JPH06296019A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
- Publication number
- JPH06296019A JPH06296019A JP8220193A JP8220193A JPH06296019A JP H06296019 A JPH06296019 A JP H06296019A JP 8220193 A JP8220193 A JP 8220193A JP 8220193 A JP8220193 A JP 8220193A JP H06296019 A JPH06296019 A JP H06296019A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- well
- drain
- conductivity type
- type
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】MIS形半導体を用いた集積回路での静電気ス
トレスなどの高電圧印加からのゲート絶縁膜保護に関
し、接合容量や、接合リーク量を増加させることなく、
また、静電気等による高電圧がゲート絶縁膜を破壊する
より低く任意の電圧で、高電圧による電荷を逃し、ゲー
ト絶縁膜を保護するような構造を提供する。
【構成】第1導電型半導体基板に、第2導電型のウェル
を形成し、更に、そのウェル中かつ基板表面に第1導電
型のドレイン、ソースを形成してできるMIS型半導体
装置に於て、ドレインの下部のウェルの深さが、ドレイ
ン以外の領域のウェルの深さより浅く制御されている構
造。またドレインの中央底部がウェル中に突き出し、そ
の突き出しの長さが制御されているような構造。またド
レイン底中央一部の下部に、低濃度に制御されたのウェ
ル領域が、ドレイン底部より基板へ達しているか、もし
くは、深さ方向に対して殆どの領域を占めている構造。
(57) [Abstract] [Objective] Regarding protection of a gate insulating film from high voltage application such as electrostatic stress in an integrated circuit using a MIS type semiconductor, without increasing junction capacitance or junction leakage amount,
Further, a structure is provided in which a high voltage due to static electricity or the like is lower than that which destroys the gate insulating film, and the charge due to the high voltage is released at an arbitrary voltage to protect the gate insulating film. A MIS type semiconductor device in which a second conductivity type well is formed in a first conductivity type semiconductor substrate, and a first conductivity type drain and a source are further formed in the well and on the substrate surface. The structure in which the depth of the well under the drain is controlled to be shallower than the depth of the well in the region other than the drain. In addition, the central bottom of the drain protrudes into the well, and the length of the protrusion is controlled. In addition, in the lower part of the central part of the drain bottom, a well region controlled to have a low concentration reaches the substrate from the drain bottom or occupies most of the region in the depth direction.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、MIS形半導体を用いた集積回路
では、静電気ストレスなどの高電圧印加からのゲート絶
縁膜保護のために、次に挙げられる様な方法を採ってき
た。2. Description of the Related Art Conventionally, in integrated circuits using MIS type semiconductors, the following methods have been adopted to protect the gate insulating film from high voltage application such as electrostatic stress.
【0003】基本的に、ゲート絶縁膜と並列に、ゲート
膜より耐圧の低い回路を設けることにより、静電気スト
レスなどの印加の際、後者の回路を先にブレークさせ電
荷を逃がしゲート絶縁膜の保護を図っている。具体例と
しては、ダイオードの逆ブレークや、回路中のトランジ
スタ自身のオフブレークを利用した方法が広く用いられ
ている。このブレーク耐圧を制御する方法として、ダイ
オードの接合を形成する2種類の導電型領域のうち低濃
度の領域の不純物濃度を変化させるなどがある。通常の
場合基板や反転阻止拡散層の不純物濃度を変化させる。
従って、ゲート絶縁膜の膜厚が20nm程度の半導体集
積回路(ゲート絶縁膜に印加される最大電界強度は8M
V/cmのため、保護ダイオード耐圧に換算して15V
程度以下である必要がある)までがこの方法により静電
気ストレスに対する有効な手段であった。Basically, by providing a circuit having a lower withstand voltage than the gate film in parallel with the gate insulating film, the latter circuit breaks first to release charges when applying electrostatic stress or the like to protect the gate insulating film. I am trying to As a specific example, a method using a reverse break of a diode or an off break of a transistor itself in a circuit is widely used. As a method of controlling the break breakdown voltage, there is a method of changing the impurity concentration of a low concentration region of the two types of conductivity type regions forming the junction of the diode. Normally, the impurity concentration of the substrate and the inversion prevention diffusion layer is changed.
Therefore, a semiconductor integrated circuit having a gate insulating film thickness of about 20 nm (the maximum electric field strength applied to the gate insulating film is 8 M
Since it is V / cm, it is converted to protection diode withstand voltage of 15V.
