−型エピタキ
シャル層、3・・・シリコン酸化膜、4・・・ゲート電
極、5・・・フォトレジスト、6・・・硼素イオン注入
層、7・・・比較的ホール濃度の高いP型拡散層、8・
・・P型拡散層、9・・・比較的ホール濃度の低いP型
拡散層、10・・・フォトレジスト、11・・・燐イオ
ン注入層、12・・・フォトレジスト、13・・・N+
型型数散層14・・・フォトレジスト、15・・・燐お
よび砒素のイオン注入層、16・・・N+型型数散層1
7・・・N4型拡散層(不純物は燐)。
1(a) to (e) are cross-sectional views showing a first embodiment of the present invention, FIGS. 2(a) and (b) are cross-sectional views showing a second embodiment of the present invention, and FIG. Figures (a> and (b) are cross-sectional views of the vicinity of the gate electrode of a vertical power MO3FET according to the prior art. 1...N++ silicon substrate, 2...N- type epitaxial layer, 3...・Silicon oxide film, 4... Gate electrode, 5... Photoresist, 6... Boron ion implantation layer, 7... P-type diffusion layer with relatively high hole concentration, 8.
...P type diffusion layer, 9...P type diffusion layer with relatively low hole concentration, 10...photoresist, 11...phosphorus ion implantation layer, 12...photoresist, 13...N+
Type type scattering layer 14... Photoresist, 15... Phosphorus and arsenic ion implantation layer, 16... N+ type scattering layer 1
7...N4 type diffusion layer (the impurity is phosphorus).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、N型シリコン基板表面にゲート酸化膜を形成し、導
電膜を堆積したのち、アニール、ドライブイン拡散して
P型領域を形成する工程と、前記開口に低濃度の燐をイ
オン注入し、アニール、ドライブイン拡散したのち、高
濃度の砒素をイオン注入し、アニールする工程を含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 2、低濃度の燐をイオン注入してから、高濃度の砒素を
イオン注入して、一括してアニール、ドライブイン拡散
することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造
方法。
[Claims] 1. A step of forming a gate oxide film on the surface of an N-type silicon substrate, depositing a conductive film, and then performing annealing and drive-in diffusion to form a P-type region; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of ion-implanting phosphorus, annealing, and drive-in diffusion, then ion-implanting high-concentration arsenic, and annealing. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein ions of phosphorus at a low concentration are implanted, then ions of arsenic at a high concentration are implanted, and then annealing and drive-in diffusion are performed all at once.
JP31582789A 1989-12-04 1989-12-04 Manufacture of semiconductor device Pending JPH03175680A (en)

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