專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別是涉及一種高耐壓MOS晶體管的構(gòu)造及其制造方法。
背景技術(shù)：
高耐壓MOS晶體管具有高的源極-漏極耐壓或高的柵極耐壓，廣泛應(yīng)用于LCD驅(qū)動(dòng)器等各種驅(qū)動(dòng)器或電源電路等。近年來(lái)，希望高耐壓晶體管同時(shí)具備高的源極-漏極耐壓和高的柵極耐壓。因此，原來(lái)將場(chǎng)絕緣膜即LOCOS膜(Local Oxidation of Silicon)作為柵極絕緣膜使用，使柵極耐壓提高，并且，通過(guò)設(shè)置低濃度的漏極層，實(shí)現(xiàn)源極-漏極耐壓的提高。
關(guān)于高耐壓MOS晶體管，特許文獻(xiàn)1中已有所記載。
特許文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2004-39774號(hào)公報(bào)但是，就上述的高耐壓MOS晶體管而言，雖然能得到200V左右的柵極耐壓，但其存在的問(wèn)題是，在漏極側(cè)的LOCOS膜的端部發(fā)生電場(chǎng)集中，在此處由于產(chǎn)生PN結(jié)擊穿，所以得不到目標(biāo)源極-漏極耐壓。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備經(jīng)由場(chǎng)絕緣膜形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的柵極電極、第二導(dǎo)電型的第一漂移層、與所述第一漂移層相向，并將所述柵極電極夾在其間配置的源極層、比所述第一漂移層更深地向所述半導(dǎo)體層中擴(kuò)散，并從所述第一漂移層的下方向場(chǎng)絕緣膜的下方延伸的第二導(dǎo)電型第二漂移層，在所述場(chǎng)絕緣膜端部的下方的所述第二漂移層的下部形成有凹部。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供高耐壓MOS晶體管，其具有約200V左右的柵極耐壓、約280V左右的高的柵極-漏極耐壓，并且具有低的接通電阻。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖2是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖3是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖4是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖5是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖6是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖7是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖8是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖9是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖；圖10是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖；圖11是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
符號(hào)說(shuō)明1、單晶硅襯底，2、外延硅層，3、埋入硅層，4、LOCOS膜，5、柵極電極，6、第一漂移層，7、源極層，8、N+層，9、第二漂移層，10、低濃度源極層。11、溝道雜質(zhì)層，12、漏極層，13、第一層間絕緣膜，14、漏極電極，15、源極電極，16、第二層間絕緣膜，17、場(chǎng)電極，20、虛設(shè)氧化膜，21、23、24、25、26、27、光致抗蝕劑層，21A、光致抗蝕劑片，22、柵極氧化膜CH1、CH2、接觸孔，OF、偏移長(zhǎng)度，R、凹部，SL、縫隙具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D10說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的高耐壓MOS晶體管的構(gòu)造。