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JP5700649B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP5700649B2 JP2011012229A JP2011012229A JP5700649B2 JP 5700649 B2 JP5700649 B2 JP 5700649B2 JP 2011012229 A JP2011012229 A JP 2011012229A JP 2011012229 A JP2011012229 A JP 2011012229A JP 5700649 B2 JP5700649 B2 JP 5700649B2
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に高耐圧のDMOSトランジスタに係る半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semi-conductor device, in particular a method of manufacturing a semi-conductor device engaging Ru on DMOS transistor having a high breakdown voltage.

現在、高耐圧のMOSトランジスタとして、DMOS(Double-Diffused MOS)トランジスタがある。高耐圧のDMOSトランジスタは、半導体集積回路において電力を供給する電源等に用いられている。DMOSトランジスタの従来技術としては、特許文献1が挙げられる。図13は、特許文献1に記載されているDMOSトランジスタを説明するための図であって、図13(a)はDMOSトランジスタの上面図、図13(b)は図13(a)中に示した線分A−A’に沿う断面図である。   Currently, there is a DMOS (Double-Diffused MOS) transistor as a high breakdown voltage MOS transistor. A high breakdown voltage DMOS transistor is used as a power source for supplying power in a semiconductor integrated circuit. Patent document 1 is mentioned as a prior art of a DMOS transistor. 13A and 13B are diagrams for explaining the DMOS transistor described in Patent Document 1. FIG. 13A is a top view of the DMOS transistor, and FIG. 13B is shown in FIG. It is sectional drawing in alignment with line segment AA '.

図13(a)、(b)に示したように、特許文献1に記載されたDMOSトランジスタは、N型ウェル(NW)内に形成されたP型ボディ2、ドレインとして機能するN+層(以下、ドレインと記す)4を備えている。P型ボディ2内には、ソースとして機能するN+層(以下、ソースと記す)8と、P型ボディ2の取り出し領域となるP+層(以下、取り出し領域と記す)7とが形成されている。 As shown in FIGS. 13A and 13B, the DMOS transistor described in Patent Document 1 includes a P-type body 2 formed in an N-type well (NW), and an N + layer functioning as a drain ( (Hereinafter referred to as a drain) 4. In the P-type body 2, an N + layer (hereinafter referred to as a source) 8 functioning as a source and a P + layer (hereinafter referred to as a take-out region) 7 serving as a take-out region of the P-type body 2 are formed. ing.

そして、P型ボディ2とソース8の一部の上にゲート3が設けられていて、ゲート3に電圧が印加されることによってゲート3下のP型ボディ2にチャネルが形成される。チャネルの形成により、DMOSトランジスタがオンしてソース8、ドレイン4間に電流が流れるようになる。なお、ドレイン4上には図示しない絶縁層を介してコンタクトホール6cが、ソース8上にはコンタクトホール6aが設けられている。取り出し領域7上にはコンタクトホール6bが設けられている。   A gate 3 is provided on part of the P-type body 2 and the source 8, and when a voltage is applied to the gate 3, a channel is formed in the P-type body 2 below the gate 3. By forming the channel, the DMOS transistor is turned on and a current flows between the source 8 and the drain 4. A contact hole 6 c is provided on the drain 4 via an insulating layer (not shown), and a contact hole 6 a is provided on the source 8. A contact hole 6 b is provided on the extraction region 7.

ところで、半導体装置には、一般的にさらなる占有面積の縮小が要求されていて、図13に示したDMOSトランジスタにも、いっそうの小型化が要求されている。小型化の要求に応えるため、図13(a)中に示したセルピッチP1を短くするための発明が、特許文献2に記載されている。
図14は、特許文献2に記載されたDMOSトランジスタを説明するための図であって、図14(a)は上面図、図14(b)は図14(a)中に示した線分B−B’に沿う断面図、図14(c)は図14(a)中に示した線分C−C’に沿う断面図である。なお、図14中の図13に示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
Incidentally, the semiconductor device is generally required to further reduce the occupied area, and the DMOS transistor shown in FIG. 13 is required to be further downsized. In order to meet the demand for miniaturization, Patent Document 2 discloses an invention for shortening the cell pitch P1 shown in FIG.
14A and 14B are diagrams for explaining the DMOS transistor described in Patent Document 2. FIG. 14A is a top view, and FIG. 14B is a line segment B shown in FIG. FIG. 14C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ shown in FIG. 14A. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to the structure shown in FIG. 13 in FIG. 14, and the description is partially abbreviate | omitted.

図14に示したDMOSトランジスタは、図13に示したソースと取り出し領域7とを図中縦方向に配置するものである。図14中、符号70で示した部材は取り出し領域(取り出し領域70)、符号80を付して示した部材はソース(ソース80)を示している。なお、取り出し領域70、ソース80を含む全体を、不純物層90と記す。このような図14に示したDMOSトランジスタによれば、図13に示したセルピッチP1をより短いセルピッチP2にすることができる。具体的には、引用文献1のDMOSトランジスタのセルピッチP1が3.8μmなのに対し、特許文献2のDMOSトランジスタのセルピッチP2は3.0μmであり、引用文献2の発明はセルピッチ21%の短縮を実現している。 In the DMOS transistor shown in FIG. 14, the source 8 and the extraction region 7 shown in FIG. 13 are arranged in the vertical direction in the figure. In FIG. 14, a member denoted by reference numeral 70 indicates a take-out area (take-out area 70), and a member indicated by reference numeral 80 indicates a source (source 80). The whole including the extraction region 70 and the source 80 is referred to as an impurity layer 90. According to the DMOS transistor shown in FIG. 14, the cell pitch P1 shown in FIG. 13 can be set to a shorter cell pitch P2. Specifically, the cell pitch P1 of the DMOS transistor of the cited document 1 is 3.8 μm, whereas the cell pitch P2 of the DMOS transistor of the patent document 2 is 3.0 μm, and the invention of the cited document 2 realizes a cell pitch reduction of 21%. doing.

