JPH05343675A - 横型二重拡散絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
横型二重拡散絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法Info
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Abstract
るRESURF LDMOSトランジスタを得る。 【構成】 トランジスタ10は第1の伝導形の半導体基
板12上に、第2の伝導形の薄いエピタキシャル層14
を有する。薄いエピタキシャル層14を通して基板12
まで広がるように第2の伝導形のドリフト領域24が形
成される。ドリフト領域24の上に厚い絶縁体層26が
形成される。ドリフト領域24に隣接して第1の伝導形
のIGFET本体28が形成される。第2の伝導形のソ
ース領域34がIGFET本体28の内部にドリフト領
域24から隔てられて形成され、IGFET本体28内
部にチャネル領域40を定義する。IGFET本体28
を覆ってそれから絶縁されて導電性ゲート32が形成さ
れ、それはソース領域34から厚い絶縁体層26まで広
がって形成される。ドリフト領域24に隣接してドレイ
ン領域36が形成される。
Description
バイスに関するものであり、更に詳細には横型二重拡散
絶縁ゲート電界効果トランジスタとそれの製造方法に関
するものである。
ジスタ(しばしばLDMOSとして知られている)は超
LSI(VLSI)論理プロセス中に集積するために選
択されるパワーデバイスである。従来のLDMOSデバ
イス設計と比較した場合、表面電界低減化(RESUR
F:Reduced surface field)設
計法は降伏電圧と固有のオン抵抗(rds(オン))と
の間のより望ましいトレードオフを提供するものであ
る。RESURFのnチャネルLDMOSデバイスは、
(P−)半導体基板が与えられた時は、(N+)ドレイ
ンを取り囲む(N)ドリフト領域を有する。このドリフ
ト領域の上に比較的厚いLOCOS酸化物が成長され
る。絶縁ゲート電界効果トランジスタ(IGFET)の
本体(body)あるいは(P)ウエルを作製するため
に比較的深い(P)打ち込みが用いられ、それは前記ド
リフト領域を前記本体中に形成された(N+)ソース領
域から隔てる。(P+)バックゲート接続もまたIGF
ET本体の打ち込み領域中に形成される。導電性ゲート
がIGFET本体を覆ってそれから絶縁されて形成さ
れ、本体上をソース領域からLOCOSの横マージンま
で広がり、更に望ましくはこのより厚い酸化物の上へま
で広がる。
ン)は比較的低くあるべきである。低いオン抵抗を得る
ためには、ドリフト領域中のドーパント濃度は比較的高
濃度でなければならない。しかし、そのような高濃度の
エピタキシャル層は、同等のドーパント濃度を有するI
GFET本体の拡散を困難とし、このためRESURF
IGFETの降伏電圧を制御することが困難となる。
更に、そのような拡散工程は既存のCMOSプロセスと
両立しないであろう。
するドリフト領域を作製できて、しかも低いオン抵抗と
制御可能な降伏電圧とを有するRESURF LDMO
Sトランジスタを開発するために同等な濃度のIGFE
T本体の拡散を可能とする方法に対する需要が生ずるこ
とは理解されるであろう。
重拡散絶縁ゲート電界効果トランジスタ(RESURF
LDMOS)とそれの製造方法が提供され、それはこ
の型の従来のトランジスタに付随する欠点や問題点を本
質的に解消もしくは低減化する方法である。
ジスタを製造するためのプロセスを含んでいる。本プロ
セスは(P−)基板上に低濃度にドープされた薄い(N
−)エピタキシャル層を取り付けることを含む。マスク
技術を用いて、前記エピタキシャル層の限定されたエリ
アに(N)ドリフト領域が形成される。前記ドリフト領
域の上に厚い絶縁体層が形成される。前記ドリフト領域
に隣接して(P)IGFET本体が形成され、それは後
にこの本体内部に形成される(N+)ソース領域を前記
ドリフト領域から隔てる。この間隔はIGFET本体内
部にチャネル領域を提供する。前記ドリフト領域に隣接
し、前記IGFET本体から隔てられて(N+)ドレイ
ン領域が形成される。IGFET本体を覆ってそれから
絶縁されて導電性ゲートが取り付けられ、それはソース
領域から厚い絶縁体層まで広がる。
れの製造方法に対して技術上の利点を有している。1つ
