JP2001223357A

JP2001223357A - トレンチとされた高重基体を備えるトレンチ型電界効果トランジスタ

Info

Publication number: JP2001223357A
Application number: JP2000327824A
Authority: JP
Inventors: Brian S Mo; エス、モーブライアン
Original assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-08-17
Also published as: TW492199B

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】良好な堅固さおよび全体的な性能を維持しつ
つセル・ピッチの低減を可能とする、トレンチとされた
高重基体を含むトレンチ型電界効果トランジスタを提供
する。【解決手段】高量高エネルギー注入とそれに続く温度
サイクルを必要とする注入された高重基体の代わりに、
高重基体が、ソースを経て基体領域へと至るトレンチを
形成することによって形成される。続いてそのトレンチ
は、ソースおよび基体領域の双方へのコンタクトを形成
する金属のような高導電性材料で充填される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には半導体技
術に関し、特にはトレンチ型電界効果トランジスタおよ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、代表的なトレンチ型電界効果ト
ランジスタの一部の簡略化された断面図である。トレン
チ１００は、エピタキシャル層（図示されない）を典型
的に含む基板１０２に延びる。各トレンチ１００は、ゲ
ート誘電体として働く、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の
ような電気的な絶縁または誘電材料１０４で内側を覆わ
れる。そしてトレンチは、トランジスタのゲート端子を
提供するポリシリコンのような導電材料１０６で充填さ
れる。ウェルまたは基体領域１０８が基板１０２の上面
に形成され、図示されるように各トレンチ１００の両側
にソース領域１１０が形成される。高重基体１１２とし
て言及される領域が、隣り合うトレンチの間のソース領
域間に延びる。誘電体材料１１４は、トレンチの開口お
よびその隣り合うソース領域を覆う。金属１１６の層
が、シリコンの上面を一面に覆う。ｎチャンネルＭＯＳ
ＦＥＴについて、様々な領域のドーピング極性は、以下
の通りである：（トランジスタのドレイン端子を提供す
る）ｎ型基板１０２、ｐ型基体１０８、ｐ＋高重基体１
１２およびｎ＋ソース１１０。電界効果トランジスタの
活性領域が、こうして各トレンチ（またはゲート）１０
０の側面に沿ってソース１１０と基板（またはドレイ
ン）１０２との間に形成される。

【０００３】トレンチ型電界効果トランジスタの設計に
おいて、ソース領域１１０の下に延びる重くドープされ
た基体領域１１２を有することが望ましい。この高重基
体は、ソース領域の周りに低抵抗路を提供し、基体−ソ
ース接合が決して順方向にバイアスされないようにする
のに役立つ。寄生バイポーラ・トランジスタがオンとな
るのを回避するトランジスタの能力が、通常、堅固さと
して言及される。高重基体はまた、電界およびその破壊
電流路をトレンチの角部でのシリコン／誘電体（Ｓｉ／
ＳｉＯ₂）の界面から遠ざけるよう移動させるのに役立
つ。トレンチの角部から電界を遠ざけるよう移動させる
ことにより、ホット・エレクトロンによってゲート酸化
膜に損傷が引き起こされる可能性が低減される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在の技術では、高エ
ネルギー注入を用いて高重基体を形成し、それに続けて
の温度サイクルによって、高重基体ドーパントを所望の
深さに至らせることによって、トランジスタの堅固さと
ゲート酸化膜の無欠性を向上させる。しかしながら、ド
ーパントを拡散させる温度サイクルはまた、高重基体領
域の横方向の拡散をも引き起こす。横方向に拡散される
高重基体ドーパントは、活性チャンネル領域と干渉し、
トランジスタの敷居値電圧をかき乱す。高重基体ドーパ
ントの横方向の拡散によって引き起こされる、この種の
望ましくない敷居値の多様化を回避するために、最小限
のセル・ピッチ（隣り合うトレンチ間の距離）に制限を
設ける。最小限のセル・ピッチが大きくなることで、ダ
イスごとのセル密度が低減するのみならず、ドレイン−
ソース間でトレンチ型トランジスタの抵抗Ｒ_DSonに寄与
し、トランジスタの性能に悪影響を及ぼすものとなる。