特開平11−354793号公報JP 11-354793 A 特開2007−250780号公報JP 2007-250780 A

しかしながら、特許文献2のDMOSトランジスタは、DMOSトランジスタのオン抵抗が高くなるという欠点がある。以下、この理由について説明する。
図15は、特許文献2のDMOSトランジスタのオン抵抗が高くなることを説明する模式的な図である。図14に示したゲート3に電圧が印加され、ゲート3下にチャネルが形成されると、図15に示したように、ソース80からドレイン4に向かって電子が流れ、ドレイン4からソース80へ電流Idが流れる。しかし、図14に示したDMOSトランジスタでは、取り出し領域70にチャネルが形成されないため、取り出し領域70、ドレイン4間では電流Idは発生しない。このような現象は、図13に示した従来技術に比べて実質的にソース領域が減少したように作用する。
However, the DMOS transistor of Patent Document 2 has a drawback that the on-resistance of the DMOS transistor is increased. Hereinafter, this reason will be described.
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining that the on-resistance of the DMOS transistor of Patent Document 2 is increased. When a voltage is applied to the gate 3 shown in FIG. 14 and a channel is formed under the gate 3, electrons flow from the source 80 toward the drain 4 as shown in FIG. A current Id flows. However, in the DMOS transistor shown in FIG. 14, since no channel is formed in the extraction region 70, no current Id is generated between the extraction region 70 and the drain 4. Such a phenomenon acts as if the source region is substantially reduced as compared with the prior art shown in FIG.

図16は、電流IdとDMOSトランジスタのオン抵抗との関係を説明するための模式的な図である。図16に示した直線qは、図13に示したDMOSトランジスタのゲート3に5Vの電圧を印加した場合、DMOSトランジスタのソース8とドレイン4との間のId−Vd特性を示す。また、直線rは、図14に示したDMOSトランジスタのゲート3に5Vの電圧を印加した場合、DMOSトランジスタの図14に示した不純物層90とドレイン4との間のId−Vd特性を示す。
つまり、図14に示したDMOSトランジスタは、図15に示したように、取り出し領域70とドレイン4との間に電流Idが流れないことから、図13に示したDMOSトランジスタとソース・ドレイン間の電圧Vdが等しい場合、オン抵抗が大きくなって電流Idの量が少なくなる。
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the relationship between the current Id and the on-resistance of the DMOS transistor. A straight line q shown in FIG. 16 indicates the Id-Vd characteristic between the source 8 and the drain 4 of the DMOS transistor when a voltage of 5 V is applied to the gate 3 of the DMOS transistor shown in FIG. A straight line r indicates the Id-Vd characteristic between the impurity layer 90 and the drain 4 shown in FIG. 14 of the DMOS transistor when a voltage of 5 V is applied to the gate 3 of the DMOS transistor shown in FIG.
That is, in the DMOS transistor shown in FIG. 14, the current Id does not flow between the extraction region 70 and the drain 4 as shown in FIG. 15, so that the DMOS transistor shown in FIG. When the voltages Vd are equal, the on-resistance increases and the amount of current Id decreases.

一般に、MOSトランジスタが電流を流す能力は、トランジスタのオン抵抗値Ronとトランジスタ面積Aとの積(以下、Ron×Aと記す)によって表され、トランジスタのセルピッチが小さくなってトランジスタ面積Aが小さくなってもRonが高まってRon×Aが小さくならない場合には、トランジスタを小型化したメリットが得られないことになる。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであって、DMOSトランジスタのセルピッチを短縮しながらもオン抵抗値を高めることがない、小型でありながら電流を流す能力が高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
In general, the ability of a MOS transistor to flow current is represented by the product of the on-resistance value Ron of the transistor and the transistor area A (hereinafter referred to as Ron × A), and the cell pitch of the transistor is reduced and the transistor area A is reduced. However, if Ron increases and Ron × A does not decrease, the advantage of downsizing the transistor cannot be obtained.
The present invention was made in view of the above, there is no possibility to increase the also on-resistance while reducing the cell pitch of the DMOS transistor, the capacity high have semi conductor device to flow a current with a small An object is to provide a manufacturing method.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、第1の導電型を有する半導体層(例えば図4−1に示したN型ウェル202)表面に、ゲート誘電膜(例えば図4−2に示したゲート酸化膜101c)を介してゲートを形成するゲート形成工程(例えば、図4−2(e)に示した工程)と、前記ゲートをマスクにして不純物を注入し、前記ゲートをマスクにして不純物を注入し、第2の導電型のボディ不純物領域を形成するボディ形成工程(例えば、図4−2(f)に示した工程)と、前記ボディ形成工程において形成された前記ボディ不純物領域に前記ゲートをマスクにして不純物を注入し、前記ボディ不純物領域内に第1の導電型を有する低抵抗不純物領域を形成する低抵抗不純物領域形成工程(例えば、図4−2(f)に示した工程)と、前記低抵抗不純物領域形成工程の後、前記ゲートの周面にスペーサを形成するスペーサ形成工程(例えば、図4−2(g)に示した工程)と、前記低抵抗不純物領域内の所定の領域に不純物を注入して第1の導電型のソース領域及び第1の導電型のドレインを形成するソース領域形成工程(例えば、図5、図6に示した工程)と、前記ソース領域と隣接する前記低抵抗不純物領域内に不純物を注入し、前記第1の導電型の低抵抗不純物領域及び前記第1の導電型のソース領域によって周囲が囲まれ、前記ボディ不純物領域と電気的に接続する第2の導電型の不純物領域を形成する不純物領域形成工程と(例えば、図7に示した工程)と、を含み、前記ソース領域形成工程、前記不純物領域形成工程においては、前記スペーサをマスクにして不純物が注入されることを特徴とする。 In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the gate dielectric film (for example, shown in FIG. 4-2) is formed on the surface of the semiconductor layer having the first conductivity type (for example, the N-type well 202 shown in FIG. A gate forming step (for example, the step shown in FIG. 4E) of forming a gate through the gate oxide film 101c), an impurity is implanted using the gate as a mask, and an impurity is formed using the gate as a mask. Body forming step (for example, the step shown in FIG. 4-2 (f)) for forming a body impurity region of the second conductivity type, and the body impurity region formed in the body forming step in the body impurity region. A low-resistance impurity region forming step (for example, the step shown in FIG. 4-2 (f)) in which impurities are implanted using the gate as a mask to form a low-resistance impurity region having the first conductivity type in the body impurity region. ) and, before After the low-resistance impurity region forming step, a spacer forming step of forming a spacer on a peripheral surface of said gate (e.g., the step shown in FIG. 4-2 (g)) and, in a predetermined area of the low-resistance impurity region A source region forming step (for example, the steps shown in FIGS. 5 and 6) in which impurities are implanted to form a first conductivity type source region and a first conductivity type drain, and the source region adjacent to the source region. Impurities are implanted into the low-resistance impurity region, and the periphery is surrounded by the low-conductivity impurity region of the first conductivity type and the source region of the first conductivity type, and is electrically connected to the body impurity region. conductivity type and the impurity region forming step of forming an impurity region (e.g., the step shown in FIG. 7) viewed it contains a, a, the source region formation step, in the impurity region forming step is to the spacer as a mask impurities Characterized in that it is injected.

