JP2001345445A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2001345445A
JP2001345445A JP2000166233A JP2000166233A JP2001345445A JP 2001345445 A JP2001345445 A JP 2001345445A JP 2000166233 A JP2000166233 A JP 2000166233A JP 2000166233 A JP2000166233 A JP 2000166233A JP 2001345445 A JP2001345445 A JP 2001345445A
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Nobuyuki Yonetani
伸之 米谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の高耐圧MOSFETでは、P型高濃度層
の形成後にN型ソース層の拡散を行い、その後、層間絶
縁膜を堆積し、層間絶縁膜をエッチングしてコンタクト
部を開口し、コンタクト部に上部電極を形成してP型ベ
ース層とのコンタクトを取っていたため、P型高濃度層
の表面濃度が下がり、コンタクト部のコンタクト抵抗の
低減効果が小さかった。 【解決手段】溝の深さがN型ソース層8の拡散層深さの
1.1倍以上、P型ベース層7の拡散層深さの0.9倍
以下となるように溝11を形成し、その上で、溝11に
P型ベース層7の不純物濃度の100〜1000倍の不
純物濃度となるP型高濃度層12を形成することで、従
来の高耐圧MOSFETが示すソース−ドレイン耐圧を
維持しつつ、P型ベース層のコンタクト部のコンタクト
抵抗を従来よりも低減することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特
に、高耐圧MOSFETの構造に関し、高耐圧MOSF
ETの破壊耐量向上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術による高耐圧MOSFETの
主要製造工程断面図を図3に示す。
【0003】従来の高耐圧MOSFETについては、半
導体基板がN型の場合について説明を行っている。
【0004】N型半導体基板51上にN型エピタキシャ
ル層52を成長させる。N型エピタキシャル層52の表
面にゲート酸化膜53、ポリシリコンを成長させた後、
フォトリソグラフィ技術を用いてポリシリコン及びゲー
ト酸化膜53に窓開けを行って、ベース用開口55を形
成し、ゲートポリシリコン56をマスクとしてP型ベー
ス層57を形成する。
【0005】次に、フォトリソグラフィ技術を用いてP
型ベース層57内に高濃度のP型の不純物を導入してP
型高濃度層62を形成する。レジストを除去した後、再
度ゲートポリシリコン56をマスクとしてN型ソース層
58を形成する。
【0006】続いて、ベース用開口5を含むN型エピタ
キシャル層52の表面に層間絶縁膜59を成長させた
後、フォトリソグラフィ技術により層間絶縁膜59に窓
開けを行いコンタクト部60を形成する。最後に、上部
電極63および裏面電極64の形成を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の高耐圧MOSF
ETでは、P型高濃度層62の形成後にN型ソース層5
8の拡散を行い、その後、層間絶縁膜59を堆積し、層
間絶縁膜59をエッチングしてコンタクト部60を開口
し、コンタクト部60に上部電極63を形成してP型ベ
ース層57とのコンタクトを取っていた。
【0008】そのため、コンタクト部60でのP型高濃
度層62の濃度低下が起こり、コンタクト抵抗が増加
し、破壊耐量の低下が起こるといった問題が発生してい
た。
【0009】本発明の目的は、高耐圧MOSFETにお
いて、コンタクト抵抗の増加を防ぎ破壊耐量を向上させ
ることの出来る半導体装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
一導電型のドレイン領域と、前記ドレイン領域の表面に
形成された逆導電型のベース領域と、前記ベース領域の
表面に形成された一導電型のソース領域と、前記ベース
領域の表面に形成された逆導電型のベース取出し領域
と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に挟まれたベ
ース領域のチャネル部に相当する領域の表面を少なくと
も覆うゲート絶縁膜と、少なくとも前記チャネル部の上
方を覆い、前記チャネル部と共に前記ゲート絶縁膜を挟
む形状に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を含
む前記ドレイン領域の表面を覆う層間絶縁膜と、前記ソ
ース領域の一部及び前記ベース取出し領域全体を含む領
域の層間絶縁膜を除去して形成されたソース電極用開口
部と、前記ソース電極用開口部を覆って前記層間絶縁膜
上に形成されたソース電極と、を有する半導体装置であ
って、前記ベース取出し領域は、前記ベース領域の表面
から前記ソース領域を貫通して前記ベース領域に形成さ
れた溝の底面及び側面に逆導電型の不純物を導入するこ
とにより形成される逆導電型の高濃度不純物拡散層であ
り、前記溝の深さが、前記ソース領域の接合深さの1.
