JP6346777B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示されている半導体装置(以下、「従来技術に係る半導体装置」ともいう。)の製造方法では、まず、第1導電型(例えば、p型)の半導体基板1上に、シリコン酸化膜41を介して、レジストパターン43を形成する。次に、レジストパターン43をマスクにして、ドリフト層21を形成するための第2導電型(例えば、n型)の不純物を半導体基板1に注入する(図9(a)を参照)。なお、図9(a)では、この第2導電型の不純物が注入された部分(層)を「第1の不純物層21a」と表記している。
次に、半導体基板1にゲート酸化膜5とポリシリコン膜7aとをこの順に形成して積層する。その後、ポリシリコン膜7a上にレジストパターン46を形成し、このレジストパターン46をマスクにして、ポリシリコン膜7aとゲート酸化膜5とを順次パターニングする(図11(a)を参照)。こうして、半導体基板1上に、ゲート酸化膜5と、ポリシリコン膜7aからなるゲート電極7とを形成する。
ところで、上記製造方法で半導体装置200を製造すると、ドリフト層21またはボディ層31に対するゲート電極7の位置が相対的にずれる(いわゆる、位置ずれが生じる)ことがある。より詳しくは、図12(a)及び図12(b)に示すように、第2の不純物層31a及び第3の不純物層33aの位置が、図10(a)に示した場合と比較してドリフト層21から離れる方向(図面左方向)にずれる場合やドリフト層21に近づく方向(図面右方向)にずれる場合がある。このずれは、フォトレジスト44の位置ずれ(いわゆる、製造ばらつき)に起因するものである。なお、図中の破線は、図10(a)に示したフォトレジスト44、第2の不純物層31a及び第3の不純物層33aの位置をそれぞれ示している。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ドリフト層及びボディ層の少なくともいずれか一方に対するゲート電極の相対的な位置ずれを低減することで、半導体装置の特性ばらつきを低減した半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
また、上記半導体装置の製造方法において、前記第2の不純物層を形成する工程後に、前記ドリフト層の前記素子分離膜を形成した領域以外の領域であって前記素子分離膜を挟んで前記第2の領域とは反対側の領域及び前素子分離膜の前記第2の領域とは反対側の一部上面に形成した前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去することを特徴としてもよい。
また、本発明の別の態様に係る半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板における第1の領域に、第2導電型の第1の不純物を注入して第1の不純物層を形成する工程と、前記第1の不純物を熱拡散させてドリフト層を形成する工程と、前記第1の不純物層または前記ドリフト層の一部に素子分離膜を形成する工程と、前記ドリフト層と前記素子分離膜とを形成した前記半導体基板を覆うように、ゲート酸化膜とポリシリコン膜とを順に形成して積層する工程と、ソース側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程と、前記ソース側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程後に、ソース領域に、第1導電型の第2の不純物を注入して第2の不純物層を形成する工程と、前記第2の不純物層を形成する工程後に、前記素子分離膜上においてドレイン側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程と、前記ドレイン側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程後に、前記第2の不純物を熱拡散させてボディ層を形成する工程と、を有し、前記第2の不純物層を形成する工程において、前記第2の不純物層に含まれる前記第2の不純物の不純物濃度が前記ドリフト層の不純物濃度よりも高くなるように前記第2の不純物を注入し、前記ゲート酸化膜に対する前記ドリフト層の相対位置がばらついた場合に、前記ボディ層を形成する工程において、前記ドリフト層の一部を熱拡散された前記第2の不純物によって第1導電型に反転させることを特徴とする。
形成した酸化膜であることを特徴としてもよい。
以下、本発明に係る第1実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置100の構成例を示す断面図である。
図1に示すように、この半導体装置100は、例えば、p型のシリコン基板(p−sub)1と、このシリコン基板1に形成されたnチャネル型のLDMOSトランジスタ50と、シリコン基板1上に配置されてLDMOSトランジスタ50を覆う層間絶縁膜60と、層間絶縁膜60を貫いてLDMOSトランジスタ50に接続するコンタクト電極71、72と、層間絶縁膜60上に配置されてコンタクト電極71、72に接続する配線層81、82と、層間絶縁膜60上に配置されて配線層81、82を覆う保護膜90と、を備えている。
次に、半導体装置100の製造方法について、図2から図4を参照しつつ説明する。
図2から図4は、本発明の実施形態に係る半導体装置100の製造方法を工程順に示す製造工程断面図である。
