JP4455310B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、高耐圧構造の絶縁ゲート電界効果型の半導体装置に関し、特に液晶駆動用、感熱紙抗抵駆動用等のドライバーICに用いる半導体装置に関する。 The present invention relates to an insulated gate field effect type semiconductor device having a high withstand voltage structure, and more particularly to a semiconductor device used for a driver IC for driving a liquid crystal or a thermal paper resistance.
例えば、感熱紙タイプのプリンターにおいて、発熱抵抗を駆動するICには第2図に示すような構造の高耐圧MOSトランジスタが用いられている。P型シリコン単結晶基板1の表面にN+型ソース領域4とドレイン領域5が設けられている。高耐圧特性を得るために、ドレイン領域5に接続した低濃度ドレイン領域21をフィールド絶縁膜7の下に設けている。チャネル形成領域はソース領域4とドレイン領域21との間の基板1の表面になる。チャネル形成領域のインピーダンスがゲート絶縁膜6を介して設けられたゲート電極によって制御される。
For example, in a thermal paper type printer, a high voltage MOS transistor having a structure as shown in FIG. 2 is used as an IC for driving a heating resistor. An N + -
発熱抵抗駆動ICの場合、ドレイン耐圧が30〜50Vである。従って、ゲート絶縁膜6の膜厚は500〜1500Aのシリコン酸化膜である。ゲート絶縁膜を薄膜化したICについては、従来我々が開発し、特許に出願している(特開平7−226505号公報参照)。
しかし、従来の高耐圧MOSトランジスタと低耐圧MOSトランジスタを集積化した半導体装置においては、高耐圧MOSトランジスタのための低濃度ドレイン領域形成のためのフォトリソ工程が必要であった。即ち、通常の低耐圧MOSトランジスタだけによる集積回路に比べさらに1回のフォトリソ工程の追加が必要であった。 However, in a conventional semiconductor device in which a high breakdown voltage MOS transistor and a low breakdown voltage MOS transistor are integrated, a photolithography process for forming a low concentration drain region for the high breakdown voltage MOS transistor is required. In other words, it is necessary to add one more photolithographic process as compared with an integrated circuit using only a normal low voltage MOS transistor.
そこで、この発明の目的は、ドレイン領域に10V以上の高電圧が印加される高電圧MOSトランジスタにおいて、小さな面積で大きな電流を流すことができる半導体装置を得ることにある。さらに、この発明の目的は、簡単な製造方法で安く製造できる半導体装置を得ることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a semiconductor device capable of flowing a large current with a small area in a high voltage MOS transistor in which a high voltage of 10 V or more is applied to a drain region. A further object of the present invention is to obtain a semiconductor device that can be manufactured at low cost by a simple manufacturing method.
上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成とした。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(1)第1導電型の半導体領域の表面に設けられた第2導電型のソース領域と、ソース領域からチャネル形成領域を介して離れて半導体領域の表面に設けられた第2導電型の第1のドレイン領域と、第1のドレイン領域と接続して半導体領域の表面に設けられた第2導電型の第2のドレイン領域と、チャネル形成領域の上と第1のドレイン領域の上にそれぞれゲート絶縁膜とフィールド絶縁膜を介して設けられたゲート電極からなるとともに、第1のドレイン領域の表面に第1導電型の不純物元素が半導体領域以上含まれている不純物領域が設けられていることを特徴とする半導体装置とした。 (1) A second conductivity type source region provided on the surface of the first conductivity type semiconductor region, and a second conductivity type second region provided on the surface of the semiconductor region away from the source region via the channel formation region. 1 drain region, a second drain region of a second conductivity type connected to the first drain region and provided on the surface of the semiconductor region, and a channel forming region and a first drain region, respectively. The gate electrode is provided through a gate insulating film and a field insulating film, and an impurity region containing a first conductivity type impurity element at least in the semiconductor region is provided on the surface of the first drain region. A semiconductor device characterized by the above.
