JPH07221291A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH07221291A
JPH07221291A JP6011240A JP1124094A JPH07221291A JP H07221291 A JPH07221291 A JP H07221291A JP 6011240 A JP6011240 A JP 6011240A JP 1124094 A JP1124094 A JP 1124094A JP H07221291 A JPH07221291 A JP H07221291A
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polysilicon
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drain
high resistance
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毅 梅基
Hiroshi Takahashi
寛 高橋
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 電流駆動能力の高い高耐圧MOSトランジス
タを提供する。 【構成】 高耐圧MOSトランジスタのゲート電極10
05に、ドレイン領域1004の導電型と異なる導電型
のポリシリコンを用い、少なくともドレイン端を含むゲ
ート電極の一部に高抵抗である領域1006を設けると
いう構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS型半導体装置の
構成及び製造方法に関わり、特に定電圧出力機能や定電
流出力機能を有する電源用半導体集積回路装置や、負荷
駆動機能を有する半導体集積回路の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、電源用半導体や、負荷駆動用
半導体に用いられている高耐圧MOSトランジスタの構
造を図5に示す。ゲート電極にかかっている電圧が0V
の時、すなわちトランジスタの動作がオフの状態である
場合、ドレインにかかった電界によってチャネルのドレ
イン端にできた空乏層の伸びは、ゲート電極の影響によ
って押さえられてしまう。そのため、ドレイン電圧を高
くした場合、この部分にかかる電界の強度がもっとも高
くなるので、ブレークダウンがここから起こる。このド
レイン耐圧は高耐圧MOSトランジスタの耐圧を決める
主な要因である。
【0003】図5の高耐圧MOSトランジスタは、ゲー
ト絶縁膜の膜厚が約100nm程度と厚くなっている。
これによってゲートのドレイン端にかかる電界強度が緩
和され、ドレイン耐圧が高くなっている。また、ゲート
絶縁膜の膜厚を厚くすることにより、ゲート絶縁膜の長
期間にわたる信頼性を確保してある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の高耐
圧MOSトランジスタにおいては、ゲート絶縁膜に約1
00nmと厚い酸化膜を用いているため、単位チャネル
幅当たりのチャネル電流が小さくなってしまう。そのた
め、必要な電流を得るのにチャネルの幅を広くしなけれ
ばならず、その結果、素子面積が大きくなり、集積回路
の製造コストが増大するという問題が生ずる。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、高耐圧MOSトランジスタのゲート電極
に、ドレイン領域の導電型と異なる導電型のポリシリコ
ンを用い、少なくともドレイン端を含むゲート電極の一
部に高抵抗である領域を設けるという構成とした。
【0006】本発明では、ポリシリコンゲート電極中の
一部に、ほかの部分よりも少ない量の不純物が導入され
ている構造とすることにより、高抵抗部を設けることが
できる。さらに、本発明では、ゲート電極の低抵抗部と
なる部分を形成し、その上を覆ってポリシリコン層を形
成し、このポリシリコン層に前記低抵抗部より高抵抗と
なるように不純物を導入し、異方性エッチングによって
低抵抗部の外縁部に高抵抗のポリシリコンのサイドウォ
ールを形成し、ゲート電極を形成することができる。
【0007】さらに、本発明では、高抵抗となるポリシ
リコンゲート電極の一部を形成し、その上を覆ってポリ
シリコン層を形成し、このポリシリコン層に、前記高抵
抗部より低抵抗となるように不純物を導入し、エッチン
グによってゲート電極を形成することができる。
【0008】
【作用】このような手段を取ることで、以下の作用が得
られる。まず、ゲート電極にかかる電圧が0Vで、トラ
ンジスタがオフの場合、ドレインに電圧がかかったとき
に、空乏層がドレイン領域と基板の接合部だけでなく、
ゲート電極のドレイン端にある高抵抗部のなかにも広が
る。このため、チャネルのドレイン端にできる空乏層の
伸びが広げられ、従来のものよりドレイン耐圧が高くな
る。ゲート電極の高抵抗部が空乏化するためには、ゲー
ト電極の高抵抗部を構成するポリシリコンの導電型が、
ドレイン領域の導電型と異なっている必要がある。
【0009】次に、ゲート電極にしきい値以上の電圧を
かけてトランジスタをオンにした状態を考える。この時