在P型單晶硅襯底1上外延生長(zhǎng)N型外延硅層2，在單晶硅襯底1和外延硅層2的界面上形成有N+型埋入硅層3。在外延硅層2上形成具有約1000nm膜厚的LOCOS膜4，在該LOCOS膜4上形成有柵極電極5。在LOCOS膜4左側(cè)的外延硅層2的表面上形成有P型第一漂移層(P+L)6，在LOCOS膜右側(cè)的外延硅層2的表面上，中間夾著柵極電極5與第一漂移層6相向而配置有P+型源極層(PSD)7。在源極層7的右側(cè)形成有用于將外延硅層2設(shè)定為源極電位的N+層(NSD)8。
另外，形成有P型第二漂移層(SP+L)9，其比第一漂移層6更深地向外延硅層2中擴(kuò)散，并從第一漂移層6的下方向LOCOS膜4的左側(cè)下方延伸。在LOCOS膜4的左端下方的第二漂移層9的下部形成有凹部R。
另外，形成有低濃度的源極層10，其與該第二漂移層9同時(shí)形成，并從源極層7的下方向LOCOS膜4的右側(cè)下方延伸。在LOCOS膜4下方的第二漂移層9和低濃度源極層10之間，與LOCOS膜4的下部相接，而形成有比外延硅層2更高濃度的N型溝道雜質(zhì)層(FN)11。
在第一及第二漂移層6、9的左側(cè)，與它們相接觸而形成有P型漏極層12。漏極層12由三個(gè)P型層(PSD層、SP+D層、P+D層)構(gòu)成，其中表面的P+D層濃度最高，其下面的SP+D層的濃度次之，再下面的P+D層濃度最低。這樣，通過(guò)對(duì)漏極層12設(shè)置濃度梯度，加大漏極層12的耗盡層擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)高耐壓性。
另外，還形成有覆蓋柵極電極5、具有約1000nm膜厚的第一層間絕緣膜13，在漏極層12的PSD層上的第一層間絕緣膜13上開(kāi)設(shè)接觸孔CH1。形成由通過(guò)該接觸孔CH1與漏極層12的PSD層接觸的、鋁等第一層金屬層構(gòu)成的漏極電極14。另外，在源極層7和N+層8上的第一層間絕緣膜13上開(kāi)設(shè)接觸孔CH2。形成由通過(guò)該接觸孔CH2與源極層7和N+層8接觸的、鋁等第一層金屬層構(gòu)成的源極電極15。
另外，還形成有場(chǎng)電極17，該場(chǎng)電極17從柵極電極5的一部分上，經(jīng)由第一層間絕緣膜13及具有約1000nm膜厚的第二層間絕緣膜16延伸到第一漂移層6上。場(chǎng)電極17用由鋁等金屬構(gòu)成的第二層金屬層形成，設(shè)定為源極電位。場(chǎng)電極17的作用是，擴(kuò)大第一及第二漂移層6、9和外延硅層2之間的耗盡層。之所以用第二層金屬層形成場(chǎng)電極17，是由于如果用第一層金屬層形成，就會(huì)在LOCOS膜4的端部產(chǎn)生電場(chǎng)集中，使源極-漏極耐壓降低。
上述的高耐壓MOS晶體管，因?yàn)槭褂煤竦腖OCOS膜4作為柵極絕緣膜，所以具有約200V的高的柵極耐壓。另外，由于用第一及第二漂移層6、9這兩層形成低濃度漏極層，所以能夠降低晶體管的接通電阻。
另外，由于在第二漂移層9的下部形成有凹部R，所以在LOCOS膜4的端部下的P型雜質(zhì)濃度局部地降低，同時(shí)，由于第二漂移層9的凹部R和外延硅層2的PN結(jié)面積也增大，因此，在施加了漏極電壓時(shí)，耗盡層擴(kuò)展變大。在此基礎(chǔ)上，還具有場(chǎng)電極17帶來(lái)的耗盡層擴(kuò)大的效果。該耗盡層雖然也向外延硅層2中擴(kuò)展，但由于在單晶硅襯底1和外延硅層2的界面形成有N+型的埋入硅層3，所以防止了耗盡層到達(dá)單晶硅襯底1。通過(guò)這些相互效果，能夠得到約280V這樣的高的源極-漏極耐壓。通過(guò)在第二漂移層9上形成凹部R，雖然使接通電阻少許提高，但其在可以允許的范圍，且能夠通過(guò)提高第二漂移層9的濃度進(jìn)行補(bǔ)償。
另外，如圖11所示，通過(guò)從LOCOS膜4的左端離開(kāi)偏移長(zhǎng)度OF而形成第一漂移層6，能夠防止在電場(chǎng)強(qiáng)度高的LOCOS膜4的端部產(chǎn)生PN結(jié)擊穿，還能夠進(jìn)一步提高源極-漏極耐壓。
下面，參照