1倍以上、かつ、前記ベース領域の接合深さの0.9倍
以下であることを特徴とし、前記逆導電型の高濃度不純
物拡散層の不純物濃度は、前記ベース領域の不純物濃度
の100〜1000倍の範囲の不純物濃度であり、前記
逆導電型の高濃度不純物拡散層の不純物濃度は、前記溝
の側面においては、前記ソース領域の導電型を反転させ
ない不純物濃度であり、前記ドレイン領域は、一導電型
の半導体基板であるか、或いは、一導電型の半導体基板
及びその上に成長した一導電型のエピタキシャル層から
なり、前記一導電型の半導体基板の前記ベース領域と反
対の面にはドレイン電極が設けられる、というものであ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図1、
2を参照して説明する。図1は、本実施形態の高耐圧M
OSFETの主要製造工程を示す断面図である。また、
本実施形態ではN型半導体基板及びN型エピタキシャル
層を用いて説明を行っているが、反対導電型の半導体基
板及びエピタキシャル層を用いた場合にも、以後の説明
のN型をP型、P型をN型と読み替えることにより、N
型半導体基板を用いた場合と同様の効果が得られること
は言うまでもない。
【0012】N型半導体基板1の上にN型エピタキシャ
ル層2を成長させる。N型エピタキシャル層2の表面に
ゲート酸化膜3、ポリシリコンを成長させた後、フォト
リソグラフィ技術を用いてポリシリコン及びゲート酸化
膜3に窓開けを行って、ベース用開口5を形成し、ゲー
トポリシリコン6をマスクとしてP型ベース層7及びN
型ソース層8を順次形成する。
【0013】次に、ベース用開口5を含むN型エピタキ
シャル層2の表面に層間絶縁膜9を成長させた後、フォ
トリソグラフィ技術により層間絶縁膜9に窓開けを行い
コンタクト部10を形成する。
【0014】このコンタクト部10の形成時のエッチン
グにより、層間絶縁膜9だけではなく、N型エピタキシ
ャル層2をその表面から所定の深さまでエッチングし
て、N型エピタキシャル層2に溝11を形成する。
【0015】上述のエッチングは、この溝11の深さ
が、N型ソース層8の拡散層深さの1.1倍以上、P型
ベース層7の拡散層深さの0.9倍以下になるように制
御する。この溝11の深さは、高耐圧MOSFETの破
壊耐量の設計および耐圧設計を行うために重要である。
【0016】本実施形態においては、N型半導体基板の
上にN型エピタキシャル層を成長させ、N型エピタキシ
ャル層に、拡散層及び溝を形成したが、N型半導体基板
の上にN型エピタキシャル層を成長させずにN型半導体
基板に直接、拡散層及び溝を形成してもよいことは言う
までもない。
【0017】ここで、溝11の深さが、N型ソース層8
の拡散層深さの1.1倍以上、P型ベース層7の拡散層
深さの0.9倍以下になるように制御する必要性につい
て、もう少し詳しく説明する。
【0018】溝11の深さがN型ソース層8の拡散層深
さの1.1倍以上必要であるのは、N型ソース層8の拡
散層深さよりも確実に溝11の深さが深くなり、後でこ
の溝11に形成するP型高濃度層12を確実に形成でき
るようにするためである。
【0019】また、溝11の深さがP型ベース層7の拡
散層深さの0.9倍以下になるようにする必要があるの
は、溝11の深さをP型ベース層7の拡散層深さの範囲
内で深くしてP型高濃度層12を形成した場合、逆バイ
アス状態でのN型エピタキシャル層2及びP型ベース層
7の接合からの空乏層が逆バイアスを大きくしていった
ときにP型高濃度層12の部分で伸びが小さくなり、よ
り小さな逆バイアスの下で接合のブレークダウンに到る
ためである。具体的な数値を示すと、溝11の深さをP
型ベース層7の拡散層深さとほぼ同じにしたときは、N
型ソース層8の拡散層深さの1.1倍にしたときに比べ
て約10%の耐圧低下が観測された。
【0020】この様子を模式的に示したのが、図2
(a)のソース−ドレイン耐圧(BVDSS)vs溝深
さの関係を示すグラフである。
【0021】次に、層間絶縁膜9をマスクとして、溝に
P型の高不純物濃度の不純物を導入し、P型不純物の活
性化処理を行ってP型高濃度層12を形成する。このP
型高濃度層12の不純物濃度は、高耐圧MOSFETの
素子特性を考慮すると、ベース濃度の100倍〜100
0倍の範囲で設計することが必要となる。最後に、上部
電極13および裏面電極14の形成を行う。
【0022】ここで、P型高濃度層12の不純物濃度
が、P型ベース層7の不純物濃度の100倍〜1000
倍の範囲で設計することが必要である理由を以下に説明
する。
【0023】P型高濃度層12はベース電位を安定させ
るために必要であると共に、できる限り良好なオーミッ
ク性を得る必要がある。通常、高耐圧MOSFETにお
いては、ベース層との安定したオーミック性を得る場
合、ベース濃度の100倍以上の不純物濃度が必要であ
る。また、P型高濃度層12の不純物濃度の上限につい
ては、オーミック性を得るための熱処理を行う際、P型
の不純物濃度が高すぎるとP型高濃度層が深く拡散して
しまい、溝11の深さの範囲の必要性で説明した理由と
同じ理由により、P型ベース層以上の深さとなり耐圧低
下の原因となる。このため、設計耐圧の90%以上とな
るように設計する場合、P型高濃度層12の不純物濃度
はP型ベース層7の不純物濃度の1000倍以下の濃度
である必要がある。
【0024】この様子を模式的に示したのが、図2
(b)のソース−ドレイン耐圧(BVDSS)vsP型
高濃度層不純物濃度の関係を示すグラフである。
【0025】上記構成の場合、まず、溝の深さがN型ソ
ース層8の拡散層深さの1.1倍以上、P型ベース層7
