JPH0496234A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要コ を流電極間の耐圧を向上した高耐圧トランジスタの製造
方法に関し、 絶縁基板上のトランジスタにおいて、電流の流れる方向
に沿って不純物濃度かなだらかに変化する領域を有する
絶縁基板上のトランジスタを提供することを目的とし、 絶縁基板上のトランジスタの製造方法であって、絶縁基
板上の半導体層のトランジスタを形成すべき領域の近傍
でトランジスタの主電流の流れの方向に沿って、幅か次
第に変化する開口部を備えたマスクを形成する工程と、
マスクを介して絶縁基板上の半導体層に不純物を添加す
る工程と、半導体層を熱処理して、添加した不純物を半
導体装置で拡散させる工程と、半導体層の１ヘランジス
タを形成すべき領域の両端部に低抵抗率の主電極領域を
形成する工程とを含むように構成する。

［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ｔ流電極
間の耐圧を向上した高耐圧トランジスタの製造方法に関
する。

トランジスタ等の半導体装置の耐圧は半導体内の電界強
度に依存し、耐圧を高くするためには実質的に電圧か印
加されるｐｎ接合近傍等の不純物濃度を低く、かつなる
べくなだらかに変化させることか有効である。

［従来の技術］ 第２図に従来の技術による絶縁基板上の絶縁ゲートトラ
ンジスタの構造例を示す。

トランジスタ領域１は、絶縁基板上に島状に形成された
半導体のトランジスタ領域である。この島状のトランジ
スタ領域１内に、ｎ″型シリコンのソース領域６、ｐ−
型シリコンのチャネル領域８、ｎ−型シリコンの補助ド
レイン領域９、およびｎ生型のトレイン７か形成されて
いる。チャネル領域８の上には、絶縁ゲート構造１０が
形成されている。ソース領域６、ドレイン領域７にそれ
ぞれソースを極、ドレイン電極が接続されて、主電流を
流し、絶縁ゲート構造１０にゲート電圧か印加されて、
その主電流を制御する。

第２図の構成において、ｐ−型チャネル８と。

ｎ十型ドレイン領域７との間に、ｎ−型の補助トレイン
領域９か挿入されているのは、ゲート／ドレイン間の耐
圧を向上するためである。このｎ型補助ドレイン領域９
か、もしｎ十型領域で置換されると、電界はこのｎ十型
領域の中に深く入ることはできない、このため、ソース
−ドレイン間、およびゲート−ドレインの間の電圧の大
部分は、チ、でネル領域８と、ｎ′型トドレイン領域の
間のｐｎ接合近傍で消費せざるをえない、ドレイン領域
の不純物濃度か高いと、小さなドレイン電圧でｐｎ接合
部の電界か強くなるため、耐圧を高くすることは離しい
。

そのため、チャネル領域８と、ドレイン領ｖＡ７の間に
低不純物濃度の補助ドレイン領域９を挿入し、耐圧を高
めている。

なお、補助ドレイン領域９を−様な不純物濃度を有する
領域とせずに、除々に不純物濃度が変化する領域とする
ことにより、さらに耐圧を高めることができる。この場
合は、補助トレイン領域作成のために複数回の不純物添
加工程を行なう必要が生じる。

絶縁ゲートトランジスタの場合を説明したか、バイポー
ラトランジスタの場合も事情は同様である。たとえば、
ｎｐｎバイポーラトランジスタにおいて、ベース／コレ
クタ間の耐圧を高くするには、ベース／コレクタ間の接
合かｐｎ−接合で形成されることか望まれる。このため
、コレクタ領域を低濃度領域と高濃度領域の２つ以上の
領域で構成する必要かある。さらに好ましくは、ベース
、／コレクタ接合から除々に不純物濃度か増加するコレ
クタ領域を設けることか好ましい。

［発明か解決ｉ−ようとする課題１ 以上説明したように、従来の技術によれば、絶縁基板上
の高耐圧トランジスタを作成するには、ドレイン領域ま
たは、コレクタ領域を低不純物濃度領域と、高不純物濃
度領域の２つの領域で構成している。さらに高耐圧化す
るためには、なだらかな不純物分布を実現するのか望ま
しいか、そのためには不純物添加工程の回数をさらに増
加しなければならない。