本発明の半導体装置によれば、ソース領域と不純物領域とが一方向に沿って交互に配置される構成となるため、DMOSトランジスタのセルピッチを短縮することができる。また、ソース領域は第2の導電型の不純物領域を含み、この第2の導電型の不純物領域は、第1の導電型のソース領域によって周囲が囲まれ、ボディ不純物領域と電気的に接続しているため、ドレインと低抵抗不純物領域との間に電流が流れ、チャネル領域の一部に電流が流れずにトランジスタのオン抵抗が高まることを防ぐことができる。このため、本発明の半導体装置は、DMOSトランジスタのセルピッチを短縮しながらもオン抵抗値を高めることがない、半導体装置を提供することができる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、DMOSトランジスタのセルピッチを短縮しながらもオン抵抗値を高めることがない、半導体装置の製造方法を提供することができる。また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、スペーサをマスクにして自己整合的にソース領域、不純物領域を形成することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, since the source region and the impurity region are alternately arranged along one direction, the cell pitch of the DMOS transistor can be shortened. The source region includes an impurity region of the second conductivity type, and the second conductivity type impurity region is surrounded by the first conductivity type source region and is electrically connected to the body impurity region. Therefore, current flows between the drain and the low-resistance impurity region, and current does not flow in part of the channel region, so that the on-resistance of the transistor can be prevented from increasing. Therefore, the semiconductor device of the present invention can provide a semiconductor device that does not increase the on-resistance value while shortening the cell pitch of the DMOS transistor.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that does not increase the on-resistance value while shortening the cell pitch of the DMOS transistor. Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the source region and the impurity region can be formed in a self-aligning manner using the spacer as a mask.

本発明の一実施形態の半導体装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the semiconductor device of one Embodiment of this invention. 図1に示した断面をより詳細に示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross section shown in FIG. 1 in detail. 本発明の一実施形態の半導体装置の構造による効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect by the structure of the semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図であって、図4−1に示した工程の後に行われる工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of one Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating the process performed after the process shown to FIGS. 4-1. 図4−2(g)に続いて実行される工程を、P+型不純物領域とN+型のソースとに分けて説明するための図である。FIG. 4D is a diagram for explaining a process performed subsequent to FIG. 4B by dividing the process into a P + -type impurity region and an N + -type source. 図5に続いて実行される半導体装置の製造工程を、N+型ソースについて説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a semiconductor device manufacturing process performed subsequent to FIG. 5 for an N + type source. 図5に続いて実行される半導体装置の製造工程を、P+型不純物領域について説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for describing a semiconductor device manufacturing process performed subsequent to FIG. 5 for a P + -type impurity region. 図7に示した半導体装置の製造工程中のN+型ソースの状態について説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a state of an N + type source during the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 7. 図7に続いて実行される半導体装置の製造工程を、P+型不純物領域について説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a semiconductor device manufacturing process performed subsequent to FIG. 7 for a P + -type impurity region. 図8に続いて実行される半導体装置の製造工程を、N+型ソースについて説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a semiconductor device manufacturing process performed subsequent to FIG. 8 for an N + type source; 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法における、配線を形成する工程をP+型不純物領域について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process of forming wiring in the manufacturing method of the semiconductor device of one Embodiment of this invention about a P + type impurity region. 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法における、配線を形成する工程をN+型ソースについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process of forming wiring in the manufacturing method of the semiconductor device of one Embodiment of this invention about N <+> type | mold source. 本発明の従来技術にあたる発明を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the invention equivalent to the prior art of this invention. 本発明の従来技術にあたる他の発明を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other invention which is the prior art of this invention. 従来技術の問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of a prior art. 従来技術の問題点を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the problem of a prior art.

以下、本発明の一実施形態の半導体装置及び、この半導体装置の製造方法について説明する。
(半導体装置)
図1(a)〜(c)は、本実施形態の半導体装置を説明するための図であって、図1(a)は本実施形態の半導体装置の上面図、図1(b)は図1(a)中に示した線分D−D’に沿う断面図、図1(c)は図1(a)中に示した線分E−E’に沿う断面図である。本実施形態の半導体装置は、P型基板のN−Well(図1中にNWと記す)に形成されたDMOSトランジスタとして構成されている。
Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the semiconductor device will be described.
(Semiconductor device)
1A to 1C are diagrams for explaining the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 1A is a top view of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line DD ′ shown in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line EE ′ shown in FIG. The semiconductor device of this embodiment is configured as a DMOS transistor formed on an N-well (denoted as NW in FIG. 1) of a P-type substrate.