(2)第1導電型の半導体領域の表面に設けられた第2導電型の低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタと、低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタと分離領域を介して離れて半導体領域の表面に設けられた高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタから成る半導体装置において、分離領域が半導体領域の表面に設けられた半導体領域の濃度より高い濃度の第1導電型のフィールドドープ領域と、フィールドドープ領域の上に設けられたフィールド絶縁膜から成るとともに、高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタのドレイン領域がフィールドドープ領域を含むフィールドドープ領域より高濃度の第2導電型の不純物領域から構成されていることを特徴とする半導体装置とした。 (2) a second conductivity type low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor provided on the surface of the first conductivity type semiconductor region, and the low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor separated from the semiconductor region via the isolation region; In a semiconductor device comprising a high drain withstand voltage insulated gate field effect transistor provided on the surface, a field doped region of a first conductivity type whose isolation region is higher in concentration than the semiconductor region provided on the surface of the semiconductor region, and field doping The drain region of the high drain withstand voltage insulated gate field effect transistor is composed of a second conductivity type impurity region having a higher concentration than the field doped region including the field doped region. The semiconductor device is characterized by this.
(3)第1導電型の半導体領域の表面に設けられた第2導電型の低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタと、低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタと分離領域を介して半導体領域の表面に設けられた高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタから成る半導体装置の製造方法において、半導体の表面に耐酸化マスク膜を形成する工程と、分離領域及び高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタの低濃度ドレイン領域に対応する耐酸化マスク膜を選択的にエッチング除去する工程と、耐酸化マスク膜をマスクとして分離領域及び低濃度ドレイン領域に対応する半導体領域の表面に第1導電型の不純物をイオン注入する工程と、半導体領域の表面にレジスト膜を形成する工程と、低濃度ドレイン領域に対応するレジスト膜を除去する工程と、レジスト膜をマスクとして第2導電型の不純物をイオン注入する工程と、耐酸化マスク膜をマスクとして半導体領域の表面を選択酸化してフィールド酸化膜を形成する工程と、選択酸化の工程において、分離領域のフィールド酸化膜の下の半導体領域の表面にフィールドドープ領域を形成するとともに、低濃度ドレイン領域及び低濃度ドレイン領域の上にフィールド酸化膜を形成する工程と、耐酸化マスク膜を除去しゲート絶縁膜を半導体領域の表面に形成する工程と、ゲート絶縁膜の上に低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタと高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極をパターニングする工程と、ゲート電極をマスクとして半導体領域の表面に第2導電型の不純物をドーピングして低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタ及び高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域を形成する工程とから成る半導体装置の製造方法とした。 (3) A second conductivity type low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor provided on the surface of the first conductivity type semiconductor region, and the low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor and the isolation region on the surface of the semiconductor region In a method of manufacturing a semiconductor device comprising a provided high drain breakdown voltage insulated gate field effect transistor, a step of forming an oxidation resistant mask film on the surface of the semiconductor, and an isolation region and a low concentration drain region of the high drain breakdown voltage insulated gate field effect transistor A step of selectively removing the oxidation-resistant mask film corresponding to the step, and a step of ion-implanting a first conductivity type impurity into the surface of the semiconductor region corresponding to the isolation region and the low-concentration drain region using the oxidation-resistant mask film as a mask. And a step of forming a resist film on the surface of the semiconductor region, and a resist corresponding to the low concentration drain region. A step of removing the conductive film, a step of ion-implanting impurities of the second conductivity type using the resist film as a mask, a step of forming a field oxide film by selectively oxidizing the surface of the semiconductor region using the oxidation resistant mask film as a mask, Forming a field doped region on the surface of the semiconductor region under the field oxide film in the isolation region and forming a field oxide film on the low concentration drain region and the low concentration drain region in the selective oxidation step; The step of removing the oxidation-resistant mask film and forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor region, and patterning the gate electrodes of the low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor and the high drain withstand voltage insulated gate field effect transistor on the gate insulating film And doping a second conductivity type impurity on the surface of the semiconductor region using the gate electrode as a mask. And to the method for manufacturing the semiconductor device comprising a step of forming a low-drain breakdown voltage insulated gate field effect transistor and the source-drain region of the high drain breakdown voltage insulated gate field effect transistor.