It has to be less than or equal to)) was an effective means for electrostatic stress by this method.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一方、半導体集積回路
の高集積化、高密度化、高速化の要求のためゲート絶縁
膜は薄膜化の必要がある。その結果集積回路の静電気の
耐性が落ちることになる。このため、静電気保護のため
に保護回路のブレークの耐圧を下げることが必要にな
る。しかしながら、従来の方法によって耐圧を下げるこ
とを図ろうとすると、それに伴う弊害が発生する。ブレ
ーク耐圧を下げる要求にしたがって、従来の方法により
基板や反転阻止層の不純物濃度を高濃度化する場合、接
合の容量が増加し、素子の高速化を妨げる。同時に、接
合をリークする電流も増加し消費電力の増加を招いたり
するばかりでなく、熱の発生が素子への影響も懸念され
る。従って、ゲート絶縁膜の膜厚が20nmを下回るよ
うな素子を製造する場合、ブレーク耐圧を下げること
と、接合容量やリーク電流の低減などとが相反する関係
になり、実質上製造することは不可能になる。そこで、
本発明は上記の問題を解決するもので、その目的とする
ところは、接合容量や、接合リーク量を増加させること
なく、また、静電気等による高電圧がゲート絶縁膜を破
壊するより低く任意の電圧で、高電圧による電荷を逃
し、ゲート絶縁膜を保護するような構造を提供すること
にある。On the other hand, it is necessary to make the gate insulating film thinner because of the demand for higher integration, higher density and higher speed of the semiconductor integrated circuit. As a result, the resistance of the integrated circuit to static electricity is reduced. Therefore, it is necessary to lower the breakdown voltage of the break of the protection circuit for electrostatic protection. However, if it is attempted to lower the breakdown voltage by the conventional method, the adverse effect will occur. When the impurity concentration of the substrate and the inversion prevention layer is increased by the conventional method in accordance with the demand for lowering the break breakdown voltage, the junction capacitance increases, which hinders the speedup of the device. At the same time, not only does the current leaking through the junction increase, which leads to an increase in power consumption, but there is concern that heat generation may affect the element. Therefore, when manufacturing an element in which the film thickness of the gate insulating film is less than 20 nm, there is a contradictory relationship between lowering the break breakdown voltage and reducing the junction capacitance and leakage current, and it is practically impossible to manufacture. It will be possible. Therefore,
The present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to increase the junction capacitance and the junction leakage amount without increasing the high voltage due to static electricity or the like, which is lower than the breakdown of the gate insulating film. It is to provide a structure in which electric charges due to a high voltage are released by a voltage and a gate insulating film is protected.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】第1導電型半導体基板
に、第2導電型のウェルを形成し、更に、そのウェル中
かつ基板表面に第1導電型のドレイン、ソースを形成し
てできるMIS型半導体装置に於て、少なくともドレイ
ンの下部のウェルの深さが、ドレイン以外の領域のウェ
ルの深さより浅く制御されているような構造を有するこ
とを特徴とする。A MIS can be formed by forming a second conductivity type well in a first conductivity type semiconductor substrate and further forming a first conductivity type drain and source in the well and on the substrate surface. The type semiconductor device has a structure in which at least the depth of the well below the drain is controlled to be shallower than the depth of the well in the region other than the drain.
【0006】第1導電型半導体基板に、第2導電型のウ
ェルを形成し、更にそのウェル中かつ基板表面に第1導
電型のドレイン、ソースを形成してできるMIS型半導
体装置に於て、少なくともドレインの中央底部がウェル
中に突き出し、その突き出しの長さが制御されているよ
うな構造を有することを特徴とする。In a MIS type semiconductor device in which a well of the second conductivity type is formed in a semiconductor substrate of the first conductivity type and a drain and a source of the first conductivity type are further formed in the well and on the surface of the substrate, At least the central bottom portion of the drain projects into the well, and the length of the projection is controlled.
【0007】第1導電型半導体基板に、第2導電型のウ
ェルを形成し、更にそのウェル中かつ基板表面に第1導
電型のドレイン、ソースを形成してできるMIS型半導
体装置に於て、少なくともドレイン底中央一部の下部
に、低濃度に制御されたのウェル領域が、ドレイン底部
より基板へ達しているか、もしくは、深さ方向に対して
殆どの領域を占めているような構造を有することを特徴
とする。In a MIS type semiconductor device in which a well of the second conductivity type is formed in a semiconductor substrate of the first conductivity type and a drain and a source of the first conductivity type are further formed in the well and on the substrate surface, At least the lower part of the center of the drain bottom has a structure in which a well region controlled to have a low concentration reaches the substrate from the drain bottom or occupies most of the region in the depth direction. It is characterized by
【0008】第1導電型半導体基板に、第2導電型のウ
ェルを形成し、更に、そのウェル中かつ基板表面に第1
導電型のドレイン、ソースを形成し、少なくともドレイ
ンの下部のウェルの深さが、ドレイン以外の領域のウェ
ルの深さより浅く制御されているような構造を有するM
IS型半導体装置に於て、 a)第1導電型半導体基板に第2導電型のウェルを形成
する工程と、 b)基板表面の第2導電型と第1導電型のウェルの間に
素子分離領域を形成する工程と、 c)第2導電型のウェル表面に第1導電型のソース、ド
レイン拡散層を形成する工程と、 d)基板表面にゲート電極を形成する工程と、 e)高エネルギーのイオン注入により、少なくともドレ
インの下部のウェルの深さを所望の深さに調整する工程
からなることを特徴とする。A second conductivity type well is formed in the first conductivity type semiconductor substrate, and a first well is formed in the well and on the substrate surface.
A conductive type drain and source are formed, and at least the depth of the well under the drain is controlled to be shallower than the depth of the well in the region other than the drain.
In the IS type semiconductor device, a) a step of forming a second conductivity type well in the first conductivity type semiconductor substrate, and b) element isolation between the second conductivity type well and the first conductivity type well on the substrate surface. A step of forming a region, c) a step of forming a source / drain diffusion layer of a first conductivity type on the surface of a second conductivity type well, d) a step of forming a gate electrode on the surface of the substrate, and e) high energy. The step of adjusting the depth of the well at least under the drain to a desired depth by the ion implantation of.
【0009】第1導電型半導体基板に、第2導電型のウ
ェルを形成し、更に、そのウェル中かつ基板表面に第1
導電型のドレイン、ソースを形成し、少なくともドレイ
ンの下部のウェルの深さが、ドレイン以外の領域のウェ
ルの深さより浅く制御されているような構造を有するM
IS型半導体装置に於て、 a)第1導電型半導体基板の一部分に、第1導電型の不
純物イオンを注入する工程と、 b)その基板上にシリコン単結晶をエピタキシャル成長
により形成する工程と、 c)第2導電型及び、第1導電型のウェルを形成する工
程と、 d)基板表面の第1導電型と第2導電型のウェルの間に
素子分離領域を形成する工程と、 e)第2導電型のウェル中に、第1導電型のソース、ド
レイン拡散層領域を形成する工程からなることを特徴と
する半導体装置の製造方法。A second conductivity type well is formed in the first conductivity type semiconductor substrate, and the first well is formed in the well and on the substrate surface.