図1(a)〜(c)に示すように、本実施形態の半導体装置は、N−Well内に形成されたP型のボディ不純物領域105と、このボディ不純物領域105及びN−Wellの上に形成されるゲート電極101と、ボディ不純物領域105であって、かつ2つのゲート101の間に形成されたソース102と、ゲート101のそれぞれの側方に設けられたN型のドレイン104と、を含んでいる。このようなレイアウトによれば、2つのゲート101の内側(間)にソース102が位置し、2つのゲート101の外側にそれぞれドレイン104が位置することになる。また、ソース102は一方向(図1の縦方向)に他方向よりも長く、ソース102の長手方向をソースの「長さ」と記す。また、ソース102の長さ方向に直交する方向をソース102の「幅」と記す。ボディ不純物領域105は、ソース102の幅方向からソース102の両側を挟み込むように形成される。   As shown in FIGS. 1A to 1C, the semiconductor device of this embodiment includes a P-type body impurity region 105 formed in an N-Well, and the body impurity region 105 and the N-Well. A source electrode 102 formed between the two gates 101, an N-type drain 104 provided on each side of the gate 101, Is included. According to such a layout, the source 102 is located inside (between) the two gates 101, and the drain 104 is located outside each of the two gates 101. The source 102 is longer in one direction (vertical direction in FIG. 1) than the other direction, and the longitudinal direction of the source 102 is referred to as the “length” of the source. A direction perpendicular to the length direction of the source 102 is referred to as a “width” of the source 102. Body impurity region 105 is formed so as to sandwich both sides of source 102 from the width direction of source 102.

ソース102は、P+型不純物領域102aとN+型ソース102bとを含んでいて、P+型不純物領域102aは、N+型ソース102bによって周囲が囲まれ、P型ボディ不純物領域105と電気的に接続している。また、本実施形態では、P+型不純物領域102aとN+型ソース102bとが図1(a)における縦方向に交互に配置されている。また、本実施形態では、P+型不純物領域102aとゲート101との間、及びN+型ソース102bとゲート101との間にN+型ソース低抵抗領域110が設けられている。このような本実施形態のレイアウトによれば、DMOSトランジスタのセルピッチP3は引用文献2のDMOSトランジスタのセルピッチP2と同程度に縮小することができる。 The source 102 includes a P + -type impurity region 102a and an N + -type source 102b. The P + -type impurity region 102a is surrounded by the N + -type source 102b and electrically connected to the P-type body impurity region 105. Connected to. In this embodiment, the P + -type impurity regions 102a and the N + -type sources 102b are alternately arranged in the vertical direction in FIG. In this embodiment, the N + type source low resistance region 110 is provided between the P + type impurity region 102 a and the gate 101 and between the N + type source 102 b and the gate 101. According to such a layout of this embodiment, the cell pitch P3 of the DMOS transistor can be reduced to the same extent as the cell pitch P2 of the DMOS transistor disclosed in the cited document 2.

なお、ソース102は、図1に示したレイアウトに限定されるものではない。すなわち、ソース102は、図1に示したようにN+型ソース102bをP+型不純物領域102aによって挟むものに限定されるものではなく、P+型不純物領域102aをN+型ソース102bによって挟むように形成されるものであってもよい。また、コンタクトホール106aの個数やピッチは図1に限定されるものでなく、適宜任意の数やピッチとすることができる。 The source 102 is not limited to the layout shown in FIG. That is, the source 102 is not limited to the N + type source 102b as shown in FIG. 1 in which sandwich the P + -type impurity regions 102a, sandwiching the P + -type impurity regions 102a by N + -type source 102b It may be formed as follows. Further, the number and pitch of the contact holes 106a are not limited to those shown in FIG. 1, and can be arbitrarily set to any number and pitch.

また、図1(a)は、本実施形態の半導体装置の全体を示すものに限らず、半導体装置の一部を示す場合もある。図1(a)が半導体装置の一部を示す場合、ソース102及びドレイン104をソース102の長さ方向についてさらに長く形成し、ソース102の幅については変更しないことが望ましい。また、このとき、ソース102は、さらに多くのN+型ソース102b、P+型不純物領域102aを交互に配置して構成されるものであってもよい。 Further, FIG. 1A is not limited to the whole semiconductor device of the present embodiment, and may show a part of the semiconductor device. In the case where FIG. 1A shows a part of a semiconductor device, it is preferable that the source 102 and the drain 104 are formed longer in the length direction of the source 102 and the width of the source 102 is not changed. At this time, the source 102 may be configured by alternately arranging more N + type sources 102b and P + type impurity regions 102a.

図2は、図1(b)に示した断面をより詳細に示した模式図であって、図2(a)はN+型ソース102bについて、図2(b)はP+型不純物領域102aについて示している。図2(a)、(b)に示したように、ゲート101は、ゲート電極101a、酸化物スペーサ101b、ゲート酸化膜101cによって構成されている。酸化物スペーサ101b下にはN+型ソース低抵抗領域110が形成されている。P+型不純物領域102a、N+型ソース102bには、配線201がコンタクトされている。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the cross section shown in FIG. 1B in more detail. FIG. 2A shows an N + type source 102b, and FIG. 2B shows a P + type impurity region 102a. Shows about. As shown in FIGS. 2A and 2B, the gate 101 includes a gate electrode 101a, an oxide spacer 101b, and a gate oxide film 101c. An N + type source low resistance region 110 is formed under the oxide spacer 101b. A wiring 201 is in contact with the P + -type impurity region 102a and the N + -type source 102b.

