JPH06342914A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH06342914A
JPH06342914A JP5154281A JP15428193A JPH06342914A JP H06342914 A JPH06342914 A JP H06342914A JP 5154281 A JP5154281 A JP 5154281A JP 15428193 A JP15428193 A JP 15428193A JP H06342914 A JPH06342914 A JP H06342914A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
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gate
oxide film
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JP5154281A
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English (en)
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Masami Sawada
雅己 沢田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/028—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/0291—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/126—Power FETs

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 P型多結晶シリコンのゲート電極を有する縦
型電界効果トランジスタにおいて、ゲートしきい値電圧
の低下、バラツキを小さくし、かつ信頼性を向上させた
半導体装置の製造方法を提供すること。 【構成】 P型半導体基板1の表面にN型ベース領域
3、さらにN型ベース領域3内にP型ソース領域4を有
し、P型ソース領域間にゲート酸化膜5を有し、この上
にP型の多結晶シリコンにて形成されたゲート電極6を
有し、N型ベース領域3、P型ソース領域4を一端子と
し、P型半導体基板1の下部を他端子とする縦型電界効
果トランジスタにおいて、ゲート酸化膜5を形成する工
程と、多結晶シリコンを成長させる工程と、この多結晶
シリコン成長後ウェーハ全面にN型不純物をイオン注入
する工程と、イオン注入後1100℃以上の熱処理工程
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に、縦型MOSFET半導体装置の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】図3はPチャネル型縦型電界効果トラン
ジスタの構成を示す断面図である。
【0003】図3において、Pチャネル型縦型電界効果
トランジスタはP+ 型半導体基板1の上にP型半導体層
2を有する基板を用い、この基板表面にN型のベース領
域3を有し、このN型ベース領域3内にP+ 型ソース領
域4を有し、このP+ 型ソース領域4からN型ベース領
域3、P型半導体層2、N型ベース領域3、P+ 型ソー
ス領域4の表面にわたってゲート酸化膜5を有し、この
ゲート酸化膜5の上に多結晶シリコン層で形成したゲー
ト電極6を有し、これをPSG(リン珪酸ガラス)等の
絶縁膜7で覆い、これにアルミ等の金属を被着してソー
ス電極8とし、基板1の下面にNi等の金属を被着して
ドレイン電極9としている。通常これらのユニット(セ
ル)を数十〜数十万個同一チップ上に配列し、一つのデ
バイスを形成している。
【0004】図4(a)〜(d)は図3に示したPチャ
ネル型縦型電界効果トランジスタの従来の製造プロセス
を示す。
【0005】まず、図4(a)に示すように、抵抗率が
0. 01Ω−cm程度のP+ 型半導体基板1上に抵抗率
が0. 4〜4. 0Ω−cm、厚さが5〜30μm 程度の
エピタキシャル層2を形成し、ウエル領域、フィールド
酸化膜領域を形成して後、厚さが300〜1000Åの
ゲート酸化膜5を形成する。
【0006】つぎに、図4(b)に示すように、ノンド
ープの多結晶シリコン層6を5000〜10000 程
度成長させる。
【0007】つぎに、図4(c)に示すように、ホトリ
ソグラフィー技術を用いてこの多結晶シリコン層6をエ
ッチングし、イオン注入の際の突抜け防止のための酸化
膜10を成長させた後、この多結晶シリコン層6をマス
クとしたセルフアラインにてリンイオンを1×1013〜
1×1014cm-2のドーズ量、加速電圧120KeV程
度にてイオン注入を行い、その後1140℃、100〜
400分程度の熱処理を行いN型ベース領域3を形成
し、つぎに後工程で形成するソース電極4とのコンタク
ト性を向上させるため、このN型ベース領域3内の一部
