JP2006339516A - 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 Download PDF

Info

Publication number
JP2006339516A
JP2006339516A JP2005164301A JP2005164301A JP2006339516A JP 2006339516 A JP2006339516 A JP 2006339516A JP 2005164301 A JP2005164301 A JP 2005164301A JP 2005164301 A JP2005164301 A JP 2005164301A JP 2006339516 A JP2006339516 A JP 2006339516A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
source region
source
region
semiconductor substrate
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005164301A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Yoshimochi
賢一 吉持
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2005164301A priority Critical patent/JP2006339516A/ja
Priority to CNA2006800160841A priority patent/CN101176210A/zh
Priority to US11/887,102 priority patent/US9202891B2/en
Priority to PCT/JP2006/307565 priority patent/WO2006129423A1/ja
Priority to KR1020077025321A priority patent/KR20080011382A/ko
Priority to EP06731512A priority patent/EP1887631A4/en
Priority to TW095113540A priority patent/TW200705663A/zh
Publication of JP2006339516A publication Critical patent/JP2006339516A/ja
Priority to US14/937,835 priority patent/US9837525B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0856Source regions
    • H01L29/0869Shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41741Source or drain electrodes for field effect devices for vertical or pseudo-vertical devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/4238Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the surface lay-out
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45Ohmic electrodes
    • H01L29/456Ohmic electrodes on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/665Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using self aligned silicidation, i.e. salicide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/66719With a step of forming an insulating sidewall spacer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4916Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
    • H01L29/4925Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
    • H01L29/4933Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement with a silicide layer contacting the silicon layer, e.g. Polycide gate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

【課題】動作速度を犠牲にすることなくオン抵抗の低減が可能な構造の半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】この半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板にストライプ状に形成された複数本のゲート電極12と、このゲート電極12に対して自己整合的に半導体基板に形成された複数本のソース領域14とを備えている。ゲート電極12およびソース領域14は、層間絶縁膜によって覆われ、この層間絶縁膜上にソース電極が形成されている。層間絶縁膜には、ソース領域14の端部および中間部に、所定の間隔を開けて配置された複数のコンタクト領域20を規定するコンタクト孔が形成されている。これらのコンタクト孔を介して、前記ソース電極が、ソース領域14に電気的に接続されている。
【選択図】 図1

