JP2010135658A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な手順で、位置あわせ精度の高い横型電界効果トランジスタを含む半導体装置を得る。
【解決手段】半導体装置100は、ゲート電極110上に、ゲート長方向の少なくとも一方側に櫛歯を有する櫛形の櫛形絶縁膜150を形成する工程と、櫛形絶縁膜150をマスクとして、半導体基板101に第1導電型の不純物イオンを注入してゲート電極110のゲート幅方向に沿って、第1導電型の不純物拡散領域と第2導電型の不純物拡散領域とがそれぞれ一定幅で交互に配置された超接合構造のドリフト領域172を形成する工程と、櫛形絶縁膜150の両側方に形成され、櫛形絶縁膜150の櫛歯の間の領域を埋め込むサイドウォール152を形成する工程と、サイドウォール152をマスクとして、ソース領域116aおよびドレイン領域116bを形成する工程と、を含む。
【選択図】図1A semiconductor device including a lateral field effect transistor with high alignment accuracy is obtained by a simple procedure.
A semiconductor device includes a step of forming a comb-shaped insulating film having comb teeth on at least one side in a gate length direction on a gate electrode, and a semiconductor substrate using the comb-shaped insulating film as a mask. The first conductivity type impurity diffusion regions and the second conductivity type impurity diffusion regions are alternately arranged with a constant width along the gate width direction of the gate electrode 110 by implanting first conductivity type impurity ions into the gate electrode 110. Forming a drift region 172 having a super junction structure, forming a sidewall 152 formed on both sides of the comb-shaped insulating film 150 and burying a region between the comb teeth of the comb-shaped insulating film 150, and the sidewall 152 And forming a source region 116a and a drain region 116b using the mask as a mask.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
従来、スーパージャンクション構造を有する、横型電界効果トランジスタが知られている(特許文献1〜3(米国特許第7023050号明細書、米国特許第7202526号明細書、米国特許第7105387号明細書)、非特許文献1)。
Conventionally, a lateral field effect transistor having a super junction structure is known (
図20は、このような横型電界効果トランジスタの構成を示す平面図である。ここでは、半導体装置10の半導体基板22表面の構成およびゲート電極24を示している。半導体装置10は、p型のチャネル領域12と、p型の不純物拡散領域14と、n型のソース領域16aおよびドレイン領域16bと、チャネル領域12とドレイン領域16bとの間に設けられたドリフト領域18とを含む。ドリフト領域18は、ゲート電極24のゲート幅方向に沿って、n型のピラー20aおよびp型のピラー20bが一定間隔で交互に繰り返された超接合構造を有する。
FIG. 20 is a plan view showing the configuration of such a lateral field effect transistor. Here, the configuration of the surface of the
このような超接合構造により、一定電界でn型のピラー20aおよびp型のピラー20bが完全に空乏化するので、超接合構造を有しないトランジスタに比べて電界が緩和される。そのため、基板表面の不純物濃度を高くしていても、高耐圧化が可能となる。
しかし、たとえば非特許文献1に記載されたように、従来、ドリフト領域18の超接合構造を形成する際、たとえば一方の導電型の基板に溝を形成し、反対導電型のピラーをエピタキシャル成長で形成する等しており、工程が煩雑となるという問題があった。
However, as described in
また、ソース領域16aおよびドレイン領域16bを形成するために、たとえばフォトレジストを用いて不純物イオンの注入する場合、フォトリソグラフィ工程での位置あわせ誤差を考慮しなければならず、図20に矢印で示したように、ドリフト領域18とドレイン領域16bとの間にマージン(p型の不純物拡散領域14)を取る必要があり、デバイス面積が大きくなるという問題があった。また、このような位置あわせ誤差のために耐圧、動作時の抵抗等の特性ばらつきが生じることがあった。
Further, when impurity ions are implanted using, for example, a photoresist in order to form the
本発明によれば、
表面に第2導電型の領域が形成された基板のチャネル領域上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に、当該ゲート電極を覆うとともに、ゲート長方向の少なくとも一方側に櫛歯を有する櫛形の第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜をマスクとして、前記基板に第1導電型の不純物イオンを注入し、前記第1の絶縁膜の前記櫛歯の間の領域に第1導電型の不純物拡散領域を形成して、前記ゲート電極のゲート幅方向に沿って、前記第1導電型の不純物拡散領域と第2導電型の不純物拡散領域とがそれぞれ一定幅で交互に配置された超接合構造のドリフト領域を形成する工程と、
前記基板上の全面に第2の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜を当該第2の絶縁膜中に埋め込む工程と、
前記第2の絶縁膜をドライエッチングによりエッチバックし、ゲート長方向において前記第1の絶縁膜の両側方に形成され、前記ドリフト領域の前記第1導電型の不純物拡散領域上の前記第1の絶縁膜の前記櫛歯の間の領域を埋め込むサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして、第1導電型の不純物イオンを注入し、前記ゲート長方向の前記一方側に第1導電型のドレイン領域、他方側に第1導電型のソース領域を形成する工程と、
により電界効果トランジスタを形成する工程を含む半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention,
Forming a gate electrode on a channel region of a substrate having a second conductivity type region formed on the surface;
Forming a comb-shaped first insulating film on the gate electrode, covering the gate electrode and having comb teeth on at least one side in the gate length direction;
Using the first insulating film as a mask, first conductivity type impurity ions are implanted into the substrate, and a first conductivity type impurity diffusion region is formed in a region between the comb teeth of the first insulating film. And forming a drift region of a superjunction structure in which the first conductivity type impurity diffusion regions and the second conductivity type impurity diffusion regions are alternately arranged with a constant width along the gate width direction of the gate electrode. And a process of
Forming a second insulating film on the entire surface of the substrate, and embedding the first insulating film in the second insulating film;
The second insulating film is etched back by dry etching, formed on both sides of the first insulating film in the gate length direction, and the first conductive type impurity diffusion region on the first conductivity type in the drift region. Forming a sidewall for embedding a region between the comb teeth of the insulating film;
Implanting first conductivity type impurity ions using the sidewall as a mask, and forming a first conductivity type drain region on the one side in the gate length direction and a first conductivity type source region on the other side; ,
Provides a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a field effect transistor.