【０００５】したがって、セル・ピッチまたはＲ_DSonの
値について妥協することなく、堅固さを向上するトレン
チ型ＭＯＳＦＥＴ構造および製造方法の必要性がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、トレンチとさ
れた基体を備えるトレンチ型電解効果トランジスタの構
造および製造方法を提供する。広くは、高エネルギーの
代わりに、高量の注入に続けて拡散を行い、基体中に延
びるトレンチによって本発明による高重基体が形成され
る。続いてトレンチは、金属のような高導電性材料で充
填される。特定の実施例においては、基体トレンチをエ
ッチングした後、ソース金属がトレンチ中に蒸着され、
ソース領域への垂直コンタクトおよび基体領域への平面
コンタクトを提供する。シリコンへの金属プラグによっ
て形成されるトレンチとされた高重基体は、注入された
高重基体と比較してソース領域の周りにより低い抵抗路
を提供する。更には、横方向の拡散を削減することによ
り、本発明によるトレンチとされた基体では、セル・ピ
ッチを低減し、Ｒ_DSonをより低くすることが可能とな
る。

【０００７】したがって、１つの実施例において、本発
明は、第１の導電型を有する基体上のトレンチ型電界効
果トランジスタを製造する方法を提供し、その方法は、
基板中に延びる第１のトレンチを形成し、その第１のト
レンチの内側を誘電体材料で覆い、その第１のトレンチ
を導電材料で実質的に充填して電界効果トランジスタの
ゲート電極を形成し、基板中に第２の導電型を有する基
体領域を形成し、その基体領域の内側で前記第１のトレ
ンチに隣接する第１の導電型を有するソース領域を形成
し、そのソース領域に隣接してそのソース領域の下の基
体領域に延びる第２のトレンチを形成し、そしてその第
２のトレンチを高導電材料で充填して、前記基体領域へ
のコンタクトを形成するステップを含む。基体領域への
コンタクトを形成する高導電材料はまた、ソース領域へ
のコンタクトも形成する。

【０００８】別の実施例においては、本発明は、第１の
導電型を有する基板、第２の導電型を有しその基板上に
堆積される基体領域、その基体領域を経て前記基板中に
延びるゲート・トレンチ、第１の導電型を有し前記基体
領域上に堆積され前記ゲート・トレンチに隣接するソー
ス領域、および前記基体領域中に延びる基体トレンチを
含むトレンチ型電界効果トランジスタを提供し、ここ
で、その基体トレンチは、実質的に高導電材料で充填さ
れて、前記基体領域へのコンタクトを形成する。高導電
材料はまた、ソース領域へのコンタクトも形成する。

【０００９】以下の詳細な説明および添付した図面によ
って、トレンチ基体電界効果トランジスタおよびその製
造方法の性質および利点がより良く理解される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図２Ａおよび図２Ｂを参照する
と、トレンチとされた高重基体の形成前および形成後そ
れぞれの、本発明によるトレンチ型電界効果トランジス
タの断面図が示されている。この代表的な実施例におい
て、高重基体構造２００を除いて、この装置の残りの観
点は、図１に示されるトレンチ型トランジスタと同様で
ある。同じ素子を示すのに、ここでの種々の図面におい
て同じ参照番号が用いられている。本発明の好ましい実
施例において、装置を製造するプロセスは、トレンチ１
００、基体領域１０８およびソース領域１１０の形成、
そして好ましくはソース領域１１０のためのコンタクト
範囲の開口までを含め、コンタクト層を境とするまで周
知の製造プロセスによって完了される。そのプロセス
は、高重基体の形成において従来のアプローチとは大き
くかけ離れている。注入および拡散サイクルの代わり
に、本発明のトランジスタにおける高重基体２００は、
まず、ソース・シリコンを経て基体領域１０８へのエッ
チングによって形成される。続いて、金属（例えば、ア
ルミニウム）のような高導電材料が、その高重基体トレ
ンチに蒸着される。このように金属層１１６は、ソース
領域１１０への垂直コンタクトおよび基体１０８への平
面コンタクトを形成する。こうして、高重基体トレンチ
へ延びるソース金属層１１６は、以前に注入された高重
基体領域（図１における１１２）に置き換わる。