A conductive type drain and source are formed, and at least the depth of the well under the drain is controlled to be shallower than the depth of the well in the region other than the drain.
In the IS type semiconductor device, a) a step of implanting a first conductivity type impurity ion into a part of the first conductivity type semiconductor substrate, and b) a step of epitaxially growing a silicon single crystal on the substrate, c) a step of forming wells of the second conductivity type and the first conductivity type, d) a step of forming an element isolation region between the wells of the first conductivity type and the second conductivity type on the surface of the substrate, and e) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming first-conductivity-type source / drain diffusion layer regions in a second-conductivity-type well.
【0010】第1導電型半導体基板に、第2導電型のウ
ェルを形成し、更にそのウェル表面近傍に第1導電型の
ソース、ドレイン拡散層が形成され、少なくともドレイ
ンの中央底部の一部分がウェル中に突き出し、その突き
出しの長さが制御されているような構造を有するMIS
型半導体装置に於て、 a)第1導電型の半導体基板に、第2導電型のウェルを
形成する工程と、 b)基板表面の第1導電型と第2導電型のウェルの間に
素子分離領域を形成する工程と、 c)第2導電型のウェル表面近傍に、第1導電型のソー
ス、ドレイン拡散層を形成する工程と、 e)基板表面にゲート電極を形成する工程と、 d)ドレイン拡散層の中央底部の一部分の拡散層を、制
御性よくウェル中に突き出す工程からなることを特徴と
する。A second conductivity type well is formed on a first conductivity type semiconductor substrate, and source and drain diffusion layers of the first conductivity type are formed in the vicinity of the well surface. At least a part of the central bottom portion of the drain is the well. A MIS having a structure in which the length of the protrusion is controlled to protrude inside
A) type semiconductor device, a) a step of forming a second conductivity type well in a first conductivity type semiconductor substrate, and b) an element between the first conductivity type well and the second conductivity type well on the substrate surface. A step of forming an isolation region, c) a step of forming a source / drain diffusion layer of a first conductivity type in the vicinity of a well surface of a second conductivity type, e) a step of forming a gate electrode on the surface of the substrate, d ) A step of projecting a part of the diffusion layer at the central bottom of the drain diffusion layer into the well with good controllability.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の実施例を図に従って説明す
る。尚、実施例としてあげる半導体装置の構造は、Nチ
ャンネルのトランジスタ、ゲート膜厚15nm、トラン
ジスタ構造はシングルドレイン構造、ドレインの不純物
濃度は5×1020cm-3、ウェルの深さは3μm、ウェ
ル濃度を5×1016cm-3、とする。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The structure of the semiconductor device as an example is an N-channel transistor, the gate film thickness is 15 nm, the transistor structure is a single drain structure, the drain impurity concentration is 5 × 10 20 cm −3 , the well depth is 3 μm, and the well is 3 μm. The concentration is set to 5 × 10 16 cm −3 .
【0012】図1(a)、(b)、(c)は本発明の半
導体装置の実施例の断面図である。100はゲート電
極、101はN型のドレイン拡散層(以下、ドレイ
ン)、102はN型のソース拡散層(以下、ソース)、
103は素子分離領域、104はP型のウェル領域、1
05はN型のシリコン基板、106はN型のウェル領域
である。1 (a), 1 (b) and 1 (c) are sectional views of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 100 is a gate electrode, 101 is an N type drain diffusion layer (hereinafter, drain), 102 is an N type source diffusion layer (hereinafter, source),
103 is an element isolation region, 104 is a P-type well region, 1
Reference numeral 05 is an N-type silicon substrate, and 106 is an N-type well region.
【0013】図1(a)は本発明の第1の実施例であ
る。107は本発明によるウェルの深さが通常のウェル
の深さより浅くなっている領域であり、線分A−Bは、
シリコン基板表面からの深さをあらわしており、その深
さは1.5μm程度である。また線分C−Dは通常のウ
ェルの深さを表わしており、その深さは3μmである。
本構造によれば、静電気などの高電圧が印加された場
合、N型のドレインからP型ウェルの深さ方向に広がる
空乏層が、印加の電圧に伴い深さ方向に広がりN型の基
板に到達し電荷を逃すことができる。その際、先の構造
の場合、印加電圧は7V程度で空乏層は基板に達する。
このため、ウェルの電位は高々7V程度に抑えられるた
め、ゲート絶縁酸化膜の破壊を免れることが可能にな
る。また、ウェルの深さA−Bを変化させることによ
り、電荷を逃がす電圧を所望の値に設定することができ
る。更に、従来の技術のように、ドレインと接する導電
型領域の不純物の濃度は増加させないので、接合容量は
変化せず、リーク電流量もまた増加しない。FIG. 1A shows a first embodiment of the present invention. Reference numeral 107 denotes a region in which the well depth according to the present invention is shallower than the normal well depth, and the line segment AB is
It represents the depth from the surface of the silicon substrate, and the depth is about 1.5 μm. The line segment CD represents the depth of a normal well, and the depth is 3 μm.
According to this structure, when a high voltage such as static electricity is applied, the depletion layer spreading from the N-type drain in the depth direction of the P-type well spreads in the depth direction with the applied voltage and spreads on the N-type substrate. It can reach and escape the charge. At that time, in the case of the above structure, the applied voltage reaches about 7 V and the depletion layer reaches the substrate.