本発明によれば、
基板と、
前記基板のチャネル領域上に形成されたゲート電極と、
前記基板表面において、前記チャネル領域の両側方にそれぞれ形成された第1導電型のソース領域およびドレイン領域と、
前記チャネル領域と前記ドレイン領域との間に設けられ、前記ゲート電極のゲート幅方向に沿って、第1導電型の不純物拡散領域と第2導電型の不純物拡散領域とがそれぞれ一定幅で交互に配置された超接合構造のドリフト領域と、
前記ゲート電極上に、当該ゲート電極を覆って形成された第1の絶縁膜と、
前記基板上で、ゲート長方向において前記第1の絶縁膜の両側方に形成されたサイドウォールと、
を含み、
前記第1の絶縁膜は、平面視で、前記ドリフト領域の前記第2導電型の不純物拡散領域上を覆う櫛歯を有する櫛形構造に形成され、
前記サイドウォールは、前記ドリフト領域の前記第1導電型の不純物拡散領域上の前記第1の絶縁膜の前記櫛歯の間の領域を埋め込んで形成された電界効果トランジスタを含む半導体装置が提供される。
According to the present invention,
A substrate,
A gate electrode formed on a channel region of the substrate;
A source region and a drain region of a first conductivity type respectively formed on both sides of the channel region on the substrate surface;
The first conductivity type impurity diffusion region and the second conductivity type impurity diffusion region are alternately provided with a constant width along the gate width direction of the gate electrode provided between the channel region and the drain region. A drift region of the arranged superjunction structure;
A first insulating film formed on the gate electrode so as to cover the gate electrode;
Sidewalls formed on both sides of the first insulating film in the gate length direction on the substrate;
Including
The first insulating film is formed in a comb-shaped structure having comb teeth covering the impurity diffusion region of the second conductivity type in the drift region in plan view,
There is provided a semiconductor device including a field effect transistor in which the sidewall is formed by burying a region between the comb teeth of the first insulating film on the impurity diffusion region of the first conductivity type in the drift region. The
この構成により、電界効果トランジスタが櫛形の第1の絶縁膜を有するとともに、第1の絶縁膜の櫛歯の間の領域が第2の絶縁膜で埋め込まれ、第1の絶縁膜の両側方に、第2の絶縁膜により構成されたサイドウォールが形成されている。そのため、ゲート電極とドレイン領域との間の距離を、サイドウォールで規定することができる。そのため、フォトレジストを用いた場合のような位置あわせ誤差を考慮したマージンをとる必要がなく、デバイス面積が必要以上に大きくなるのを防ぐことができる。また、電界効果トランジスタが櫛形の第1の絶縁膜を有しているので、ゲート電極をマスクとして自己整合的にドリフト領域を形成することができるので、簡易な方法で半導体装置を形成することができる。 With this configuration, the field-effect transistor has the comb-shaped first insulating film, and the region between the comb teeth of the first insulating film is buried with the second insulating film, and on both sides of the first insulating film. A sidewall constituted by the second insulating film is formed. Therefore, the distance between the gate electrode and the drain region can be defined by the sidewall. Therefore, it is not necessary to take a margin in consideration of the alignment error as in the case of using a photoresist, and the device area can be prevented from becoming unnecessarily large. In addition, since the field effect transistor has the comb-shaped first insulating film, the drift region can be formed in a self-aligned manner using the gate electrode as a mask, so that a semiconductor device can be formed by a simple method. it can.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between methods, apparatuses, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、簡易な手順で、位置あわせ精度の高い横型電界効果トランジスタを含む半導体装置が得られる。 According to the present invention, a semiconductor device including a lateral field effect transistor with high alignment accuracy can be obtained by a simple procedure.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態における半導体装置の構成を示す斜視図である。図2は、半導体装置の半導体基板の表面構成を示す平面図である。
本実施の形態において、半導体装置100は、横型電界効果トランジスタである高耐圧トランジスタ128を含む。半導体装置100は、半導体基板(基板)101と、半導体基板101上のPウェル102内のp型(第2導電型)のチャネル領域170上に形成されたゲート電極110と、ゲート電極110上に形成された櫛形絶縁膜150と、櫛形絶縁膜150の両側方に形成されたサイドウォール152とを含む。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor device in the present embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the surface configuration of the semiconductor substrate of the semiconductor device.