【００１１】図３は、本発明によるトレンチとされた高
重基体を備えるトレンチ型電解効果トランジスタのため
の代表的なプロセス・フローを図示する、簡略化された
フロー図である。ステップ３００で、高重基体ドーピン
グ（注入）および関連する熱サイクルを除いて、コンタ
クト層を境とするまでのかつソース領域のためのコンタ
クト範囲を開口するまでの全てのプロセス・ステップが
行われている。この時点までのプロセスの簡略化された
バージョンは、典型的には、シリコン基板中にゲート・
トレンチをエッチングし、そのゲート・トレンチの内側
を誘電体材料（例えばＳｉＯ₂）で覆い、そしてそれを
ポリシリコンで充填し、基板の極性と反対のものを有す
る不純物を注入することによって基体領域を形成し、基
板と同じ不純物を注入することによってソース領域を形
成し、そしてソース・コンタクト窓を開口することを含
む。共同で譲渡されたモーらによる「電界効果トランジ
スタとその製造方法」という名称の米国特許出願第０８
／９７０，２２１号は、参照することによってここに組
み入れられるが、この時点までのプロセスについて好ま
しい実施例の詳細な説明を提供する。本発明によると、
ソース・コンタクト窓が露呈されて、シリコンがソース
を経て基体中にエッチングされ、高重基体トレンチを形
成する。ゲート・トレンチのために用いられるものと同
様の標準的なシリコン・エッチング・プロセス（例え
ば、異方性エッチング）が、このステップに用いられ
る。エッチ・レートとタイミングは、所望のトレンチの
深さによって調整される。すなわち、より浅い高重基体
トレンチには、より短いエッチング時間が当てられる。
これに続いて、選択的に低エネルギー注入および熱サイ
クル３０４が行われてオーミック・コンタクトが向上す
る。このステップは、完全にオプショナルであるが、ｐ
チャンネルのトランジスタについては、ソース金属１１
６とｎ型基体領域１０８との間のオーミック・コンタク
トをよりよくするために推奨される。

【００１２】次に、アルミニウムのようなソース金属
が、シリコンの上面および高重基体トレンチの内側に蒸
着される。より良いフローおよびトレンチの充填を可能
とするのに、ホット・アルミニウムが好まれる。高重基
体トレンチがより深い場合には、物理的気相蒸着（ＰＶ
Ｄ）プロセスを用いる金属蒸着が好ましい。１つの実施
例において、ソースと基体のコンタクト抵抗は、アルミ
ニウムの下にチタンまたは窒化チタンのような薄いバリ
ア・メタルを含むことによって低減される。プラチナ、
コバルト、タングステンその他を含む他の種類の金属を
薄いバリア／メタル層として用いることもできる。最後
に、標準的な金属被覆およびパッシベーション・ステッ
プ３０８でプロセスを完了する。

【００１３】本発明によるトレンチとされた高重基体を
備えるトレンチ型電界効果トランジスタには、従来の注
入された高重基体トレンチ型トランジスタに優る数多く
の利点がある。注入された高重基体に置き換わるシリコ
ンへの高重基体金属プラグは、ソース領域の周りにずっ
と低い抵抗路を提供し、結果として堅固さを向上させて
いる。この堅固さの向上は、最小限のセル・ピッチを制
限することなく達成され、高重基体の横方向拡散がもは
や問題ではないので、そのセル・ピッチを低減すること
ができる。さらには、高重基体は、注入プラス熱サイク
ルとは反対にエッチング・プロセスによって形成される
ので、その大きさは、エッチングのパラメーターを変え
ることによって、より容易に制御することができる。本
発明のプロセスおよび構造の別の利点は、マスキング・
ステップ数の低減である。シリコン・エッチング高重基
体をソース・コンタクト層と自己整合することにより、
典型的には別々のソースおよび高重基体マスクが必要と
される、従来の注入された高重基体プロセスと比べて、
少なくとも１つのマスキング・ステップが削減される。

【００１４】本発明の更に別の利点は、ソースの接合深
さを変えることによりおよび／またはソース領域を通し
てのシリコン・エッチングの傾斜を変えることにより、
ソース・コンタクト範囲を変えることができるというも
のである。例えば、ソース注入量および拡散を増やすこ
とによって、ソース接合深さ２０２を増大することがで
きる。増大されたソース接合深さは、直接ソース・コン
タクト範囲を増大する。同様に、高重基体トレンチのエ
ッチング・プロフィールを変えることによって、ソース
接合の端を傾斜させることができ、ソース・コンタクト
範囲を増大させる。この増大されたソース・コンタクト
範囲によって、トランジスタのセル・ピッチを制限する
ことなくＲ_DSonが低減される。

