JP2001332725A - 半導体装置およびその製造方法。 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法。Info
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Abstract
方向に限されない縦型MOSトランジスタの提供。 【解決手段】 縦型MOSトランジスタにおいて、チャ
ネル領域を挟んで上下に電界緩和を目的とする低濃度領
域をもち、さらにこの低濃度領域の濃度および厚さが等
しい構造にした。
Description
縦型MOSトランジスタ、及びその製造方法に関する。
ンジスタは電流経路が基板に対して垂直方向でチップ全
体にわたり電流が流れるため、チップ表面層を電流経路
とする横型のDMOSトランジスタに対し、単位チップ
面積当たりのオン抵抗の低抵抗化が可能になることが知
られている。図2は従来のトレンチを用いたN型の縦型
DMOSトランジスタ構造の一例である。この縦型DM
OSトランジスタは高濃度のN型基板1上にエピタキシ
ャル法により基板より低濃度のN型エピタキシャル層2
を積層する。このN型高濃度基板1およびN型エピタキ
シャル層2はドレイン領域となり、特にN型エピタキシ
ャル層2が電界緩和の役目を担っている。このN型エピ
タキシャル層2の表面にイオン注入および熱拡散を施す
ことでチャネルとなるP型拡散領域9および高濃度のN
型ソース領域10が形成される。そしてP型拡散領域9
とN型高濃度ソース領域10を貫通して、 N型エピタ
キシャル層2まで達する深さのトレンチが形成され、ゲ
ート酸化膜7を介して多結晶シリコンのゲート電極8が
埋設されている。このような構造をとることで、ドレイ
ン領域であるN型高濃度基板1裏面から表面のN型高濃
度ソース領域10へ、トレンチ内に埋め込んだゲート電
極8を制御することで電流を流すことができる。またP
型縦型DMOSトランジスタの場合は図2の導電型を逆
にすればよい。
型MOSトランジスタでは、電界緩和を目的とする低濃
度領域がチャネル領域に対し片側のみであるために、電
流経路が例えばN型MOSの場合では半導体基板裏面か
ら表面への一方向に限られてしまう。
に、本発明は次の手段を用いた。
半導体基板より低濃度である第1の第1導電型エピタキ
シャル層と、第2導電型の半導体層と、第1の第1導電
型エピタキシャル層とは異なる第2の第1導電型エピタ
キシャル層とが順次積層された半導体基板において、第
2の第1導電型エピタキシャル層の主表面の所定の領域
に形成された第1導電型の高濃度領域と、主表面から第
1導電型高濃度領域と第2の第1導電型エピタキシャル
層および第2導電型半導体層を貫通して第1の第1導電
型エピタキシャル層に達するトレンチと、トレンチの側
部および底部に熱酸化により形成された絶縁膜と、トレ
ンチ内における絶縁膜の内側に埋設された多結晶シリコ
ンからなるゲート電極と、第1導電型高濃度領域以外か
つゲート電極以外の一部の領域に、第2導電型半導体層
に達する深さの第2導電型の不純物拡散層を有すること
を特徴とする縦型MOSトランジスタとした。
1導電型エピタキシャル層および第2の第1導電型エピ
タキシャル層の不純物濃度が等しいこと特徴とする縦型
MOSトランジスタとした。
1導電型エピタキシャル層および第2の第1導電型エピ
タキシャル層の厚さが、ゲート電極付近において等しい
こと特徴とする縦型MOSトランジスタとした。
ル層であることを特徴とする縦型MOSトランジスタと
した。
であることを特徴とする縦型MOSトランジスタとし
た。
型の半導体基板より低濃度である第1の第1導電型エピ
タキシャル層と、第2導電型の半導体層と、第1の第1
導電型エピタキシャル層とは異なる第2の第1導電型エ
ピタキシャル層とが順次積層する工程と、第2の第1導
電型エピタキシャル層の主表面の所定の領域に第1導電
型の高濃度領域を形成する工程と、主表面から第1導電
型高濃度領域と第2の第1導電型エピタキシャル層およ
び第2導電型半導体層を貫通して第1の第1導電型エピ
タキシャル層に達するトレンチを形成する工程と、トレ
ンチの側部および底部に絶縁膜を形成する工程と、トレ
ンチ内における絶縁膜の内側にゲート電極を形成する工
程と、第1導電型高濃度領域以外かつゲート電極以外の
一部の領域に、第2導電型半導体層に達する深さの第2
導電型の不純物拡散層を有することを特徴とする縦型M
OSトランジスタの製造方法とした。
1導電型エピタキシャル層および第2の第1導電型エピ
タキシャル層の不純物濃度が等しいこと特徴とする縦型
MOSトランジスタの製造方法とした。
1導電型エピタキシャル層および第2の第1導電型エピ
タキシャル層の厚さが、ゲート電極付近において等しい
こと特徴とする縦型MOSトランジスタの製造方法とし
た。
ル層であることを特徴とする縦型MOSトランジスタの
製造方法とした。
であることを特徴とする縦型MOSトランジスタの製造
方法とした。
型縦型MOSトランジスタを一実施例として図面を用い
て説明する。
であるN型縦型MOSトランジスタの主要断面図であ
る。
から図4に示す本発明によるN型縦型MOSトランジス
タの製造方法の実施例をもとに説明する。図3(a) に示
すように抵抗率が0.001Ω・cmから0.01Ω・c
mのN型高濃度基板1の上に、例えばヒ素をドープした
低濃度のN型半導体層2をエピタキシャル法で1μmか
ら10μmの厚さに形成する。このN型エピタキシャル