In the present embodiment, the
半導体装置100は、半導体基板101表面において、チャネル領域170の両側方にそれぞれ形成されたn型(第1導電型)のソース領域116aおよびドレイン領域116bと、チャネル領域170とドレイン領域116bとの間に設けられたドリフト領域172と、チャネル領域170とソース領域116aとの間に設けられたn型のエクステンション領域174と、ドリフト領域172とドレイン領域116bとの間に設けられたn型のエクステンション領域176とを含む。
The
ここで、ドリフト領域172は、ゲート電極110のゲート幅方向に沿って、n型の不純物拡散領域180とp型の不純物拡散領域182とがそれぞれ一定幅で交互に配置された超接合構造を有する。
Here, the
本実施の形態において、櫛形絶縁膜150は、平面視で、ドリフト領域172のp型の不純物拡散領域182上を覆う櫛歯を有する櫛形構造に形成される。本実施の形態において、櫛形絶縁膜150は、チャネル領域170と、ドリフト領域172のp型の不純物拡散領域182とに重なる形状を有する。本実施の形態において、ドリフト領域172のn型の不純物拡散領域180は、櫛形絶縁膜150の櫛歯をマスクとして自己整合的に形成される。ここで、後述するように、n型の不純物拡散領域180は、予めp型不純物が導入されている領域(p型の不純物拡散領域106)に、その濃度を越えるn型不純物を注入することにより形成される。一方、ドリフト領域172のような超接合構造ではp/n各々の領域の空間電荷を等しくすることが好ましい。櫛形絶縁膜150の櫛歯の幅と間隔とは、これらを考慮して決定される。櫛形絶縁膜150の櫛歯の幅を櫛歯間の間隔より大きくすることにより、空間電荷のバランスを良好にとることができる。
In the present embodiment, comb-shaped insulating
サイドウォール152は、ドリフト領域172のp型の不純物拡散領域182上の櫛形絶縁膜150の櫛歯の間の領域を埋め込む。また、本実施の形態において、ソース領域116aおよびドレイン領域116bは、サイドウォール152をマスクとして自己整合的に形成される。そのため、チャネル領域170とソース領域116aとの間隔、およびドリフト領域172とドレイン領域116bとの間隔は、サイドウォール152の幅により規定される。
なお、本実施の形態においては、第1導電型をn型、第2導電型をp型として、n型の電界効果トランジスタ(n−FET)を例として説明するが、第1導電型をp型、第2導電型をn型として、p型の電界効果トランジスタ(p−FET)も同様の構成で形成することができる。 In the present embodiment, the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and an n-type field effect transistor (n-FET) is described as an example. However, the first conductivity type is p-type. The p-type field effect transistor (p-FET) can be formed in the same configuration, with the n-type and the second conductivity type.
また、本実施の形態において、高耐圧トランジスタ128は、たとえば、10〜20V程度の耐圧を有する構成とすることができる。 In the present embodiment, the high breakdown voltage transistor 128 can be configured to have a breakdown voltage of about 10 to 20 V, for example.
次に、本実施の形態における半導体装置100の製造手順を説明する。
図3から図9は、本実施の形態における半導体装置100の製造手順を示す図である。図3から図9において、図3(a)から図9(a)は、半導体装置100の構成を示す平面図である。また、図3(b)から図9(b)は、それぞれ、図3(a)から図9(a)のa−a断面図である。また、図4(c)から図7(c)は、それぞれ、図4(a)から図7(a)のb−b断面図である。また、図10および図11は、それぞれ図5(a)および図7(a)のc−c断面図である。
Next, a manufacturing procedure of the
3 to 9 are diagrams showing a manufacturing procedure of the
まず、半導体基板101の表面に素子分離絶縁膜104を形成する。つづいて、半導体基板101の表面の所定の領域にPウェル102を形成する。次いで、半導体基板101のPウェル内の、後にドリフト領域172となる領域に、p型不純物イオン(たとえば15keV、6E12cm−2の条件)を注入し、p型の不純物拡散領域106を形成する(図3(a)、図3(b))。
First, the element
その後、半導体基板101上の全面に、ゲート絶縁膜108を形成するための絶縁膜およびゲート電極110を形成するための導電膜をこの順で積層する。本実施の形態において、ゲート絶縁膜108は、たとえばシリコン酸化膜や高誘電率膜、またはこれらの積層膜により構成することができる。また、本実施の形態において、ゲート電極110を形成するための導電膜は、たとえば多結晶シリコンにより構成することができる。次いで、この導電膜および絶縁膜を所定形状にパターニングする。これにより、半導体基板101上に、ゲート絶縁膜108およびゲート電極110が形成される(図4(a)、図4(b)、図4(c))。
Thereafter, an insulating film for forming the
つづいて、半導体基板101上の全面に、絶縁膜を形成する。ここで、絶縁膜は、たとえば化学的気相成長法(CVD)により堆積された酸化シリコン(SiO2)膜等により構成することができる。次いで、レジスト膜(不図示)を用いて、絶縁膜を所定形状にパターニングして櫛形絶縁膜150を形成する。本実施の形態において、櫛形絶縁膜150は、平面視で櫛形に形成されるとともに、櫛形の櫛歯が、後にドリフト領域172となる領域上に配置される。櫛形絶縁膜150の櫛歯は、後にドリフト領域172となる部分のn型の不純物拡散領域180が形成される箇所が開口するとともに、p型の不純物拡散領域182が形成される部分が覆われるように形成されている(図5(a)、図5(b)、図5(c)、図10)。
Subsequently, an insulating film is formed on the entire surface of the
つづいて、櫛形絶縁膜150をマスクとして、半導体基板101にn型不純物イオン(たとえば10keV、1E13cm−2の条件)を注入し、n型の不純物拡散領域112を形成する(図6(a)、図6(b)、図6(c))。ここで、n型不純物イオンの濃度は、p型の不純物拡散領域106のp型不純物イオンの濃度を超える濃度とすることができる。本実施の形態において、櫛形絶縁膜150が平面視で櫛形に形成されているので、図6(c)に示すように、櫛形絶縁膜150の櫛歯の間の領域にn型不純物イオンが注入され、図2に示したような超接合構造が形成される。
Subsequently, n-type impurity ions (for example, conditions of 10 keV and 1E13 cm −2 ) are implanted into the
本実施の形態において、櫛形絶縁膜150をマスクとしてn型の不純物拡散領域112を形成するので、櫛形絶縁膜150の膜厚を適宜制御してある程度厚くすることにより、n型の不純物拡散領域112を形成するために、注入するn型不純物イオンの濃度を高くすることができる。そのため、p型の不純物拡散領域106のp型不純物イオンの濃度も高くしておくことができ、ドリフト領域172の濃度を高くすることができる。