本発明の目的は、絶縁基板上のトランジスタにおいて、
を流の流れる方向に沿って不純物濃度がなだらかに変化
する領域を有する絶縁基板上のトランジスタを提供する
ことである。

本発明の他の目的は、均一な濃度分布を有する不純物源
からの不純物添加工程を経て、なたらがな不純物分布の
変化を有する不純物添加領域を作成する絶縁基板上のト
ランジスタの製造方法を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の原理説明図である。

絶縁基板上に半導体層か形成されており、その半導体層
内にトランジスタ領域１が画定されている。このトラン
ジスタ領域１の一部領域内に不純物濃度かなだらかに変
化する領域を作成する。

第１図（Ａ）に示すように、半導体層の上にイオン注入
に対するマスクを形成し、トランジスタの主電流の流れ
の方向（図中水平方向）に沿って、幅が次第に変化する
開口２を備えたパターンを形成する。このイオン注入用
マスクを介して、半導体層にイオン注入を行なう、この
イオン注入は、均一な濃度を有するイオン注入であり、
トランジスタ領域１の中実軸上での分布をとると、右側
に示す曲線３のように一様な不純物濃度を示す。

その後、第１図（Ｂ）に示すように、不純物をイオン注
入した半導体層を熱処理し、イオン注入された不純物原
子を半導体層内で拡散させる４不純物原子は拡散して、
その分布か拡がる。拡散後の不純物添加領域が領域４で
示されている。この領域内においては、不純物か拡散に
より再分布しているため、領域内で不純物濃度の勾配か
生じている。この勾配は、第１図（Ａ）に示すイオン注
入用マスクか図中左側から右側に行くにしなかって、次
第に拡がる幅を有する開口を有していたため、第１図（
Ｂ）の曲線５に示すように、図中左側から右側に向かう
にしなかって緩やかに増大する不純物濃度を示す。

このようにして、不純物分布かなだらかに変化する領域
を作成した後、残りの諸領域を従来技術と同様の製造工
程によって製作することにより、高耐圧の絶縁基板上の
トランジスタか得られる。

［作用コ 以上の工程においては、不純物添加工程においては、不
純物源の不純物分布は一様であり、半導体層内において
は、マスクによって不純物の場所的な分布か制限されて
いる。その後、拡散工程を行なうことによって、場所的
な分布かぼやけると共に、不純物分布がなだらかに変化
した領域か作成される。不純物添加工程においては、−
様な不純物濃度を有するソースを利用できるため、製造
プロセスは従来の工程と同様に行なえる。その後、拡散
を行なうことによって、なたらかな不純物分布を作成で
き、高耐圧を実現することかできる。

Ｌ実施例］ 第３図（Ａ）〜（Ｇ）に本発明の実施例による絶縁基板
上のトランジスタの製造方法を示す。

ます、第３図（Ａ＞に示すように、支持用シリコン基板
１１の上に、酸化膜１２および素子用シリコン層１３を
備えたＳｏ　Ｉ　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕａ
ｔｏｒ　）基板１４を準備する。たとえば、支持用シリ
コン基板１１は、厚さ約５００μｍであり、酸化膜１２
は厚さ約１μｍの５ｉ０２層であり、素子用シリコン層
１３は、厚さ約０．５μｍのｐ型シリコン層である。こ
のｐ型シリコン層の比抵抗は、たとえば１０Ωｃｍであ
る。このＳＯ８基板１４の上に、初期酸化膜１６を形成
し、その上に局所酸化（ＬＯＧＯ３）用のマスクどして
、シリコン窒化膜１７をたとえば、ＣＶＤによって形成
する。このシリコン窒化Ｍ１７と、その下の初期酸化Ｊ
！１１６を局所酸化のパターンにしたかって一パターニ
ングする。

