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JP2008010628A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法 Download PDF

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Yoshinori Sato
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Mutsutoku Yagi
睦徳 八木
Takahiro Tamaoki
貴啓 玉置
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】従来の半導体装置、例えば、MOSトランジスタでは、バックゲート領域の不純物濃度、その拡散形状により、寄生トランジスタ動作し易いという問題がった。
【解決手段】本発明の半導体装置、例えば、MOSトランジスタでは、N型のエピタキシャル層3には、バックゲート領域としてのP型の拡散層5が形成されている。P型の拡散層5には、ソース領域としてのN型の拡散層7、8が形成されている。P型の拡散層5は、N型の拡散層7、8よりも深部に不純物濃度ピークを有するように形成されている。この構造により、寄生トランジスタのベース領域での抵抗値が低減し、MOSトランジスタ1のベース領域での電位上昇が抑制され、寄生トランジスタ動作が抑止される。そして、寄生トランジスタ動作に起因するMOSトランジスタ1の破壊耐量を向上させることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、寄生トランジスタ動作を防止し、半導体素子の破壊耐量を向上させる半導体装置及びその製造方法に関する。
従来の半導体装置及びその製造方法の一実施例として、下記のNチャネル型MOSトランジスタが知られている。P型の単結晶シリコン基板上にN型のエピタキシャル層が積層されている。エピタキシャル層には、N型のドレイン領域及びP型のバックゲート領域が形成されている。バックゲート領域には、N型のソース領域が形成されている。そして、N型のエピタキシャル層上には、ゲート酸化膜及びゲート電極が形成されている。ゲート電極はポリシリコン膜から形成されている。ここで、バックゲート領域は、3つのP型の拡散層が重畳して形成されることで、MOSトランジスタのしきい値(Vth)の適正値を実現している。また、3つのP型の拡散層を重畳させることで、バックゲート領域深部の不純物濃度を高くし、寄生NPNトランジスタが動作することを防止している。また、バックゲート領域を形成する工程では、ゲート電極やフォトレジストをマスクとして用い、イオン注入法により、3つの拡散層を重畳して形成している(例えば、特許文献1参照。)。
従来の半導体装置の一実施例として、下記のNチャネル型のLD(Lateral Diffused)MOSトランジスタが知られている。N型の基板にはP型のウェル領域が形成されている。P型のウェル領域にはN型のウェル領域が形成され、基板には2重のウェル構造が形成されている。P型のウェル領域及びN型のウェル領域には、バックゲート領域として用いられるP型の拡散層が形成されている。また、バックゲート領域としてのP型の拡散層には、ソース領域として用いられるN型の拡散層が形成されている。一方、N型のウェル領域には、ドレイン領域として用いられるN型の拡散層が形成されている。この構造により、LDMOSトランジスタのしきい値(Vth)の適正値を実現し、LDMOSトランジスタの寄生NPNトランジスタの動作防止を実現している(例えば、特許文献2参照。)。
特開2002−314066号公報(第5−7頁、第1、5−7図) 特開平9−139438号公報(第4−6頁、第1、4−6図)
従来の半導体装置では、上述したように、MOSトランジスタのバックゲート領域をベース領域として成る寄生バイポーラトランジスタの動作を防止するため、バックゲート領域での抵抗値を低減している。具体的には、チャネル領域では、MOSトランジスタのしきい値を決める拡散層とバックゲート領域の抵抗値を低減する拡散層とが、重畳して形成されている。この構造により、バックゲート領域の抵抗値を低減する拡散層を形成する際のマスクずれが考慮され、ゲート電極間の離間距離が、当該マスクずれ量の影響により、狭められないという問題がある。そして、ゲート電極間の離間距離が狭められないことに起因して、MOSトランジスタサイズを縮小し難いという問題や面積当たりのオン抵抗値を低減し難いという問題が発生する。