In the present embodiment, the n-type
次いで、半導体基板101上の全面に、絶縁膜を形成する。ここで、絶縁膜は、たとえばCVDにより堆積された酸化シリコン(SiO2)膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン(Si3N4)膜の積層構造等により構成することができる。堆積させる絶縁膜の膜厚は、少なくとも櫛形絶縁膜150の櫛歯の間隔の1/2以上の厚さとする。これにより、櫛形絶縁膜150の間の空間が絶縁膜で埋め込まれるようにする。この後、異方性エッチングを行い、ソース領域116aおよびドレイン領域116bを形成する箇所の半導体基板101、ならびにゲート電極110上および櫛歯部分の櫛形絶縁膜150を露出させるとともに、ゲート電極110の両側方にサイドウォール152を形成する(図7(a)、図7(b)、図7(c)、図11)。
Next, an insulating film is formed on the entire surface of the
このとき、櫛形絶縁膜150の櫛歯の間の空間は、絶縁膜で埋め込まれているため異方性エッチングを行っても絶縁膜が残ったままとなる。そのため、たとえば、後にドレイン領域116bが形成される側の櫛形絶縁膜150の先端からサイドウォール152の端部までの距離dを、後にソース領域116aが形成される側の櫛形絶縁膜150の端部からサイドウォール152の端部までの距離d’と同程度に狭くなるようにすることができる(図11参照)。
At this time, since the space between the comb teeth of the comb-shaped insulating
本実施の形態において、櫛形絶縁膜150を用いることにより、ドリフト領域172を自己整合的に形成できるとともに、サイドウォール152が櫛形絶縁膜150の櫛歯の間の領域に埋め込まれて櫛形絶縁膜150の両側方に所定幅のサイドウォール152が形成されるようにでき、ゲート電極110とドレイン領域116bとの間の距離を、サイドウォール152で規定することができる。そのため、フォトレジストを用いた場合のような位置あわせ誤差を考慮したマージンをとる必要がなく、デバイス面積が必要以上に大きくなるのを防ぐことができる。
In this embodiment, by using the comb-shaped insulating
つづいて、サイドウォール152をマスクとして、半導体基板101にn型不純物イオン(たとえば10keV、3E15cm−2の条件)を注入し、ソース領域116aおよびドレイン領域116bを形成する(図8(a)、図8(b))。この後、RTA(rapid thermal annealing)法などにより、たとえば、1000℃、30秒の熱処理を経ることにより、注入されたイオンが半導体基板内で電気的に活性化される。
Subsequently, using the
その後、半導体基板101上の全面に層間絶縁膜122(図9(a)では不図示)を形成し、ソース領域116a、ドレイン領域116b、およびゲート電極110を露出させるコンタクトホールを形成する。つづいて、コンタクトホール内に導電材料を埋め込み、コンタクト124を形成する。さらに、層間絶縁膜122上に層間絶縁膜(不図示)を形成し、当該層間絶縁膜に配線溝を形成する。次いで、配線溝内に導電材料を埋め込み、配線126を形成する。以上により、半導体装置100が形成される(図9(a)、図9(b))。
Thereafter, an interlayer insulating film 122 (not shown in FIG. 9A) is formed on the entire surface of the
本実施の形態における半導体装置100によれば、高耐圧トランジスタ128が櫛形の櫛形絶縁膜150を有しているので、櫛形絶縁膜150をマスクとして自己整合的にドリフト領域172を形成することができる。さらに、サイドウォール152が櫛形絶縁膜150の櫛歯の間の領域に埋め込まれて櫛形絶縁膜150の両側方に所定幅のサイドウォール152が形成されるようにでき、ゲート電極110とドレイン領域116bとの間の距離を、サイドウォール152で規定することができる。そのため、フォトレジストを用いた場合のような位置あわせ誤差を考慮したマージンをとる必要がなく、デバイス面積が必要以上に大きくなるのを防ぐことができる。
According to
(第2の実施の形態)
本実施の形態において、半導体装置100には、第1の実施の形態で説明した高耐圧トランジスタ128とともに、低耐圧トランジスタも形成された構成とすることができる。以下に、高耐圧トランジスタ128と低耐圧トランジスタとを同時に形成する手順を説明する。
(Second Embodiment)
In this embodiment, the
図12、図18および図19は、本実施の形態における半導体装置100の平面図である。図13から図17は、本実施の形態における半導体装置100の製造手順を示す工程断面図である。図13(a)は、図12のa−a断面図、図14(b)は、図18のa−a断面図、図15(b)は、図19のa−a断面図に該当する。また、図13から図17の各図においても、図12、図18および図19のa−a断面に対応する断面図を示す。
12, 18 and 19 are plan views of
半導体装置100には、高耐圧トランジスタ128が形成される高耐圧領域200と、低耐圧トランジスタ142が形成される低耐圧領域202とが設けられる。
The
まず、半導体基板101の表面に素子分離絶縁膜104を形成する。つづいて、半導体基板101の表面の所定の領域にPウェル102を形成する。本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、Pウェル102は半導体基板101表面に形成されているが、半導体基板101の記載は省略している。次いで、高耐圧領域200の半導体基板101のPウェル内の、後にドリフト領域172となる領域に、p型不純物イオン(たとえば15keV、6E12cm−2の条件)を注入し、p型の不純物拡散領域106を形成する(図12、図13(a))。
First, the element
その後、半導体基板101上の全面に、ゲート絶縁膜108を形成する。ここで、ゲート絶縁膜108は、たとえば、半導体基板101表面を酸化することにより形成されたシリコン酸化膜とすることができる。次いで、高耐圧領域200を選択的に覆うとともに、低耐圧領域202で開口したレジスト膜130を形成する(図13(b))。つづいて、低耐圧領域202で露出したゲート絶縁膜108をたとえばフッ化水素(HF)等でエッチング除去する。次いで、低耐圧領域202に、ゲート絶縁膜108よりも膜厚の薄いゲート絶縁膜132を形成する(図14(a))。ゲート絶縁膜132は、たとえば、半導体基板101表面を酸化することにより形成されたシリコン酸化膜とすることができる。この後、レジスト膜130を除去する。
Thereafter, a
その後、半導体基板101上の全面に、ゲート電極110を形成するための導電膜を形成する。次いで、この導電膜および絶縁膜を所定形状にパターニングする。これにより、半導体基板101上の高耐圧領域200および低耐圧領域202にそれぞれゲート電極110aおよびゲート電極110bが形成される。ここで、ゲート電極110aは、第1の実施の形態で説明したゲート電極110と同様の構成を有する(図14(b))。また、ゲート絶縁膜108およびゲート絶縁膜132も、それぞれゲート電極110aおよびゲート電極110bとともにパターニングされ、ゲート電極110aおよびゲート電極110bと同形状を有する。
Thereafter, a conductive film for forming the