図3は、以上説明した構造による効果を説明するための図である。すなわち、本実施形態によれば、図2(b)に示したように、ゲート101に電圧が印加され、P型ボディ不純物領域105が反転してチャネルが形成されたとき、N+型ソース102bからN+型ソース低抵抗領域110を介してチャネルに電子が供給される(図3の矢線fは電子の流れを示す)。このため、チャネルの略全領域に電流Idが流れるので、ドレイン電圧の変化に対するドレイン電流の変化が大きくなり、DMOSトランジスタのオン抵抗を低下させることができる。 FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the structure described above. That is, according to the present embodiment, as shown in FIG. 2B, when a voltage is applied to the gate 101 and the P-type body impurity region 105 is inverted to form a channel, the N + -type source 102b Then, electrons are supplied to the channel from the N + type source low resistance region 110 (arrow f in FIG. 3 indicates the flow of electrons). For this reason, since the current Id flows in substantially the entire region of the channel, the change in the drain current with respect to the change in the drain voltage is increased, and the on-resistance of the DMOS transistor can be reduced.

(半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図4−1、図4−2は、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。図4−1、4−2を用い、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。
本実施形態では、先ず、図4−1(a)のように、抵抗率5〜10Ω・cm程度のP型基板203の表面に、膜厚30〜100nmの酸化膜(SiO2膜)301を900〜1000℃程度のスチーム酸化によって形成する。SiO2膜301上には、フォトレジスト層(図示せず)が形成される。このフォトレジスト層は、N型ウェルが形成される領域に開口部を有するように、公知のフォトリソグラフィ技術によってパターニングされている。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.
4A and 4B are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment. A method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, first, as shown in FIG. 4A, an oxide film (SiO 2 film) 301 having a thickness of 30 to 100 nm is formed on the surface of a P-type substrate 203 having a resistivity of about 5 to 10 Ω · cm. It is formed by steam oxidation at about 900 to 1000 ° C. A photoresist layer (not shown) is formed on the SiO 2 film 301. This photoresist layer is patterned by a known photolithography technique so as to have an opening in a region where an N-type well is formed.

次に、上記した図示しないフォトレジスト層をマスクとしてイオン注入が行われる。イオン注入により、リン(P)が1×1012〜1×1013/cm2程度P型基板203に導入される。フォトレジスト層の除去後、フォトレジスト層303が形成される。フォトレジスト層303は、P型ウェルが形成される領域に開口部を有するように、公知のフォトリソグラフィ技術によってパターニングされている。フォトレジスト層303をマスクとしてイオン注入が行われることにより、ホウ素(B)がP型基板203に1×1012〜1×1013/cm2程度導入される。これにより、図4−1(a)に示すように、N型ウェル不純物注入領域202’とP型ウェル不純物注入領域302’が形成される。 Next, ion implantation is performed using the photoresist layer (not shown) as a mask. About 1 × 10 12 to 1 × 10 13 / cm 2 of phosphorus (P) is introduced into the P-type substrate 203 by ion implantation. After removal of the photoresist layer, a photoresist layer 303 is formed. The photoresist layer 303 is patterned by a known photolithography technique so as to have an opening in a region where a P-type well is formed. By performing ion implantation using the photoresist layer 303 as a mask, boron (B) is introduced into the P-type substrate 203 at about 1 × 10 12 to 1 × 10 13 / cm 2 . As a result, as shown in FIG. 4A, an N-type well impurity implantation region 202 ′ and a P-type well impurity implantation region 302 ′ are formed.

フォトレジスト層303の除去後、1100〜1300℃程度の熱処理が行われる。熱処理によってN型ウェル不純物注入領域202’、P型ウェル不純物注入領域302’内の不純物が拡散し、図4−1(b)に示したN型ウェル202及びP型ウェル302が形成される。
次に、フッ酸(HF)系薬液により、P型基板203上のSiO2膜301が除去される。続いて、800〜900℃程度のスチーム酸化により、10〜30nmのSiO2膜304が形成される。さらに、減圧CVD法によってP型基板203の全面に膜厚110〜120nm程度のSi34膜305が形成される。SiO2膜304、Si34膜305上には、公知のフォトリソグラフィ技術によって素子分離層(LOCOS)形成領域に開口部を有するようパターニングされたフォトレジスト層306が形成される。
After the removal of the photoresist layer 303, heat treatment at about 1100 to 1300 ° C. is performed. The heat treatment diffuses impurities in the N-type well impurity implantation region 202 ′ and the P-type well impurity implantation region 302 ′, and the N-type well 202 and the P-type well 302 shown in FIG. 4B are formed.
Next, the SiO 2 film 301 on the P-type substrate 203 is removed with a hydrofluoric acid (HF) chemical solution. Subsequently, a 10 to 30 nm SiO 2 film 304 is formed by steam oxidation at about 800 to 900 ° C. Further, a Si 3 N 4 film 305 having a film thickness of about 110 to 120 nm is formed on the entire surface of the P-type substrate 203 by a low pressure CVD method. On the SiO 2 film 304 and the Si 3 N 4 film 305, a photoresist layer 306 patterned to have an opening in an element isolation layer (LOCOS) formation region by a known photolithography technique is formed.

フォトレジスト層306をマスクにしてエッチングすることにより、アクティブ領域上にのみSiO2膜304とSi34膜305とが残る。エッチング後の状態を、図4−1(c)に示す。なお、このエッチングは、公知のエッチング方法、例えば、リアクティブイオンエッチング(RIE)によって行うことができる。フォトレジスト層306の除去後、本実施形態では、950〜1000℃程度のスチーム酸化を行い、400〜600nm程度の酸化膜のLOCOS307が形成される。続いて、ホットリン酸によりSi34膜305を除去し、フッ酸(HF)系薬液を用いてSiO2膜304が除去される。以上の工程により、図4−1(d)に示す構造が形成される。 By etching using the photoresist layer 306 as a mask, the SiO 2 film 304 and the Si 3 N 4 film 305 remain only on the active region. The state after etching is shown in FIG. This etching can be performed by a known etching method, for example, reactive ion etching (RIE). In this embodiment, after removing the photoresist layer 306, steam oxidation at about 950 to 1000 ° C. is performed to form a LOCOS 307 of an oxide film of about 400 to 600 nm. Subsequently, the Si 3 N 4 film 305 is removed by hot phosphoric acid, and the SiO 2 film 304 is removed using a hydrofluoric acid (HF) chemical solution. Through the above steps, the structure shown in FIG.