また、従来の半導体装置では、バックゲート領域の抵抗値を低減する拡散層が形成される領域において、ゲート電極間の離間距離を加工技術に合わせて狭めると、マスクずれにより当該拡散層が所望の領域からずれて形成される場合がある。この場合には、チャネル領域の不純物濃度が変位し、MOSトランジスタのしきい値の適正値が変動するという問題がある。
また、従来の半導体装置の製造方法では、MOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタ動作を抑止するため、バックゲート領域の抵抗値を低減する拡散層を形成する。この製造方法により、当該拡散層を形成する際のマスクずれにより、当該拡散層がゲート電極下方のチャネルが形成される領域に形成されてしまう場合がある。この場合、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑止できるが、MOSトランジスタのしきい値が変調するという問題がある。
また、従来の半導体装置の製造方法では、バックゲート領域を形成する際に、MOSトランジスタのしきい値を決める拡散層とバックゲート領域の抵抗値を低減する拡散層とを重畳して形成する。この製造方法により、製造工程やマスク枚数も増大し、製造コストを低減し難いという問題がある。
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置では、半導体層と、前記半導体層に形成されるドレイン領域、ソース領域及びバックゲート領域と、前記半導体層上面に形成されるゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜上に形成されるゲート電極とを有する半導体装置において、前記バックゲート領域には前記ソース領域が重畳して形成されており、前記バックゲート領域の不純物濃度のピークは、前記バックゲート領域と前記ソース領域との接合領域よりも前記半導体層の深部に形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、バックゲート領域の不純物濃度のピークを半導体層深部に形成することで、バックゲート領域での抵抗値を低減できる。この構造により、MOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタの動作を防止し、MOSトランジスタの破壊耐量を向上させることができる。
また、本発明の半導体装置では、前記接合領域近傍の前記バックゲート領域の不純物濃度では、前記ソース領域底面近傍の不純物濃度が、前記ソース領域の表面近傍の不純物濃度に対し3倍以上であることを特徴とする。従って、本発明では、MOSトランジスタのしきい値の適正値が実現されつつ、バックゲート領域の不純物濃度のピークが半導体層深部に形成されている。この構造により、バックゲート領域での抵抗値が低減され、MOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタの動作を防止することができる。
また、本発明の半導体装置では、前記ゲート電極は、ポリシリコン膜とタングステンシリコン膜とから形成され、前記タングステンシリコン膜の膜厚は前記ポリシリコン膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする。従って、本発明では、ゲート電極にタングステンシリコン膜を用いることで、バックゲート領域の拡散層が所望の領域に形成される。この構造により、デバイスサイズを縮小でき、MOSトランジスタのオン抵抗値を低減することができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法では、半導体層上にゲート酸化膜及びゲート電極を形成した後、前記ゲート電極を用いたセルファラインにより、前記半導体層にバックゲート領域を形成する工程と、前記バックゲート領域に重畳するようにソース領域を形成し、前記半導体層にドレイン領域を形成する工程とを有し、前記バックゲート領域を形成する工程では、前記バックゲート領域の不純物濃度のピークを前記バックゲート領域と前記ソース領域との接合領域よりも前記半導体層の深部に形成することを特徴とする。従って、本発明では、ゲート電極を用いたセルファラインにより、バックゲート領域を半導体層深部まで形成する。