つづいて、半導体基板101上に、高耐圧領域200を選択的に覆うとともに、低耐圧領域202で開口したレジスト膜136を形成する。次いで、低耐圧領域202において、ゲート電極110bをマスクとして、半導体基板101にn型不純物イオン(たとえば20keV、1E14cm−2の条件)を注入し、低耐圧領域202にn型のエクステンション領域138を形成する(図15(a))。
Subsequently, a resist
つづいて、半導体基板101上の全面に、絶縁膜を形成する。ここで、絶縁膜は、たとえばCVDにより堆積された酸化シリコン(SiO2)膜等により構成することができる。次いで、レジスト膜(不図示)を用いて、絶縁膜を所定形状にパターニングして、高耐圧領域200のゲート電極110aの側方に櫛形絶縁膜150a、低耐圧領域202のゲート電極110bの側方にサイドウォール150bをそれぞれ形成する。ここで、櫛形絶縁膜150aは、第1の実施の形態で説明した櫛形絶縁膜150と同様の構成を有する(図15(b))。
Subsequently, an insulating film is formed on the entire surface of the
つづいて、低耐圧領域202を選択的に覆うとともに、高耐圧領域200で開口したレジスト膜139を形成する(図16(a))。次いで、高耐圧領域200において、櫛形絶縁膜150aをマスクとして、半導体基板101にn型不純物イオンを注入し、高耐圧領域200にn型の不純物拡散領域112を形成する。ここで、n型不純物イオンの濃度は、第1の実施の形態と同様とすることができる。
Subsequently, a resist film 139 that selectively covers the low withstand
次いで、半導体基板101上の全面に、絶縁膜を形成する。ここで、絶縁膜は、たとえばCVDにより堆積された酸化シリコン(SiO2)膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜(Si3N4)膜の積層構造等により構成することができる。堆積させる絶縁膜の膜厚は、少なくとも櫛形絶縁膜150aの櫛歯の間隔の1/2以上の厚さとする。これにより、櫛形絶縁膜150aの櫛歯の間の空間が絶縁膜で埋め込まれるようにする。
Next, an insulating film is formed on the entire surface of the
この後、異方性エッチングを行い、高耐圧領域200のソース領域116aおよびドレイン領域116b、ならびに低耐圧領域202のソース領域140aおよびドレイン領域140bを形成する箇所の半導体基板101、ならびにゲート電極110aおよびゲート電極110bを露出させる。これにより、ゲート電極110aの櫛形絶縁膜150aおよびゲート電極110bのサイドウォール150b両側方に、それぞれサイドウォール152aおよびサイドウォール152bを形成する(図16(b))。
Thereafter, anisotropic etching is performed to form the
つづいて、櫛形絶縁膜150aおよびサイドウォール152a、ならびにサイドウォール150bおよびサイドウォール152bをマスクとして、半導体基板101にn型不純物イオン(たとえば10keV、3E15cm−2の条件)を注入し、高耐圧領域200にソース領域116aおよびドレイン領域116b、低耐圧領域202にソース領域140aおよびドレイン領域140bをそれぞれ形成する(図17(a))。この後、RTA(rapid thermal annealing)法などにより、たとえば、1000℃、30秒の熱処理を経ることにより、注入されたイオンが半導体基板内で電気的に活性化される。
Subsequently, n-type impurity ions (for example, conditions of 10 keV and 3E15 cm −2 ) are implanted into the
その後、半導体基板101上の全面に層間絶縁膜122を形成し、ソース領域116aおよびドレイン領域116b、ソース領域140aおよびドレイン領域140b、ならびにゲート電極110aおよびゲート電極110bを露出させるコンタクトホールを形成する。つづいて、コンタクトホール内に導電材料を埋め込み、コンタクト124を形成する。さらに、層間絶縁膜122上に層間絶縁膜(不図示)を形成し、当該層間絶縁膜に配線溝を形成する。次いで、配線溝内に導電材料を埋め込み、配線126を形成する。以上により、高耐圧領域200に高耐圧トランジスタ128が、低耐圧領域202に低耐圧トランジスタ142がそれぞれ形成された半導体装置100が形成される(図17(b))。
Thereafter, an
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。また、低耐圧トランジスタ142と高耐圧トランジスタ128とを、同一工程で、簡易な手順で形成することができる。 Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, the low breakdown voltage transistor 142 and the high breakdown voltage transistor 128 can be formed in the same process and with a simple procedure.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
以上の実施の形態においては、ゲート電極が多結晶シリコンで構成される場合を例として説明したが、ゲート電極は、たとえばポリシリサイド等、多結晶シリコンよりも抵抗の低い材料により構成することもできる。これにより、ゲート電極の抵抗を下げることができる。 In the above embodiment, the case where the gate electrode is made of polycrystalline silicon has been described as an example. However, the gate electrode can be made of a material having a lower resistance than that of polycrystalline silicon, such as polysilicide. . Thereby, the resistance of the gate electrode can be lowered.
ソース領域116aおよびドレイン領域116bを形成した後、半導体基板101上の全面に、NiやCo等の金属層を形成し、半導体基板101表面の露出しているソース領域116aおよびドレイン領域116bを選択的にシリサイド化(salicide:self-aligned silicidation)することもできる。これにより、ソース領域116aおよびドレイン領域116bの表面にシリサイド層を形成することができ、ソース領域116aおよびドレイン領域116bのコンタクト抵抗を低くすることができる。またこのとき、第2の実施の形態で説明した低耐圧トランジスタ142においては、ゲート電極110b表面にもシリサイド層を形成することができる。
After forming the
以上の実施の形態において、高耐圧トランジスタ128のチャネル領域170とドレイン領域116bとの間にドリフト領域172が形成された例を示した。しかし、チャネル領域170とソース領域116aとの間にも、チャネル領域170を設けた構成とすることもできる。このような構成の高耐圧トランジスタ128は、ソース領域116a側にも櫛形絶縁膜150の櫛歯を設け、櫛形絶縁膜150をマスクとしてn型の不純物拡散領域112を形成することにより、形成することができる。図21は、このような構成の半導体装置100の半導体基板101表面構成を示す平面図である。このような構成により、ソースとドレインとを反転させて用いるような場合にも、高耐圧トランジスタ128を高耐圧とすることができる。