の拡散層深さの0.9倍以下となるように溝11を形成
し、し、その上で、溝11にP型ベース層7の不純物濃
度の100〜1000倍の不純物濃度となるP型高濃度
層12を形成することで、従来の高耐圧MOSFETが
示すソース−ドレイン耐圧を維持しつつ、コンタクト部
8のコンタクト抵抗を従来よりも低減することが可能と
なる。
【0026】さらに、N型ソース層58の内側にN型ソ
ース層58よりも深くP型高濃度層62を形成した後
に、P型高濃度層62の内側に溝61を掘って、そこに
上部電極63を形成する従来の場合よりも、本発明のよ
うに、N型ソース層8の内側に溝11を掘った直後に溝
11にP型高濃度層12を形成することで、よりコンタ
クト抵抗を低減することが出来る。
【0027】また、本発明の構造においては、従来にお
けるP型高濃度層の高濃度拡散層のエッチングをなくす
ことになり、P型高濃度層の不純物濃度を高く維持する
ことが出来、コンタクト抵抗を低下させることが出来
る。これにより、サージ入力時のバイポーラトランジス
タアクション(N型ソース層8/P型ベース層7/N型
エピタキシャル層2によって形成されるN型トランジス
タ)が起こりにくくなってインダクタンス負荷耐量とい
った破壊耐量の低下を防ぐことが可能となる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置は、溝の深さがN型ソース層の拡散層深さの1.1倍
以上、P型ベース層の拡散層深さの0.9倍以下となる
ように溝を形成し、その上で、溝にP型ベース層の不純
物濃度の100〜1000倍の不純物濃度となるP型高
濃度層を形成することで、従来の高耐圧MOSFETが
示すソース−ドレイン耐圧を維持しつつ、P型ベース層
のコンタクト部のコンタクト抵抗を従来よりも低減する
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の半導体装置の主要製造工程
を工程順に示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態の半導体装置の効果を示すグ
ラフである。
【図3】従来の半導体装置の主要製造工程を工程順に示
す断面図である。
【符号の説明】
1、51 N型半導体基板 2、52 N型エピタキシャル層 3、53 ゲート酸化膜 5、55 ベース用開口 6、56 ゲートポリシリコン 7、57 P型ベース層 8、58 N型ソース層 9、59 層間絶縁膜 10、60 コンタクト部 12、62 P型高濃度層 13、63 上部電極 14、64 下部電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型のドレイン領域と、前記ドレイ
    ン領域の表面に形成された逆導電型のベース領域と、前
    記ベース領域の表面に形成された一導電型のソース領域
    と、前記ベース領域の表面に形成された逆導電型のベー
    ス取出し領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域
    に挟まれたベース領域のチャネル部に相当する領域の表
    面を少なくとも覆うゲート絶縁膜と、少なくとも前記チ
    ャネル部の上方を覆い、前記チャネル部と共に前記ゲー
    ト絶縁膜を挟む形状に形成されたゲート電極と、前記ゲ
    ート電極を含む前記ドレイン領域の表面を覆う層間絶縁
    膜と、前記ソース領域の一部及び前記ベース取出し領域
    全体を含む領域の層間絶縁膜を除去して形成されたソー
    ス電極用開口部と、前記ソース電極用開口部を覆って前
    記層間絶縁膜上に形成されたソース電極と、を有する半
    導体装置であって、前記ベース取出し領域は、前記ベー
    ス領域の表面から前記ソース領域を貫通して前記ベース
    領域に形成された溝の底面及び側面に逆導電型の不純物
    を導入することにより形成される逆導電型の高濃度不純
    物拡散層であり、前記溝の深さが、前記ソース領域の接
    合深さの1.1倍以上、かつ、前記ベース領域の接合深
    さの0.9倍以下であることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記逆導電型の高濃度不純物拡散層の不
    純物濃度は、前記ベース領域の不純物濃度の100〜1
    000倍の範囲の不純物濃度である請求項1記載の半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 前記逆導電型の高濃度不純物拡散層の不
    純物濃度は、前記溝の側面においては、前記ソース領域
    の導電型を反転させない不純物濃度である請求項2記載
    の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記ドレイン領域は、一導電型の半導体
    基板である請求項1、2又は3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記ドレイン領域は、一導電型の半導体
    基板及びその上に成長した一導電型のエピタキシャル層
    からなる請求項1、2又は3記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記一導電型の半導体基板の前記ベース
    領域と反対の面にはドレイン電極が設けられる請求項4
    又は5記載の半導体装置。
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