(4)第2導電型の半導体領域の表面に設けられた第1導電型第1のソースおよびドレイン領域と、前記第1のソースおよびドレイン領域から第2導電型の素子分離領域を介して離れて前記半導体領域の表面に設けられた第1導電型の第2のドレインおよびソース領域と、前記第2導電型の素子分離領域の上に設けられたフィールド絶縁膜と、前記素子分離領域の表面に第1導電型の不純物元素が前記半導体領域以上含まれている不純物領域が設けられていることを特徴とする半導体装置とした。 (4) A first conductivity type first source and drain region provided on the surface of the second conductivity type semiconductor region, and separated from the first source and drain region via a second conductivity type element isolation region. A second drain and source region of the first conductivity type provided on the surface of the semiconductor region, a field insulating film provided on the element isolation region of the second conductivity type, and a surface of the element isolation region The semiconductor device is characterized in that an impurity region containing at least the first conductivity type impurity element is included in the semiconductor region.
以上説明したように本発明によれば、ドレイン領域に10V以上の高電圧が印加される高ドレイン耐圧MOSトランジスタと5V以下の低電圧が印加される低ドレイン耐圧MOSトランジスタと低耐圧MOS分離素子と高耐圧のMOS分離素子とからなる半導体装置及びその製造方法においてフォトリソ工程を1回減らしたことで簡単に製造できる装置と製造方法を実現できる。さらに、ソース領域とドレイン領域とを対称的に形成することにより、チャネル電流の製造バラツキを減少することができる。 As described above, according to the present invention, a high drain breakdown voltage MOS transistor to which a high voltage of 10 V or higher is applied to the drain region, a low drain breakdown voltage MOS transistor to which a low voltage of 5 V or lower is applied, and a low breakdown voltage MOS isolation element are provided. In a semiconductor device comprising a high voltage MOS isolation element and its manufacturing method, an apparatus and a manufacturing method that can be easily manufactured can be realized by reducing the photolithography process once. Further, the manufacturing variation of the channel current can be reduced by forming the source region and the drain region symmetrically.
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の半導体装置に含まれる高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下HVMOSFETと略す)の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a high drain withstand voltage insulated gate field effect transistor (hereinafter abbreviated as HVMOSFET) included in a semiconductor device of the present invention.
P型シリコン基板1の表面にN+型のソース領域4が設けられ、さらに、基板1の表面であるチャネル形成領域を介して離れてN±型ドレイン領域5Aが設けられている。N±型ドレイン領域5Aは低濃度で、さらに、フィールド酸化膜7の下に設けられている。従って、アルミ配線とオーミックコンタクトするためのN+型ドレイン領域5がN±型ドレイン領域5Aと接続して設けられている。N+型ソース領域4及びN+型ドレイン領域5は表面濃度が5×1019atoms/cm3以上の高濃度に形成されている。N±型低濃度ドレイン領域5Aは表面濃度が3×1016〜5×1018atoms/cm3程度の低濃度で形成するが、5×1016〜5×1017atoms/cm3程度が望ましく、7×1016〜3×1017atoms/cm3程度が最適である。また、N±型低濃度ドレイン領域5Aは深さが0.2×10-4〜5.0×10-4cm程度で形成するが、0.5×10-4〜1.5×10-4cm程度が望ましく、0.7×10-4〜1.0×10-4cm程度が最適である。N+型ソース領域4とN±型ドレイン領域5Aとの間の基板1の表面であるチャネル形成領域の上には10〜30nmの膜厚の二酸化シリコン膜がゲート絶縁膜6として形成されている。ゲート絶縁膜6及びN±型ドレイン領域5Aの上のフィールド酸化膜7の上にはゲート電極8が設けられている。フィールド酸化膜7は300〜1500nmの膜厚であるが、600〜1200nmの膜厚が望ましく、600〜800nmの膜厚が最適である。
