JP2004186463A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、縦形のMOSトランジスタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置は微細化、高速化、低消費電力化等が要求されている。たとえば、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタを同一基板に形成したBiCMOSトランジスタは、バイポーラトランジスタの高速性とMOSトランジスタの低消費電力性の利点を同時に実現できるため、注目されている。
しかし、微細化などの更なる要求に伴い、半導体装置の製造工程はより複雑化し、設備コストの上昇、半導体装置の歩留まりの低下および信頼性の低下等が起こっている。たとえば、BiCMOSトランジスタにおいては、微細化に伴いΔVth(隣り合ったトランジスタのしきい値Vth特性の差)等のペア特性の悪化が発生する場合があった。このような問題に対応するため、縦形MOSトランジスタが注目されている(たとえば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−23001号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
以下に、従来の縦型MOSトランジスタの製造方法について図11〜図14を用いて説明する。図11に示すように、n型半導体基板101の主表面上に比抵抗0.6〜2Ω・cm程度、厚み10μm程度のn型エピタキシャル層102を全面に形成する。次いで、n型エピタキシャル層102の全面にB(ボロン)をイオンエネルギー100keV、ドーズ量7×1013cm−2にてイオン注入して、厚さ2μmのベース層103を形成する。次いで、ベース層103の全面にAs(ヒ素)をイオンエネルギー40keV、ドーズ量2×1015cm−2にてイオン注入し、厚さ0.4μmのソース層104を得る。
【0005】
次いで、図12に示すように、ゲート電極を埋め込むための開口部をRIE(Reactive Ion Etching)法により、n型エピタキシャル層102に達する深さまでエッチングする。次いで、エッチングで形成された開口部の表面にゲート絶縁膜111を形成する。次いで、ゲート絶縁膜111が表面に形成された開口部に導電材料を堆積し、その後、熱処理を行って導電材料を開口部に埋め込み、ゲート電極112を形成する。
【0006】
次いで、図13に示すように、全面に絶縁膜121を形成する。次いで、絶縁膜121にバックゲートおよびソース、ゲート電極を接続する配線131を形成するため、コンタクトホール122を形成する。次いで、図14に示すように、バックゲートおよびソースを接続する配線131bsと、ゲート電極を接続する配線131gを形成する。以上のように、実効ゲート長がベース層103の厚さである従来のn型の縦形MOSトランジスタを形成することができる。
【0007】
前述したペア特性はゲート電極のゲート長に影響されるため、ゲート長のバラツキが少ない場合に良好となる。一般的な横型MOSトランジスタのゲート長はゲート電極の長さと同等となる。一方、縦型MOSトランジスタのゲート電極は埋め込まれて形成されるため、横型MOSトランジスタのゲート長に相当する実効ゲート長はベース層103の厚みとなる。このベース層103はイオン注入条件を制御することで所望に形成でき、層の厚みのバラツキは少ない。このように、縦形MOSトランジスタの実効ゲート長は、一般的な横型MOSトランジスタのリソグラフィ工程によるゲート長のバラツキが発生しないため、バラツキが少なく形成することができ、よって良好なペア特性を得ることができる。
【0008】
しかしながら、従来の縦形MOSトランジスタの製造方法においては、単一のトランジスタ素子を製造する方法であるため、BiCMOSのように複数の素子を有する半導体装置を高集積度を有し高い製造効率で形成することはできない。また、微細化に伴うホットキャリア効果等による信頼性が十分でない。また、従来の縦形MOSトランジスタは、ゲート部が基板まで貫通しゲート・ドレイン容量が大きくなるため、高速性が十分でない。そして、バックゲートとソースが同一配線で取り出されているため、バックゲート、ソースを別電位に制御する場合には使えない。以上のような問題点が従来の縦形MOSトランジスタおよびその製造方法にはあった。
【0009】
したがって、本発明は、ペア特性の向上、ホットキャリア効果の防止が可能で信頼性に優れ、高集積度を有し高い製造効率で製造することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は優れた高速性を有し、また、各々の拡散層に対して別電位で制御が可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1導電型半導体基板の所定の領域に前記第1導電型半導体基板と逆の導電型の第2導電型第1拡散層を形成する第1工程と、前記第2導電型第1拡散層に第2導電型半導体層を形成する第2工程と、第2導電型半導体層に第1絶縁層を設けて第1領域と第2領域を形成する第3工程と、前記第1領域に前記第2導電型第1拡散層と接続する第2導電型第2拡散層を形成する第4工程と、前記第2領域に第1導電型第3拡散層を形成する第5工程と、前記第2領域の前記第1導電型第3拡散層の一部に第2導電型第4拡散層を形成する第6工程と、前記第2領域の前記第1絶縁層に接触した前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および第2導電型半導体層が積層する部分の一部を第2導電型半導体層が露出する深さまでエッチングし開口部を形成する第7工程と、前記開口部の前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および前記第2導電型半導体層の表面に第2絶縁層を形成する第8工程と、前記第2絶縁層が表面に形成された前記開口部に導電層を埋め込む第9工程と、を具備する半導体装置の製造方法である。