この製造方法により、バックゲート領域を所望の領域に形成でき、デバイスサイズを縮小でき、MOSトランジスタの面積当たりのオン抵抗値を低減することができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法では、前記バックゲート領域を形成する工程では、加速電圧が60〜90(keV)のイオン注入工程を有することを特徴とする。従って、本発明では、ゲート電極をセルファラインとして用い、バックゲート領域を半導体層深部まで形成する。この製造方法により、MOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタの動作を防止し、MOSトランジスタの破壊耐量を向上させることができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法では、前記ゲート電極を形成する工程では、ポリシリコン膜上にタングステンシリコン膜を堆積させ、前記タングステンシリコン膜の膜厚を前記ポリシリコン膜の膜厚よりも厚くすることを特徴とする。従って、本発明では、タングステンシリコン膜を用いてゲート電極を形成する。この製造方法により、ゲート電極を用いたセルファラインにより、バックゲート領域を半導体層深部まで形成することができる。
本発明では、MOSトランジスタのバックゲート領域の不純物濃度のピークが、半導体層深部に形成されている。この構造により、不純物濃度によりバックゲート領域深部での抵抗値を低減でき、MOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタの動作を防止することができる。そして、MOSトランジスタの破壊耐量を向上させることができる。
また、本発明では、MOSトランジスタのしきい値の適正値が実現されつつ、バックゲート領域の不純物濃度のピークが半導体層深部に形成されている。この構造により、バックゲート領域での抵抗値が低減され、MOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタの動作を防止することができる。
また、本発明では、MOSトランジスタのゲート電極は、ポリシリコン膜とタングステンシリコン膜との積層構造で形成されている。この構造により、バックゲート領域の拡散層が所望の領域に形成され、デバイスサイズを縮小できる。そして、MOSトランジスタのオン抵抗値を低減することができる。
また、本発明では、バックゲート領域を形成する際に、ゲート電極を用いたセルファラインにより、バックゲート領域を半導体層深部まで形成する。この製造方法により、バックゲート領域を所望の領域に形成でき、デバイスサイズを縮小できる。そして、MOSトランジスタの面積当たりのオン抵抗値を低減することができる。
また、本発明では、バックゲート領域を形成する工程において、ゲート電極を用いたセルファラインにより、高加速電圧のイオン注入法を用いる。この製造方法により、バックゲート領域を半導体深部まで形成でき、MOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタの動作を防止することができる。
また、本発明では、ポリシリコン膜上にタングステンシリコン膜を用いてゲート電極を形成する。この製造方法により、ゲート電極を用いたセルファラインにより、バックゲート領域を所望の領域に形成することができる。
以下に、本発明の一実施の形態である半導体装置について、図1〜図3を参照し、詳細に説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図2は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図3は、本実施の形態の半導体装置を説明するための濃度プロファイル図である。
図1に示す如く、Nチャネル型MOSトランジスタ1は、主に、P型の単結晶シリコン基板2と、N型のエピタキシャル層3と、N型の埋込拡散層4と、バックゲート領域として用いられるP型の拡散層5、6と、ソース領域として用いられるN型の拡散層7、8と、ドレイン領域として用いられるN型の拡散層9、10と、ゲート電極11、12とから構成されている。
N型のエピタキシャル層3が、P型の単結晶シリコン基板2上に形成されている。尚、本実施の形態では、基板2上に1層のエピタキシャル層3が形成されている場合を示すが、この場合に限定するものではない。例えば、基板上面に複数のエピタキシャル層が積層されている場合でも良い。
N型の埋込拡散層4が、基板2及びエピタキシャル層3の両領域に渡り形成されている。図示したように、N型の埋込拡散層4は、Nチャネル型MOSトランジスタ1の形成領域に渡り、形成されている。