層2の不純物濃度はティピカル2×1016/cm3とし
て5×1014/cm3から1×1017/cm3の間とす
る。またN型エピタキシャル層2は電界緩和を目的とし
ており、厚さは必要とされるドレイン・ソース間の耐圧
によって変化する。例えばN型エピタキシャル層が不純
物濃度2×1016/cm3で厚さ4μmのときは耐圧は
25V程度である。
スタのチャネル領域となるP型半導体層3をエピタキシ
ャル成長により積層する。このP型半導体層3の不純物
濃度は1×1014/cm3から2×1016/cm3であ
る。なお、このP型半導体層3はトランジスタのチャネ
ルに相当するため、必要とするチャネル長に応じてこの
P型半導体層3の膜厚は変化する。またN型エピタキシ
ャル層2の表面に例えばボロンをイオン注入することで
P型半導体層3を形成しても構わない。
型エピタキシャル層2と等しい不純物濃度のN型エピタ
キシャル層4を、N型エピタキシャル層2と同じ厚さと
なるように1μmから10μm積層する。
および4により囲まれているのでこのP型半導体層3の
電位を外部にとるために、フォトレジストでパターンを
施した後、例えばボロンをイオン注入し、不純物濃度が
1×1020/cm3以上の高濃度のP型領域6を形成す
る(図3(b))。なお図3(b)ではP型高濃度領域6がP
型半導体層3と接合しているが、イオン注入時では接合
しなくとも、その後の熱処理の工程を経てP型高濃度領
域6がP型半導体層3と接合すればよい。
00Åから2000Åの厚さに成長させ、フォトレジス
ト11でパターニングを施し酸化膜エッチングすること
でこの酸化膜12を単結晶シリコンをエッチングするた
めのマスク材としたのち、単結晶シリコンを異方性エッ
チングしてトレンチ13を形成する。(図3(c))。
どの方法を用いトレンチ角部を丸め、その後トレンチ内
部の側部および底部にゲート酸化膜7を形成する。次に
多結晶シリコンを減圧CVDで成長させトレンチ内部を
多結晶シリコンで完全に埋め込んだ後、多結晶シリコン
内に不純物、例えばリンを注入し熱拡散により不純物濃
度が1×1020/cm3以上となるようにする。その後
エッチバック法により、トレンチ以外のシリコン表面を
露出させ、ゲート電極8を形成する。
のN型領域を形成するためにフォトレジストでパターン
を施し、部分的にN型不純物として例えばヒ素をイオン
注入し、熱処理を施すことで、1×1020/cm3程度
となるN型高濃度領域5を形成する。なおN型高濃度領
域5を形成する際は、N型エピタキシャル層4のゲート
酸化膜付近の厚みがN型エピタキシャル層2の厚みと等
しくなるようにイオン注入条件および熱処理条件を設定
する。(図4)。
スと同様に、中間絶縁膜の形成、コンタクトホール形
成、金属電極の形成、保護膜の形成とそのパターニング
を経て縦型MOSトランジスタの主要部を完成させる。
N型縦型MOSトランジスタの最終的な断面構造が図1
となる。本発明の特徴は、P型半導体層3を挟んでN-
領域を同じ不純物濃度、同じ厚みに形成することで一方
向の電流経路の耐圧確保だけではなく、逆方向でも耐圧
を確保することができ、表面、裏面どちらからでもソー
ス電極およびドレイン電極を設定できるN型縦形MOS
トランジスタを形成することができる。
スタについて説明したが、P型縦型MOSトランジスタ
についても同様な構成は可能である。
タの駆動電流経路を半導体基板表面から裏面、および裏
面から表面の両方向に設定することができる。またチャ
ネル領域をエピタキシャル法で形成することで、チャネ
ル長のバラツキを抑制できる。
ジスタの断面図である。
ジスタの断面図である。
ジスタの製造方法の工程断面図である。
ジスタの製造方法の工程断面図である。
4)
Claims (14)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に前記第1導
電型の半導体基板より低濃度である第1の第1導電型エ
ピタキシャル層と、第2導電型の半導体層と、前記第1
の第1導電型エピタキシャル層とは異なる第2の第1導
電型エピタキシャル層とが順次積層された半導体基板に
おいて、 前記第2の第1導電型エピタキシャル層の主表面の所定
の領域に形成された第1導電型の高濃度領域と、 前記主表面から前記第1導電型高濃度領域と前記第2の
第1導電型エピタキシャル層および前記第2導電型半導
体層を貫通して前記第1の第1導電型エピタキシャル層
に達するトレンチと、 前記トレンチの側部および底部に熱酸化により形成され
た絶縁膜と、 前記トレンチ内における前記絶縁膜の内側に埋設された
多結晶シリコンからなるゲート電極と、 前記第1導電型高濃度領域以外かつ前記ゲート電極以外
の一部の領域に、前記第2導電型半導体層に達する深さ
の第2導電型の不純物拡散層を有することを特徴とする
縦型MOSトランジスタ。 - 【請求項2】 前記第2導電型半導体層を挟んだ前記第
1の第1導電型エピタキシャル層および前記第2の第1
導電型エピタキシャル層の不純物濃度が等しいこと特徴
とする請求項1記載の縦型MOSトランジスタ。 - 【請求項3】 前記第2導電型半導体層を挟んだ前記第
1の第1導電型エピタキシャル層および前記第2の第1
導電型エピタキシャル層の厚さが、前記ゲート電極付近
において等しいこと特徴とする請求項2記載の縦型MO
Sトランジスタ。 - 【請求項4】 前記第2導電型の半導体層がエピタキシ
ャル層であることを特徴とする請求項1記載の縦型MO
Sトランジスタ。 - 【請求項5】 前記第2導電型の半導体層が不純物拡散