In the above embodiment, the example in which the
以上の実施の形態において、後にドリフト領域172を形成する領域にのみ選択的にp型の不純物拡散領域106を設けた例を記載したが、p型の不純物拡散領域106としては、Pウェル102を用いることができる。つまり、ドリフト領域172のp型の不純物拡散領域182とチャネル領域170とが同じ濃度プロファイルを有するようにすることもできる。
In the above embodiment, the example in which the p-type
10 半導体装置
12 p型のチャネル領域
14 p型の不純物拡散層領域
16a n型のソース領域
16b n型のドレイン領域
18 ドリフト領域
20a n型のピラー
20b p型のピラー
22 半導体基板
24 ゲート電極
100 半導体装置
101 半導体基板
102 Pウェル
104 素子分離絶縁膜
106 p型の不純物拡散領域
108 ゲート絶縁膜
110 ゲート電極
110a ゲート電極
110b ゲート電極
112 n型の不純物拡散領域
116a ソース領域
116b ドレイン領域
122 層間絶縁膜
124 コンタクト
126 配線
128 高耐圧トランジスタ
130 レジスト膜
132 ゲート絶縁膜
136 レジスト膜
138 エクステンション領域
139 レジスト膜
140a ソース領域
140b ドレイン領域
142 低耐圧トランジスタ
150 櫛形絶縁膜
150a 櫛形絶縁膜
150b サイドウォール
152 サイドウォール
152a サイドウォール
152b サイドウォール
170 チャネル領域
172 ドリフト領域
174 n型のエクステンション領域
176 n型のエクステンション領域
180 n型の不純物拡散領域
182 p型の不純物拡散領域
200 高耐圧領域
202 低耐圧領域
10 semiconductor device 12 p-type channel region 14 p-type impurity
Claims (7)
前記ゲート電極上に、当該ゲート電極を覆うとともに、ゲート長方向の少なくとも一方側に櫛歯を有する櫛形の第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜をマスクとして、前記基板に第1導電型の不純物イオンを注入し、前記第1の絶縁膜の前記櫛歯の間の領域に第1導電型の不純物拡散領域を形成して、前記ゲート電極のゲート幅方向に沿って、前記第1導電型の不純物拡散領域と第2導電型の不純物拡散領域とがそれぞれ一定幅で交互に配置された超接合構造のドリフト領域を形成する工程と、
前記基板上の全面に第2の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜を当該第2の絶縁膜中に埋め込む工程と、
前記第2の絶縁膜をドライエッチングによりエッチバックし、ゲート長方向において前記第1の絶縁膜の両側方に形成され、前記ドリフト領域の前記第1導電型の不純物拡散領域上の前記第1の絶縁膜の前記櫛歯の間の領域を埋め込むサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして、第1導電型の不純物イオンを注入し、前記ゲート長方向の前記一方側に第1導電型のドレイン領域、他方側に第1導電型のソース領域を形成する工程と、
により電界効果トランジスタを形成する工程を含む半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on a channel region of a substrate having a second conductivity type region formed on the surface;
Forming a comb-shaped first insulating film on the gate electrode, covering the gate electrode and having comb teeth on at least one side in the gate length direction;
Using the first insulating film as a mask, first conductivity type impurity ions are implanted into the substrate, and a first conductivity type impurity diffusion region is formed in a region between the comb teeth of the first insulating film. And forming a drift region of a superjunction structure in which the first conductivity type impurity diffusion regions and the second conductivity type impurity diffusion regions are alternately arranged with a constant width along the gate width direction of the gate electrode. And a process of
Forming a second insulating film on the entire surface of the substrate, and embedding the first insulating film in the second insulating film;
The second insulating film is etched back by dry etching, formed on both sides of the first insulating film in the gate length direction, and the first conductive type impurity diffusion region on the first conductivity type in the drift region. Forming a sidewall for embedding a region between the comb teeth of the insulating film;
Implanting first conductivity type impurity ions using the sidewall as a mask, and forming a first conductivity type drain region on the one side in the gate length direction and a first conductivity type source region on the other side; ,
The manufacturing method of the semiconductor device including the process of forming a field effect transistor by this.
前記半導体装置は、前記電界効果トランジスタが形成される高耐圧領域および前記電界効果トランジスタよりも耐圧が低い第2の電界効果トランジスタが形成される低耐圧領域を含み、
前記ゲート電極を形成する工程において、前記ゲート電極を前記高耐圧領域に形成するとともに、前記低耐圧領域に第2のゲート電極を形成し、さらに、その後、前記高耐圧領域を選択的に覆うとともに前記低耐圧領域を開口した第1のレジスト膜で前記高耐圧領域を保護した状態で、前記低耐圧領域に、前記第2のゲート電極をマスクとして前記低耐圧領域の前記第2のゲート電極の両側方にエクステンション領域を形成する工程を含み、