次に、本実施形態では、図4−1(d)に示した構造に800〜900℃の熱酸化を行ってN型ウェル202表面にゲート酸化膜101cを形成する。次にCVD法によって膜厚350〜400nm程度の導電性ポリシリコン層(図示せず)をP型基板203の全面に形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術によってゲート領域にフォトレジスト層310が形成される。フォトレジスト層310をマスクにして公知のエッチング方法によりゲート領域以外の導電性ポリシリコン層を除去すると、ゲート電極101aが形成される。図4−2(e)は、ゲート電極101a形成後の本実施形態の半導体装置の状態を示す図である。   Next, in this embodiment, the gate oxide film 101c is formed on the surface of the N-type well 202 by performing thermal oxidation at 800 to 900 ° C. on the structure shown in FIG. Next, a conductive polysilicon layer (not shown) having a thickness of about 350 to 400 nm is formed on the entire surface of the P-type substrate 203 by the CVD method. Thereafter, a photoresist layer 310 is formed in the gate region by a known photolithography technique. When the conductive polysilicon layer other than the gate region is removed by a known etching method using the photoresist layer 310 as a mask, the gate electrode 101a is formed. FIG. 4E is a diagram illustrating the state of the semiconductor device of the present embodiment after the formation of the gate electrode 101a.

次に、本実施形態では、フォトレジスト層310の除去後、公知のフォトリソグラフィ技術によってP型ボディ不純物注入領域に開口部を有するフォトレジスト層311が形成される。P型ボディ不純物注入領域には、ホウ素(B)が1×1013〜1×1014/cm2程度、P型基板203に垂直な面に対して45°あるいは30°度の角度をつけてイオン注入される。イオン注入によって図4−2(f)に示すP型ボディ不純物領域105が形成される。 Next, in this embodiment, after the removal of the photoresist layer 310, a photoresist layer 311 having an opening in the P-type body impurity implantation region is formed by a known photolithography technique. In the P-type body impurity implantation region, boron (B) is about 1 × 10 13 to 1 × 10 14 / cm 2 and is inclined at 45 ° or 30 ° with respect to a plane perpendicular to the P-type substrate 203. Ion implanted. P type body impurity region 105 shown in FIG. 4B is formed by ion implantation.

さらに、本実施形態では、フォトレジスト層311をマスクとして、砒素(As)が1×1013〜1×1014/cm2程度イオン注入され、N+型ソース低抵抗不純物注入領域321が形成される。このイオン注入において、P型ボディ不純物領域105及びN+型ソース低抵抗不純物注入領域321は、ゲート電極101aをマスクとして自己整合的に形成される。このような本実施形態によれば、イオン注入用のマスクパターニングで行うフォトリソグラフィ工程において生じるようなマスク合わせずれの影響を受けることなく、高精度な加工を行うことが可能である。 Further, in this embodiment, arsenic (As) is ion-implanted by about 1 × 10 13 to 1 × 10 14 / cm 2 using the photoresist layer 311 as a mask, and an N + type source low resistance impurity implantation region 321 is formed. The In this ion implantation, the P-type body impurity region 105 and the N + -type source low resistance impurity implanted region 321 are formed in a self-aligned manner using the gate electrode 101a as a mask. According to the present embodiment, high-precision processing can be performed without being affected by mask misalignment that occurs in a photolithography process performed by mask patterning for ion implantation.

フォトレジスト層311の除去後、ゲート電極101aの上側及びその周辺に順応性の酸化物がデポジションされる。この酸化物としては、例えば、テトラエチル−オルトケイ酸塩(TEOS)またはTEOS/O3酸化物が用いられる。次いで、デポジションされた酸化物はRIEによって異方性エッチングされ、ゲート電極101aの側面に酸化物スペーサ101bが形成される。以上の工程により、図4−2(g)に示す構造が形成される。 After the removal of the photoresist layer 311, a compliant oxide is deposited on the upper side of the gate electrode 101a and its periphery. As this oxide, for example, tetraethyl-orthosilicate (TEOS) or TEOS / O 3 oxide is used. Next, the deposited oxide is anisotropically etched by RIE, and oxide spacers 101b are formed on the side surfaces of the gate electrode 101a. Through the above steps, the structure shown in FIG.

図5〜図12は、図4−2(g)に続いて実行される工程を、図1に示したP+型不純物領域102aとN+型ソース102bとに分けて説明するための図である。図5〜図12の全てについて、(a)は完成した本実施形態の半導体装置の上面図、(b)は(a)中に示した線分D−D’または線分E−E’に沿う製造過程の半導体装置の断面図である。線分D−D’、線分E−E’は、製造工程の断面図の位置を、完成した半導体装置上で示すものであり、図1に示した線分D−D’、線分E−E’に一致する。 FIGS. 5 to 12 are diagrams for explaining the process executed subsequent to FIG. 4-2 (g) separately for the P + -type impurity region 102a and the N + -type source 102b shown in FIG. is there. 5 to 12, (a) is a top view of the completed semiconductor device of this embodiment, and (b) is a line segment DD ′ or a line segment EE ′ shown in (a). It is sectional drawing of the semiconductor device of the manufacturing process in alignment. Line segment DD ′ and line segment EE ′ indicate the positions of the cross-sectional views of the manufacturing process on the completed semiconductor device. Line segment DD ′ and line segment E shown in FIG. Matches -E '.

本実施形態では、図5(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって、図5(a)に示したN+型ソース102b、ドレイン104の形成領域に開口部を有するフォトレジスト層401が形成される。なお、図5(b)は、P+型不純物領域102a上の線分E−E’に沿う断面図であるから、N+型ソース102b上の開口部は図示されていない。 In this embodiment, as shown in FIG. 5B, a photoresist layer 401 having openings in the formation regions of the N + -type source 102b and the drain 104 shown in FIG. 5A by a known photolithography technique. Is formed. Note that FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line EE ′ on the P + -type impurity region 102a, and therefore the opening on the N + -type source 102b is not shown.