【0011】
以上により、本発明の半導体装置の製造方法は、バイポーラトランジスタ構造の一部にゲート部が埋め込まれた構造を有する縦形MOSトランジスタを製造することができる。このため、BiCMOSトランジスタの製造の際、本発明の縦形MOSトランジスタは、同一基板上のバイポーラトランジスタと同じ工程で形成可能であり、よって高い製造効率で製造することができる。
【0012】
また、本発明は、第1導電型半導体基板と、前記第1導電型半導体基板の所定の領域に形成され前記第1導電型半導体基板と逆の導電型の第2導電型第1拡散層と、前記第2導電型第1拡散層に形成された第2導電型半導体層と、前記第2導電型半導体層に第1領域と第2領域を形成するために設けられた第1絶縁層と、前記第1領域に形成され前記第2導電型第1拡散層と接続する第2導電型第2拡散層と、前記第2領域に形成された第1導電型第3拡散層と、前記第2領域の前記第1導電型第3拡散層の一部に形成された第2導電型第4拡散層と、前記第2領域の前記第1絶縁層に接触した前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および前記第2導電型半導体層が積層する部分の一部を第2導電型半導体層が露出する深さまでエッチングし形成された開口部と、前記開口部の前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および前記第2導電型半導体層の表面に形成された第2絶縁層と、前記開口部の前記第2絶縁層に埋め込まれた導電層と、を具備する半導体装置である。
【0013】
以上により、本発明の半導体装置の製造方法はバイポーラトランジスタ構造の一部にゲート部が埋め込まれ、縦形MOSトランジスタとして使用することができる半導体装置を製造できる。このため、BiCMOSトランジスタの製造の際、本発明の縦形MOSトランジスタの製造方法は、同一基板のバイポーラトランジスタと同じ製造工程を兼用可能であり、よって高い製造効率で製造することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【0015】
図1は、本実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。本実施形態の半導体装置は、p型基板1と、p型基板1の所定の領域に形成されたn型ドレイン埋め込み層21と、n型ドレイン埋め込み層21に形成されたn型ドレイン層2と、n型ドレイン層2に第1領域と第2領域を形成するために設けられた領域分離層31を有する。
【0016】
そして、第1領域には、n型ドレイン埋め込み層21と接続するn型ドレイン接続層22を有する。また、第2領域にはp型ベース層13と、p型ベース層13の一部に形成されたn型ソース層24とを有している。そして、第2領域にはn型ソース層24とp型ベース層13とn型ドレイン層2に接触するゲート絶縁膜32とゲート電極41のゲート部が埋め込まれて形成されている。
【0017】
そして、p型ベース層13にはベース配線51b、n型ソース層24にはソース配線51s、ゲート電極41にはゲート配線51g、n型ドレイン接続層22にはドレイン配線51dが形成されている。
【0018】
本実施形態の半導体装置は、ゲート絶縁膜32とゲート電極41をゲート部として、n型ソース層24とn型ドレイン層2の間に位置するp型ベース層13にチャネルを有するn型MOSトランジスタとして使用できる。また、本実施形態の半導体装置はゲート絶縁膜32とゲート電極41のゲート部を有することを除いてバイポーラトランジスタと同様な構造を有するため、p型ベース層13、n型ソース層24、n型ドレイン層2は、それぞれ、バイポーラトランジスタとしてのベース、エミッタ、コレクタとして使用することができる。つまり、本実施形態の半導体装置は、n型MOSトランジスタおよびnpnバイポーラトランジスタとして兼用可能である。
【0019】
つぎに、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態においては、前述した図1に示すn型の縦型MOSトランジスタの製造方法について、図2〜図10を用いて説明する。
【0020】
まず、Si(シリコン)のp型半導体基板1の主表面上に熱酸化膜を100〜500nm程度形成した後(図示せず)、所定の領域の前記熱酸化膜を除去する。そして、図2に示すように、例えばSb(アンチモン)の固相拡散法により所定の領域にn型ドレイン埋め込み層21を形成する。このn型ドレイン埋め込み層21は特に固相拡散法に限ったものではなく、例えば不純物のイオン注入法によって形成することができる。
【0021】
次いで、図3に示すように、半導体基板1の主表面の全面に例えばSiのn型ドレイン層2を比抵抗1〜10Ω・cm程度にて1〜2μm程度エピタキシャル成長させ形成する。
【0022】
次いで、図4に示すように、n型ドレイン層2の一部に例えばSiO2の領域分離層31を形成し、第1領域と第2領域を形成する。領域分離層31は、200〜600nm程度の厚さで、例えばLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法で形成する。その他に、領域分離層31はSTI(Shallow Trench Isolation)法で形成してもよい。
【0023】
次いで、図5に示すように、第1領域のn型ドレイン層2にn型ドレイン埋め込み層21と接続するn型ドレイン接続層22を形成する。n型ドレイン接続層22は、例えばP(リン)のn型不純物をイオンエネルギー50〜100keV程度、ドーズ量1014〜1015/cm2程度の条件でイオン注入し、その後、900〜1000℃、10〜30分の条件にて熱処理を行い、n型ドレイン埋め込み層21と接続させる。
【0024】