P型の拡散層5が、エピタキシャル層3に形成されている。P型の拡散層5には、その形成領域を重畳させるように、P型の拡散層6が形成されている。そして、P型の拡散層5はバックゲート領域として用いられ、P型の拡散層6はバックゲート引き出し領域として用いられる。そして、ゲート電極11、12の下方に位置するP型の拡散層5が、チャネル領域として用いられる。尚、詳細は後述するが、P型の拡散層5のみにより、チャネル領域の不純物濃度を調整し、MOSトランジスタ1のしきい値(Vth)の適正値を実現している。更に、P型の拡散層5のみにより、バックゲート領域の深部での不純物濃度を高くし、バックゲート領域の抵抗値を低減している。
N型の拡散層7、8が、P型の拡散層5に形成されている。N型の拡散層7、8は、ソース領域として用いられる。N型の拡散層7、8とP型の拡散層6とはソース電極25に接続し、同電位となる。尚、N型の拡散層7、8は、P型の拡散層6の周囲に一環状に形成されている場合でもよい。
N型の拡散層9、10が、エピタキシャル層3に形成されている。N型の拡散層9、10はドレイン領域として用いられる。
ゲート電極11、12が、ゲート酸化膜13上面に形成されている。ゲート電極11、12は、例えば、ポリシリコン膜14とタングステンシリコン膜15とにより所望の膜厚となるように形成されている。尚、ゲート電極11、12は、一環状に形成されている場合でもよい。
LOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化膜16、17、18、19が、エピタキシャル層3に形成されている。LOCOS酸化膜16、17、18、19の平坦部では、その膜厚が、例えば、3000〜5000Å程度となる。
絶縁層20が、エピタキシャル層3上面に形成されている。絶縁層20は、BPSG(Boron Phospho Silicate Glass)膜、SOG(Spin On Glass)膜等により、形成されている。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、CHFまたはCF系のガスを用いたドライエッチングにより、絶縁層20にコンタクトホール21、22、23が形成されている。
コンタクトホール21、22、23には、例えば、Al−Si膜、Al−Si−Cu膜、Al−Cu膜等から成るアルミ合金膜が選択的に形成され、ドレイン電極24、26及びソース電極25が形成されている。尚、ドレイン電極24、26は、ソース電極25の周囲に一環状に形成されている場合でもよい。また、図1に示した断面では、ゲート電極11、12への配線層は図示していないが、その他の領域で配線層と接続している。
次に、図2〜図3を用いて、MOSトランジスタ1のバックゲート領域の構造及びMOSトランジスタの特性について説明する。尚、図2に示したX軸は、P型の拡散層6からLOCOS酸化膜18側へと離間する距離(μm)を表示している。一方、Y軸は、エピタキシャル層3の表面から深部へと離間する距離(μm)を表示している。また、図3(A)は、図2に示す断面図のA−A線方向の不純物濃度プロファイルを示している。図3(B)は、図2に示す断面図のB−B線方向の不純物濃度プロファイルを示している。そして、B−B線方向の不純物濃度プロファイルは、エピタキシャル層3表面の近傍領域である。
図2に示す如く、MOSトランジスタ1は、N型のエピタキシャル層3にバックゲート領域として用いられるP型の拡散層5が形成されている。P型の拡散層5には、ソース領域として用いられるN型の拡散層8が形成されている。P型の拡散層5とN型の拡散層8とは、太線で示すように、PN接合領域27を形成している。そして、N型の拡散層8は、N型のエピタキシャル層3表面から0.3〜0.4(μm)程度まで拡散している。P型の拡散層5は、N型のエピタキシャル層3表面から1.2〜1.4(μm)程度まで拡散している。
図示したように、MOSトランジスタ1には、N型の拡散層8をエミッタ領域とし、P型の拡散層5をベース領域とし、N型のエピタキシャル層3をコレクタ領域とした寄生NPNトランジスタが形成されている。
ここで、寄生NPNトランジスタは、以下の動作に起因してオン動作する。先ず、MOSトランジスタ1のオン動作時には、ドレイン領域としてのN型のエピタキシャル層3では伝導度変調が起こる。電流経路となるN型のエピタキシャル層3には、自由キャリア(電子)と対となる自由キャリア(正孔)が発生する。そして、MOSトランジスタ1のターンオフ時には、N型のエピタキシャル層3に発生した自由キャリア(正孔)がP型の拡散層5に流入し、寄生NPNトランジスタのエミッタ−ベース間を順方向バイアスすることで、寄生NPNトランジスタがオン動作する場合がある。つまり、P型の拡散層5の抵抗値が大きい場合、自由キャリア(正孔)の流入によりベース領域の電位が上昇し、寄生NPNトランジスタが動作し易い構造となる。