+型ソース102bが形成される領域及びドレイン104が形成される領域に、1×1015〜1×1016/cm2程度のヒ素(As)がイオン注入される。図5(b)では、イオン注入によってドレイン104の形成領域に、N+型ドレイン不純物注入領域322が形成された状態が示されている。
図6は、図5と同様の工程の、線分D−D’に沿う断面図である。図6(b)に示すように、線分D−D’に沿う断面では、イオン注入によってN+型ドレイン不純物注入領域322と共に、N+型ソース不純物注入領域323が形成される。
Arsenic (As) of about 1 × 10 15 to 1 × 10 16 / cm 2 is ion-implanted into a region where the N + -type source 102 b is formed and a region where the drain 104 is formed. FIG. 5B shows a state in which an N + -type drain impurity implantation region 322 is formed in the drain 104 formation region by ion implantation.
FIG. 6 is a cross-sectional view along the line DD ′ in the same process as FIG. As shown in FIG. 6 (b), in the section taken along the line D-D ', together with the N + -type drain impurity implantation region 322 by ion implantation, the N + type source impurity implanted region 323 is formed.

また、本実施形態では、図7(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によってP+型不純物領域102aに開口部を有するフォトレジスト層601が形成される。そして、フォトレジスト層601をマスクにして1×1015〜1×1016/cm2程度のホウ素(B)がイオン注入される。イオン注入により、P+型不純物注入領域324が形成される。 In the present embodiment, as shown in FIG. 7B, a photoresist layer 601 having an opening in the P + -type impurity region 102a is formed by a known photolithography technique. Then, boron (B) of about 1 × 10 15 to 1 × 10 16 / cm 2 is ion-implanted using the photoresist layer 601 as a mask. A P + type impurity implantation region 324 is formed by ion implantation.

+型不純物注入領域324を形成するためのホウ素イオン(P型不純物)の注入は、N+型ソース低抵抗不純物注入領域321に対して行われる。P型不純物のドーズ量は、N+型ソース低抵抗不純物注入領域321のN型不純物の10〜100倍であるため、N+型ソース低抵抗不純物注入領域321内部にP+領域のP+型不純物注入領域324を形成することができる。 Boron ions (P-type impurities) for forming the P + -type impurity implantation region 324 are implanted into the N + -type source low resistance impurity implantation region 321. Dose of P-type impurity, N + for type 10 to 100 times the N-type impurity of the source resistance impurity implanted region 321, P + -type P + region within the N + type source resistance impurity implanted region 321 An impurity implantation region 324 can be formed.

また、図7(b)に示した酸化物スペーサ101bがP型不純物に対するマスクとなるため、酸化物スペーサ101bの下の領域はP型不純物の影響を受けずにN+領域となる。これによって、本実施形態は、P+型不純物注入領域324と、チャネルが形成されるゲート101下のP型ボディ不純物領域105との間にN+型ソース低抵抗不純物注入領域321を形成することができる。 Further, since the oxide spacer 101b shown in FIG. 7B serves as a mask for the P-type impurity, the region under the oxide spacer 101b becomes an N + region without being affected by the P-type impurity. Thus, in this embodiment, the N + type source low resistance impurity implanted region 321 is formed between the P + type impurity implanted region 324 and the P type body impurity region 105 under the gate 101 where the channel is formed. Can do.

図8(b)は、図7と同様の工程における半導体装置の線分D−D’に沿う断面図である。図8(b)に示したように、フォトレジスト層601はP+型不純物領域102a上に開口部を持たない。このため、本実施形態では、N+型ソース不純物注入領域21にホウ素イオンが注入されることがない。
次に、図7(b)、図8(b)に示したフォトレジスト601が除去され、この後に800〜900℃程度の熱処理が図7、図8に示した構造に対して行われる。熱処理により、N+型ソース低抵抗不純物注入領域321、N+型ドレイン不純物注入領域322及びN+型ソース不純物注入領域323中のヒ素と、P+型不純物注入領域324中のホウ素が拡散する。
FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of the semiconductor device in the same process as FIG. As shown in FIG. 8B, the photoresist layer 601 does not have an opening on the P + -type impurity region 102a. For this reason, in this embodiment, boron ions are not implanted into the N + -type source impurity implantation region 21.
Next, the photoresist 601 shown in FIGS. 7B and 8B is removed, and then a heat treatment at about 800 to 900 ° C. is performed on the structure shown in FIGS. By the heat treatment, arsenic in the N + -type source low resistance impurity implantation region 321, the N + -type drain impurity implantation region 322, and the N + -type source impurity implantation region 323 and boron in the P + -type impurity implantation region 324 are diffused.

不純物の拡散により、N+型ソース低抵抗不純物注入領域321はN+型ソース低抵抗領域110、N+型ドレイン不純物注入領域322はドレイン104、N+型ソース不純物注入領域323はN+型ソース102bになる。また、P+型不純物注入領域324はP+型不純物領域102aとなる。以上の工程により、図9、図10に示す構造が製造される。
図11、12は、以上説明した工程によって製造された半導体装置に配線を形成する工程を説明するための図である。図11(b)、図12(b)に示すように、本実施形態では、P+型不純物領域102a、N+型ソース102bの形成後、600〜700nm程度の層間絶縁膜(SiO2膜)100を全面に堆積させる。なお、層間絶縁膜100の堆積は、例えばCVD法によって実現できる。
Due to impurity diffusion, the N + type source low resistance impurity implantation region 321 is an N + type source low resistance region 110, the N + type drain impurity implantation region 322 is a drain 104, and the N + type source impurity implantation region 323 is an N + type source. 102b. Also, the P + -type impurity implantation region 324 becomes the P + -type impurity region 102a. Through the above steps, the structure shown in FIGS. 9 and 10 is manufactured.
11 and 12 are diagrams for explaining a process of forming a wiring in the semiconductor device manufactured by the process described above. As shown in FIGS. 11B and 12B, in this embodiment, an interlayer insulating film (SiO 2 film) of about 600 to 700 nm is formed after the formation of the P + -type impurity region 102a and the N + -type source 102b. 100 is deposited on the entire surface. The interlayer insulating film 100 can be deposited by, for example, a CVD method.