【００１５】本発明による高重基体トレンチの深さは、
装置の要件によって異なる。一般には、高重基体トレン
チが深く形成されればされるほどトランジスタはより堅
固になる。１つの実施例において、高重基体トレンチ
は、ゲート・トレンチと同じかそれよりも深くなるほど
にさえ形成される。図４を参照すると、より深い高重基
体トレンチを備える本発明のトランジスタの実施例は示
されている。この実施例において、高重基体トレンチ４
００は、ゲート・トレンチ１００とほぼ同じぐらい深く
形成されており、図示することのみが目的であるが、そ
のトレンチは、ソース端４０２に沿って傾斜してエッチ
ングされており、ソース・コンタクト範囲が増大してい
る。より深い高重基体トレンチの実施例は、とりわけｐ
チャンネルのトランジスタに適する。これは、ソース金
属１１６（例えば、アルミニウム）が、典型的にはｎ型
基体４０８と良好なオーミック・コンタクトを形成しな
いからである。この場合には、高重基体トレンチ４００
の下の浅いｎ＋注入４０４（例えば、５０ＫｅＶまでの
砒素１×１０¹⁵原子／ｃｍ²、好ましくは零度の角度
で）がソース／高重基体金属１１６と基体領域４０８と
の間のオーミック・コンタクトを向上するのに役立つ。
同様のオプショナルの注入がｎチャンネル・トランジス
タにも用いられ、浅い注入（例えば、４０ＫｅＶまでの
硼素１×１０¹⁴原子／ｃｍ²）が用いられて、オーミッ
ク・コンタクトが向上される。注入された高重基体接合
範囲を低減するために、この実施例による本発明のプロ
セスは、高重基体ドーパントを活性化するために、通常
の炉の代わりにＲＴＰを用いる。幾分かの横方向への拡
散があっても、より深い高重基体トレンチ４００によっ
て、この浅い注入４０４がセル・ピッチに不利な影響を
与えないことが確実となる。すなわち、高重基体トレン
チ４００の底部が、活性チャンネル領域の下で移動され
るので、浅い注入４０４の横方向への拡散が問題とはな
らない。したがって、ｐチャンネル・トランジスタの場
合のより深い高重基体トレンチは、なおもトランジスタ
の縮小を可能とする。

【００１６】結果として、本発明は、トレンチとされた
高重基体を備えるトレンチ型電界効果トランジスタおよ
びその製造方法を改良して提供する。高重注入および温
度サイクルの代わりに、本発明の高重基体は、ソース金
属によって充填されるトレンチをエッチングすることに
より形成される。本発明によるトレンチとされた高重基
体は、トランジスタのセル・ピッチに悪影響を与えるこ
となく、トランジスタの堅固さおよび全体的な性能を向
上させる。以上で本発明の特定の実施例の記述を完了す
るが、種々の修正バリエーションおよび代替が使用され
てよい。例えば、トレンチ特性の異なるトレンチ・プロ
セスの異なる様々な種類のものをトレンチを構成するの
に用いることができる。ゲート・トレンチの内側のポリ
シリコンは、例えば、シリコンの表面と同じ高さか、く
ぼんでいても良く、トレンチの角部は丸められてもいな
くても良く、ゲート・トレンチは基体領域の形成前また
は形成後に形成されても良いといったものである。更に
は、例示する目的でのみ特定の実施例が、シリコン・ウ
ェハーのプロセスをコンテクストとして記述されている
が、シリコン−ゲルマニウム基板のような、他の種類の
基板を用いることができる。したがって、この発明の範
囲は、記述された実施例に制限されるものではなく、そ
の代わりに、特許請求の範囲によって定められるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】代表的なトレンチ型電界効果トランジスタの断
面図を示す。

【図２】Ａは、トレンチとされる高重基体の形成前の本
発明によるトレンチ型電界効果トランジスタの断面図を
提供する。Ｂは、トレンチとされる高重基体の形成後の
本発明によるトレンチ型電界効果トランジスタの断面図
を提供する。