図2(a)に示すように、まず始めに、p型のシリコン基板1を例えば熱酸化して、その表面上にシリコン酸化膜41を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、ドリフト層21を形成する領域(第1の領域)の上方を開口し、それ以外の領域を覆う形状のレジストパターン43をシリコン酸化膜41上に形成する。そして、このレジストパターン43をマスクに、シリコン基板1に例えばリン等のn型不純物(第1の不純物)をイオン注入する。このイオン注入工程は、図1に示したn型のドリフト層21を形成するための、ドリフト・イオン注入工程である。こうして、シリコン基板1にn型不純物を含んだ第1の不純物層21aを形成する。
次に、図2(b)に示すように、例えばLOCOS法を用いて、第1の不純物層21aの一部に、素子分離膜3を形成する。より詳しくは、第1の不純物層21aであって、シリコン基板1と第1の不純物層21aとの境界部(つまり、界面)から離れた領域に素子分離膜3を形成する。この素子分離膜3の形成と同時またはその前後に、シリコン基板1に熱処理を施して、シリコン基板1中でn型不純物を拡散させる。これにより、シリコン基板1にドリフト層21や、図示しないウェル拡散層を形成する。
上述のボディ・イオン注入工程と、高濃度ボディ埋め込み・イオン注入工程とを行った後、レジストパターン44を除去する。
次に、シリコン基板1に熱処理を施し、図4(a)に示すように、シリコン基板1にイオン注入したp型不純物(つまり、第2の不純物層31a及び第3の不純物層33aに含まれるp型不純物)を拡散させる。なお、上述のように、D1<D2、且つE1<E2とすることで、p型のボディ層31を形成するとともに、ボディ層31の直下に、ボディ層31よりもp型の不純物濃度が高いボディ埋め込み層33を形成することができる。
以下、本発明に係る第2実施形態を、図面を用いて説明する。
(構造)
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置101の構成例を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置101の構造と、第1実施形態に係る半導体装置100の構成とは、概ね同じであるが、ボディ層31及びボディ埋め込み層33の形状と位置が異なっている。そこで、以下、この異なる部分であるボディ層31及びボディ埋め込み層33について説明し、その他の部分については説明を省略する。
次に、半導体装置101の製造方法について、図6及び図7を参照しつつ説明する。
図6及び図7は、本発明の実施形態に係る半導体装置101の製造方法における製造工程の一部を示す製造工程断面図である。
本実施形態に係る半導体装置101の製造方法において、ドリフト層21と素子分離膜3とを形成した半導体基板1を覆うように、ゲート酸化膜5とポリシリコン膜7aとをこの順に形成して積層する工程までは、第1実施形態で説明した工程(つまり、図2(c)で説明した工程)と同じである。そのため、上記工程までの説明については、ここでは省略する。
こうして、シリコン基板1に第2の不純物層31a及び第2の不純物層31aに埋め込まれた第3の不純物層33aを形成する。なお、ボディ・イオン注入工程でのp型不純物(第2の不純物)のドーズ量をD1とし、高濃度ボディ埋め込み・イオン注入工程でのp型不純物(第3の不純物)のドーズ量をD2としたとき、D1<D2とする。
上述の高濃度ボディ埋め込み・イオン注入工程を行った後、レジストパターン44’を除去する。
次に、図6(c)に示すように、ポリシリコン膜7a上にレジストパターン45を形成する。そして、このレジストパターン45をマスクに、ポリシリコン膜7a及びゲート絶縁膜5を順次エッチングして除去する。こうして、ポリシリコン膜7aからなるゲート電極7を形成する。
次に、シリコン基板1に熱処理を施し、図7(a)に示すように、シリコン基板1にイオン注入したp型不純物(つまり、第2の不純物層31a及び第3の不純物層33aに含まれるp型不純物)を拡散させる。なお、上述のように、D1<D2とすることで、p型のボディ層31を形成するとともに、ボディ層31内に埋め込まれ、且つボディ層31よりもp型の不純物濃度が高いボディ埋め込み層33を形成することができる。
以上の工程を経て、図7(b)に示すように、LDMOSトランジスタ50を備える半導体装置101が完成する。
上述した第1及び第2実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)上記実施形態では、ゲート絶縁膜5及びポリシリコン膜7aのエッチングを、ソース11側とドレイン13側とで別々に実施している。また、ソース11側で上記エッチングを実施した後に、ボディ層31及びボディ埋め込み層33を形成する領域にp型不純物をイオン注入している。
このような構成とすることで、ゲート絶縁膜5の厚みと、ポリシリコン膜7aの厚みと、レジストパターン44の厚みの合計値が、上記イオン注入におけるブロック層(マスク)の総厚となるため、上記p型不純物が、上記ブロック層を突き抜けてブロック領域(例えば、ドリフト層21が形成された領域)に進入するのを抑制することができる。したがって、ブロック領域にp型不純物がイオン注入されることで発生する半導体装置の製造ばらつきを低減することができる。