(バックゲート部)11にイオン注入を行う(この時多
結晶シリコン層6にはイオン注入はされない)。
【0008】つぎに、図4(d)に示すように、ホトリ
ソグラフィー技術を用いて、バックゲート部11を覆
い、ボロンイオンを5×1015〜1×1016cm-2のド
ーズ量、加速電圧50KeV程度にてイオン注入を行
い、レジスト除去後850〜900℃の温度にて10〜
60分程度の熱処理を行う。この時P+ 型のソース領域
4が形成されるのは勿論であるが、同時に多結晶シリコ
ン層6もP+ 型となる。
【0009】つぎに、図3に示したように、CVD等に
て厚さが5000〜10000Å程度PSG7等を成長
させ、ホトリソグラフィー技術を用いてコンタクト部を
開口 を被着してドレイン電極9としている。
【0010】ところで、上記半導体装置の製造方法に際
し、特開平1−260856号では図5(a)に示すよ
うに、多結晶シリコン層6を成長させた後、まずボロン
をイオン注入し、その後リンをイオン注入して活性化を
行っている。
【0011】また特開平2−291174号では図5
(b)に示すように、フィールド酸化膜12を形成した
後まずリンをイオン注入し、パターニングした後ボロン
イオンを注入して多結晶シリコン層6をP型化してい
る。しかし、高温熱処理は行っていない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の製造方法では、ソース形成時のボロンのイオン注
入時の活性化において、注入したボロンが多結晶シリコ
ン層6からゲート酸化膜5へ拡散され、さらには、この
ゲート酸化膜5の突抜けによる初期的なゲートしきい値
電圧のバラツキや低下、あるいはボロンの突抜けによる
P型基板とゲート酸化膜との界面での界面準位の発生が
原因と考えられる信頼性の低下等の問題点があった。ま
た、上記の特開平1−260856号および特開平2−
291174号では、リンのイオン注入後に高温の熱処
理がないため、リンが充分拡散せず、ゲート酸化膜近傍
でのNaやKなどの可動イオンを捕獲する能力に乏し
く、信頼性上、量産上問題となる。
【0013】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、P型多結晶シリコンのゲート電極を有する縦型電
界効果トランジスタにおいて、ゲートしきい値電圧の低
下、バラツキを小さくし、かつ信頼性を向上させた半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はP型半導体基板表面にN型ベース領域、さ
らにN型ベース領域内にP型ソース領域を有し、前記P
型ソース領域間にゲート絶縁膜を有し、この上にP型の
多結晶シリコンにて形成されたゲート電極を有し、前記
N型ベース領域、P型ソース領域を一端子とし、前記P
型半導体基板下部を一端子とする縦型電界効果トランジ
スタにおいて、前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、多
結晶シリコンを成長させる工程と、この多結晶シリコン
成長後ウェーハ全面にN型不純物をイオン注入する工程
と、前記イオン注入後1100℃以上の熱処理工程を含
むことを特徴とする。
【0015】
【作用】成長後の多結晶シリコンにイオン注入されたN
型不純物が、多結晶シリコン中のボロンのゲート酸化膜
の突抜けを防止し、ゲートしきい値の初期的なバラツキ
や低下を防止する。
【0016】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0017】図1(a)〜(d)は本発明による半導体
装置の製造方法のプロセスを示す。
【0018】図1(a)〜(d)に示す実施例は本発明
の方法を図3に示したものと同様のPチャネル型縦型電
界効果トランジスタに適用したものである。
【0019】図1(a)に示すように、P型半導体基板
1上に成長させたP型半導体層2上に厚さが300〜1
000Åのゲート酸化膜5を形成し、その上にノンドー
プの多結晶シリコン層6を5000〜10000Å程度
成長させ、その上にイオン注入時の突抜け防止のため、
200Å程度の薄い酸化膜10を形成する。
【0020】次に、図1(b)に示すように、この状態
でウェーハ全面にリンイオンを1×1015cm-2のドー
ズ量、加速電圧80KeV程度にて注入する。
【0021】その後、図1(c)に示すように、ホトリ
ソグラフィー技術を用い、多結晶シリコン層6をパター
ニングし、再び注入イオンの突抜け防止のための酸化膜
10を形成し、多結晶シリコン層6をマスクとしたセル
フアラインにてリンイオンを5×1013cm-2のドーズ
量、加速電圧120KeVにてイオン注入を行い、その
後1140℃、180分の熱処理を行ってN型ベース領
域3を形成する。図1(b)でのイオン注入とN型ベー
ス領域形成時の熱処理とによって、リンは多結晶シリコ
ン層6中に充分拡散し(リンは基本的に酸化膜は突抜け
ない)、N型多結晶シリコンとなりゲート酸化膜5まで
達し、Naなどの可動イオンに対するゲッター(捕獲)
効果が得られる。N型ベース領域3内のバックゲート部
11の形成は従来と同一である。