の技術的特長は、IGFET本体を拡散でき、しかも高
いドーピング濃度を有するドリフト領域を含んでいるこ
とである。別の1つの技術的特長は打ち込むドーズを調
節するだけで出力デバイスの降伏電圧定格を変更できる
ことである。また別の1つの技術的特長は、ドリフト領
域の打ち込みを違えるように適当なマスクを用いること
によって、同じチップ上に異なる降伏電圧定格を有する
トランジスタを複数個製造することができることであ
る。更に別の1つの技術的特長は、従来のトランジスタ
と比べて、同じ降伏電圧定格を保ちながら、オン抵抗を
低減化することができることである。更に別の1つの技
術的特長は、デバイスのオン抵抗を増大させることを避
けるために必要な、ドリフト領域とチャネル領域との間
の電流経路の設定が可能なことである。
るために、以下に図面を参照して詳細に説明する。図面
では、同様な部品に対しては同じ参照符号が付されてい
る。
るRESURF LDMOSトランジスタ10の断面図
が示されている。図示されていないが、通常は端11に
隣接して同様なトランジスタが作製される。トランジス
タ10は比較的低濃度にドープされた(P−)半導体基
板12を含んでいる。基板12上に、薄く比較的低濃度
にドープされた(N−)エピタキシャル層14が成長さ
れる。エピタキシャル層14は約10,000オングス
トロームから約20,000オングストロームの範囲に
ある厚さを有するのが望ましい。層14は基板12上に
成長させたエピタキシャル層として説明しているが、層
14は別の方法として基板12中へ打ち込みして作製す
ることも可能である。次にエピタキシャル層14の上に
犠牲的な酸化物層16が成長される。酸化物層16は約
400オングストロームから約500オングストローム
の範囲にある厚さを有することが望ましい。酸化物層1
6の上に窒化物層マスク18が取り付けられ、その後パ
ターン化され、エッチされて、打ち込みエリア22が露
出される。窒化物層マスクの望ましい厚さは約1400
オングストロームである。フォトレジスト材料の第2の
マスク20が用いられて、ドリフト領域を形成するのが
望ましくないエリアで、打ち込みを阻止する。打ち込み
エリア22中へ、エピタキシャル層14中の濃度よりも
高濃度に(N)ドーパント23が打ち込まれる。好適実
施例では、砒素が用いられ、約150keVのエネルギ
ーと、約1×1012原子/cm2から5×1012原
子/cm2の範囲にあるドーズで打ち込まれる。
ォトレジストマスク20が剥離される。望ましくは約9
00℃で約350分間、水蒸気雰囲気に曝すことによっ
て、ドリフト領域24の上に約6800オングストロー
ムから約8300オングストロームの範囲にある望まし
い厚さにLOCOS酸化物の厚い絶縁体層26が成長さ
れる。LOCOS酸化は既にある窒化物マスクを用いて
行われ、したがってドリフト領域24は厚い絶縁体層2
6によって自己整合される。(N)ドーパント23がド
ライブインされて、(N)ドリフト領域24が生成さ
れ、それはエピタキシャル層14を通して(P−)基板
12へ広がる。この拡散ドライブインは望ましくは約1
100℃で約120−240分間行われる。酸化物領域
27が隣接するトランジスタとの間の分離領域を定義す
る。窒化物層マスク18と酸化物層16が除去される。
8のための打ち込みエリアを定義するために、第3のマ
スク(図示されていない)が用いられる。IGFET本
体28は(P)ドーパントを打ち込まれた領域を含む。
好適実施例ではホウ素が用いられ、約40keVのエネ
ルギー、約1.7×1013原子/cm2から3×10
13原子/cm2の範囲にあるドーズで打ち込まれる。
この打ち込まれたドーパントは次にドライブインされて
IGFET本体28が形成される。この拡散ドライブイ
ンは望ましくは約1100℃で、約500−700分間
行われる。第3のマスクは次に除去される。
ゲート絶縁体30が成長される。この第3のゲート絶縁
体は約200オングストロームから約500オングスト
ロームの範囲にある好適厚さを有する。エッチングが行
われて、IGFET本体28の上に厚い絶縁体層26ま
で広がる薄いゲート絶縁体30が得られる。次にトラン
ジスタ10の全表面を覆って導電性ゲート32が形成さ
れる。導電性ゲート32は約3000オングストローム
から約5000オングストロームの範囲にある厚さを有
することが望ましく、多結晶シリコンを含む。導電性ゲ
ート32は望ましくは約1×1021原子/cm3の濃