前記櫛形の第1の絶縁膜を形成する工程において、前記櫛形の第1の絶縁膜を前記高耐圧領域に形成するとともに、前記低耐圧領域において、前記第2のゲート電極の両側方に、第1のサイドウォールを形成し、
前記ドリフト領域を形成する工程において、前記低耐圧領域を選択的に覆うとともに前記高耐圧領域を開口した第1のレジスト膜で前記低耐圧領域を保護した状態で、前記高耐圧領域に前記ドリフト領域を形成し、
前記第1の絶縁膜を前記第2の絶縁膜中に埋め込む工程において、前記第1のサイドウォールも前記第2の絶縁膜で埋め込み、
前記サイドウォールを形成する工程において、前記第2の絶縁膜をドライエッチングによりエッチバックし、前記低耐圧領域において、前記第2のゲート電極の前記第1のサイドウォール上に、前記第2の絶縁膜により構成された第2のサイドウォールを形成し、
前記ドレイン領域およびソース領域を形成する工程において、前記低耐圧領域においても、前記第1のサイドウォールおよび前記第2のサイドウォールをマスクとして、第1導電型の不純物イオンを注入し、第1導電型のドレイン領域およびソース領域を形成する半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device includes a high breakdown voltage region in which the field effect transistor is formed and a low breakdown voltage region in which a second field effect transistor having a lower breakdown voltage than the field effect transistor is formed,
In the step of forming the gate electrode, the gate electrode is formed in the high breakdown voltage region, a second gate electrode is formed in the low breakdown voltage region, and then the high breakdown voltage region is selectively covered. In a state where the high breakdown voltage region is protected by a first resist film having an opening in the low breakdown voltage region, the second gate electrode of the low breakdown voltage region is formed in the low breakdown voltage region using the second gate electrode as a mask. Including the step of forming extension regions on both sides,
In the step of forming the comb-shaped first insulating film, the comb-shaped first insulating film is formed in the high-breakdown-voltage region, and in the low-breakdown-voltage region, on both sides of the second gate electrode, 1 side wall,
In the step of forming the drift region, in the state where the low breakdown voltage region is protected by a first resist film that selectively covers the low breakdown voltage region and opens the high breakdown voltage region, the drift region is formed in the high breakdown voltage region. Form the
In the step of embedding the first insulating film in the second insulating film, the first sidewall is also embedded with the second insulating film,
In the step of forming the sidewall, the second insulating film is etched back by dry etching, and the second insulating film is formed on the first sidewall of the second gate electrode in the low breakdown voltage region. Forming a second sidewall composed of a film;
In the step of forming the drain region and the source region, also in the low breakdown voltage region, first conductivity type impurity ions are implanted using the first sidewall and the second sidewall as a mask, and the first conductivity Method of manufacturing a semiconductor device for forming a drain region and a source region of a mold
前記基板のチャネル領域上に形成されたゲート電極と、
前記基板表面において、前記チャネル領域の両側方にそれぞれ形成された第1導電型のソース領域およびドレイン領域と、
前記チャネル領域と前記ドレイン領域との間に設けられ、前記ゲート電極のゲート幅方向に沿って、第1導電型の不純物拡散領域と第2導電型の不純物拡散領域とがそれぞれ一定幅で交互に配置された超接合構造のドリフト領域と、
前記ゲート電極上に、当該ゲート電極を覆って形成された第1の絶縁膜と、
前記基板上で、ゲート長方向において前記第1の絶縁膜の両側方に形成されたサイドウォールと、
を含み、
前記第1の絶縁膜は、平面視で、前記ドリフト領域の前記第2導電型の不純物拡散領域上を覆う櫛歯を有する櫛形構造に形成され、
前記サイドウォールは、前記ドリフト領域の前記第1導電型の不純物拡散領域上の前記第1の絶縁膜の前記櫛歯の間の領域を埋め込んで形成された電界効果トランジスタを含む半導体装置。 A substrate,
A gate electrode formed on a channel region of the substrate;
A source region and a drain region of a first conductivity type respectively formed on both sides of the channel region on the substrate surface;