【図３】本発明によるトレンチとされた高重基体を備え
るトレンチ型電界効果トランジスタを製造する代表的な
プロセス・フローを図示するフロー図である。

【図４】本発明によるより深い高重基体トレンチを備え
るトレンチ型電界効果トランジスタの代わりの実施例の
断面図である。

【符号の説明】

１００トレンチ１０２基板１０４誘電材料１０６導電材料１０８基体領域１１０ソース領域１１２高重基体１１４誘電体材料１１６金属層２００高重基体２０２ソース接合深さ４００高重基体トレンチ４０２ソース端４０４浅い注入４０８基体領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の導電型を有する基板と、第２の導電型を有し、前記基板上に堆積される基体領域
と、前記基体領域を経て前記基板中に延びるゲート・トレン
チと、前記第１の導電型を有し、前記基体領域中に前記ゲート
・トレンチに隣接して堆積されるソース領域と、前記基体領域中に延びる基体トレンチとを具備し、前記基体トレンチは、高導電材料で実質的に充填され、
前記基体領域へのコンタクトを形成するトレンチ型電界
効果トランジスタ。
【請求項２】前記基体トレンチは、前記ソース領域の
下の前記基体領域に延びる請求項１に記載のトレンチ型
電界効果トランジスタ。
【請求項３】前記基体トレンチは、前記基体領域中に
前記ゲート・トレンチと同じ深さまで延びる請求項１に
記載のトレンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項４】前記基体トレンチは、前記基体領域中に
前記ゲート・トレンチよりも深く延びる請求項１に記載
のトレンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項５】前記基体トレンチが、前記ソース領域お
よび前記基体領域を経てエッチングすることにより形成
される請求項１に記載のトレンチ型電界効果トランジス
タ。
【請求項６】前記高導電材料が、前記ソース領域およ
び前記基体領域へのコンタクトを形成する金属を具備す
る請求項５に記載のトレンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項７】さらに、前記高導電材料と前記基体領域
との間に挟まれるバリア・メタルの層を具備する請求項
６に記載のトレンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項８】前記高導電材料がアルミニウムを具備
し、前記バリア・メタルがプラチナ、コバルト、タング
ステン、チタンその他のいずれかを具備する請求項７に
記載のトレンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項９】さらに、前記基体トレンチの下に堆積さ
れた前記第２の導電型の注入された不純物の領域を具備
する請求項１に記載のトレンチ型電界効果トランジス
タ。
【請求項１０】前記ソース領域が、前記高重基体トレ
ンチに沿って傾斜した端部を形成する角度でエッチング
され、ソース・コンタクト範囲を最大限化する請求項５
に記載のトレンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項１１】第１の導電型を有する基板中に、第２
の導電型を有する基体領域を経て延びる第１および第２
のゲート・トレンチであって、各ゲート・トレンチは、
誘電体材料の層によって内側が覆われ、かつ実質的にポ
リシリコンによって充填されている第１および第２のゲ
ート・トレンチと前記第１の導電型を有し、前記第１お
よび第２のゲート・トレンチに隣接していずれかの側に
堆積されるソース領域と、前記第１および第２のゲート・トレンチの間で、前記基
体領域中にエッチングされ、金属によって充填され、そ
の金属は前記基体領域および前記ソース領域の双方への
コンタクトを形成する高重基体トレンチとを有するトレ
ンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項１２】前記金属は、前記基体領域に実質的に
平面のコンタクトをかつ前記ソース領域に実質的に垂直
のコンタクトを形成する請求項１１に記載のトレンチ型
電界効果トランジスタ。
【請求項１３】前記高重基体トレンチは、前記ソース
領域への前記金属コンタクトの表面が実質的に傾斜され
るような角度でエッチングされる請求項１１に記載のト
レンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項１４】前記高重基体トレンチは、実質的に前
記ゲート・トレンチと同じ深さである請求項１１のトレ
ンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項１５】前記高重基体トレンチが、前記ゲート
・トレンチよりも深くエッチングされている請求項１１
に記載のトレンチ型電界効果トランジスタ。
【請求項１６】前記第２導電型の不純物が、前記高重
基体トレンチの下の前記基体領域に注入される請求項１
１に記載のトレンチ型電界効果トランジスタ。