このような構成であるため、第2の不純物層31a及び第3の不純物層33aに含まれるp型不純物を熱拡散させることで、ボディ層31下に、ボディ層31よりも不純物濃度が高いボディ埋め込み層33を形成することができる。このため、LDMOSトランジスタのオン時に、ドリフト層21内でのインパクトイオン化によって発生した正孔の多くを、ボディ埋め込み層33に効率良く取り込むことができる。そして、ボディ埋め込み層33に取り込んだ正孔を、正孔電流として、ボディ埋め込み層33を経由してLDMOSトランジスタの外部に排出することができる。
このような構成であるため、第2の不純物層31a及び第3の不純物層33aに含まれるp型不純物を熱拡散させることで、ボディ層31内に、ボディ層31よりも不純物濃度が高いボディ埋め込み層33を形成することができる。このため、LDMOSトランジスタのオン時に、ドリフト層21内でのインパクトイオン化によって発生した正孔の多くを、ボディ埋め込み層33に効率良く取り込むことができる。そして、ボディ埋め込み層33に取り込んだ正孔を、正孔電流として、ボディ埋め込み層33を経由してLDMOSトランジスタの外部に排出することができる。
このような構成とすることで、第2の不純物層31a及び第3の不純物層33aに含まれるp型不純物を熱拡散させた際に、熱拡散した上記p型不純物でドリフト層21のn型領域をp型に反転させることができる。この点について、図2及び図8を参照しつつ、簡単に説明する。
このような構成とすることで、より確実性を高めて素子分離膜3を形成することができる。
(1)上記の実施形態では、LDMOSトランジスタ50と他の素子(例えば、pMOSトランジスタ、抵抗素子またはキャパシタ等)とを同一のシリコン基板1に混載して、半導体装置を構成してもよい。このような場合であっても、上記の実施形態と同様の効果を奏する。
本発明は、以上に記載した各実施形態に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態に設計の変更等を加えてもよく、そのような変更等が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
3 素子分離膜(フィールド酸化膜)
5 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
7a ポリシリコン膜
11 ソース
13 ドレイン
15 チャネル領域
21 ドリフト層
21a 第1の不純物層
23 ピックアップ層
31 ボディ層
31a 第2の不純物層
33 ボディ埋め込み層
33a 第3の不純物層
41 シリコン酸化膜
43、44、44’、45、46 レジストパターン
50 LDMOSトランジスタ(電界効果トランジスタの一例)
60 層間絶縁膜
71、72 コンタクト電極
81、82 配線層
90 保護膜
100、101、200 半導体装置
Claims (11)
- 第1導電型の半導体基板における第1の領域に、第2導電型の第1の不純物を注入して第1の不純物層を形成する工程と、
前記第1の不純物を熱拡散させてドリフト層を形成する工程と、
前記第1の不純物層または前記ドリフト層の一部に素子分離膜を形成する工程と、
前記ドリフト層と前記素子分離膜とを形成した前記半導体基板を覆うように、ゲート酸化膜とポリシリコン膜とを順に形成して積層する工程と、
前記半導体基板の前記第1の領域から離れて位置する第2の領域に形成した前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去して前記第2の領域を露出させる工程と、
露出させた前記第2の領域に、第1導電型の第2の不純物を注入して第2の不純物層を形成する工程と、
前記第2の不純物層を形成する工程後に、少なくとも、前記ドリフト層の前記素子分離膜を形成した領域以外の領域であって前記素子分離膜を挟んで前記第2の領域とは反対側の領域に形成した前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程と、
前記ドリフト層の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程後に、前記第2の不純物を熱拡散させてボディ層を形成する工程と、を有し、
前記第2の不純物層を形成する工程において、前記第2の不純物層に含まれる前記第2の不純物の不純物濃度が前記ドリフト層の不純物濃度よりも高くなるように前記第2の不純物を注入し、
前記ゲート酸化膜に対する前記ドリフト層の相対位置がばらついた場合に、前記ボディ層を形成する工程において、前記ドリフト層の一部を、熱拡散された前記第2の不純物によって第1導電型に反転させる半導体装置の製造方法。 - 前記第2の領域を露出させる工程では、前記ポリシリコン膜上に形成したレジストパターンをマスクにして、前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去し、
前記第2の不純物層を形成する工程では、前記レジストパターンを前記ポリシリコン膜上に備えた状態で、前記第2の不純物を注入する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物層を形成する工程後であって前記ドリフト層の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程前に、第1導電型の第3の不純物を前記第2の不純物層の不純物濃度より高くなるように注入して、前記第2の不純物層下で接する第3の不純物層を形成する工程をさらに有し、