An N + -
また、バーズビーク領域(フィールド酸化膜7とゲート絶縁膜6とを接続している領域)7AはN±型低濃度ドレイン領域5A上に形成し、さらにバーズビーク領域7Aのチャネル形成領域側端部はN±型低濃度ドレイン領域5Aにドレイン電圧が印加された時に生じるN±型低濃度ドレイン領域5A内の空乏層上に形成する。
The bird's beak region (region connecting the
N±型ドレイン領域5Aの表面でフィールド酸化膜7の直下にはP型の不純物であるボロン元素拡散領域5Bが設けられている。N±型ドレイン領域5AのN型化はリン元素のドーピングによって形成されている。
A boron
図4は、フィールド酸化膜7から基板1の深さ方向に沿った不純物分布を示した図である。リン元素はボロン元素に比べ表面濃度は1.5〜100倍程度高く形成するが、2〜5倍程度高く形成する事が望ましく、2〜3倍程度が最適である。さらに、N±型ドレイン領域5Aはボロン元素拡散領域5Bより、N±型ドレイン領域5Aと直下のP型シリコン基板1との間にドレイン電圧が印加されたときに生じるN±型ドレイン領域5A側の空乏層幅以上に深く形成する。望ましくは空乏層幅より0.3×10-4〜2.0×10-4cm程度深く、最適条件としては空乏層幅より0.3×10-4〜0.5×10-4cm程度深く形成する。ドレイン領域がN±型ドレイン領域5A及びその上のフィールド酸化膜7から成る高耐圧構造で形成されているために、ソース領域4、P型シリコン基板1およびゲート電極8に対して20〜50Vのドレイン耐圧特性が得られる。ゲート電極8に正の電圧をソース領域4に対して印加することにより、チャネル形成領域がP型からN型に反転することによりチャネル電流が流れる。
FIG. 4 is a view showing the impurity distribution along the depth direction of the
図3は、本発明の半導体装置の製造方法の工程順に沿った断面図である。
図3は、CMOS型の半導体装置の製造方法の実施例であり、N型MOSFETはHVMOSFETとLVMOSFET(低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果型トランジスタの略)と分離領域から成る。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention in the order of steps.
FIG. 3 shows an embodiment of a method of manufacturing a CMOS type semiconductor device. An N type MOSFET is composed of an HVMOSFET, an LVMOSFET (abbreviation of low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor) and an isolation region.
まず、図3(a)に示すように、基板1の表面に絶縁膜を形成した後に、PMOSFETが形成されるべき領域およびHVMOSFETが形成されるべき領域の一部分の絶縁膜を通常のフォトリソグラフィー技術によりエッチング除去し、エッチング除去部にリン元素をドーピングする。ドーピング後に1150℃10H程度熱拡散してNウェル31を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, after an insulating film is formed on the surface of the
次に、基板1の表面の絶縁膜を除去後、再度35nmの酸化膜32及び150nmのシリコンチッ化膜33を順次形成する。フィールド酸化すべき領域のチッ化膜33をエッチング除去する。PMOSFET及びNMOSFETの各々の分離領域だけでなく、HVNMOSFETの低濃度ドレイン領域に対応する領域のチッ化膜33もエッチング除去する。次に、チッ化膜33をマスクにして、基板1の表面全面にボロン元素をイオン注入する。
Next, after removing the insulating film on the surface of the
図3(b)はチッ化膜33のパターニング用のレジスト膜除去の後にイオン注入した場合の断面図である。チッ化膜33のパターニング用レジスト膜を除去する前にイオン注入してもよい。ボロンのイオン注入は、PMOSFETの分離領域及びHVNMOSFETの低濃度ドレイン領域に対応する基板1の表面にも行われる。次に、HVNMOSFETの低濃度ドレイン領域及びPMOSFETの分離領域になるべき基板1の表面にのみリン元素をイオン注入するために、図3(c)のように通常のフォトリソグラフィー技術によりレジスト膜34をパターニングする。Nウェル領域31の基板1の表面及びHVNMOSFETの低濃度ドレイン領域の部分はレジスト膜34の窓が形成されている。従って、NMOSFETの領域はHVMOSFETの低濃度ドレイン領域を除いてレジスト膜34が形成されている。ここで、リンのイオン注入を実施する。
FIG. 3B is a cross-sectional view when ions are implanted after the resist film for patterning the
次に、図3(d)に示すように、チッ化膜33をマスクとして選択酸化してフィールド酸化膜6を形成する。フィールド酸化膜6は分離領域だけでなくHVNMOSFETの低濃度ドレイン領域にも形成される。フィールド酸化の時に、図3(b)(c)においてドーピングされたボロン及びリン元素がフィールド酸化膜の下に拡散する。その結果、NMOSFETの分離用不純物領域35及びPMOSFETの分離用不純物領域29が形成される。また、HVNMOSFETの低濃度ドレイン領域5Aも形成される。低濃度ドレイン領域5Aの表面のフィールド酸化膜6の直下にはP±不純物領域35と同じボロン元素分布の不純物領域5Bが形成されている。さらに、PMOSFETの分離用不純物領域29の表面も同様にNMOSFETの分離用不純物領域35が形成されている。