上述したように、本実施の形態では、P型の拡散層5が、N型のエピタキシャル層3の深部まで拡散している。この構造により、寄生NPNトランジスタのベース幅W1が広くなり、ベース領域での抵抗値を低減することができる。そして、MOSトランジスタ1のターンオフ時に自由キャリア(正孔)がP型の拡散層5に流入することでの電位上昇を抑制することができる。その結果、寄生NPNトランジスタのオン動作を抑止し、寄生NPNトランジスタの動作に起因するMOSトランジスタ1の破壊を防止することができる。つまり、MOSトランジスタ1の破壊耐量を向上させることができる。
図3(A)では、実線は、P型の拡散層5を形成する際の加速電圧が80(keV)の場合の不純物濃度プロファイルを示している。一方、点線は、P型の拡散層5を形成する際の加速電圧が40(keV)の場合の不純物濃度プロファイルを示している。
実線及び点線の場合においても、エピタキシャル層3(図2参照)表面から0.2〜0.3(μm)程度離間した領域(一点鎖線と交差する領域)にPN接合領域27(図2参照)が形成されている。
具体的には、一点鎖線と交差する不純物濃度プロファイルの谷間の領域がPN接合領域27である。これは、PN接合領域27では、P型の不純物濃度とN型の不純物濃度とが補正され不純物濃度の低濃度領域が形成されるからである。そして、PN接合領域27よりも上方は、P型の拡散層5(図2参照)とN型の拡散層8(図2参照)とが重畳して形成され、N型の拡散層7として機能する領域である。一方、PN接合領域27よりも下方は、P型の拡散層5として機能する領域である。つまり、PN接合領域27より下方は、P型の拡散層5の不純物濃度プロファイルを示している。二点鎖線で示したように、P型の拡散層5は、PN接合領域27よりも深部に不純物濃度のピークが形成されている。そして、PN接合領域27近傍のP型の拡散層5側における不純物濃度は、実線の場合には3.21×1018(1cm)程度であり、点線の場合には1.49×1018(1cm)程度である。尚、詳細は半導体装置の製造方法の説明にて後述するが、この不純物濃度の相違は、実線の構造では、ゲート電極11、12にタングステンシリコン膜15を用いることで高加速電圧によるイオン注入が可能となり、エピタキシャル層3深部に不純物濃度のピークを形成することができるからである。
図3(B)では、実線は、P型の拡散層5を形成する際の加速電圧が80(keV)の場合の不純物濃度プロファイルを示している。一方、点線は、P型の拡散層5を形成する際の加速電圧が40(keV)の場合の不純物濃度プロファイルを示している。
実線及び点線の場合においても、P型の拡散層6(図2参照)の基準点から1.6(μm)程度離間した領域(一点鎖線と交差する領域)にPN接合領域27(図2参照)が形成されている。
具体的には、一点鎖線と交差する不純物濃度プロファイルの谷間の領域がPN接合領域27である。これは、PN接合領域27では、P型の不純物濃度とN型の不純物濃度とが補正され不純物濃度の低濃度領域が形成されるからである。そして、PN接合領域27よりもP型の拡散層6側は、P型の拡散層5(図2参照)とN型の拡散層8(図2参照)とが重畳して形成され、N型の拡散層8として機能する領域である。一方、PN接合領域27よりもLOCOS酸化膜18側は、P型の拡散層5として機能する領域である。つまり、PN接合領域27よりよりもLOCOS酸化膜18側は、P型の拡散層5の不純物濃度プロファイルを示している。図示したように、MOSトランジスタ1のしきい値(Vth)の適正値を実現するため、実線及び点線の場合においても、ほぼ同じ不純物濃度である。そして、チャネル領域におけるP型の拡散層5の不純物濃度は、実線及び点線の場合においても1.00×1018(1cm)程度である。