Therefore, the potential of the well can be suppressed to about 7 V at most, so that the breakdown of the gate insulating oxide film can be avoided. Further, by changing the depth A-B of the well, it is possible to set the voltage for releasing the charges to a desired value. Further, unlike the conventional technique, since the concentration of impurities in the conductivity type region in contact with the drain is not increased, the junction capacitance does not change and the leak current amount does not increase either.
【0014】図1(b)は本発明の第2の実施例であ
る。108は本発明によるN型ドレイン中央底部の一部
分が、P型のウェル中に突き出ている領域であり、線分
E−Fは、突き出したドレインの基板表面からの深さで
ある。なお、その深さは本実施例のような構造の場合、
2μm程度に制御されている。本構造によれば、静電気
による高電圧の印加の際、突き出したドレインから広が
る空乏層がN型基板に到達し電荷を逃がすことにより、
ゲート絶縁酸化膜は保護される。FIG. 1B shows a second embodiment of the present invention. Reference numeral 108 denotes a region in which a part of the central bottom of the N-type drain according to the present invention projects into the P-type well, and line segment EF is the depth of the projecting drain from the substrate surface. In the case of the structure of this embodiment, the depth is
It is controlled to about 2 μm. According to this structure, when a high voltage is applied by static electricity, the depletion layer spreading from the protruding drain reaches the N-type substrate and allows the charge to escape,
The gate insulating oxide film is protected.
【0015】図1(c)は本発明の第3の実施例であ
る。109は本発明によるドレイン中央底部の一部分の
ウェル濃度が通常のウェル濃度より低くなっていて、本
実施例のような構造の場合、そのP型不純物濃度は3×
1015cm-3程度に制御されている。本構造によれば、
ドレインから広がる空乏層は従来の濃度のウェルの場合
より深くひろがり、7V程度でその空乏層は基板に達
し、ゲート絶縁酸化膜は保護され、また、部分的である
が、P型ウェルをの低濃度化するため、接合容量を減ず
ることができる。また、接合リークも増加しない。FIG. 1C shows the third embodiment of the present invention. Reference numeral 109 indicates that the well concentration of a part of the drain central bottom portion according to the present invention is lower than the normal well concentration, and in the case of the structure of this embodiment, the P-type impurity concentration is 3 ×.
It is controlled to about 10 15 cm -3 . According to this structure,
The depletion layer extending from the drain spreads deeper than in the case of a well having a conventional concentration, the depletion layer reaches the substrate at about 7 V, the gate insulating oxide film is protected, and a partial but low P-type well is formed. Since the concentration is increased, the junction capacitance can be reduced. Also, the junction leak does not increase.
【0016】図2(a)〜(e)に先に示した第1の実
施例の主要工程の断面図を示し本発明の半導体装置の製
造方法について詳細に説明する。まず、N型の基板中に
マスクを用いてN型の不純物イオンと、P型の不純物イ
オン注入を行う。この時、N型の不純物イオン注入の一
例として、硼素を60KeV程度で5×1012cm-2〜
1.5×1013cm-2程度で、またP型不純物の例とし
て、燐を120KeV程度で5×1012cm-2〜1.5
×1013cm-2程度で注入する。その後、高温1000
℃から1200℃程度で、3時間〜6時間程度熱拡散さ
せPウェル領域204及び、Nウェル領域206を図2
(a)のように形成する。ウェルの深さは3μm程度に
なる。次に、基板表面に15nm〜50nm程度の熱酸
化膜を形成し、それを下地に100nm〜300nm程
度のシリコン窒化膜を形成し、ホトリソグラフィー技術
とエッチング技術によりシリコン窒化膜210を加工す
る。反転素子層形成のため不純物イオン注入が必要であ
れば、この工程などで注入を行う。次にシリコン窒化膜
210をマスクに基板表面に熱酸化膜を形成し素子分離
領域LOCOS203を形成し、熱リン酸によりシリコ
ン窒化膜を除去する。ただし、本実施例では素子分離と
して、LOCOS分離を用いたが、その他素子分離でも
問題ない。次に、洗浄と熱酸化を繰り返して15nmの
ゲート絶縁酸化膜を形成する。次に、しきい値電圧調整
のために不純物イオンを注入などを行い、化学気相成長
法などにより、例えば300nm程度のN型多結晶シリ
コン膜を300nm程度形成する。次に、ホトリソグラ
フィー技術とエッチング技術によりゲート電極200に
加工し、図2(c)のようになる。次に、素子分離LO
COS203とゲート電極200を自己整合的にマスク
にして、N型不純物イオンを、例えば、燐を50KeV
程度で注入しドレイン、ソースを形成する。すると、ソ
ース、ドレインの不純物濃度は5×1020cm-3程度に
なる。次に、ホトレジスト211を3μm程度以上塗布
したのち、ホトリソグラフィー技術とエッチング技術に
よりドレインの部分がホトレジストの窓になるように加
工する。次に、N型不純物、例えば硼素を5〜6MeV
程度で注入し、P型のウェルのN型基板近傍207の濃
度を1014〜1015atoms/cm3程度にする。こ
のようにして、N型半導体基板に、P型のウェルを形成
し、更に、そのウェル中かつ基板表面にN型のドレイ
ン、ソースを形成し、少なくともドレインの下部のウェ
ルの深さが、ドレイン以外の領域のウェルの深さより浅
く制御されているような構造を有する本発明の実施例1
の半導体装置を得る。2 (a) to 2 (e) are sectional views showing the main steps of the first embodiment shown above, and the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail. First, N-type impurity ions and P-type impurity ions are implanted into an N-type substrate using a mask. At this time, as an example of N-type impurity ion implantation, boron is added at about 5 × 10 12 cm −2 at 60 KeV.