Description

この発明は、半導体基板にストライプ状に形成された複数本のソース領域と、このストライプ状のソース領域の間の半導体基板上にストライプ状に形成された複数本のゲート電極とを備えた半導体装置およびその製造方法に関する。
スイッチング電源等に使用される個別素子としてのパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)には、高速動作特性および低オン抵抗特性が求められている。高速動作特性は、低容量特性を持つプレーナ型構造によって実現される。
たとえば、下記特許文献1に開示されているプレーナ型構造のMOSFETは、図5に示すように、N型半導体基板1上にストライプ状に形成された複数本のゲート電極2と、このゲート電極2に対して自己整合的に二重拡散によって形成したP-型ベース層3およびN+型ソース層4と、ゲート電極2を覆う層間絶縁膜5と、この層間絶縁膜5上に形成された金属膜からなるソース電極(図示せず)とを備えている。P-型ベース層3およびN+型ソース層4は、ゲート電極2に沿うストライプ状に複数本形成されている。そして、N+型ソース層4上には、層間絶縁膜5に、ソース層4の長手方向の全長に渡るストライプ状のコンタクト孔7が形成されている。ソース電極は、このコンタクト孔7に入り込んで、ソース層4にオーミック接合されている。
このような構造により、複数本のゲート電極2を共通接続して、このゲート電極2に所定のしきい値電圧以上の電圧を印加すると、ベース層3の表面部分に反転層が形成され、半導体基板1(ドレイン)とソース層4との間が導通する。このようにしてトランジスタ動作が可能となる。
特開平8−321605号公報
しかし、前記のような構造では、コンタクト孔7の形成はリソグラフィに依存せざるを得ないため、隣り合うゲート電極2間の間隔は、コンタクト孔7の最小寸法と、ゲート電極2およびコンタクト孔7の形成のためのマスク合わせ余裕(マージン)とによる制限を受ける。
そのため、ゲート電極2間の間隔の縮小によるパターンの微細化に限界があり、単位面積当たりのゲート幅(ゲート電極2のソース層4に対向する部分の総延長)の向上を図るうえでの障害となっている。そのため、オン抵抗の低減に限界がある。
一方、ゲート電極2の幅を縮小すれば、単位面積当たりのゲート電極2の本数を増やすことができ、ゲート幅を増加できると考えられるが、これでは、ゲート電極2の抵抗(ゲート抵抗)が高くなり、高速動作が阻害されてしまうという新たな問題が生じる。
そこで、この発明の目的は、動作速度を犠牲にすることなくオン抵抗の低減が可能な構造の半導体装置およびその製造方法を提供することである。
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、半導体基板と、この半導体基板にストライプ状に形成された複数本のソース領域と、前記半導体基板上において前記ストライプ状の複数本のソース領域間にストライプ状に形成された複数本のゲート電極と、前記ソース領域およびゲート電極を覆うとともに、前記ソース領域の長手方向に関する一部の所定領域においてソース領域を部分的に露出させるコンタクト孔を有する絶縁膜と、この絶縁膜上に形成され、前記コンタクト孔を介して前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極とを含むことを特徴とする半導体装置である。
この構成によれば、ソース領域とソース電極との接続のためのコンタクト孔は、ストライプ状のソース領域の全長に渡って形成されているのではなく、ソース領域の長手方向に関する一部の所定領域においてソース領域を部分的に露出させるように形成されているにすぎない。そのため、コンタクト孔の近傍以外の領域では、コンタクト孔の最小寸法およびコンタクト孔の形成のためのマスク合わせ余裕による制限を受けることなくゲート電極間の間隔の縮小が可能であり、かつ、ゲート電極の幅を狭める必要もない。これにより、パターンの微細化が可能となり、ゲート抵抗の増加を招くことなく、単位面積当たりのゲート幅の増大化できる。これにより、動作速度を犠牲にすることなく、オン抵抗の低減を実現できる。
ソース領域は、半導体基板上にストライプ状に形成されているので、各部は互いに電気的に接続された状態であるから、部分的にソース電極と接していれば、その全体がソース電極に電気的に接続された状態となる。
このソース領域は、必要に応じて、その表面のシリサイド化等によって低抵抗化処理を施したものであることが好ましい。これにより、オン抵抗を一層低減することができる。
請求項2記載の発明は、前記コンタクト孔が、前記ソース領域の長手方向端部に配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置である。
この構成によれば、ソース領域の端部でソース電極とのコンタクトをとる構造であるので、半導体基板の中央領域を有効に利用することができる。
コンタクト孔は、ソース領域の長手方向端部のみに配置されていることがより好ましく、これにより、ストライプ状のゲート電極は、より長い領域に渡って、隣接ゲート電極との間隔を狭くでき、かつ、その幅を大きくとることができる。
別の構成として、ソース領域の長手方向中間部の所定位置(たとえば、中央部)のみに、コンタクト孔を設ける構成とすることもできる。
請求項3記載の発明は、前記コンタクト孔が、前記ソース領域の長手方向に間隔を開けて複数個配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置である。
この構成により、ソース領域とソース電極との間の電気的接続をより確実にすることができる。そして、コンタクト孔間の領域では、十分なゲート電極幅を保持しながら、隣接ゲート電極間の間隔を狭くすることができるから、ゲート抵抗を犠牲にすることなくゲート幅の増大化を図ることができる。
請求項4記載の発明は、前記ゲート電極は、前記コンタクト孔の側方に位置する幅狭部と、この幅狭部よりも広幅に形成された幅広部とを含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置である。