にも、ゲート電極の高抵抗部にできた空乏層の影響で、
チャネルのドレイン端にできた空乏層の伸びが広げられ
る。そのため、ここでの電界強度が緩和され、ホットエ
レクトロンの発生が抑えられる。
【0010】一方、ゲート電圧の分だけゲート電極とド
レインの間の電界が緩和されるため、ゲート電極の高抵
抗部にできる空乏層の厚さがトランジスタのオフ状態の
時に比べて薄くなる。このため、空乏化したゲート電極
の部分を含めたゲート絶縁膜の実質的な膜厚が、トラン
ジスタのオフ時に比べて薄くなる。すなわち、オフ時に
おけるドレイン耐圧は高いにもかかわらず、オン時にお
ける単位チャネル幅当たりのチャネル電流が大きくな
る。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図に基づいて説明する。以
下に述べる実施例は、P型シリコン基板上にNチャンネ
ル高耐圧MOSトランジスタを形成する場合についてで
あるが、Pチャンネルトランジスタの場合およびシリコ
ン基板上に形成したウェル領域内に高耐圧MOSトラン
ジスタを形成する場合にも適用できる。
【0012】図1は本発明の第1の実施例であるMOS
トランジスタの断面の摸式図である。1001は不純物
濃度約10E15atoms/cm3 のP- 型シリコン基
板、1002は膜厚約30nmのゲート絶縁膜、100
3は不純物濃度が約10E20atoms/cm3 のN+
型ソース領域、1004は不純物濃度が約10E20at
oms/cm3 のN+ 型ドレイン領域である。1005
はポリシリコンで形成されたゲート電極で、このゲート
電極には、ドレイン領域に導入されているN型とは異な
るP型の不純物が導入されている。このうち領域100
6はP型不純物を約10E20atoms/cm3 と濃く
導入した低抵抗部で、ドレイン側の領域1006はP型
不純物を約10E16atoms/cm3 から約10E18
atoms/cm3 と薄く導入した高抵抗部である。
【0013】図7は、オフ状態にある本発明の第1の実
施例であるMOSトランジスタの断面を示している。ド
レイン領域のN型不純物領域と、ポリシリコンゲート電
極の薄いP型不純物領域との間にSio2 膜が介在して
も、逆バイアスの電界を印加すると空乏層が、前記ドレ
イン領域とポリシリコンゲート電極の薄いP型不純物領
域にも生じる。ソース、ゲート、基板の電位は0Vにつ
ながれ、ドレインにバイアス電圧がかかっている。
【0014】図7(図8、図9でも同様)の中で、斜線
で示された領域は空乏層2000を表わしている。これ
を同じオフ状態になっている従来のトランジスタの場合
(図8)と比較すると、ゲート電極内に空乏層2000
ができる分だけ、従来のものよりもドレイン端の絶縁膜
厚が実質的に厚くなっている。そのため、ゲート電極の
電位の影響が弱まり、基板のドレイン端表面部分での空
乏層2000の狭まり方は弱くなり(図7と図8に矢印
で示した箇所)、この部分にかかる電界強度が弱くな
る。よって、従来のものより高いドレイン耐圧を得るこ
とができる。
【0015】一方、図9はゲート電極にしきい値以上の
電圧をかけて、トランジスタをオンにした状態を表わし
ている。この時にも、ゲート電極の高抵抗部にできた空
乏層2000の影響で、チャネルのトランジスタ端にで
きた空乏層2000の伸びが広げられる。そのため、こ
こでの電界強度が緩和され、従来のものに比べてホック
エレクトロンの発生が抑えられる。しかし、ゲート電圧
が高くなった分だけゲート電極とドレインの間の電界が
緩和されることから、ゲート電極の高抵抗部にできる空
乏層2000の厚さがトランジスタのオフ状態の時に比
べて薄くなる。このため空乏化したゲート電極の部分を
含めたゲート絶縁膜の実質的な膜厚が、トランジスタの
オフの時に比べて薄くなる。すなわち、オフ時における
ドレイン耐圧は高いにもかかわらず、オン時における単
位チャネル幅当たりのチャネル電流が大きくなる。
【0016】図2は本発明の第2の実施例であるMOS
トランジスタの断面の摸式図である。1001〜100
4は図1の第1の実施例と同じ構成である。図2におい
てゲート電極の高抵抗部はドレイン端とソース端両方に
設けられている。このような構成にすることによって、
トランジスタのソースとドレインを入れ替えて動作させ
ても本発明のメリットがえられる。
【0017】第2の実施例のMOSトランジスタのゲー
ト電極の製造工程を図4を用いて説明する。まず図4
(a)のように、低抵抗部となる高濃度の不純物を導入
したポリシリコンを形成する。つぎに、図4(b)るよ
うに基板表面をポリシリコン層で覆い、前記低抵抗部よ
りも少ない量の不純物をイオン注入した後、図4(c)
のようにこの高抵抗ポリシリコンを前記低抵抗部ポリシ
リコンの外縁部にサイドウォールとして残し、それ以外
の高抵抗ポリシリコンを異方性エッチングによって除去
することによって形成される。基板表面をポリシリコン
層で覆った時点で不純物を導入せず、ゲート電極が形成
された後に熱処理を行うことによって、低抵抗部から不
純物う高抵抗部に拡散させることによって高抵抗部への
不純物導入を行うこともできる。この製造方法は、ゲー
ト電極を高抵抗領域と低抵抗領域に分けるのに新たにマ
スクを必要とせず、プロセツが簡便であるという利点が
ある。