次いで、図6に示すように、第2領域のn型ドレイン層2の全面にp型ベース層13を形成する。p型ベース層13は、例えばフォトレジスト(図示なし)をマスクとして形成後、マスク開口部にB(ボロン)をイオンエネルギー10〜50keV程度、ドーズ量1011〜1013/cm2程度の条件でイオン注入して形成される。このとき、トランジスタ特性として所望のしきい値Vth等が得られる条件とすることができる。例えば、MOSトランジスタの特性とバイポーラトランジスタの特性を兼用化する場合、p型ベース層13の不純物濃度を1017〜1018/cm3程度とすることが好ましい。
【0025】
次いで、図7に示すように、第2領域のp型ベース層13の一部にn型ソース層24を形成する。n型ソース層24は、例えば、フォトレジスト(図示なし)をマスクとして形成後、マスク開口部にAs(ヒ素)をイオンエネルギー10〜30keV程度、ドーズ量1014〜1016/cm2程度の条件でイオン注入し形成する。その後、p型ベース層13、n型ソース層24の不純物を活性化させるために、例えば800〜1000℃、10秒〜30分程度の条件にて熱処理を行い、厚さ50nm〜500nmのp型ベース層13、厚さ50nm〜500nmのn型ソース層24を形成する。
【0026】
次いで、図8に示すように、第2領域の領域分離層31に接触したn型ソース層24およびp型ベース層13およびn型ドレイン層2のそれぞれの一部を、n型ドレイン層2が露出する深さまでエッチングし開口部40を形成する。開口部40は例えば、例えば、フォトレジスト(図示なし)をマスクとして形成後、RIE法により形成することができる。詳細は後述するが、この開口部40は本実施形態の半導体装置のゲート部が形成され、n型ソース層24とn型ドレイン層2の間のp型ベース層13はチャネルが形成される。よって、n型ソース層24とn型ドレイン層2の間のp型ベース層13の厚みは実効ゲート長に相当する。
【0027】
次いで、図9に示すように、開口部40の表面に、例えばSiO2のゲート絶縁膜32を、熱酸化法により形成する。この場合、n型ソース層24とn型ドレイン層2の間のp型ベース層13の厚みである実効ゲート長に応じて、ゲート絶縁膜32の厚さを制御する。例えば、実効ゲート長が0.5μmの場合にはゲート絶縁膜32の厚さを10〜20nmとすることが好ましい。また、実効ゲート長が0.3μmの場合、ゲート絶縁膜32の厚さを5〜10nmとすることが好ましい。
【0028】
次いで、図10に示すように、ゲート絶縁膜32が表面に形成された開口部40にゲート電極41を埋め込んで形成する。ゲート電極41は、例えば、不純物を含む多結晶シリコンを全面に形成した後、表面の多結晶シリコンをCMP(Chemical and Mechanical Polishing)法で除去して平坦化させ、開口部40の内部の多結晶シリコンを残して形成することができる。
【0029】
次いで、図1に示すように、全面に例えばCVD法によりSiO2の層間絶縁膜33を形成した後、ベース配線、ドレイン配線、ゲート電極配線、ソース配線に対応した部分にコンタクトホールを形成する(図示無し)。次いで、p型ベース層13にはベース配線51b、n型ソース層24にはソース配線51s、ゲート電極41にはゲート配線51g、n型ドレイン接続層22にはドレイン配線51dを例えば、Al(アルミニウム)を用いて形成する。
【0030】
以上により、本実施形態の半導体装置の製造方法は、n型MOSトランジスタおよびnpnバイポーラトランジスタとして兼用可能な半導体装置を製造することができる。ゲート絶縁膜とゲート電極を形成する工程を具備すること以外は、バイポーラトランジスタの製造工程と同様である。
【0031】
なお、本実施形態におけるp型基板1、n型ドレイン層2、p型ベース層13、n型ドレイン埋め込み層21、n型ドレイン接続層22、n型ソース層24、領域分離層31、ゲート絶縁膜32、層間絶縁膜32、コンタクトホール40、ゲート電極41は、順次、本発明の第1導電型半導体基板、第2導電型半導体層、第1導電型第3拡散層、第2導電型第1拡散層、第2導電型第2拡散層、第2導電型第4拡散層、第1絶縁層、第2絶縁層、第3絶縁層、開口部、導電層に相当する。
【0032】
上述したように本実施形態は、バイポーラトランジスタの構造の一部にゲート部が埋め込まれた構造を有し、縦形MOSトランジスタとして使用可能な半導体装置およびその製造方法である。このため、BiCMOSトランジスタの製造の際、本実施形態の縦形MOSトランジスタはバイポーラトランジスタと同じ工程を兼用可能であり、よって高い製造効率で製造することができる。
【0033】
本実施形態におけるゲート電極41は、一般的な横形MOSトランジスタのゲート電極と異なり、埋め込まれて形成されている。このため、本実施形態の実効ゲート長はn型ドレイン層2とn型ソース層24の間のp型ベース層13の厚みとなる。一般的な横形MOSトランジスタの実効ゲート長はリソグラフィ工程の制御をして形成されるが、本実施形態の実効ゲート長は各層のイオン注入や熱処理の条件を制御して形成される。イオン注入や熱処理の条件は容易に制御ができるため、本実施形態においては、より微細な実効ゲート長、例えば、0.1μm以下の実効ゲート長を容易に形成することができる。
【0034】
そして、前述したペア特性は実効ゲート長に影響され、実効ゲート長のバラツキが少ないほど良好となる。本実施形態における実効ゲート長のバラツキはイオン注入や熱処理によるバラツキに起因するが、一般的な横型MOSトランジスタのようにリソグラフィ工程によるバラツキを加味する必要がない。このように本実施形態においては実効ゲート長のバラツキを少なくできるため、良好なペア特性を有する半導体装置を得ることができる。
【0035】
また、チャネルを形成するp型ベース層13はp型半導体基板1に対して垂直方向からイオン注入されて形成される。このため、p型ベース層13のイオン濃度はイオン注入条件を制御することで、垂直方向に所望に分布させることが容易にできる。例えば、p型ベース層13のイオン濃度分布を、n型ドレイン層2側をn型ソース層24側より相対的に濃いイオン濃度で形成することが容易に可能である。n型ドレイン層2側をn型ソース層24側より相対的に高いイオン濃度でp型ベース層13を形成する場合、n型ドレイン層2側が低いため、ホットキャリア効果を効果的に抑制することができる。