次に、本実施形態では、層間絶縁膜100上に、P+型不純物領域102a、N+型ソース102b、ドレイン104上に開口部を有するフォトレジスト層(図示せず)が公知のフォトリソグラフィ技術によって形成される。層間絶縁膜100は、フォトレジスト層をマスクにして公知のエッチング方法、例えばRIEによりエッチングされる。フォトレジスト層の除去後、層間絶縁膜100に形成された電極形成用の開口部には、Ti/TiNまたはAL等、バリアメタル層を含む配線金属層が蒸着される。
さらに、公知のフォトリソグラフィ技術及びRIEによって配線金属層がパターニングされて配線201が形成される。以上の工程により、図11、図12に示した本実施形態の半導体装置を得ることができる。
Next, in this embodiment, a photoresist layer (not shown) having an opening on the P + -type impurity region 102a, the N + -type source 102b, and the drain 104 is formed on the interlayer insulating film 100 by a known photolithography technique. Formed by. The interlayer insulating film 100 is etched by a known etching method, for example, RIE, using the photoresist layer as a mask. After the removal of the photoresist layer, a wiring metal layer including a barrier metal layer, such as Ti / TiN or AL, is deposited in the electrode forming opening formed in the interlayer insulating film 100.
Further, the wiring 201 is formed by patterning the wiring metal layer by a known photolithography technique and RIE. Through the above steps, the semiconductor device of this embodiment shown in FIGS. 11 and 12 can be obtained.

本発明は、DMOSトランジスタ及びDMOSトランジスタの製造方法に適用することができ、特に、セルピッチが短いことが望ましいDMOSトランジスタ及びDMOSトランジスタの製造方法に好適である。   The present invention can be applied to a DMOS transistor and a method for manufacturing a DMOS transistor, and is particularly suitable for a method for manufacturing a DMOS transistor and a DMOS transistor in which a cell pitch is desirably short.

100 層間絶縁膜
101 ゲート
101a ゲート電極
101b 酸化物スペーサ
101c ゲート酸化膜
102 ソース
102a P+型不純物領域
102b N+型ソース
104 ドレイン
105 P型ボディ不純物領域
110 N+型ソース低抵抗領域
201 配線
202’ P型ウェル不純物注入領域
202 N型ウェル
203 P型基板
301,304 SiO2
302’ P型ウェル不純物注入領域
302 P型ウェル
303,306,310,311,401,601 フォトレジスト層
305 Si34
321 N+型ソース低抵抗不純物注入領域
322 N+型ドレイン不純物注入領域
323 N+型ソース不純物注入領域
324 P+型不純物注入領域
100 Interlayer insulation film 101 Gate 101a Gate electrode 101b Oxide spacer 101c Gate oxide film 102 Source 102a P + type impurity region 102b N + type source 104 Drain 105 P type body impurity region 110 N + type source low resistance region 201 Wiring 202 ′ P-type well impurity implantation region 202 N-type well 203 P-type substrate 301, 304 SiO 2 film 302 ′ P-type well impurity implantation region 302 P-type wells 303, 306, 310, 311, 401, 601 Photoresist layer 305 Si 3 N 4 films 321 N + type source low resistance impurity implantation region 322 N + type drain impurity implantation region 323 N + type source impurity implantation region 324 P + type impurity implantation region

Claims (1)

第1の導電型の半導体層表面に、ゲート誘電膜を介してゲートを形成するゲート形成工程と、
前記ゲートをマスクにして不純物を注入し、第2の導電型のボディ不純物領域を形成するボディ形成工程と、
前記ボディ形成工程において形成された前記ボディ不純物領域に前記ゲートをマスクにして不純物を注入し、前記ボディ不純物領域内に第1の導電型の低抵抗不純物領域を形成する低抵抗不純物領域形成工程と、
前記低抵抗不純物領域形成工程の後、前記ゲートの周面にスペーサを形成するスペーサ形成工程と、
前記低抵抗不純物領域内の所定の領域に不純物を注入して第1の導電型のソース領域及び第1の導電型のドレインを形成するソース領域形成工程と、
前記ソース領域と隣接する前記低抵抗不純物領域内に不純物を注入し、前記第1の導電型の低抵抗不純物領域及び前記第1の導電型のソース領域によって周囲が囲まれ、前記ボディ不純物領域と電気的に接続する第2の導電型の不純物領域を形成する不純物領域形成工程と、を含み、
前記ソース領域形成工程、前記不純物領域形成工程においては、前記スペーサをマスクにして不純物が注入されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A gate forming step of forming a gate on the surface of the semiconductor layer of the first conductivity type via a gate dielectric film;
A body forming step of implanting impurities using the gate as a mask to form a body impurity region of a second conductivity type;
A low-resistance impurity region forming step of implanting impurities into the body impurity region formed in the body forming step using the gate as a mask to form a low-resistance impurity region of a first conductivity type in the body impurity region; ,
After the low resistance impurity region forming step, a spacer forming step of forming a spacer on the peripheral surface of the gate;
A source region forming step of forming a first conductivity type source region and a first conductivity type drain by implanting impurities into a predetermined region in the low resistance impurity region;
Impurities are implanted into the low-resistance impurity region adjacent to the source region, the periphery is surrounded by the low-conductivity impurity region of the first conductivity type and the source region of the first conductivity type, and the body impurity region and the impurity region forming step of forming an impurity region of the second conductivity type which electrically connects, only including,
In the source region forming step and the impurity region forming step, impurities are implanted using the spacer as a mask .
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