次にこの上に、第３図（Ｂ）に示すような開口１８を有
するイオン注入用マスクを形成する。このイオン注入用
マスクは、たとえばホトレジスト層で形成される。この
イオン注入用マスクの下に破線で示したようにシリコン
窒化１１１７か配百されており、このシリコン窒化ｌｌ
１１７のある領域かトランジスタを形成すべき領域とな
る。

イオン注入用マスクの開口１８は、トランジスタ領域に
おいて主電流か流れる方向である水平方向に治って、そ
の幅か次第に変化している。すなわち、図中の構造にお
いては、左方から右方に向かうにしたかって、開口１８
の幅はリニアに増大している。このイオン注入用マスク
を用いて、たとえは燐イオンを２ｘ１０１３／ｃｍ２の
ドースでイオン注入する。この燐イオンは、イオン注入
用マスクの開口１８の下のｐ型シリコン層１３に打込ま
れる。その後、イオン注入用マスクは除去する。

続いて一半導体構造を約１２００℃でアニーリングする
。このアニーリングによって、イオン注入された不純物
は半導体層１３中を拡散し、第３図（Ｃ）に破線で示す
領域１９のように拡がる。

第３図（Ｄ）に示すように、シリコン窒化Ｉ！ｌＩ７の
マスクを付けた状態で、約１．２μｍ分のウェット酸化
を、たとえば約１０５０℃の温度で行なう、この酸化に
よって、シリコン窒化膜１７のない領域か局所酸化され
る。酸化後、表面のシリコン窒化膜および初期酸化膜を
除去し、第３図（Ｄ）に示す構造を得る。

次に第３図（Ｅ）に示すように、チャネル構造を形成す
る。すなわち、チャネル領域を露出するチャネルドープ
用のイオン注入マスクを形成し、チャネルドープ用のイ
オン注入をなとえばボロンイオンを加速エネルギ５０Ｋ
ｅｖで２Ｘ１０１２ｃｍ−２で行なう、このイオン注入
によって、チャネル２３を形成する。続いて、チャネル
領域上にゲート酸化膜をたとえば、厚さ約５００人作成
する。

この酸化は、たとえば塩酸希釈酸化を約１０００℃で行
なうことによって実行する。続いて、多結晶シリコンを
ＣＶＤによって表面上に堆積し、燐をドープする。この
燐をドープした多結晶シリコン層をパターニングして、
多結晶ゲート２５を作成する。

次に第３図（Ｆ）に示すように、ソース／ドレイン領域
となる領域上に、たとえば厚さ約２００人のスルー酸化
膜を形成し、ソース／トレイン領域のイオン注入用マス
クをホトレジスト層によって形成し、スルー酸化膜を通
してイオン注入を行なうことによって、ｎ生型のソース
／ドレイン領域２６．２７を形成する。イオン注入後、
イオン注入用マスクは除去する。なお、このソース／ド
レイン領域のイオン注入において、ソース領域２６は多
結晶ゲート２５によってセルファラインされるようにイ
オン注入用マスクをパターニングする。その後、不要な
Ｓｉ領域や酸化膜領域は除去する。

第３図（Ｇ）に示すように、トランジスタ領域の周囲を
ブロック酸化して、ＰＳＧからの燐の拡散を防ぎ１層間
絶縁膜としてＰＳＧ層２９を形成する。コンタクト領域
上でＰＳＧ層２９に窓を形成した後、アルミ層を堆積し
、パターニングし、アルミｔ　’ｉｉ　３１〜３３を形
成する。アルミ電ｔｉｆ１３１はたえばソース電極、ア
ルミを極３２はゲート電極、アルミ電極３３はドレイン
電極となる。その後、電極層表面上にＰＳＧ等により、
カバー膜（図示せず）を形成して半導体装置を完成する
。

ソース・トレイン間に１つのチャネルか形成される場合
を示したか、共通のソース・ドレイン間に複数のチャネ
ルが接続されるマルチ・チャネル構造としてもよい、チ
ャネル間は酸化膜分離、エア分離等によって分離するこ
とができる。