Next, as shown in FIG. 3D, the
図3(b)、(c)でのボロン及びリン元素のドーピング条件と図3(d)でのフィールド酸化条件は、NMOSFETの分離用不純物領域35及びPMOSFETの分離用不純物領域29及びHVNMOSFETの低濃度ドレイン領域5Aの形成に多大な影響をおよぼす。ボロンの注入エネルギーはフィールド酸化膜6となるシリコン基板1領域内にボロン濃度プロファイルの最大値が入るように設定する。これはリンのイオン注入も行なわれる領域においてリンとボロンとの拡散長差得るために、ボロンのフィールド酸化膜中への偏析現象(吸い込み)を利用するためである。エネルギーの値は、フィールド酸化膜300〜800nmの場合15〜60keV程度に設定できるが25〜45keV程度が望ましい。
The boron and phosphorus element doping conditions in FIGS. 3 (b) and 3 (c) and the field oxidation condition in FIG. 3 (d) are the NMOSFET
フィールド酸化膜800〜1500nmの場合15〜200keV程度に設定できるが25〜60keV程度が望ましい。リンはフィールド酸化時にフィールド酸化膜6直下のシリコン基板1表面へ偏析するため、注入エネルギーはフィールド酸化膜6となるシリコン基板1領域より深くにリン濃度プロファイルの最大値が入るように設定しなくても、ボロンのイオン注入も行なわれる領域においてリンとボロンとの拡散長差を十分に得ることができる。
In the case of the field oxide film 800 to 1500 nm, it can be set to about 15 to 200 keV, but is preferably about 25 to 60 keV. Since phosphorus is segregated to the surface of the
エネルギーの値は、フィールド酸化膜300〜1500nmの場合35〜1500keV程度に設定できるが60〜120keV程度が望ましく、80〜120keV程度が最適である。 The energy value can be set to about 35 to 1500 keV when the field oxide film is 300 to 1500 nm, but is preferably about 60 to 120 keV, and most preferably about 80 to 120 keV.
ドーズ量は、フィールド酸化膜300〜800nmの場合、NMOSFETの分離用不純物領域35の分離耐圧を得るためにボロンが少なくとも1×1013/cm2以上に設定する必要があり、PMOSFETの分離用不純物領域29の分離耐圧を得るため及びHVNMOSFETの低濃度ドレイン領域5Aのドレイン耐圧を得るためにリンは少なくともボロンドーズ量の20〜200%に設定する必要があり、30〜80%が望ましいが、40〜60%が最適である。フィールド酸化膜800〜1500nmの場合、同様の理由からボロンが少なくとも2×1013/cm2以上に設定する必要があり、リンは少なくともボロンドーズ量の20〜100%に設定する必要があり、25〜70%が望ましいが、40〜60%が最適である。
In the case of a field oxide film of 300 to 800 nm, the dose must be set to at least 1 × 10 13 / cm 2 or more of boron in order to obtain the isolation breakdown voltage of the
フィールド酸化は、950〜1050℃で形成するが975〜1025℃で形成することが望ましく、1000℃程度で形成することが最適である。フィールド酸化工程には通常熱拡散(アニール)工程も含まれるが、フィールド酸化工程以前に行われる熱拡散(アニール)工程で、ボロンおよびリンをイオン注入時と偏析現象の傾向の異なる深さのシリコン基板1領域まで拡散させる場合、イオン注入条件は、偏析現象の傾向の違いに応じて変更する必要がある。つまり、ボロンをシリコン基板1中に深く拡散するとボロンがフィールド酸化膜中に吸い込まれる量が減り、シリコン基板1中に拡散する量が増えるので、ボロンのイオン注入量を減らすかまたはリンのイオン注入量を増やしておく必要がある。
The field oxidation is formed at 950 to 1050 ° C., preferably 975 to 1025 ° C., and most preferably about 1000 ° C. The field oxidation process usually includes a thermal diffusion (annealing) process, but in the thermal diffusion (annealing) process that is performed before the field oxidation process, boron and phosphorus with different depths of segregation phenomenon are different from those during ion implantation. When diffusing up to the
次に、チッ化膜33及び酸化膜32を除去した後に、ゲート酸化を行い、ゲート酸化膜6を形成する。次に、ゲート電極となるポリシリコン膜を基板表面に形成する。
Next, after the
次に、通常のフォトリソグラフィー技術によりポリシリコン膜をパターニングして、図3(e)のように各々のトランジスタのゲート電極36A,36B,36Cをパターニングする。次に、図3(f)のようにNMOSFETの領域にはN型の不純物元素をゲート電極36A,36Bに対して自己整合的にドーピングしてソース・ドレイン領域を形成する。
Next, the polysilicon film is patterned by a normal photolithography technique, and the