上述したように、寄生NPNトランジスタが動作することを防止するためには、ベース領域の抵抗値を低減させる必要がある。一方、MOSトランジスタ1のしきい値(Vth)の適正値を実現するように、P型の拡散層5の形成条件、例えば、不純物濃度プロファイル、拡散深さ等が設計されている。本実施の形態では、P型の拡散層5を形成する際、N型のエピタキシャル層3深部に不純物濃度ピークを有するようにイオン注入され、熱拡散される。そのことで、P型の拡散層5は、N型のエピタキシャル層3深部での不純物濃度を高くすることができ、且つ、チャネル領域での不純物濃度を所望の値とすることができる。その結果、P型の拡散層5の深部での不純物濃度を高くすることで、寄生NPNトランジスタのベース領域の抵抗値を低減することができる。そして、MOSトランジスタ1のターンオフ時に自由キャリア(正孔)がP型の拡散層5に流入することでの電位上昇を抑制することができる。その結果、寄生NPNトランジスタのオン動作を抑止し、寄生NPNトランジスタの動作に起因するMOSトランジスタの破壊を防止することができる。
つまり、寄生NPNトランジスタのオン動作を抑止するために、P型の拡散層5の不純物濃度プロファイルを設計することで、P型の拡散層5側におけるPN接合領域27近傍の不純物濃度比(A−A線方向/B−B線方向)は、実線の場合には3.21倍程度であり、点線の場合には1.49倍程度である。本実施の形態では、上記不純物濃度比が、3.0倍以上となるようにP型の拡散層5が形成されることで、寄生NPNトランジスタのオン動作を抑止し、寄生NPNトランジスタの動作に起因するMOSトランジスタの破壊耐量を向上させることができる。
尚、本実施の形態では、ゲート電極11、12が、ポリシリコン膜14とタングステンシリコン膜15との積層構造の場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、P型の拡散層5を形成するイオン注入工程の際に、不純物がゲート電極11、12を突き抜けない厚みを有していれば良く、ポリシリコン膜、あるいは、タングステンシリコン膜の単層構造の場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
次に、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法について、図4〜図10を参照し、詳細に説明する。図4〜図10は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。尚、図4〜図10では、図1に示す半導体装置の製造方法について説明する。
先ず、図4に示す如く、P型の単結晶シリコン基板2を準備する。基板2上にシリコン酸化膜40を形成し、N型の埋込拡散層4の形成領域上に開口部が形成されるように、シリコン酸化膜40を選択的に除去する。そして、シリコン酸化膜40をマスクとして用い、基板2の表面にN型不純物、例えば、アンチモン(Sb)を含む液体ソース41を回転塗布法により塗布する。その後、アンチモン(Sb)を熱拡散し、N型の埋込拡散層4を形成した後、シリコン酸化膜40及び液体ソース41を除去する。
次に、図5に示す如く、基板2上にシリコン酸化膜42を形成し、シリコン酸化膜42上にフォトレジスト43を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、P型の埋込拡散層44、45が形成される領域上のフォトレジスト43に開口部を形成する。その後、基板2の表面から、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧40〜180(keV)、導入量1.0×1013〜1.0×1016(/cm)でイオン注入する。そして、フォトレジスト43を除去し、熱拡散し、P型の埋込拡散層44、45を形成した後、シリコン酸化膜42を除去する。
次に、図6に示す如く、基板2を気相エピタキシャル成長装置のサセプタ上に配置し、基板2上にN型のエピタキシャル層3を形成する。気相エピタキシャル成長装置は、主に、ガス供給系、反応炉、排気系、制御系から構成されている。本実施の形態では、縦型の反応炉を用いることで、エピタキシャル層の膜厚均一性を向上させることができる。このエピタキシャル層3の形成工程における熱処理により、N型の埋込拡散層4及びP型の埋込拡散層44、45が熱拡散される。
次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、エピタキシャル層3にP型の拡散層46、47を形成する。その後、エピタキシャル層3の所望の領域にLOCOS酸化膜16、17、18、19を形成する。
次に、図7に示す如く、エピタキシャル層3上にゲート酸化膜13として用いるシリコン酸化膜を、例えば、100〜200(Å)程度形成する。そして、シリコン酸化膜上にポリシリコン膜14を、例えば、1000〜2000(Å)程度形成した後、ポリシリコン膜14上にタングステンシリコン膜15を、例えば、2000〜3000(Å)程度形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、ポリシリコン膜14及びタングステンシリコン膜15を選択的に除去し、ゲート電極11、12を形成する。