度を持つようにPOC13をドープされる。導電性ゲー
ト32は次にエッチされ、薄いゲート絶縁体30の上に
IGFET本体28を覆うように、また厚い絶縁体層2
6の上をも覆うように加工される。薄いゲート絶縁体3
0は導電性ゲート32がIGFET本体28から絶縁さ
れることを保証する。
ている。第4のマスク工程(図示されていない)によっ
てIGFET本体28内部のソース領域34のための打
ち込みエリアが定義される。ドレイン領域36の打ち込
みは厚い酸化物領域26および27のマージンと揃えて
行われる。これらの領域は高濃度に(N)ドーパントを
打ち込まれる。好適実施例では砒素が用いられ、約18
0keVのエネルギー、約4×1015原子/cm2か
ら5×1015原子/cm2の範囲にある好適ドーズで
打ち込まれる。次に第4のマスクが剥離される。ソース
領域34とドレイン領域36の形成は、それぞれの領域
で異なるドーパント濃度が必要であれば独立した工程で
行われる。第5のマスク工程(図示されていない)によ
ってバックゲート接続領域38を形成するための打ち込
みエリアがIGFET本体28中に定義される。バック
ゲート接続領域38は高濃度に(P)ドーパントを打ち
込まれる。好適実施例ではホウ素が用いられ、約180
keVのエネルギー、約2×1015原子/cm2から
3×1015原子/cm2の範囲にあるドーズで打ち込
まれる。この打ち込まれたドーパントは次にドライブイ
ンされ、ソース領域34、ドレイン領域36、そしてバ
ックゲート接続領域38が形成される。この拡散ドライ
ブインは望ましくは約900℃で約90分間行われる。
ソース領域34の形成は、ソース領域34とドリフト領
域24との間のIGFET本体28内にチャネル領域4
0を定義する。チャネル領域40のドーパント濃度は、
IGFET本体28へ別の打ち込みを行うことによって
増大させることができ、それによってデバイス10の特
性を向上させることができる。導電性ゲート32はチャ
ネル領域40中の伝導度を制御する。当業者には良く知
られた工程によって次にバックゲート接続領域38、ソ
ース領域34、導電性ゲート32、そしてドレイン領域
36へ金属コンタクト(図示されていない)が形成され
る。
よって、ドリフト領域24は基板2中へ広がることがで
き、IGFET本体28はドリフト領域24へ悪い影響
を及ぼすことなく薄いエピタキシャル層14を通して容
易に拡散される。トランジスタ10の降伏電圧定格は、
ドリフト領域24中のドーパント濃度が薄いエピタキシ
ャル層14中よりも高いため、ドリフト領域24の打ち
込みドーズによって決定される。ドリフト領域24の打
ち込みドーズを変更することによって、異なる降伏電圧
定格を持つ異なるトランジスタ10を作製することがで
きる。また、適正なマスクと、打ち込みドーズの調節に
よって、それぞれ異なる降伏電圧定格を有する複数個の
トランジスタを基板12上へ作製することができる。デ
バイス10は、他の横型デバイスのように表面で降伏が
発生する代わりに、ドレイン領域36の下側で降伏が発
生する。
ロセスの別の特長は、従来技術のトランジスタと比べ
て、同じ降伏電圧を保ちつつ、トランジスタ10のオン
抵抗(rds(オン))を低減化できることである。オ
ン抵抗の大きさはドリフト領域24のドーパント濃度に
逆比例する。IGFET本体28の拡散に影響を与える
ことなく、RESURFドリフト領域24中に高濃度の
ドーパントを与えることができるため、従来技術のトラ
ンジスタに比べてrds(オン)値を約40%削減する
ことができる。デバイス10の進歩したオン抵抗はチャ
ネル領域40中のドーパント濃度を増大させることによ
っても実現できる。更に、エピタキシャル層14は、ド
リフト領域24とチャネル領域40との間に電流が流れ
るためのつながった経路を提供する。エピタキシャル層
14がなければ、電流はドリフト領域24のみを通って
流れるであろう。その結果、厚い絶縁体層26のマージ
ンにおいて電流の集中化が生じ、高いオン抵抗が発生す
る。エピタキシャル層14はデバイス10のオン抵抗に
影響するこの電流集中化が発生しないことを保証する。
進歩したオン抵抗は低いゲート電圧で発生するので、ゲ
ート電圧を上昇させてデバイスのオン抵抗にオフセット
を与えるためのチャージポンプは不要となる。
可能な降伏電圧特性とを備えたRESURF LDMO
Sトランジスタとそれの製造方法について説明した。好
適実施例について詳細に説明してきたが、それに関して