【0036】
また、ゲート絶縁膜、ゲート電極のゲート部がドレイン埋込み層の深さとすることで、ゲート・ドレイン容量が小さくできるため、高速化が実現できる。
【0037】
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することできる。
【0038】
たとえば、上記実施形態においては、第1の領域から拡散層の形成を実施したが、第2の領域から先に各拡散層を形成しても良い。
【0039】
また、たとえば、上記実施形態においては、第2領域のn型ドレイン層2にp型ベース層13、n型ソース層24を順次形成後、ゲート絶縁膜32、ゲート電極41を埋め込んで形成する製造方法について説明したが、逆に、第2領域にゲート絶縁膜32、ゲート電極41を埋め込んで形成した後、n型ドレイン層2にp型ベース層13、n型ソース層24を順次形成してもよい。
【0040】
また、たとえば、上記実施形態においては、n型MOSトランジスタおよびnpnバイポーラトランジスタとして兼用できる半導体装置について説明したが、イオン注入条件を変更しp型MOSトランジスタおよびpnpバイポーラトランジスタとして兼用できる半導体装置としてもよい。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、信頼性に優れ、高集積度を有し高い製造効率で製造することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することができる。そして、優れた高速性を有し、また、各々の拡散層に対して別電位で制御が可能な半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。
【図2】図2は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図3】図3は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図4】図4は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図5】図5は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図6】図6は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図7】図7は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図8】図8は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図9】図9は本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図10】図10は本発明の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図11】図11は従来の半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図12】図12は従来の半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図13】図13は従来の半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【図14】図14は従来の半導体装置の製造方法における製造工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1…p型基板(第1導電型半導体基板)、2…n型ドレイン層(第2導電型半導体層)、13…p型ベース層(第1導電型第3拡散層) 、21…n型ドレイン埋め込み層(第2導電型第1拡散層)、22…n型ドレイン接続層(第2導電型第2拡散層)、24…n型ソース層(第2導電型第4拡散層)、31…領域分離層(第1絶縁層)、32…ゲート絶縁膜(第2絶縁層)、33…層間絶縁膜(第3絶縁層)、40…コンタクトホール(開口部)、41…ゲート電極(導電層)、51s…ソース配線、51d…ドレイン配線、51g…ゲート配線、51b…ベース配線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a vertical MOS transistor and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices have been required to be miniaturized, increased in speed, reduced in power consumption, and the like. For example, a BiCMOS transistor in which a bipolar transistor and a MOS transistor are formed on the same substrate has attracted attention because it can simultaneously realize the advantages of the high speed of the bipolar transistor and the low power consumption of the MOS transistor.