【0018】図3は本発明の第3の実施例であるMOS
トランジスタの断面の摸式図である。1001〜100
4は図1の第1の実施例と同じ構成である。図3におい
てはゲート電極がドレイン端付近で一部2層構造になっ
ており、下層部が高抵抗になっている。
【0019】第3の実施例のMOSトランジスタのゲー
ト電極の製造工程を図5を用いて説明する。まず図5
(a)のように高抵抗部となるポリシリコンを形成す
る。次に図5(b)のように基板表面をポリシリコン層
で覆い、これに前記高抵抗部よりも多い量の不純物を導
入する。続いて図5(c)、(d)のようにリソグラフ
ィーを用いてポリシリコンをパターニングすることによ
ってゲート電極を形成する。この製造法方では、セルフ
アラインでゲートが形成されるため、トランジスタの特
性を定めるうえで重要なゲート長が正確に形成できる利
点がある。
【0020】
【発明の効果】本発明は、ゲート電極にドレイン領域の
導電型と異なる導電型のポリシリコンを用い、少なくと
もドレイン端を含むゲート電極の一部に高抵抗である領
域を設けるという構成とすることで、高いドレイン耐圧
を有し、且つ駆動電流の大きな高耐圧MOSトランジス
タを実現可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である高耐圧MOSトラ
ンジスタの模式的断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例である高耐圧MOSトラ
ンジスタの模式的断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例である高耐圧MOSトラ
ンジスタの模式的断面図である。
【図4】本発明の第3の実施例である高耐圧MOSトラ
ンジスタの製造方法を示した工程順の模式的断面図であ
る。
【図5】本発明の第3の実施例である高耐圧MOSトラ
ンジスタの製造方法を示した工程順の模式的断面図であ
る。
【図6】従来の高耐圧MOSトランジスタの模式的断面
図である。
【図7】本発明の第1の実施例である高耐圧MOSトラ
ンジスタがオフ状態にある時の模式的断面図である。
【図8】従来の高耐圧MOSトランジスタがオフ状態の
模式的断面図である。
【図9】本発明の第1の実施例である高耐圧MOSトラ
ンジスタがオン状態にある時の模式的断面図である。
【符号の説明】
1001 P- 型シリコン基板 1002 ゲート酸化膜 1003 N+ ソース領域 1004 N+ ドレイン領域 1005 ポリシリコンゲート電極 1006 P- 高抵抗部 1007 P+ 低抵抗部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高耐圧MOSトランジスタの半導体装置
    において、ゲート電極の少なくともドレイン端を含む一
    部に高抵抗部が設けられていることを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 該ゲート電極に設けられた高抵抗部の電
    導型がドレイン領域の電導型と異なることを特徴とする
    請求項1記載の半導体装置。(これの実施例を入れる)
  3. 【請求項3】 低抵抗部となるポリシリコンのゲート電
    極を形成し、これの外縁部に高抵抗部となるサイドウォ
    ールをポリシリコン膜の形成およびそれに対する異方性
    エッチングによって形成することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】 高抵抗部となるポリシリコンのゲート電
    極を形成し、その上に低抵抗部となるポリシリコン層を
    形成し、下層のポリシリコンよりも多い量の不純物を導
    入して低抵抗部とした後、エッチングによってゲート電
    極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP6011240A 1994-02-02 1994-02-02 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH07221291A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7170137B2 (en) 2004-06-17 2007-01-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2009170468A (ja) * 2008-01-10 2009-07-30 Sharp Corp Mos電界効果トランジスタ
JP2012142441A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Fujitsu Semiconductor Ltd Mosトランジスタおよびその製造方法
US9425197B2 (en) 2014-04-04 2016-08-23 Seiko Epson Corporation Semiconductor device and manufacturing method for the same

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