LVNMOSFETのソース領域37Sとドレイン領域37D、さらに、HVNMOSFETのソース領域4とドレイン領域5が形成される。また、PMOSFETには、P型の不純物元素をゲート電極36Cに対して自己整合的に基板1の表面にドーピングして、PMOSFETのソース領域39Sとドレイン領域39Dとを形成する。さらに、図示しないが、中間絶縁膜を形成後、各領域及び電極と配線とを接続するためのコンタクトホールを中間絶縁膜に窓あけ後、配線としてのアルミニウム膜をパターニングする。さらに、パッシベーション膜を基板の表面に形成して完成する。
A source region 37S and a drain region 37D of the LVNMOSFET, and a
図5は本発明に含まれるHVMOSFETの別の実施例の断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of an HVMOSFET included in the present invention.
ソース領域を高濃度ソース領域4と低濃度ソース領域51とから構成する。ソース領域とドレイン領域とを対称的に形成することにより、チャネル電流の製造バラツキを減少することができる。
The source region is composed of a high
図6は本発明の半導体装置に含まれる低耐圧PMOSトランジスタ分離素子の断面図である。P型シリコン基板1の表面付近にNウェル領域31を設け、Nウェル領域31内の表面にP+型のソース領域39Sが設けられ、さらに、N±型素子分離領域61を介してドレイン領域39Dが設けられている。P+型ソース領域39S及びP+型ドレイン領域39Dは表面濃度が5×1019atoms/cm3以上の高濃度に形成されている。N±型素子分離領域61は表面濃度が3×1016〜5×1018atoms/cm3程度の低濃度で形成するが、5×1016〜5×1017atoms/cm3程度が望ましく、7×1016〜3×1017atoms/cm3程度が最適である。また、N±型素子分離領域61は深さが0.2×10-4〜5.0×10-4cm程度で形成するが、0.5×10-4〜1.5×10-4cm程度が望ましく、0.7×10-4〜1.0×10-4cm程度が最適である。N±型素子分離領域61上にはフィールド酸化膜7が300〜1500nmの膜厚で設けられ、600〜1200nmの膜厚が望ましく、600〜800nmの膜厚が最適である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a low breakdown voltage PMOS transistor isolation element included in the semiconductor device of the present invention. An
N±型素子分離領域61の表面でフィールド酸化膜7の直下にはP型の不純物であるボロン元素拡散領域5Bが設けられている。N±型素子分離領域61のN型化はリン元素のドーピングによって形成されている。さらに、バーズビーク領域7A直下のN±型素子分離領域61はボロン元素拡散領域5Bより、P+型ドレイン領域39DとN±型素子分離領域61を介して設けられたP+型ソース領域39Sとの間に電源電圧が印加されたときに生じるN±型素子分離領域61側の空乏層幅以上に深く形成する。望ましくは空乏層幅より0.1×10-4cm以上深く、最適条件としては空乏層幅より0.1×10-4〜0.5×10-4cm程度深く形成する。素子分離領域がN±型素子分離領域61とボロン元素拡散領域5B及びその上のフィールド酸化膜7から成る構造で形成されているが、ソース領域39SとNウェル領域31に対して−5〜−3Vのドレイン耐圧特性が得られる。N±型素子分離領域61上に電源電圧範囲内の電圧が印加されたポリまたはアルミ配線が配線されても、N±型素子分離領域61が空乏化することによるリーク電流が流れることはない。
A boron
1 P型シリコン基板
4 N+型ソース領域
5 N+型ドレイン領域
5A 低濃度ドレイン領域
5B ボロン元素拡散領域
6 ゲート酸化膜
7 フィールド酸化膜
7A バーズビーク領域
8 ゲート電極
29 PMOSFETの分離用不純物領域
31 Nウェル領域
32 酸化膜
33 チッ化膜
34 レジスト膜
35(5B) P±不純物領域
36A ゲート電極(LVNMOS)
36B ゲート電極(HVNMOS)
36C ゲート電極(LVPMOS)
37S ソース領域(LVNMOS)
37D ドレイン領域(LVNMOS)
39S ソース領域(LVPMOS)
39D ドレイン領域(LVPMOS)
51(5A) 低濃度ドレイン領域
52(5B) ボロン元素拡散領域
61(5A) N±型素子分離領域
1 P-type silicon substrate 4 N + type source region 5 N + type drain region 5A Low
36B Gate electrode (HVNMOS)
36C Gate electrode (LVPMOS)
37S source region (LVNMOS)
37D Drain region (LVNMOS)
39S source region (LVPMOS)
39D Drain region (LVPMOS)
51 (5A) Low-concentration drain region 52 (5B) Boron element diffusion region 61 (5A) N ± type element isolation region
Claims (1)
前記半導体領域の表面近傍に前記N型のウェル領域を形成する工程と、
前記半導体領域の表面に耐酸化マスク膜を形成する工程と、
前記第1及び第2の分離領域及び前記高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタの低濃度ドレイン領域に対応する前記耐酸化マスク膜を選択的にエッチング除去する工程と、
前記耐酸化マスク膜をマスクとして前記第1及び第2の分離領域及び前記低濃度ドレイン領域に対応する前記半導体領域の表面にP型のボロンをイオン注入する工程と、
前記半導体領域の表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記第2の分離領域及び前記低濃度ドレイン領域に対応する前記レジスト膜を除去する工程と、