圖10所示的高耐壓MOS晶體管的制造方法。如圖1所示，在P型單晶硅襯底1的表面高濃度地離子注入N型雜質(zhì)，在其表面使N型的外延硅層2外延生長(zhǎng)。于是，在單晶硅襯底1和外延硅層2的界面上就形成N+型埋入硅層3。在外延硅層2的表面形成熱氧化引起的虛設(shè)(ダミ一)氧化膜20。
接下來(lái)，通過(guò)離子注入，在與圖10對(duì)應(yīng)的各區(qū)域形成第二漂移層9、低濃度源極層10和N型溝道雜質(zhì)層11。圖2中表示通過(guò)以光致抗蝕劑層21為掩模進(jìn)行硼(B+)的離子注入而形成第二漂移層9、低濃度源極層10的工序。在通過(guò)離子注入而形成第二漂移層9時(shí)，通過(guò)事先形成光致抗蝕劑片21A，在該光致抗蝕劑片21A的下方形成與該光致抗蝕劑寬度相對(duì)應(yīng)的縫隙SL。通過(guò)在dose量5×1015/cm2的條件下進(jìn)行磷(P+)離子注入，形成溝道雜質(zhì)層11。
其后，如圖3所示，在去除了光致抗蝕劑層21和虛設(shè)氧化膜20之后，通過(guò)選擇性氧化，形成具有約1000nm膜厚的LOCOS膜4。LOCOS膜4的左端進(jìn)入第二漂移層9的縫隙SL中。然后，形成具有90nm膜厚的柵極氧化膜22。而且，在該LOCOS膜4上形成具有約400nm膜厚的柵極電極5。柵極電極5由多晶硅、高熔點(diǎn)金屬硅化物等形成。
接著，如圖4所示，形成具有與圖10的漏極層12的形成區(qū)域相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的光致抗蝕劑層23。以該光致抗蝕劑層23為掩模，通過(guò)硼(B+)離子注入而形成漏極層12的P+D層。硼(B+)的dose量為約1×1013/cm2。
接著，如圖5所示，在去除了光致抗蝕劑層23之后，在1180℃溫度、N2氣氛中進(jìn)行四小時(shí)的熱擴(kuò)散。由此，第二漂移層9、溝道雜質(zhì)層11和P+D層向深處擴(kuò)散。通過(guò)該熱擴(kuò)散，引起硼的橫向擴(kuò)散，從而縫隙SL的寬度變窄，最終縫隙SL的上部被硼填埋，在第二漂移層9的下部形成凹部R。
接著，如圖6所示，形成光致抗蝕劑層24，以該光致抗蝕劑層24為掩模，通過(guò)硼(B+)離子注入，在P+D層中形成SP+D層。然后，去除光致抗蝕劑層24，在1050℃溫度下進(jìn)行五小時(shí)的熱擴(kuò)散，或在1100℃溫度下進(jìn)行90分鐘的熱擴(kuò)散。然后，如圖7所示，形成在漏極側(cè)具有開(kāi)口部的光致抗蝕劑層25，以該光致抗蝕劑層25為掩模，通過(guò)硼(B+)離子注入，在第二漂移層9的表面形成第一漂移層6。
接著，如圖8所示，在去除光致抗蝕劑層25之后，形成具有與N+層8的形成區(qū)域相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的光致抗蝕劑層26，以該光致抗蝕劑層26為掩模，通過(guò)磷(P+)離子注入，形成N+層8。然后，如圖9所示，形成具有與漏極層12的PSD層的形成區(qū)域、源極層7的形成區(qū)域相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的光致抗蝕劑層27。以該光致抗蝕劑層27為掩模，通過(guò)硼(B+)離子注入，形成漏極層12的PSD層、源極層7。硼(B+)的dose量為約1×1015/cm2。
接著，如圖10所示，通過(guò)CVD形成覆蓋柵極電極5、且具有約1000nm膜厚的第一層間絕緣膜13，在漏極層12的PSD層上的第一層間絕緣膜13、柵極氧化膜22上，通過(guò)蝕刻而開(kāi)設(shè)接觸孔CH1。形成由通過(guò)該接觸孔CH1與漏極層12的PSD層接觸的、鋁等第一層金屬層構(gòu)成的漏極電極14。另外，在源極層7及N+層8上的第一層間絕緣膜13、柵極氧化膜20上，通過(guò)蝕刻而形成接觸孔CH2。形成由通過(guò)該接觸孔CH2與漏極層7及N+層8接觸的、鋁等第一層金屬層構(gòu)成的源極電極15。然后，在整個(gè)面上形成具有約1000nm膜厚的第二層間絕緣膜16。進(jìn)而形成場(chǎng)電極17，該場(chǎng)電極17從柵極電極5的一部分上，經(jīng)由第一層間絕緣膜13、第二層間絕緣膜16延伸到第一漂移層6的一部分上。