1.5 × 10 13 cm −2 , and as an example of P-type impurities, phosphorus is 5 × 10 12 cm −2 to 1.5 at 120 KeV.
Implant at about 10 13 cm -2 . Then high temperature 1000
As shown in FIG. 2, the P-well region 204 and the N-well region 206 are thermally diffused at about 3 to 6 hours at a temperature of about 1.degree.
It is formed as shown in FIG. The depth of the well is about 3 μm. Next, a thermal oxide film having a thickness of about 15 nm to 50 nm is formed on the surface of the substrate, a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm to 300 nm is formed on the substrate, and the silicon nitride film 210 is processed by the photolithography technique and the etching technique. If impurity ion implantation is necessary for forming the inversion element layer, the implantation is performed in this step or the like. Next, a thermal oxide film is formed on the substrate surface using the silicon nitride film 210 as a mask to form an element isolation region LOCOS 203, and the silicon nitride film is removed by hot phosphoric acid. However, in the present embodiment, LOCOS isolation was used as element isolation, but other element isolation does not cause any problem. Next, cleaning and thermal oxidation are repeated to form a gate insulating oxide film having a thickness of 15 nm. Next, impurity ions are implanted to adjust the threshold voltage, and an N-type polycrystalline silicon film of about 300 nm is formed to about 300 nm by chemical vapor deposition or the like. Next, the gate electrode 200 is processed by a photolithography technique and an etching technique to obtain a structure shown in FIG. Next, element isolation LO
The COS 203 and the gate electrode 200 are used as a mask in a self-aligned manner, and N-type impurity ions, for example, phosphorus are added at 50 KeV.
Drain and source are formed by implantation. Then, the impurity concentration of the source and drain becomes about 5 × 10 20 cm −3 . Next, after applying a photoresist 211 of about 3 μm or more, it is processed by a photolithography technique and an etching technique so that the drain portion becomes a window of the photoresist. Next, an N-type impurity such as boron is added at 5 to 6 MeV.
To about 10 14 to 10 15 atoms / cm 3 in the P type well near the N type substrate 207. In this way, a P-type well is formed on the N-type semiconductor substrate, and an N-type drain and source are formed in the well and on the substrate surface. At least the depth of the well below the drain is equal to the drain. Embodiment 1 of the present invention having a structure in which it is controlled to be shallower than the depth of the well in the region other than
To obtain a semiconductor device.
【0017】図3(a)〜(e)は第1の実施例の主要
工程の断面図を示し、本発明の半導体装置の製造方法に
ついて詳細に説明する。まず、シリコン基板305の一
部分に、ホトレジストを塗布し、ホトリソグラフィー技
術とエッチング技術により、図3(a)のようにホトレ
ジストを加工し、ホトレジストをマスクにして、N型不
純物を注入307し、その不純物濃度が5×1016at
oms/cm3程度になるようにする。次に、硫酸等に
よりホトレジストを剥離したのち、シリコン基板表面に
単結晶シリコン310をエピタキシャル成長により2.
5μm程度成長させる。次に、基板にN型の不純物イオ
ンと、P型の不純物イオン注入を行う。この時、N型の
不純物イオン注入の一例として、硼素を60KeV程度
で5×1012cm-2〜1.5×1013cm-2程度で、ま
たP型不純物の例として、燐を120KeV程度で5×
1012cm-2〜1.5×1013cm-2程度で注入する。
その後、高温1000℃から1200℃程度で、3時間
〜6時間程度熱拡散させPウェル領域304及び、Nウ
ェル領域306を図2(a)のように形成する。する
と、ウェルの深さは3μm程度になる。次に、基板表面
に15nm〜50nm程度の熱酸化膜を形成し、それを
下地に100nm〜300nm程度のシリコン窒化膜を
形成し、ホトリソグラフィー技術とエッチング技術によ
りシリコン窒化膜311を図3(c)のように加工す
る。反転素子層形成のため不純物イオン注入が必要であ
れば、この工程などで注入を行う。次にシリコン窒化膜
311をマスクに基板表面に熱酸化膜を形成し素子分離
領域LOCOS303を形成し、熱リン酸によりシリコ
ン窒化膜を除去する。その後、洗浄と熱酸化を繰り返し
て15nmのゲート絶縁酸化膜を形成する。次に、しき
い値電圧調整のために不純物イオンを注入などを行い、
化学気相成長法などにより、例えば300nm程度のN
型多結晶シリコン膜を300nm程度形成する。次に、
ホトリソグラフィー技術とエッチング技術によりゲート
電極300を形成する。次に、素子分離LOCOS30
3とゲート電極300を自己整合的にマスクにして、N
型不純物イオンを、例えば、燐を50KeV程度で注入
しドレイン、ソースを形成する。すると、ソース、ドレ
インの不純物濃度は5×1020cm-3程度になる。ただ
し、素子分離領域、ゲート電極、ドレイン、ソースを形
成する際、単結晶シリコンを成長させる前に行なった、
不純物イオン注入を行なった部分の上部に少なくともド
レインが形成されるように注意する必要がある。本実施
例では、ドレインの下部と単結晶シリコン成長前に不純
物イオンを注入した領域は一致している。このようにし
て、本発明の第1の実施例の半導体装置を得ることがで
きた。FIGS. 3A to 3E are sectional views showing the main steps of the first embodiment, and the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail. First, a photoresist is applied to a part of the silicon substrate 305, the photoresist is processed by a photolithography technique and an etching technique as shown in FIG. 3A, and N-type impurities are implanted 307 using the photoresist as a mask. Impurity concentration is 5 × 10 16 at
It should be about oms / cm 3 . Next, after removing the photoresist with sulfuric acid or the like, single crystal silicon 310 is epitaxially grown on the surface of the silicon substrate by 2.