【0022】次いで、図1(d)に示すように、ホトリ
ソグラフィー技術を用いて、バックゲート部11を覆
い、ボロンイオンを5×1015cm-2のドーズ量、加速
電圧50KeV程度にてイオン注入を行い、レジスト除
去後900℃、30分程度の熱処理を行う。この時P+
型のソース領域4が形成されると同時にイオン注入前ま
ではN型の多結晶シリコンがP+ 型多結晶シリコンとな
る。
【0023】図2は本発明による半導体装置の製造方法
の第2実施例の一部プロセスを示す断面図である。
【0024】図1(b)では多結晶シリコン層6へのイ
オン注入のイオン種がリンであったが、図2の実施例で
はリンの代わりに同じN型不純物であるAsが用いら
れ、同様の効果が得られる。
【0025】図6(a)および(b)は本発明の製造方
法と従来の製造方法を効果について比較したものであ
る。
【0026】図6(a)は縦型電界効果トランジスタの
ゲートしきい値電圧のソースボロン押し込み時間への依
存性を示すグラフであり、縦軸にゲートしきい値電圧
(v)を、横軸にソースボロン押し込み時間(分)を示
す。このグラフから、従来の製造方法では押し込み時間
60分にてゲートしきい値電圧の低下が著しいのに対
し、本発明の製造方法ではそれほど低下していないこと
が分かる。
【0027】図6(b)は縦型電界効果トランジスタの
ゲートBT(バイアス−温度)試験前後のゲートしきい
値電圧および順方向アドミッタンスの変化率と、N型不
純物のドーズ量の依存性を示すグラフであり、縦軸にゲ
ートしきい値電圧変動率(%)および順方向アドミッタ
ンス変動率(%)を、横軸にP+ イオンドーズ量を示し
ている。なお、図6(b)中の線Aはゲートしきい値電
圧変動率を示し、線Bは順方向アドミッタンス変動率を
示す。このグラフから従来の製造方法ではゲートしきい
値電圧変動率が+6.3%であるのに対し、本発明の方
法では+2.8%と改善されていることが分かる。ま
た、順方向アドミッタンスは従来の製造方法では−6.
3%の変動率に対し、本発明の製造方法では−0.5%
である(いずれも5×1014cm-2のリンをイオン注入
した場合)ことが分かる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、多結晶シリコン成長後N型不純
物をイオン注入し、強い熱処理を行うことにより、多結
晶シリコン中からのボロンの突抜けを防止することで、
ゲートしきい値電圧の初期的なバラツキや低下を防止で
きる。それにより、量産性にすぐれ、また、突抜けに起
因する界面準位の発生による信頼性の低下を防止でき、
さらにNa等の可動イオンに対するゲッター(捕獲)効
果を最大限に活用でき、その不安定性を排除できる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は本発明による半導体装置の製
造方法のプロセスを示す。
【図2】本発明による半導体装置の製造方法の第2実施
例の一部プロセスを示す。
【図3】Pチャネル型縦型電界効果トランジスタの構成
を示す断面図である。
【図4】(a)〜(d)は従来のPチャネル型縦型電界
効果トランジスタの製造プロセスを示す。
【図5】(a)および(b)は従来の半導体製造方法の
一部を示す。
【図6】(a)および(b)は本発明の製造方法と従来
の製造方法の効果の比較図である。
【符号の説明】
1 P+ 型半導体基板 2 P型半導体層 3 N型ベース領域 4 P+ 型ソース領域 5 ゲート酸化膜 6 多結晶シリコン層(ゲート電極) 7 PSG 8 ソース電極 9 ドレイン電極 10 酸化膜 11 バックゲート部 12 フィールド酸化膜
【手続補正書】
【提出日】平成5年12月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求頂3】 イオン注入のイオン種がASである請求
項1に記載の製造方法。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型半導体基板表面にN型ベース領域、
    さらにN型ベース領域内にP型ソース領域を有し、前記
    P型ソース領域間にゲート絶縁膜を有し、この上にP型
    の多結晶シリコン層にて形成されたゲート電極を有し、
    前記N型ベース領域、P型ソース領域を一端子とし、前
    記P型半導体基板下部を一端子とする縦型電界効果トラ
    ンジスタの製造方法において、 前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、多結晶シリコン層
    を成長させる工程と、該多結晶シリコン層成長後ウェー
    ハ全面にN型不純物をイオン注入する工程と、前記イオ
    ン注入後1100℃以上の熱処理工程とを含むことを特
    徴とする縦型電界効果トランジスタの製造方法。
JP5154281A 1993-06-01 1993-06-01 半導体装置の製造方法 Pending JPH06342914A (ja)

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