各種の変更、置き換え、修正が可能であることは理解さ
れるべきである。例えば、上述の説明はnチャネルのR
ESURF LDMOSに関するものであった。本発明
はドーパントの伝導形を変更することによってpチャネ
ルデバイスにも適用できる。木発明の特許請求の範囲に
示した本発明の範囲からはずれることなしに、その他の
実施例が当業者には考えつかれるであろう。
る。 (1)第1の伝導形の半導体層上に形成されたトランジ
スタであって:前記第1の伝導形とは逆の第2の伝導形
の薄い層であって、前記半導体層の表面に形成された薄
い層、前記薄い層の表面に形成された、前記第2の伝導
形のドリフト領域、前記ドリフト領域の上に形成された
厚い絶縁体層、前記ドリフト領域に隣接して前記薄い層
の前記表面位置に形成された、前記第1の伝導形の本
体、前記薄い層の前記表面位置に、前記本体中に横に形
成された、前記第2の伝導形のソース領域であって、前
記本体が前記ソース領域と前記ドリフト領域との間にチ
ャネル領域を有するように形成されたソース領域、前記
本体を覆ってそれから絶縁されて形成された導電性ゲー
トであって、前記ソース領域と前記厚い絶縁体層との間
に広がって前記チャネル領域の伝導度を制御するように
なった導電性ゲート、前記薄いエピタキシャル層の前記
表面位置に、前記ドリフト領域に隣接して形成された、
前記第2の伝導形のドレイン領域、を含むトランジス
タ。
て、前記導電性ゲートが前記厚い絶縁体層の少なくとも
一部分の上まで広がっているトランジスタ。
て、前記ドリフト領域が前記薄い層を通して前記半導体
層まで広がっているトランジスタ。
て、前記本体が前記薄い層を通して前記半導体層まで広
がっているトランジスタ。
て、前記ドリフト領域が前記厚い絶縁体層のマージンに
よって自己整合されているトランジスタ。
された表面電界低減化横型二重拡散絶縁ゲート電界効果
トランジスタであって:前記第1の伝導形とは逆の第2
の伝導形の薄い層であって、前記半導体層の表面に形成
された薄い層、前記薄い層の表面に形成されて前記薄い
層を通って前記半導体層まで広がった、前記第2の伝導
型のドリフト領域であって、前記薄い層よりも高いドー
パント濃度を有するドリフト領域、前記ドリフト領域の
上に形成された厚い絶縁体層、前記ドリフト領域に隣接
して前記薄い層の前記表面位置に形成された、前記第1
の伝導形の本体であって、前記半導体層よりも高いドー
パント濃度を有する本体、前記薄い層の前記表面位置
に、前記本体の内部に横に形成された、前記第2の伝導
形のソース領域であって、前記ソース領域と前記ドリフ
ト領域との間の前記本体内にチャネル領域を定義するよ
うに形成されたソース領域、前記本体を覆ってそれから
絶縁されて形成された導電性ゲートであって、前記ソー
ス領域と前記厚い絶縁体層との間に広がって前記チャネ
ル領域の伝導度を制御するようになった導電性ゲート、
前記薄いエピタキシャル層の前記表面に、前記ドリフト
領域に隣接して形成された、前記第2の伝導形のドレイ
ン領域であって、前記ドリフト領域よりも高いドーパン
ト濃度を有するドレイン領域、を含むトランジスタ。
記載のトランジスタであって、前記薄い層が前記半導体
層の内部に形成されているトランジスタ。
記載のトランジスタであって、前記薄い層が前記半導体
層の上に形成された薄いエピタキシャル層であるトラン
ジスタ。
て、更に、前記本体の内部に前記ソース領域に隣接して
形成されたバックゲート接続領域であって、前記本体よ
りも高いドーパント濃度を有するバックゲート接続領域
を含むトランジスタ。
項記載のトランジスタであって、前記薄い層が前記ドリ
フト領域と前記チャネル領域との間に電流が流れるため
の連続した経路を提供しているトランジスタ。
項記載のトランジスタであって、望ましい降伏電圧が前
記ドリフト領域と前記本体のドーパント濃度に応じて選
ばれるようになったトランジスタ。
項記載のトランジスタであって、望ましいオン抵抗が前
記ドリフト領域と前記本体のドーパント濃度に応じて選
ばれるようになったトランジスタ。
項記載のトランジスタであって、前記チャネル領域が前
記本体よりも高いドーパント濃度を有しているトランジ
スタ。
項記載のトランジスタであって、降伏が前記ドレイン領
域の下側で発生するようになったトランジスタ。
ンジスタを作製する方法であって:前記半導体層の表面
に第2の伝導形の薄い層を形成すること、前記薄い層の
表面の定められた打ち込みエリアに前記第2の伝導形の
ドーパントを打ち込んでドリフト領域を生成すること、