この構成によれば、ゲート電極は、コンタクト孔の側方部においては、コンタクト孔の最小寸法およびその形成のためのマスク合わせ余裕を考慮したゲート間距離が確保できるように幅狭とされる一方で、その他の部分(好ましくは、コンタクト孔の側方を除く全領域)では、十分なオン抵抗を実現できるだけの幅を確保した幅広部とすることができる。これにより、ソース領域およびソース電極間の電気的接続を確保でき、かつ、ゲート抵抗を犠牲にすることなく隣接ゲート電極間の間隔を縮小して微細化を図り、これにより、ゲート幅の増大を図ることができる。
請求項5記載の発明は、前記ソース領域が、前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置である。
この構成によれば、ゲート電極とソース領域とが自己整合的に形成されているので、コンタクト孔の近傍以外の領域では、ゲート電極間の間隔を極限まで微細化することができる。
請求項6記載の発明は、半導体基板上にストライプ状に複数本のゲート電極を形成する工程と、このゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に、ストライプ状に複数本のソース領域を形成する工程と、前記ソース領域およびゲート電極を覆うとともに、前記ソース領域の長手方向に関する一部の所定領域においてソース領域を部分的に露出させるコンタクト孔を有する絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜上に、前記コンタクト孔を介して前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
この方法によって、請求項1および5記載の構造の半導体装置を作製できる。この製造方法の発明についても、半導体装置の発明と同様な変形を施すことが可能である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る個別半導体素子としてのパワーMOSFETのゲート電極等の配置を示す図解的な平面図であり、図2は図1の切断面線II−IIでとった断面図であり、図3は図1の切断面線III−IIIでとった断面図である。
このパワーMOSFETは、N型半導体基板11と、このN型半導体基板11上にストライプパターンを成すように形成された複数本のゲート電極12と、この複数本のゲート電極12の間の半導体基板11の表層部に形成され、ストライプパターンをなす複数本のN+型ソース領域14と、このソース領域14を取り囲むように形成されたP-型ベース層13とを備えている。さらに、このパワーMOSFETは、半導体基板11とゲート電極12との間に介在されたゲート絶縁膜15と、ゲート電極12の両側面を覆う絶縁膜からなるサイドウォール16と、ゲート電極12等を覆う層間絶縁膜17と、この層間絶縁膜17上に配置されたソース電極18とを備えている。
ゲート電極12は、たとえば、ポリシリコン膜で形成されており、その表面には、低抵抗化のためのシリサイド層12Aが形成されている。また、ソース領域14の表面には、このソース領域14全体の低抵抗化のためのシリサイド層14Aが形成されている。
ソース領域14は、隣接する一対のゲート電極12に跨って形成されており、これらの一対のゲート電極12の間で、層間絶縁膜17およびソース電極18に接している。より具体的に説明すると、長尺形状のソース領域14は、その両端および中間部に間隔を開けて形成されたコンタクト領域20を有している。このコンタクト領域20は、層間絶縁膜17に離散配置して形成されたコンタクト孔21によって規定される領域である。すなわち、層間絶縁膜17には、ソース領域14の長手方向の端部にコンタクト孔21が形成され、さらにその中間部においても、長手方向に間隔を開けて複数個のコンタクト孔21が形成されている。すなわち、コンタクト孔21は、ソース領域14の長手方向に関する一部の所定領域(コンタクト領域20)においてソース領域14を部分的に露出させる。
このコンタクト孔21を介して、ソース電極18が、ソース領域14に接合されている。コンタクト領域20の近傍では、ソース領域14の露出領域幅(ゲート電極12およびサイドウォール16からなるゲート構造部によって覆われていない領域の幅)は、その他の部分よりも幅広に形成されている。換言すれば、ゲート電極12は、コンタクト領域20の側方の領域に幅狭部121を有し、コンタクト領域20の側方以外の領域に幅広部122を有する。むろん、幅広部122は、幅狭部121よりも幅広に形成されている。
コンタクト領域20には、ソース領域14内に、P-型ベース層13と接続されたP+型層19が形成されている。このP+型層19は、ソース電極18と接しており、P-型ベース層13の電位の安定化に寄与する。
このような構造のパワーMOSFETは、複数本のゲート電極12を共通接続して、このゲート電極12に所定のしきい値電圧を超える制御電圧を印加することにより、P-型ベース層13の表層部(ゲート電極12の直下部分)に反転層(チャネル)を形成させることができる。これにより、ドレイン領域として機能する半導体基板11とソース領域14との間が導通し、半導体基板11からソース領域14へとドレイン電流が流れ込む。このドレイン電流は、ソース領域14を通ってコンタクト領域20に至り、このコンタクト領域20からソース電極18へと流れ込むことになる。
このようにしてストライプ状に形成されたソース領域14をドレイン電流経路として利用することにより、コンタクト領域20をソース領域14の長手方向に関して離散的に配置しながらも、良好なトランジスタ動作が可能となる。
しかも、コンタクト領域20がソース領域14の長手方向に関する一部のみを露出するように部分的に形成されているため、コンタクト領域20の近傍以外の領域では、コンタクト孔21の形成を考慮することなく、隣接ゲート電極12間の間隔を短くすることができ、かつ、ゲート電極12の幅を広く保持することができる。つまり、ゲート電極12の幅を犠牲にすることなく、ゲート電極12の間隔を狭めることができ、その結果、高集積化が可能となる。これにより、ゲート抵抗を犠牲にすることなく、単位面積あたりのゲート幅を増大化することができ、低オン抵抗で高速動作が可能なパワーMOSFETを実現できる。とくに、この実施形態では、ゲート電極12に対して自己整合的にP-型ベース層13およびN+型ソース領域14を形成しているから、大幅な微細化が可能となり、たとえば、単位面積当たりのオン抵抗を、従来技術の約1/2にできる。