However, with further demands for miniaturization and the like, the manufacturing process of the semiconductor device has become more complicated, and the equipment cost has increased, the yield of the semiconductor device has decreased, and the reliability has decreased. For example, in BiCMOS transistors, pair characteristics such as ΔVth (difference in threshold Vth characteristics between adjacent transistors) may deteriorate with miniaturization. In order to cope with such a problem, attention has been paid to a vertical MOS transistor (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-23001
[Problems to be solved by the invention]
Hereinafter, a conventional method for manufacturing a vertical MOS transistor will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 11, an n-type epitaxial layer 102 having a specific resistance of about 0.6 to 2 Ω · cm and a thickness of about 10 μm is formed on the entire surface of a main surface of an n-
[0005]
Next, as shown in FIG. 12, an opening for burying the gate electrode is etched by RIE (Reactive Ion Etching) to a depth reaching the n-type epitaxial layer 102. Next, a gate insulating film 111 is formed over the surface of the opening formed by etching. Next, a conductive material is deposited in the opening where the gate insulating film 111 is formed, and then heat treatment is performed to bury the conductive material in the opening to form the gate electrode 112.
[0006]
Next, as shown in FIG. 13, an insulating film 121 is formed on the entire surface. Next, a contact hole 122 is formed in the insulating film 121 to form a wiring 131 connecting the back gate, the source, and the gate electrode. Next, as shown in FIG. 14, a wiring 131bs connecting the back gate and the source and a wiring 131g connecting the gate electrode are formed. As described above, a conventional n-type vertical MOS transistor whose effective gate length is the thickness of the base layer 103 can be formed.
[0007]
Since the above-mentioned pair characteristics are affected by the gate length of the gate electrode, the pair characteristics are good when the variation in the gate length is small. The gate length of a general lateral MOS transistor is equal to the length of the gate electrode. On the other hand, since the gate electrode of the vertical MOS transistor is formed so as to be buried, the effective gate length corresponding to the gate length of the horizontal MOS transistor is the thickness of the base layer 103. The base layer 103 can be formed as desired by controlling the ion implantation conditions, and the thickness of the layer is less varied. As described above, the effective gate length of the vertical MOS transistor can be formed with a small variation because the variation in the gate length does not occur due to the lithography process of a general horizontal MOS transistor, so that good pair characteristics can be obtained. it can.