The first conductivity type impurity diffusion region and the second conductivity type impurity diffusion region are alternately provided with a constant width along the gate width direction of the gate electrode provided between the channel region and the drain region. A drift region of the arranged superjunction structure;
A first insulating film formed on the gate electrode so as to cover the gate electrode;
Sidewalls formed on both sides of the first insulating film in the gate length direction on the substrate;
Including
The first insulating film is formed in a comb-shaped structure having comb teeth covering the impurity diffusion region of the second conductivity type in the drift region in plan view,
The semiconductor device includes a field effect transistor formed by burying a region between the comb teeth of the first insulating film on the impurity diffusion region of the first conductivity type in the drift region.
前記ドリフト領域の前記第1導電型の不純物拡散領域は、前記絶縁膜の前記櫛歯をマスクとして自己整合的に形成された半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
The first conductivity type impurity diffusion region of the drift region is a semiconductor device formed in a self-aligned manner using the comb teeth of the insulating film as a mask.
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記サイドウォールをマスクとして自己整合的に形成された半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 or 4,
The semiconductor device in which the source region and the drain region are formed in a self-aligned manner using the sidewall as a mask.
前記チャネル領域と前記ソース領域との間にも前記ドリフト領域が設けられ、
前記第1の絶縁膜の前記櫛歯は、前記チャネル領域と前記ソース領域との間の前記ドリフト領域上にも設けられた半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
The drift region is also provided between the channel region and the source region,
The semiconductor device in which the comb teeth of the first insulating film are also provided on the drift region between the channel region and the source region.
前記基板上には、前記電界効果トランジスタと同層に設けられ、当該電界効果トランジスタよりも耐圧が低い第2の電界効果トランジスタがさらに設けられ、
前記第2の電界効果トランジスタは、
前記基板の第2のチャネル領域上に形成された第2のゲート電極と、
前記基板表面において、前記第2のチャネル領域の両側方にそれぞれ形成された第1導電型の第2のソース領域および第2のドレイン領域と、
前記第2のチャネル領域と前記第2のソース領域および前記第2のドレイン領域との間にそれぞれ設けられた第1導電型のエクステンション領域と、
を含む半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
A second field effect transistor provided on the same layer as the field effect transistor and having a lower withstand voltage than the field effect transistor is further provided on the substrate.
The second field effect transistor is:
A second gate electrode formed on the second channel region of the substrate;
A second source region and a second drain region of the first conductivity type respectively formed on both sides of the second channel region on the substrate surface;
An extension region of a first conductivity type provided between the second channel region and the second source region and the second drain region,
A semiconductor device including:
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008311774A JP2010135658A (en) | 2008-12-08 | 2008-12-08 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014239097A (en) * | 2013-02-07 | 2014-12-18 | 世界先進積體電路股▲ふん▼有限公司 | High voltage semiconductor element and method for manufacturing the same |
| US9748240B2 (en) | 2015-06-22 | 2017-08-29 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor device including a boundary of conductivity in a substrate |
| CN112530805A (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-19 | 无锡华润上华科技有限公司 | Transverse double-diffusion metal oxide semiconductor device, manufacturing method and electronic device |
-
2008
- 2008-12-08 JP JP2008311774A patent/JP2010135658A/en active Pending
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