層であることを特徴とする請求項1記載の縦型MOSト
ランジスタ。 - 【請求項6】 前記第2導電型の半導体層がエピタキシ
ャル層であることを特徴とする請求項3記載の縦型MO
Sトランジスタ。 - 【請求項7】 前記第2導電型の半導体層が不純物拡散
層であることを特徴とする請求項3記載の縦型MOSト
ランジスタ。 - 【請求項8】 第1導電型の半導体基板上に前記第1導
電型の半導体基板より低濃度である第1の第1導電型エ
ピタキシャル層と、第2導電型の半導体層と、前記第1
の第1導電型エピタキシャル層とは異なる前記第2の第
1導電型エピタキシャル層とが順次積層する工程と、 前記第2の第1導電型エピタキシャル層の主表面の所定
の領域に第1導電型の高濃度領域を形成する工程と、 前記主表面から前記第1導電型高濃度領域と前記第2の
第1導電型エピタキシャル層および前記第2導電型半導
体層を貫通して前記第1の第1導電型エピタキシャル層
に達するトレンチを形成する工程と、 前記トレンチの側部および底部に絶縁膜を形成する工程
と、 前記トレンチ内における前記絶縁膜の内側に前記ゲート
電極を形成する工程と、 前記第1導電型高濃度領域以外かつ前記ゲート電極以外
の一部の領域に、前記第2導電型半導体層に達する深さ
の第2導電型の不純物拡散層を形成する工程とからなる
ことを特徴とする縦型MOSトランジスタの製造方法。 - 【請求項9】 前記第2導電型半導体層を挟んだ前記第
1の第1導電型エピタキシャル層および前記第2の第1
導電型エピタキシャル層の不純物濃度が等しいこと特徴
とする請求項8記載の縦型MOSトランジスタの製造方
法。 - 【請求項10】 前記第2導電型半導体層を挟んだ前記
第1の第1導電型エピタキシャル層および前記第2の第
1導電型エピタキシャル層の厚さが、前記ゲート電極付
近において等しいこと特徴とする請求項9記載の縦型M
OSトランジスタの製造方法。 - 【請求項11】 前記第2導電型の半導体層がエピタキ
シャル層であることを特徴とする請求項8記載の縦型M
OSトランジスタの製造方法。 - 【請求項12】 前記第2導電型の半導体層が不純物拡
散層であることを特徴とする請求項8記載の縦型MOS
トランジスタの製造方法。 - 【請求項13】 前記第2導電型の半導体層がエピタキ
シャル層であることを特徴とする請求項10記載の縦型
MOSトランジスタの製造方法。 - 【請求項14】 前記第2導電型の半導体層が不純物拡
散層であることを特徴とする請求項10記載の縦型MO
Sトランジスタの製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000286912A JP2001332725A (ja) | 2000-03-15 | 2000-09-21 | 半導体装置およびその製造方法。 |
CN 00131772 CN1208837C (zh) | 1999-10-18 | 2000-10-18 | 垂直型金属氧化物半导体晶体管 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000072012 | 2000-03-15 | ||
JP2000-72012 | 2000-03-15 | ||
JP2000286912A JP2001332725A (ja) | 2000-03-15 | 2000-09-21 | 半導体装置およびその製造方法。 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001332725A true JP2001332725A (ja) | 2001-11-30 |
Family
ID=26587554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000286912A Pending JP2001332725A (ja) | 1999-10-18 | 2000-09-21 | 半導体装置およびその製造方法。 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001332725A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004525500A (ja) * | 2000-09-28 | 2004-08-19 | ゼネラル セミコンダクター,インク. | トレンチ二重拡散金属酸化膜半導体セル |
JP2015220408A (ja) * | 2014-05-20 | 2015-12-07 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-09-21 JP JP2000286912A patent/JP2001332725A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004525500A (ja) * | 2000-09-28 | 2004-08-19 | ゼネラル セミコンダクター,インク. | トレンチ二重拡散金属酸化膜半導体セル |
JP2015220408A (ja) * | 2014-05-20 | 2015-12-07 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 |
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