[0008]
However, in the conventional method of manufacturing a vertical MOS transistor, since a single transistor element is manufactured, a semiconductor device having a plurality of elements such as BiCMOS is formed with high integration and high manufacturing efficiency. It is not possible. Further, the reliability due to the hot carrier effect or the like accompanying miniaturization is not sufficient. Further, the conventional vertical MOS transistor has insufficient high-speed performance because the gate portion penetrates to the substrate and the gate-drain capacitance increases. Since the back gate and the source are taken out through the same wiring, they cannot be used for controlling the back gate and the source to different potentials. The above problems exist in the conventional vertical MOS transistor and the manufacturing method thereof.
[0009]
Accordingly, the present invention provides a semiconductor device capable of improving pair characteristics and preventing a hot carrier effect, having excellent reliability, having a high degree of integration, and being manufactured with high manufacturing efficiency, and a method of manufacturing the same. With the goal. Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device having excellent high-speed performance and capable of controlling each diffusion layer at a different potential, and a method of manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a first step of forming a second conductive type first diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the first conductive type semiconductor substrate in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate; A second step of forming a second conductive type semiconductor layer on the one diffusion layer, a third step of providing a first insulating layer on the second conductive type semiconductor layer to form a first region and a second region, A fourth step of forming a second conductivity type second diffusion layer connected to the second conductivity type first diffusion layer in a region, and a fifth step of forming a first conductivity type third diffusion layer in the second region. Forming a fourth diffusion layer of a second conductivity type on a part of the third diffusion layer of the first conductivity type in the second region; and forming a fourth diffusion layer of the second conductivity type in the second region. The second conductivity type semiconductor layer exposes a part of the portion where the second conductivity type fourth diffusion layer and the first conductivity type third diffusion layer and the second conductivity type semiconductor layer are stacked. A seventh step of forming an opening by etching to a depth, and a second step on the surface of the second conductivity type fourth diffusion layer, the first conductivity type third diffusion layer and the second conductivity type semiconductor layer in the opening. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an eighth step of forming an insulating layer; and a ninth step of burying a conductive layer in the opening in which the second insulating layer is formed on the surface.
[0011]
As described above, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can manufacture a vertical MOS transistor having a structure in which a gate portion is embedded in a part of a bipolar transistor structure. Therefore, when manufacturing a BiCMOS transistor, the vertical MOS transistor of the present invention can be formed in the same process as a bipolar transistor on the same substrate, and can be manufactured with high manufacturing efficiency.
[0012]
In addition, the present invention provides a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type first diffusion layer formed in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate and having a conductivity type opposite to the first conductivity type semiconductor substrate. A second conductive type semiconductor layer formed on the second conductive type first diffusion layer, and a first insulating layer provided for forming a first region and a second region in the second conductive type semiconductor layer. A second conductivity type second diffusion layer formed in the first region and connected to the second conductivity type first diffusion layer; a first conductivity type third diffusion layer formed in the second region; A second conductive type fourth diffusion layer formed on a part of the first conductive type third diffusion layer in two regions; and a second conductive type fourth diffusion contacting the first insulating layer in the second region. The second conductivity type semiconductor layer exposes a part of a portion where the layer and the first conductivity type third diffusion layer and the second conductivity type semiconductor layer are stacked. An opening formed by etching, and a second insulating layer formed on the surface of the second conductive type fourth diffusion layer, the first conductive type third diffusion layer, and the second conductive type semiconductor layer in the opening. A semiconductor device comprising: a layer; and a conductive layer embedded in the second insulating layer in the opening.