なお、絶縁ゲートトランジスタの製造方法について説明
したが、ラテラルバイポーラトランジスタの構造もほぼ
同様の工程で製造することができる。ラテラルバイポー
ラトランジスタの場合には、ソース領域をエミッタ領域
で置換え、チャネル領域をベース領域で置換え、ドレイ
ン領域をコレクタ領域で置換える。

第３図（Ｅ）の工程においては、多結晶ゲート２５がゲ
ート絶縁膜を介してチャネル領域上に形成されるか、バ
イポーラトランジスタの場合には、ベース領域上に直接
、多結晶ベース電極を形成する。また、多結晶ゲート２
５は、ｎ型不純物である燐をドープしたが、バイポーラ
トランジスタの場合には、ｐ型ベース領域２３に接続す
る多結晶ベース電極２５としては、ボロンをドープする
。

このような変更を行なうことによって、バイポーラトラ
ンジスタを形成することができる。

第３図の実施例においては、ｎチャネルトランジスタの
補助ドレイン領域を、ソースからトレインに向かって幅
か次第に変化する開口を補助ドレイン領域上に形成し、
イオン注入を行なうことによって形成した。不純物分布
を有する補助ドレイン領域の形成は、その他種々の形態
によって行なうことかできる。

第４図は、他の実施例によって、不純物分布が除々に変
化する補助ドレイン領域を形成するためのマスクの形態
を示す。

素子領域３５の両側に、イオン注入用マスク３６．３７
を形成する。このイオン注入用マスクの開口３６．３７
は、素子領域３５と一部重なり、素子領域３５の外側に
その主な部分か配置されている。すなわち、イオン注入
された時点においては、主に素子領域３５の外の領域に
不純物イオンか注入されている。この不純物イオンの注
入領域は、ソース側で幅が小さく、ドレイン側に向かう
にしたかって、幅か太くなるように配置されている。そ
の後、熱処理によってイオン注入された不純物を拡散さ
せることにより、素子領域３５の外側の不純物イオンか
拡散によって拡かり、素子領域３５の内部に導入される
。この際、図に示すようにイオン注入領域の内縁の角度
およびその幅か設計されていると、ソース領域側で不純
物濃度か低く、ドレイン領域側に向かうにしたがって不
純物濃度か高い不純物濃度勾配のある補助トレイン領域
か作成できる。

第５図は、他の実施例によるマスクの形態を示す。

第４図同様に、素子領域３５の両側にイオン注入用マス
クの開口３６ａ、３７ａか形成されているか、第４図と
異なり、これらの開口３６ａ、３７ａは、素子領域３５
とは重なり合っていない。

すなわち、補助ドレイン領域に導入される不純物は、−
旦素子領域３５の外側に導入された後、熱処理による拡
散によって初めて素子領域３５内に導入される。イオン
注入用マスクの窓３６ａ、３７ａの内縁は、第４図同様
、ソース側で素子領域３５から離れており、ドレイン側
に向かうにしたかって近付いている。さらに、その幅は
ソース側で狭く、トレインに近付くにしたかつて太くな
っている。このなめ、拡散後、ソース側からドレイン側
に向かうにしたかって、不純物か増大する分布か得られ
る。

なお、イオン注入領域の素子領域からの距離の変化、ま
たはイオン注入領域の幅の変化のみによっても不純物温
度の勾配を形成することかできる。

以上の実施例においては、補助ドレイン領域を形成する
ために導入する不純物の量を、除々に変化させることに
よって不純物濃度勾配を形成した。

不純″Ｔｈ濃度勾配を形成するのに、カウンタドープす
る不純物量を変化させることにより、行なってもよい。

第６図は、チャネルドープ用のマスクの１形態を示す。

チャネルドープ用のマスクの開口３８は、チャネル部３
９と補助ドレイン部４０とを有する。補助トレイン部４
０は、チャネル側で幅が広く、ドレインに向かうにした
かって幅が狭くなっている。