次に、ゲート酸化膜13として用いられるシリコン酸化膜上にフォトレジスト48を形成する。公知のフォトリソグラフィ技術を用い、P型の拡散層5が形成される領域上のフォトレジスト48に開口部を形成する。そして、エピタキシャル層3の表面から、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧60〜90(keV)、導入量1.0×1014〜1.0×1016(/cm)でイオン注入する。その後、フォトレジスト48を除去し、熱拡散し、P型の拡散層5を形成する。
このとき、P型の拡散層5は、ゲート電極11、12をマスクとして利用し、セルファラインにより形成される。上述したように、タングステンシリコン膜15の膜厚を2000〜3000(Å)程度とすることで、フォトレジスト48の開口部から露出するゲート電極11、12の下方に、ホウ素(B)がイオン注入されることを防止できる。そして、図2を用いて説明したように、エピタキシャル層3の深部に不純物濃度ピークを有するP型の拡散層5を形成することができる。
具体的には、ゲート電極11、12をマスクとして用い、P型の拡散層5をイオン注入法により形成する場合、ゲート電極11、12をポリシリコン膜14のみで構成すると、その膜厚を4000(Å)とすると、加速電圧40(keV)以上ではボロン(B)がゲート電極11、12を突き抜けてしまう。一方、ゲート電極11、12の膜厚は4000(Å)であるが、ポリシリコン膜14を1500(Å)、タングステンシリコン膜15を2500(Å)となる構造とする。この構造では、ボロン(B)を加速電圧80(keV)でイオン注入した場合でも、ボロン(B)がゲート電極11、12を突き抜けることを防止できる。つまり、ボロン(B)が突き抜け難いタングステンシリコン膜15をゲート電極11、12に用いることで、ゲート電極11、12の膜厚を厚くすることなく、セルファラインによりP型の拡散層5を形成することができる。
この製造方法により、従来の製造方法では形成していた、バックゲート領域の抵抗値を低減する拡散層を省略することができる。つまり、バックゲート領域を形成する際のマスクずれにより、チャネル領域の不純物濃度が乱されることを考慮する必要がない。そのことで、ゲート電極11、12は、バックゲート領域を形成する際のマスクずれ量を考慮することなく、加工技術に合わせて形成される。そして、ゲート電極11、12間の離間距離W2を短縮することで、セルピッチを短縮することができ、デバイスサイズを縮小することができる。つまり、バックゲート領域をP型の拡散層5のみで形成することで、MOSトランジスタ1の面積当たりのオン抵抗値を低減できる。更に、バックゲート領域を構成するP型の拡散層の数を低減することで、マスク枚数を低減できる等、製造コストを低減することができる。尚、バックゲート引き出し領域としてのP型の拡散層6は、後工程にてP型の拡散層5に重畳して形成する。
次に、図8に示す如く、ゲート酸化膜13として用いるシリコン酸化膜上にフォトレジスト49を形成する。公知のフォトリソグラフィ技術を用い、P型の拡散層6が形成される領域上のフォトレジスト49に開口部を形成する。そして、エピタキシャル層3の表面から、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧50〜70(keV)、導入量1.0×1014〜1.0×1016(/cm)でイオン注入する。その後、フォトレジスト49を除去し、熱拡散し、P型の拡散層6を形成する。
次に、図9に示す如く、ゲート酸化膜13として用いられるシリコン酸化膜上にフォトレジスト50を形成する。公知のフォトリソグラフィ技術を用い、N型の拡散層7、8、9、10が形成される領域上のフォトレジスト50に開口部を形成する。そして、エピタキシャル層3の表面から、N型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧90〜110(keV)、導入量1.0×1014〜1.0×1016(/cm)でイオン注入する。その後、フォトレジスト50を除去し、熱拡散し、N型の拡散層7、8、9、10を形成する。