Grow about 5 μm. Next, N-type impurity ions and P-type impurity ions are implanted into the substrate. At this time, as an example of N-type impurity ion implantation, boron is about 5 × 10 12 cm −2 to 1.5 × 10 13 cm −2 at about 60 KeV, and phosphorus is about 120 KeV as an example of P-type impurity. 5x
Implantation is performed at about 10 12 cm -2 to 1.5 × 10 13 cm -2 .
Then, the P well region 304 and the N well region 306 are formed by thermal diffusion at a high temperature of about 1000 ° C. to 1200 ° C. for about 3 to 6 hours as shown in FIG. Then, the depth of the well becomes about 3 μm. Next, a thermal oxide film having a thickness of about 15 nm to 50 nm is formed on the surface of the substrate, a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm to 300 nm is formed on the base, and a silicon nitride film 311 is formed by photolithography and etching as shown in FIG. ). If impurity ion implantation is necessary for forming the inversion element layer, the implantation is performed in this step or the like. Next, a thermal oxide film is formed on the substrate surface using the silicon nitride film 311 as a mask to form an element isolation region LOCOS 303, and the silicon nitride film is removed by hot phosphoric acid. Then, cleaning and thermal oxidation are repeated to form a gate insulating oxide film having a thickness of 15 nm. Next, impurity ions are implanted to adjust the threshold voltage,
By chemical vapor deposition, for example, N of about 300 nm
A polycrystalline silicon film of about 300 nm is formed. next,
The gate electrode 300 is formed by the photolithography technique and the etching technique. Next, element isolation LOCOS 30
3 and the gate electrode 300 are used as a mask in a self-aligning manner, and N
A type impurity ion, for example, phosphorus is implanted at about 50 KeV to form a drain and a source. Then, the impurity concentration of the source and drain becomes about 5 × 10 20 cm −3 . However, when forming the element isolation region, the gate electrode, the drain, and the source, it was performed before growing the single crystal silicon,
It is necessary to take care so that at least the drain is formed on the portion where the impurity ion implantation is performed. In this embodiment, the lower part of the drain and the region into which the impurity ions are implanted before the growth of the single crystal silicon coincides with each other. In this way, the semiconductor device of the first embodiment of the present invention could be obtained.
【0018】図4(a)〜(e)に先に示した第2の実
施例の主要工程の断面図を示し本発明の半導体装置の製
造方法の一実施例について説明する。図4(a)〜
(d)の工程で、先の図2(a)〜(d)で説明したの
と同様に、N型基板にP型及びN型のウェル、素子分離
領域、ゲート絶縁酸化膜、ゲート電極、N型のドレイ
ン、ソースを形成する。しかる後に、例えば、ホトレジ
スト塗布を行い、ホトリソグラフィーとエッチング技術
の工程を経て、410のようにホトレジストに、例え
ば、0.5μm〜0.8μm程度の穴を加工する。尚、
この時ホトレジストによらず、化学気相成長法等によ
り、シリコン基板と配線との絶縁層間膜を形成し、その
後に形成されるコンタクトの穴でもよい。しかる後に、
上記のホトレジスト、または、絶縁層間膜をマスクし
て、N型の不純物イオンを注入する。このとき、不純物
イオンが砒素であれば、注入エネルギーを300KeV
〜500KeVステップで3MeV〜4MeV程度ま
で、1015〜1016atoms/cm2で注入し、本発
明の第2の実施例で示したN型ドレイン中央底部の一部
分が、P型のウェル中に突き出ている領域を、図4
(e)の407のように得ることができた。An embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4E which are sectional views showing the main steps of the second embodiment shown above. 4 (a)-
In the step (d), as in the case described in FIGS. 2A to 2D, P-type and N-type wells, element isolation regions, gate insulating oxide films, gate electrodes, An N type drain and source are formed. Thereafter, for example, photoresist is applied, and through the steps of photolithography and etching technique, a hole of, for example, about 0.5 μm to 0.8 μm is formed in the photoresist like 410. still,
At this time, an insulating interlayer film between the silicon substrate and the wiring may be formed by a chemical vapor deposition method or the like without using a photoresist, and a contact hole may be formed thereafter. After that,
N-type impurity ions are implanted by masking the photoresist or the insulating interlayer film. At this time, if the impurity ions are arsenic, the implantation energy is 300 KeV.
Injecting at 10 15 to 10 16 atoms / cm 2 up to about 3 MeV to 4 MeV in a step of ˜500 KeV, a part of the central bottom of the N type drain shown in the second embodiment of the present invention is projected into the P type well. Figure 4
It was able to be obtained like 407 of (e).
【0019】[0019]
【発明の効果】本発明による構造をもつ半導体装置装置
によれば、高電圧印加の際の電荷を逃がすことができ、
そのため、信頼性の高い半導体集積回路を得ることがで
きる。その上、高電圧印加の際の電荷を逃がす電圧も任
意に設定することができるので、従来技術に比較して、
ゲート絶縁膜や素子の能力のマージンを大きくとること
が容易になる。同時に、素子の微細化、高集積化を容易
にする。そればかりか、従来、接合のブレーク耐圧を下
げる一方で、接合容量や接合リーク電流が増加して、回
路の高速化や信頼性の確保の妨げになっていたが、本構
造によれば、接合容量や接合リーク電流量は増加しない
ため、高速化や信頼性のマージンへは影響を及ぼさな
い。また、高エネルギーイオン注入、エピタキシャル成
長、従来の技術により、上記のような構造をもつ半導体
装置の製造の実現が可能となる。According to the semiconductor device having the structure of the present invention, it is possible to release the electric charges when a high voltage is applied,
Therefore, a highly reliable semiconductor integrated circuit can be obtained. In addition, since the voltage for releasing the charge when applying a high voltage can be set arbitrarily, compared to the conventional technology,
It becomes easy to secure a large margin of capability of the gate insulating film and the element. At the same time, it facilitates miniaturization and high integration of the device. Not only that, conventionally, while the breakdown voltage of the junction is lowered, the junction capacitance and the junction leakage current are increased, which hinders the speeding up and reliability of the circuit. Since the capacity and the amount of junction leakage current do not increase, there is no influence on the speedup and the margin of reliability. In addition, high-energy ion implantation, epitaxial growth, and conventional techniques make it possible to manufacture a semiconductor device having the above structure.