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備經(jīng)由場(chǎng)絕緣膜形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的柵極電極、第二導(dǎo)電型的第一漂移層、與所述第一漂移層相向，并將所述柵極電極夾在其間配置的源極層、比所述第一漂移層更深地向所述半導(dǎo)體層中擴(kuò)散，并從所述第一漂移層的下方向場(chǎng)絕緣膜的下方延伸的第二導(dǎo)電型第二漂移層，在所述場(chǎng)絕緣膜端部的下方的所述第二漂移層的下部形成有凹部。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備從所述柵極電極的一部分上向所述第一漂移層一部分上延伸的場(chǎng)電極。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述場(chǎng)電極由第二層金屬層構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，第一漂移層離開(kāi)所述場(chǎng)絕緣膜的端部而配置。
5.如權(quán)利要求1、2、3、4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，與所述場(chǎng)絕緣膜的下部相接，形成有比所述半導(dǎo)體層更高濃度的第一導(dǎo)電型溝道雜質(zhì)層。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備與所述第一漂移層及所述第二漂移層相接觸的漏極層。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體層是在第二導(dǎo)電型單晶半導(dǎo)體襯底上外延生長(zhǎng)的外延半導(dǎo)體層，其在所述單晶半導(dǎo)體襯底和所述半導(dǎo)體層的界面上形成有比所述半導(dǎo)體層更高濃度的第一導(dǎo)電型埋入半導(dǎo)體層。
8.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包含在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成具有縫隙的第二導(dǎo)電型的第二漂移層的工序；通過(guò)選擇氧化法，以使其端部進(jìn)入上述縫隙的方式在所述半導(dǎo)體層的表面形成場(chǎng)絕緣膜的工序；在所述場(chǎng)絕緣膜上形成柵極絕緣膜的工序；通過(guò)將所述第二漂移層熱擴(kuò)散，在所述第二漂移層的下方形成與所述縫隙對(duì)應(yīng)的凹部的工序；在所述第二漂移層的表面形成第一漂移層的工序；形成在其間夾著所述柵極電極而與所述第一漂移層相向的第二導(dǎo)電型源極層的工序。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具備與所述場(chǎng)絕緣膜的下部相接而形成比所述半導(dǎo)體層具有更高濃度的第一導(dǎo)電型溝道層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高耐壓MOS晶體管，其具有高的柵極耐壓和高的源極－漏極耐壓，并且具有低的接通電阻。其在外延硅層(2)上，經(jīng)由LOCOS膜(4)形成柵極電極(5)。在LOCOS膜(4)的左側(cè)形成P型第一漂移層(6)，在LOCOS膜(4)的右側(cè)的外延硅層(2)表面上，與第一漂移層(6)相向，且在其間夾著柵極電極(5)而配置P+型源極層(7)。形成有比第一漂移層(6)更深地向外延硅層(2)中擴(kuò)散、并從第一漂移層(6)下方向LOCOS膜(4)的左側(cè)下方延伸的P型第二漂移層(9)。在LOCOS膜(4)的左端下方的第二漂移層(9)的下部形成有凹部R。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101026192SQ20071008495
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者田中秀治, 菊地修一, 中谷清史 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社