前記レジスト膜をマスクとしてN型のリンをイオン注入する工程と、
前記耐酸化マスク膜をマスクとして前記半導体領域の表面を選択酸化して膜厚が300〜1500nmのフィールド酸化膜を形成する工程と、
前記選択酸化の工程において、前記第1の分離領域の前記フィールド酸化膜の下の前記半導体領域の表面にP型のフィールドドープ領域を、また、前記第2の分離領域の前記フィールド酸化膜の下の前記N型のウェル領域の表面にN型のフィールドドープ領域を、形成するとともに、前記低濃度ドレイン領域の前記フィールド酸化膜の下の前記半導体領域の表面にN型の低濃度ドレイン領域を形成し、かつ、前記N型のフィールドドープ領域及び前記低濃度ドレイン領域の表面の前記フィールド酸化膜の直下に、前記P型のフィールドドープ領域と同じボロン元素分布の不純物領域を形成する工程と、
前記耐酸化マスク膜を除去しゲート絶縁膜を前記半導体領域の表面に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に前記N型及びP型の低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタと前記高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極をパターニングする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体領域の表面にN型の不純物をドーピングして前記N型の低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタ及び高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースおよびドレイン領域を形成し、また、前記ゲート電極をマスクとして前記N型のウェル領域にP型の不純物をドーピングして前記P型の低ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースおよびドレイン領域を形成する工程とを上記記載順に含み、
前記高ドレイン耐圧絶縁ゲート電界効果トランジスタは、前記低濃度ドレイン領域と接続して前記半導体領域の表面に設けられた高濃度のN型である前記ドレイン領域を有しており、
前記ボロンをイオン注入する工程は、前記ボロン注入時の注入エネルギーが前記フィールド酸化膜となる前記半導体領域内にボロン濃度プロファイルの最大値が入るようにイオン注入する工程であり、
前記リンをイオン注入する工程は、前記フィールド酸化膜の膜厚が300〜800nmの場合、前記ボロンのイオン注入ドーズ量の30〜80%のドーズ量となるようにイオン注入する工程、又は、前記フィールド酸化膜の膜厚が800〜1500nmの場合、前記ボロンのイオン注入ドーズ量の25〜70%のドーズ量となるようにイオン注入する工程である、
半導体装置の製造方法。 An N- type high drain breakdown voltage insulated gate field effect transistor provided on the surface of the P- type semiconductor region, the N- type high drain breakdown voltage insulated gate field effect transistor, and the semiconductor region via the first isolation region An N-type low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor provided on the surface, the high drain withstand voltage insulated gate field effect transistor, and an N type well provided on the surface of the semiconductor region via a second isolation region A method of manufacturing a semiconductor device comprising a P-type low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor disposed in a region ,
Forming the N- type well region in the vicinity of the surface of the semiconductor region;
Forming an oxidation-resistant mask film on the surface of the semiconductor region;
Selectively etching away the oxidation-resistant mask film corresponding to the first and second isolation regions and the low-concentration drain region of the high drain breakdown voltage insulated gate field effect transistor;
Ion-implanting P-type boron into the surface of the semiconductor region corresponding to the first and second isolation regions and the low-concentration drain region using the oxidation-resistant mask film as a mask;
Forming a resist film on a surface of the semiconductor region,
Removing the resist film corresponding to the second isolation region and the low-concentration drain region;