【図1】本発明の半導体装置の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device of the present invention.
【図2】本発明の半導体装置の主要工程の断面図。2A to 2C are cross-sectional views of main steps of a semiconductor device of the present invention.
【図3】本発明の半導体装置の主要工程の断面図。3A to 3C are cross-sectional views of main steps of a semiconductor device of the present invention.
【図4】本発明の半導体装置の主要工程の断面図。4A to 4C are cross-sectional views of main steps of a semiconductor device of the present invention.
【図5】従来の半導体装置の断面図。FIG. 5 is a sectional view of a conventional semiconductor device.
ゲート電極 100、200、30
0、400、500 ドレイン領域 101、201、30
1、401、501 ソース領域 102、202、30
2、402、502 素子分離領域 103、203、30
3、403、503 第2導電型のウェル領域 104、204、30
4、404、504 第1導電型のSi基板 105、205、30
5、405、505 第1導電型のウェル領域 106、206、30
6、406、506 ウェルの深さが、浅くされた第1導電型ウェル領域
107、207 ウェル中に伸びた第1導電型ドレイン領域
108、307 第2導電型のウェル中で濃度が低くなっている部分
109、407 シリコン窒化膜 211、311、41
1 ホトレジスト 212、412Gate electrode 100, 200, 30
0, 400, 500 drain regions 101, 201, 30
1, 401, 501 Source region 102, 202, 30
2, 402, 502 Element isolation regions 103, 203, 30
3, 403, 503 Second conductivity type well region 104, 204, 30
4, 404, 504 First conductivity type Si substrate 105, 205, 30
5, 405, 505 First conductivity type well regions 106, 206, 30
6, 406, 506 Well region with first well of shallow well depth
107, 207 drain region of the first conductivity type extending into the well
108, 307 Area where concentration is low in the second conductivity type well
109, 407 Silicon nitride film 211, 311, 41
1 photoresist 212, 412
Claims (6)
ェルを形成し、更に、そのウェル中かつ基板表面に第1
導電型のドレイン、ソースを形成してできるMIS型半
導体装置に於て、少なくともドレインの下部のウェルの
深さが、ドレイン以外の領域のウェルの深さより浅く制
御されているような構造を有することを特徴とする半導
体装置。1. A second-conductivity-type well is formed in a first-conductivity-type semiconductor substrate, and a first-type well is formed in the well and on the substrate surface.
In a MIS type semiconductor device formed by forming a conductive type drain and source, at least the depth of the well under the drain is controlled to be shallower than the depth of the well in regions other than the drain. A semiconductor device characterized by:
ェルを形成し、更にそのウェル中かつ基板表面に第1導
電型のドレイン、ソースを形成してできるMIS型半導
体装置に於て、少なくともドレインの中央底部がウェル
中に突き出し、その突き出しの長さが制御されているよ
うな構造を有することを特徴とする半導体装置。2. A MIS type semiconductor device in which a well of the second conductivity type is formed in a semiconductor substrate of the first conductivity type, and a drain and a source of the first conductivity type are formed in the well and on the surface of the substrate. And a semiconductor device having a structure in which at least the central bottom portion of the drain projects into the well and the length of the projection is controlled.
ェルを形成し、更にそのウェル中かつ基板表面に第1導
電型のドレイン、ソースを形成してできるMIS型半導
体装置に於て、少なくともドレイン底中央一部の下部
に、低濃度に制御されたのウェル領域が、ドレイン底部
より基板へ達しているか、もしくは、深さ方向に対して
殆どの領域を占めているような構造を有することを特徴
とする半導体装置。3. A MIS type semiconductor device in which a well of the second conductivity type is formed on a semiconductor substrate of the first conductivity type, and a drain and a source of the first conductivity type are formed in the well and on the surface of the substrate. And a well region controlled to have a low concentration reaches the substrate from the drain bottom or occupies most of the region in the depth direction at least under a part of the center of the drain bottom. A semiconductor device comprising:
ェルを形成し、更に、そのウェル中かつ基板表面に第1
導電型のドレイン、ソースを形成し、少なくともドレイ
ンの下部のウェルの深さが、ドレイン以外の領域のウェ
ルの深さより浅く制御されているような構造を有するM
IS型半導体装置に於て、 a)第1導電型半導体基板に第2導電型のウェルを形成
する工程と、 b)基板表面の第2導電型と第1導電型のウェルの間に
素子分離領域を形成する工程と、 c)第2導電型のウェル表面に第1導電型のソース、ド
レイン拡散層を形成する工程と、 d)基板表面にゲート電極を形成する工程と、 e)高エネルギーのイオン注入により、少なくともドレ
インの下部のウェルの深さを所望の深さに調整する工程
からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。4. A second-conductivity-type well is formed in a first-conductivity-type semiconductor substrate, and the first-conductivity well is formed on the substrate surface in the well.