前記ボディ層を形成する工程では、前記ボディ層を形成するとともに、前記第3の不純物を熱拡散させて、前記ボディ層下に前記ボディ層よりも不純物濃度が高いボディ埋め込み層を形成する請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の領域を露出させる工程後であって前記第2の不純物層を形成する工程前に、第1導電型の第3の不純物を前記第2の不純物層の不純物濃度より高くなるように注入して、第3の不純物層を形成する工程をさらに有し、
前記第2の不純物層を形成する工程では、前記第3の不純物層上に前記第2の不純物層を形成し、
前記ボディ層を形成する工程では、前記ボディ層を形成するとともに、前記第3の不純物を熱拡散させて、前記ボディ層下に前記ボディ層よりも不純物濃度が高いボディ埋め込み層を形成する請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物層を形成する工程後であって前記ドリフト層の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程前に、第1導電型の第3の不純物を前記第2の不純物層の不純物濃度より高くなるように注入して、前記第2の不純物層内に埋め込まれる第3の不純物層を形成する工程をさらに有し、
前記ボディ層を形成する工程では、前記ボディ層を形成するとともに、前記第3の不純物を熱拡散させて、前記ボディ層よりも不純物濃度が高いボディ埋め込み層を前記ボディ層内に形成する請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の領域を露出させる工程後であって前記第2の不純物層を形成する工程前に、第1導電型の第3の不純物を前記第2の不純物層の不純物濃度より高くなるように注入して、第3の不純物層を形成する工程をさらに有し、
前記第2の不純物層を形成する工程では、前記第3の不純物層を囲むように前記第2の不純物層を形成し、
前記ボディ層を形成する工程では、前記ボディ層を形成するとともに、前記第3の不純物を熱拡散させて、前記ボディ層よりも不純物濃度が高いボディ埋め込み層を前記ボディ層内に形成する請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の領域を露出させる工程では、前記ポリシリコン膜上に形成したレジストパターンをマスクにして、前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去し、
前記第3の不純物層を形成する工程では、前記レジストパターンを前記ポリシリコン膜上に備えた状態で、前記第3の不純物を注入する請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物層を形成する工程後に、前記ドリフト層の前記素子分離膜を形成した領域以外の領域であって前記素子分離膜を挟んで前記第2の領域とは反対側の領域及び前記素子分離膜の前記第2の領域とは反対側の一部上面に形成した前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の不純物層を形成する工程後に前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程では、前記素子分離膜上に形成したレジストパターンをマスクにして、前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1導電型の半導体基板における第1の領域に、第2導電型の第1の不純物を注入して第1の不純物層を形成する工程と、
前記第1の不純物を熱拡散させてドリフト層を形成する工程と、
前記第1の不純物層または前記ドリフト層の一部に素子分離膜を形成する工程と、
前記ドリフト層と前記素子分離膜とを形成した前記半導体基板を覆うように、ゲート酸化膜とポリシリコン膜とを順に形成して積層する工程と、
ソース側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程と、
前記ソース側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程後に、ソース領域に、第1導電型の第2の不純物を注入して第2の不純物層を形成する工程と、
前記第2の不純物層を形成する工程後に、前記素子分離膜上においてドレイン側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程と、
前記ドレイン側の前記ポリシリコン膜と前記ゲート酸化膜とを除去する工程後に、前記第2の不純物を熱拡散させてボディ層を形成する工程と、を有し、
前記第2の不純物層を形成する工程において、前記第2の不純物層に含まれる前記第2の不純物の不純物濃度が前記ドリフト層の不純物濃度よりも高くなるように前記第2の不純物を注入し、
前記ゲート酸化膜に対する前記ドリフト層の相対位置がばらついた場合に、前記ボディ層を形成する工程において、前記ドリフト層の一部を熱拡散された前記第2の不純物によって第1導電型に反転させる半導体装置の製造方法。 - 前記素子分離膜は、LOCOS法を用いて形成した酸化膜である請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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