Ion-implanting N-type phosphorus using the resist film as a mask;
Selectively oxidizing the surface of the semiconductor region using the oxidation-resistant mask film as a mask to form a field oxide film having a thickness of 300 to 1500 nm ;
In the selective oxidation step, a P-type field doped region is formed on the surface of the semiconductor region under the field oxide film in the first isolation region, and under the field oxide film in the second isolation region. An N-type field doped region is formed on the surface of the N-type well region, and an N-type lightly doped drain region is formed on the surface of the semiconductor region under the field oxide film in the lightly doped drain region. And forming an impurity region having the same boron element distribution as the P-type field doped region immediately below the field oxide film on the surface of the N-type field doped region and the low-concentration drain region;
Removing the oxidation-resistant mask film and forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor region;
Patterning the N-type and P-type low drain withstand voltage insulated gate field effect transistors and the gate electrodes of the high drain withstand voltage insulated gate field effect transistors on the gate insulating film;
Doping N-type impurities on the surface of the semiconductor region using the gate electrode as a mask to form source and drain regions of the N-type low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor and high drain withstand voltage insulated gate field effect transistor , And forming the source and drain regions of the P-type low drain withstand voltage insulated gate field effect transistor by doping a P-type impurity into the N-type well region using the gate electrode as a mask in the order described above. ,
The high drain withstand voltage insulated gate field effect transistor has the drain region which is a high concentration N type provided on the surface of the semiconductor region connected to the low concentration drain region,
The step of ion-implanting boron is a step of ion-implanting so that the implantation energy at the time of boron implantation has a maximum value of a boron concentration profile in the semiconductor region that becomes the field oxide film,
The step of ion-implanting the phosphorus is a step of ion-implanting so that the dose amount is 30 to 80% of the ion implantation dose amount of boron when the film thickness of the field oxide film is 300 to 800 nm, or When the field oxide film has a thickness of 800 to 1500 nm, it is a step of ion implantation so that the dose is 25 to 70% of the boron ion implantation dose.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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