次に、図10に示す如く、エピタキシャル層3上に絶縁層20として、例えば、BPSG(Boron Phospho Silicate Glass)膜、SOG(Spin On Glass)膜等を堆積する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、CHFまたはCF系のガスを用いたドライエッチングで、絶縁層20にコンタクトホール21、22、23を形成する。コンタクトホール21、22、23には、例えば、Al−Si膜、Al−Si−Cu膜、Al−Cu膜等から成るアルミ合金膜を選択的に形成し、ドレイン電極24、26及びソース電極25を形成する。
尚、本実施の形態では、P型の拡散層5を形成する際の加速電圧が60〜90(keV)の場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、P型の拡散層5を形成する際の不純物がゲート電極を突き抜けなければよく、ゲート電極の膜厚等により加速電圧が90(keV)以上の場合でもよい。この場合には、P型の拡散層5の不純物濃度のピークがエピタキシャル層深部となり、また、拡散幅も広くなり、寄生NPNトランジスタの動作を防止することができる。また、ゲート電極11、12をポリシリコン膜とタングステンシリコン膜との2層構造で形成される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。ゲート電極は、例えば、ポリシリコン膜、あるいは、タングステンシリコン膜の単層構造で形成される場合でもよい。この場合には、ポリシリコン膜、あるいは、タングステンシリコン膜は、イオン注入されたホウ素(B)が突き抜けない膜厚を有していればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明する(A)不純物濃度プロファイルであり、(B)不純物濃度プロファイルである。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
符号の説明
1 Nチャネル型MOSトランジスタ
2 P型の単結晶シリコン基板
3 N型のエピタキシャル層
5 P型の拡散層
8 N型の拡散層
9 N型の拡散層
11 ゲート電極
12 ゲート電極
14 ポリシリコン膜
15 タングステンシリコン膜

Claims (6)

  1. 半導体層と、前記半導体層に形成されるドレイン領域、ソース領域及びバックゲート領域と、前記半導体層上面に形成されるゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜上に形成されるゲート電極とを有する半導体装置において、
    前記バックゲート領域には前記ソース領域が重畳して形成されており、前記バックゲート領域の不純物濃度のピークは、前記バックゲート領域と前記ソース領域との接合領域よりも前記半導体層の深部に形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記接合領域近傍の前記バックゲート領域の不純物濃度では、前記ソース領域底面近傍の不純物濃度が、前記ソース領域の表面近傍の不純物濃度に対し3倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記ゲート電極は、ポリシリコン膜とタングステンシリコン膜とから形成され、前記タングステンシリコン膜の膜厚は前記ポリシリコン膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 半導体層上にゲート酸化膜及びゲート電極を形成した後、前記ゲート電極を用いたセルファラインにより、前記半導体層にバックゲート領域を形成する工程と、
    前記バックゲート領域に重畳するようにソース領域を形成し、前記半導体層にドレイン領域を形成する工程とを有し、
    前記バックゲート領域を形成する工程では、前記バックゲート領域の不純物濃度のピークを前記バックゲート領域と前記ソース領域との接合領域よりも前記半導体層の深部に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記バックゲート領域を形成する工程では、加速電圧が60〜90(keV)のイオン注入工程を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記ゲート電極を形成する工程では、ポリシリコン膜上にタングステンシリコン膜を堆積させ、前記タングステンシリコン膜の膜厚を前記ポリシリコン膜の膜厚よりも厚くすることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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