A conductive type drain and source are formed, and at least the depth of the well under the drain is controlled to be shallower than the depth of the well in the region other than the drain.
In the IS type semiconductor device, a) a step of forming a second conductivity type well in the first conductivity type semiconductor substrate, and b) element isolation between the second conductivity type well and the first conductivity type well on the substrate surface. A step of forming a region, c) a step of forming a source / drain diffusion layer of a first conductivity type on the surface of a second conductivity type well, d) a step of forming a gate electrode on the surface of the substrate, and e) high energy. 2. The method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of adjusting the depth of at least the well below the drain to a desired depth by the ion implantation of.
ェルを形成し、更に、そのウェル中かつ基板表面に第1
導電型のドレイン、ソースを形成し、少なくともドレイ
ンの下部のウェルの深さが、ドレイン以外の領域のウェ
ルの深さより浅く制御されているような構造を有するM
IS型半導体装置に於て、 a)第1導電型半導体基板の一部分に、第1導電型の不
純物イオンを注入する工程と、 b)その基板上にシリコン単結晶をエピタキシャル成長
により形成する工程と、 c)第2導電型及び、第1導電型のウェルを形成する工
程と、 d)基板表面の第1導電型と第2導電型のウェルの間に
素子分離領域を形成する工程と、 e)第2導電型のウェル中に、第1導電型のソース、ド
レイン拡散層領域を形成する工程からなることを特徴と
する半導体装置の製造方法。5. A second conductivity type well is formed in a first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type well is formed in the well and on the substrate surface.
A conductive type drain and source are formed, and at least the depth of the well under the drain is controlled to be shallower than the depth of the well in the region other than the drain.
In the IS type semiconductor device, a) a step of implanting a first conductivity type impurity ion into a part of the first conductivity type semiconductor substrate, and b) a step of epitaxially growing a silicon single crystal on the substrate, c) a step of forming wells of the second conductivity type and the first conductivity type, d) a step of forming an element isolation region between the wells of the first conductivity type and the second conductivity type on the surface of the substrate, and e) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming first-conductivity-type source / drain diffusion layer regions in a second-conductivity-type well.
ェルを形成し、更にそのウェル表面近傍に第1導電型の
ソース、ドレイン拡散層が形成され、少なくともドレイ
ンの中央底部の一部分がウェル中に突き出し、その突き
出しの長さが制御されているような構造を有するMIS
型半導体装置に於て、 a)第1導電型の半導体基板に、第2導電型のウェルを
形成する工程と、 b)基板表面の第1導電型と第2導電型のウェルの間に
素子分離領域を形成する工程と、 c)第2導電型のウェル表面近傍に、第1導電型のソー
ス、ドレイン拡散層を形成する工程と、 e)基板表面にゲート電極を形成する工程と、 d)ドレイン拡散層の中央底部の一部分の拡散層を、制
御性よくウェル中に突き出す工程からなることを特徴と
する半導体装置の製造方法。6. A second-conductivity-type well is formed on a first-conductivity-type semiconductor substrate, and a source-drain diffusion layer of the first-conductivity type is formed in the vicinity of the well surface, and at least a part of the central bottom of the drain is formed. MIS having a structure in which the protrusion protrudes into the well and the length of the protrusion is controlled.
A) type semiconductor device, a) a step of forming a second conductivity type well in a first conductivity type semiconductor substrate, and b) an element between the first conductivity type well and the second conductivity type well on the substrate surface. A step of forming an isolation region, c) a step of forming a source / drain diffusion layer of a first conductivity type in the vicinity of a well surface of a second conductivity type, e) a step of forming a gate electrode on the surface of the substrate, d ) A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises the step of protruding a part of the diffusion layer at the central bottom of the drain diffusion layer into the well with good controllability.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8220193A JPH06296019A (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8220193A JPH06296019A (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06296019A true JPH06296019A (en) | 1994-10-21 |
Family
ID=13767820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8220193A Pending JPH06296019A (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06296019A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004031804A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1993
- 1993-04-08 JP JP8220193A patent/JPH06296019A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004031804A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP4677166B2 (en) * | 2002-06-27 | 2011-04-27 | 三洋電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6518623B1 (en) | Semiconductor device having a buried-channel MOS structure | |
US4435895A (en) | Process for forming complementary integrated circuit devices | |
US4422885A (en) | Polysilicon-doped-first CMOS process | |
US4078947A (en) | Method for forming a narrow channel length MOS field effect transistor | |
JP2965783B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7268394B2 (en) | JFET structure for integrated circuit and fabrication method | |
US4416050A (en) | Method of fabrication of dielectrically isolated CMOS devices | |
KR100324931B1 (en) | Method of Fabricating a Twin Well CMOS Device | |
US4462151A (en) | Method of making high density complementary transistors | |
KR0139773B1 (en) | Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same | |
US6251744B1 (en) | Implant method to improve characteristics of high voltage isolation and high voltage breakdown | |
US5612244A (en) | Insulated gate semiconductor device having a cavity under a portion of a gate structure and method of manufacture | |
US4001050A (en) | Method of fabricating an isolated p-n junction | |
KR100281397B1 (en) | A method of forming an ultra-thin soi electrostatic discharge protection device | |
JPS5932163A (en) | CMOS integrated circuit | |
JP5560124B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH06296019A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH05235346A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
EP0281032B1 (en) | Semiconductor device comprising a field effect transistor | |
US6337252B1 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
KR100273132B1 (en) | The fabrication method of power ic device with reverse well structure | |
JP3175873B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPH06112481A (en) | Manufacture of mos transistor | |
JP2953915B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same | |
JP3057692B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device |