[0013]
As described above, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can manufacture a semiconductor device in which a gate portion is embedded in a part of a bipolar transistor structure and can be used as a vertical MOS transistor. Therefore, when manufacturing a BiCMOS transistor, the method of manufacturing a vertical MOS transistor according to the present invention can use the same manufacturing steps as a bipolar transistor on the same substrate, and can be manufactured with high manufacturing efficiency.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the semiconductor device according to the present embodiment. The semiconductor device according to the present embodiment includes a p-
[0016]
The first region has an n-type
[0017]
A base wiring 51b is formed in the p-type base layer 13, a
[0018]
The semiconductor device of the present embodiment has an n-type MOS transistor having a channel in the p-type base layer 13 located between the n-
[0019]
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method of manufacturing the above-described n-type vertical MOS transistor shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0020]
First, after a thermal oxide film is formed on the main surface of Si (silicon) p-
[0021]
Next, as shown in FIG. 3, an n-
[0022]
Next, as shown in FIG. 4, a region separation layer 31 of, for example, SiO 2 is formed in a part of the n-
[0023]
Next, as shown in FIG. 5, an n-type
[0024]
Next, as shown in FIG. 6, a p-type base layer 13 is formed on the entire surface of the n-
[0025]
Next, as shown in FIG. 7, an n-
[0026]
Next, as shown in FIG. 8, each of the n-
[0027]
Next, as shown in FIG. 9, a gate insulating film 32 of, for example, SiO 2 is formed on the surface of the opening 40 by a thermal oxidation method. In this case, the thickness of the gate insulating film 32 is controlled according to the effective gate length, which is the thickness of the p-type base layer 13 between the n-
[0028]
Next, as shown in FIG. 10, a gate electrode 41 is formed by burying a gate insulating film 32 in an opening 40 formed on the surface. The gate electrode 41 is formed by, for example, forming polycrystalline silicon containing impurities on the entire surface, removing the polycrystalline silicon on the surface by a chemical and mechanical polishing (CMP) method, and flattening the polycrystalline silicon. It can be formed leaving silicon.
[0029]
Then, as shown in FIG. 1, after an
[0030]
As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment can manufacture a semiconductor device that can be used as both an n-type MOS transistor and an npn bipolar transistor. It is the same as the manufacturing process of the bipolar transistor except that a process for forming a gate insulating film and a gate electrode is provided.
[0031]
In this embodiment, the p-
[0032]
As described above, this embodiment is a semiconductor device having a structure in which a gate portion is embedded in a part of the structure of a bipolar transistor, and which can be used as a vertical MOS transistor, and a method of manufacturing the same. For this reason, when manufacturing a BiCMOS transistor, the vertical MOS transistor of this embodiment can use the same process as the bipolar transistor, and can be manufactured with high manufacturing efficiency.
[0033]
The gate electrode 41 in the present embodiment is buried, unlike the gate electrode of a general lateral MOS transistor. Therefore, the effective gate length of the present embodiment is the thickness of the p-type base layer 13 between the n-
[0034]
The above-mentioned pair characteristics are affected by the effective gate length, and the smaller the variation of the effective gate length, the better. The variation of the effective gate length in the present embodiment is caused by the variation due to the ion implantation and the heat treatment, but does not need to take into account the variation due to the lithography process unlike a general lateral MOS transistor. As described above, in the present embodiment, since the variation in the effective gate length can be reduced, a semiconductor device having good pair characteristics can be obtained.
[0035]
The p-type base layer 13 forming a channel is formed by ion-implanting the p-
[0036]
In addition, when the gate insulating film and the gate portion of the gate electrode have the depth of the drain buried layer, the gate-drain capacitance can be reduced, so that high speed operation can be realized.
[0037]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may adopt various modifications.
[0038]
For example, in the above embodiment, the diffusion layer is formed from the first region, but each diffusion layer may be formed first from the second region.
[0039]
Further, for example, in the above-described embodiment, after the p-type base layer 13 and the n-
[0040]
Further, for example, in the above embodiment, a semiconductor device that can be used as an n-type MOS transistor and an npn bipolar transistor has been described. However, a semiconductor device that can also be used as a p-type MOS transistor and a pnp bipolar transistor by changing ion implantation conditions may be used. .