前記ドリフト領域の上に厚い絶縁体層を形成すること、
前記ドリフト領域に隣接した前記薄い層の前記表面に第
1の伝導形の本体を打ち込むこと、前記表面に前記第2
の伝導形のソース領域とドレイン領域とを打ち込むこと
であって、前記ソース領域を前記本体中に、前記ドレイ
ン領域を前記ドリフト領域に隣接して打ち込むこと、前
記ソース領域から前記厚い絶縁体層まで広がるように、
前記本体上にそれから絶縁されて導電性ゲートを形成す
ること、の工程を含む方法。
記薄い層が前記半導体層の表面に打ち込まれて形成され
る方法。
記薄い層が前記半導体層の前記表面上に成長された薄い
エピタキシャル層である方法。
記導電性ゲートが前記厚い絶縁体層の一部分の上に形成
される方法。
に、前記本体内部に、前記ソース領域と前記ドリフト領
域との間にチャネル領域を形成する工程を含む方法。
記薄い層が前記ドリフト領域と前記チャネル領域との間
に電流が流れるための連続した経路を提供するように成
長される方法。
記ドリフト領域が前記薄い層を通して前記半導体層まで
広がるように打ち込まれる方法。
記本体が前記薄い層を通して前記半導体層まで広がるよ
うに打ち込まれる方法。
記ドリフト領域が前記厚い絶縁体層のマージンによって
自己整合されている方法。
に、前記ドリフト領域と前記本体のドーパント濃度を変
えることによって固有の降伏電圧を選択する工程を含む
方法。
に、前記ドリフト領域と前記本体のドーパント濃度を変
えることによって固有のオン抵抗を選択する工程を含む
方法。
の半導体基板12上に、第2の伝導形の薄いエピタキシ
ャル層14を有する。薄いエピタキシャル層14を通し
て基板12まで広がるように第2の伝導形のドリフト領
域24が形成される。ドリフト領域24の上に厚い絶縁
体層26が形成される。ドリフト領域24に隣接して第
1の伝導形のIGFET本体28が形成される。第2の
伝導形のソース領域34がIGFET本体28の内部に
ドリフト領域24から隔てられて形成され、IGFET
本体28内部にチャネル領域40を定義する。IGFE
T本体28を覆ってそれから絶縁されて導電性ゲート3
2が形成され、それはソース領域34から厚い絶縁層2
6まで広がって形成される。ドリフト領域24に隣接し
てドレイン領域36が形成される。
段階を順に示す拡大断面図。
段階を順に示す拡大断面図。
段階を順に示す拡大断面図。
段階を順に示す拡大断面図。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1の伝導形の半導体層上に形成された
トランジスタであって:前記第1の伝導形とは逆の第2
の伝導形の薄い層であって、前記半導体層の表面に形成
された薄い層、 前記薄い層の表面に形成された、前記第2の伝導形のド
リフト領域、 前記ドリフト領域の上に形成された厚い絶縁体層、 前記ドリフト領域に隣接して前記薄い層の前記表面位置
に形成された、前記第1の伝導形の本体、 前記薄い層の前記表面位置に、前記本体中に横に形成さ
れた、前記第2の伝導形のソース領域であって、前記本
体が前記ソース領域と前記ドリフト領域との間にチャネ
ル領域を有するように形成されたソース領域、 前記本体を覆ってそれから絶縁されて形成された導電性
ゲートであって、前記ソース領域と前記厚い絶縁体層と
の間に広がって前記チャネル領域の伝導度を制御するよ
うになった導電性ゲート、 前記薄いエピタキシャル層の前記表面位置に、前記ドリ
フト領域に隣接して形成された、前記第2の伝導形のド
レイン領域、 を含むトランジスタ。 - 【請求項2】 第1の伝導型の半導体層上にトランジス
タを作製する方法であって:前記半導体層の表面に第2
の伝導形の薄い層を形成すること、 前記薄い層の表面の定められた打ち込みエリアに前記第
2の伝導形のドーパントを打ち込んでドリフト領域を生
成すること、 前記ドリフト領域の上に厚い絶縁体層を形成すること、 前記ドリフト領域に隣接した前記薄い層の前記表面上に
第1の伝導形の本体を打ち込むこと、 前記表面に前記第2の伝導形のソース領域とドレイン領
域とを打ち込むことであって、前記ソース領域を前記本
体中に、前記ドレイン領域を前記ドリフト領域に隣接し
て打ち込むこと、 前記ソース領域から前記厚い絶縁体層まで広がるよう
に、前記本体上にそれから絶縁されて導電性ゲートを形
成すること、の工程を含む方法。
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