ｎチャネルトランジスタの場合で説明すると、チャネル
ドーピングはｐ型不純物のイオン注入によって行なわれ
る。このｐ型不純物かチャネル領域となる開口３９のみ
でなく、補助ドレイン領域となる領域４２も注入される
。その後、不純物が拡散することによって、ｐ型不純物
がチャネル部からドレイン側に向かうにしたかって一除
々に減少する不純物分布か得られる。この不純物分布に
重ねて、ｎ型不純物を導入し、補償すること等により、
チャネルからドレインに向かうにしたかって、除々に不
純物濃度か増大するｎ型袖助トレイン領域を形成するこ
とかできる。

以上実施例に沿って本発明を説明したか、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、トランジスタ
領域として、ソース領域からドレイン領域に向かって紀
長い形状を有する場合を図示したか、幅の広い素子領域
を形成し、その補助トレイン部に複数個の開口部を有す
るイオン注入用マスクを形成し、イオン注入、拡散を行
なうことによって不純物分布か次第に変化した領域を形
成することもできる。その他、種々の変更、改良、組み
合わせ等か可能なことは当業者に自明であろつ。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、均一なドース量
を有する不純物添加工程を用い、不純物濃度勾配を有す
る領域を形成し、高耐圧トランジスタを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ＞、（Ｂ）は、本発明の原理説明図であり、
第１図（Ａ＞は不純物添加工程を説明するための平面図
、第１図（Ｂ）はその後の拡散工程を説明するための平
面図であり、それぞれ右側に不純物分布のプロファイル
を示す、 第２図は、従来の技術による絶縁基板上の高耐圧トラン
ジスタの構造を説明するための平面図、第３図（Ａ）〜
（Ｇ）は、本発明の実施例による絶縁基板上のトランジ
スタの製造方法を説明するための図であり、第３図（Ａ
）、（Ｄ）〜（Ｇ）は断面図、第３図（Ｂ）、（Ｃ）は
平面図、第４図、第５図は、本発明の他の実施例による
補助ドレイン領域のイオン注入用マスクの形態を示す平
面図、 第６図は、本発明の他の実施例によるチャネル領域のイ
オン注入用マスクの形態を示す平面図である。 図において、 ３．５ ２６．２７ トランジスタ領域 不純物添加用マスクの開口 不純物分布 拡散後の不純物添加領域 ＳＯ８基板 シリコン♀化膜 イオン注入用マスクの開口 拡散領域（補助ドレイン領域） チャネル ゲート絶縁膜 多結晶ゲート ソース／ドレイン領域 （Ａ）不純物添加 （Ａ）ＬＯＧＯＳマスク作成（断面） （Ｂ）拡散 １７：シリコン窒化層 （Ｂ）イオン注入マスク作成（平面） ２：不純物添加用マスクの開口 ３．５；不純物分布 ４；拡散後の不純物添加領域 第１図 １８：イオン注入用マスクの開口 （Ｃ）イオン注入、マスク線表、アニール１９：拡散領
域 従来の技術 第２図 第 図（その１〉 （Ｅ）チャ本Ｉ／ドーグ、ゲ ト作氏 ２４：ゲート絶縁膜 ＣＧ）パッシベーション、電極形成 実施例による製造方法 第３図（その２） 第４図 他のマスク 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、絶縁基板上のトランジスタの製造方法であって
   、 絶縁基板上の半導体層のトランジスタを形成すべき領域
   （１）の近傍でトランジスタの主電流の流れの方向に沿
   って、幅が次第に変化する開口部（２）を備えたマスク
   を形成する工程と、前記マスクを介して前記絶縁基板上
   の半導体層に不純物を添加する工程と、 前記半導体層を熱処理して、添加した不純物を半導体層
   内で拡散させる工程と、 前記半導体層のトランジスタを形成すべき領域（１）の
   両端部に低抵抗率の主電極領域を形成する工程と を含む半導体装置の製造方法。
2. （２）、前記トランジスタを形成すべき領域（１）が主
   電流の流れの方向に所定の幅を有し、前記開口部が主に
   トランジスタを形成すべき領域（１）の外側に配置され
   ている請求項１記載の半導体装置の製造方法。