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device which is excellent in reliability, has a high degree of integration, and can be manufactured with high manufacturing efficiency, and a method for manufacturing the same. Further, it is possible to provide a semiconductor device having excellent high-speed performance and capable of controlling each diffusion layer at a different potential, and a method for manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing step in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process in a conventional semiconductor device manufacturing method.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing step in a conventional semiconductor device manufacturing method.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing step in a conventional semiconductor device manufacturing method.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing step in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
Claims (6)
前記第2導電型第1拡散層に第2導電型半導体層を形成する第2工程と、
第2導電型半導体層に第1絶縁層を設けて第1領域と第2領域を形成する第3工程と、
前記第1領域に前記第2導電型第1拡散層と接続する第2導電型第2拡散層を形成する第4工程と、
前記第2領域に第1導電型第3拡散層を形成する第5工程と、
前記第2領域の前記第1導電型第3拡散層の一部に第2導電型第4拡散層を形成する第6工程と、
前記第2領域の前記第1絶縁層に接触した前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および第2導電型半導体層が積層する部分の一部を第2導電型半導体層が露出する深さまでエッチングし開口部を形成する第7工程と、
前記開口部の前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および前記第2導電型半導体層の表面に第2絶縁層を形成する第8工程と、
前記第2絶縁層が表面に形成された前記開口部に導電層を埋め込む第9工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。A first step of forming a second conductivity type first diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the first conductivity type semiconductor substrate in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate;
A second step of forming a second conductivity type semiconductor layer on the second conductivity type first diffusion layer;
A third step of forming a first region and a second region by providing a first insulating layer on the second conductivity type semiconductor layer;
A fourth step of forming a second conductivity type second diffusion layer connected to the second conductivity type first diffusion layer in the first region;
A fifth step of forming a first conductivity type third diffusion layer in the second region;
A sixth step of forming a second conductivity type fourth diffusion layer on a part of the first conductivity type third diffusion layer in the second region;
The second conductive type fourth diffusion layer, the first conductive type third diffusion layer, and the second conductive type semiconductor layer, which are in contact with the first insulating layer in the second region, are partially stacked with the second conductive type. A seventh step of forming an opening by etching to a depth at which the mold semiconductor layer is exposed;
An eighth step of forming a second insulating layer on the surface of the second conductive type fourth diffusion layer, the first conductive type third diffusion layer, and the second conductive type semiconductor layer in the opening;
A ninth step of embedding a conductive layer in the opening in which the second insulating layer is formed on the surface;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the fifth step, the first conductivity type third diffusion layer is formed with a lower ion concentration on the second conductivity type semiconductor layer side than on the second conductivity type fourth diffusion layer side. 3. .
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, in the seventh step, the opening is formed by etching a depth from before reaching the second conductivity type semiconductor layer to the second conductivity type first diffusion layer. 3.
前記第1導電型半導体基板の所定の領域に形成され前記第1導電型半導体基板と逆の導電型の第2導電型第1拡散層と、
前記第2導電型第1拡散層に形成された第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層に第1領域と第2領域を形成するために設けられた第1絶縁層と、
前記第1領域に形成され前記第2導電型第1拡散層と接続する第2導電型第2拡散層と、
前記第2領域に形成された第1導電型第3拡散層と、
前記第2領域の前記第1導電型第3拡散層の一部に形成された第2導電型第4拡散層と、
前記第2領域の前記第1絶縁層に接触した前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および前記第2導電型半導体層が積層する部分の一部を第2導電型半導体層が露出する深さまでエッチングし形成された開口部と、
前記開口部の前記第2導電型第4拡散層および前記第1導電型第3拡散層および前記第2導電型半導体層の表面に形成された第2絶縁層と、
前記開口部の前記第2絶縁層に埋め込まれた導電層と、
を具備する半導体装置。A first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type first diffusion layer formed in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate and having a conductivity type opposite to that of the first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type semiconductor layer formed on the second conductivity type first diffusion layer;
A first insulating layer provided for forming a first region and a second region in the second conductivity type semiconductor layer;
A second conductivity type second diffusion layer formed in the first region and connected to the second conductivity type first diffusion layer;
A first conductivity type third diffusion layer formed in the second region;
A second conductivity type fourth diffusion layer formed on a part of the first conductivity type third diffusion layer in the second region;
The second conductive type fourth diffusion layer, the first conductive type third diffusion layer, and the second conductive type semiconductor layer, which are in contact with the first insulating layer in the second region, are partially overlapped with the second conductive type second diffusion layer. An opening formed by etching to a depth where the conductive semiconductor layer is exposed,
A second insulating layer formed on a surface of the second conductive type fourth diffusion layer, the first conductive type third diffusion layer, and the second conductive type semiconductor layer in the opening;
A conductive layer embedded in the second insulating layer in the opening;
A semiconductor device comprising:
請求項4に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 4, wherein the first conductive type third diffusion layer has a lower ion concentration on the second conductive type semiconductor layer side than on the second conductive type fourth diffusion layer side.
請求項5に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 5, wherein the opening has a depth from the second conductivity type semiconductor layer to the second conductivity type first diffusion layer.
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US9647109B2 (en) | 2015-09-07 | 2017-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
WO2020075583A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Semiconductor device and solid-state imaging device |
-
2002
- 2002-12-04 JP JP2002352154A patent/JP2004186463A/en active Pending
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