さらに、隣接ゲート電極12間の距離が短くなることによって、P-型ベース層13とN型半導体基板11との接合によって形成される寄生容量を抑制でき、これによっても、高速動作化に寄与することができる。また、ゲート電極12の幅を広くとることができるので、ゲート電極12の直下において隣接するP-型ベース層13間の間隔を比較的大きくとることが可能となる。これにより、JFET抵抗を抑制でき、オン抵抗の低減に寄与することができる。
さらに、この実施形態では、ソース領域14には、シリサイド層14Aを設けてその低抵抗化が図られていることから、ソース領域14は、ドレイン電流の経路として良好に機能する。これにより、オン抵抗のさらなる低減が図られている。
こうして、一般的には排反事象となる超高速動作および低オン抵抗を両立することがとでき、たとえば、DC−DCコンバータ等に適用した場合に、その効率を大幅に向上することができる。
また、コンタクト領域20においては、隣接ゲート電極12間の距離が十分に保たれていることから、コンタクト孔21は十分な寸法を有することができるとともに、フォトリソグラフィを利用して、コンタクト孔21を所望の位置に形成することができる。
図4は、前記パワーMOSFETの製造工程を説明するための断面図である。まず、図4(a)に示すように、半導体基板11上に、ゲート絶縁膜(酸化膜)15およびゲート電極12がストライプパターンに形成される。これらは、むろん、コンタクト領域20の側方に対応する幅狭部121と、それ以外の幅広部122とを備えたパターンである。ゲート絶縁膜15は、たとえば、膜厚が100〜1500Åのシリコン酸化膜からなる。また、ゲート電極12は、たとえば、膜厚が1000〜10000Åポリシリコン膜からなり、幅広部122の幅は、たとえば、2.80μm程度である。
次に、ゲート電極12をマスクとして、自己整合的に、半導体基板11に対してP型不純物が導入され(チャネル拡散)、さらに、同じくゲート電極12をマスクとして、自己整合的にN型不純物が導入され(ソース拡散)、その後に、熱処理が行われる。これにより、P型不純物およびN型不純物が半導体基板11内で拡散して、P-型ベース層13がゲート電極12間の領域を中心に拡散形成されるとともに、その内方の領域に、N+型ソース領域14がゲート電極12間の領域を中心に拡散形成される。P-型ベース層13は、たとえば、半導体基板11の表面から0.65μmの深さまで拡散され、N+型ソース領域14は半導体基板11の表面から0.35μmの深さまで拡散される。不純物の拡散距離は、半導体基板11上のいたる領域で一定であり、したがって、P-型ベース層13およびN+型ソース領域14は、ストライプパターンに形成された複数本のゲート電極12に対して自己整合的なストライプパターンに形成されることになる。
次に、図4(b)に示すように、ゲート電極12の側壁部にサイドウォール16が被着形成される。このサイドウォール16の形成は、たとえば、CVD(化学的気相成長)法によって全面に酸化膜(たとえば膜厚2500Å)を形成した後に、異方性エッチングを行うことによって達成できる。サイドウォール16の半導体基板11の表面に沿う方向の幅は、たとえば、0.20μm程度とされる。
次に、図4(c)に示すように、たとえば、スパッタ法によって、Ti膜25(たとえば、膜厚100〜3000Å)が全面に形成される。この状態で、ランプアニール処理(RTA:Rapid Thermal Annealing 。たとえば、600〜800℃で30秒間)を行うと、図4(d)に示すように、ゲート電極12の表層部がシリサイド化されてTiSiからなるシリサイド層12Aが形成される。これと同時に、ソース領域14表面のTi膜25と接している領域がシリサイド化され、TiSiからなるシリサイド層14Aが形成される。その後は、たとえば、NH4OHおよびH22を用いた選択的エッチングによって、Ti膜25(シリサイド層12A,14A以外の部分)が除去され、さらに、2回目のランプアニール処理(たとえば、700〜1000℃で20秒間)が行われる。これにより、シリサイド層12A,14A(たとえば、層厚0.15μm程度)が完全にシリサイド化される。
その後は、図4(e)に示すように、全面を覆う層間絶縁膜17(たとえば、膜厚1000〜10000Åのシリコン酸化膜)が、たとえば、CVD法によって形成される。その後、フォトリソグラフィによって、コンタクト領域20(図1および図3参照)にコンタクト孔21が開口され、さらに、層間絶縁膜17上にソース電極18(たとえば、アルミニウム)が形成されて、図1〜図3を参照して説明した構造のパワーMOSFETが得られることになる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、前述の実施形態では、コンタクト領域20がソース領域14の端部および中間部に設けられた構成について説明したが、コンタクト領域20をソース領域14の端部のみに設けたり、中間部のみに設けたりしてもよい。また、個々のソース領域14に複数個のコンタクト領域20を設ける必要は必ずしもなく、1つのコンタクト領域20のみを設けるようにしてもよい。また、前述の実施形態では、N型半導体基板1を用いてNチャンネル型のパワーMOSFETを構成する例について説明したが、各部の導電型をそれぞれ反転した構成として、Pチャンネル型のパワーMOSFETを構成することもできる。さらに前述の実施形態では、ゲート電極12およびソース領域14にシリサイド層12A,14Aを形成した例を説明したが、これらのシリサイド層は必ずしも設けなくてもよい。また、前述の実施形態では、パワーMOSFETに本発明を適用した例について説明したが、この発明は、その他のMOSFETや、MOSFET以外の素子(たとえば、IGBT等)にも適用可能である。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この発明の一実施形態に係る個別半導体素子としてのパワーMOSFETのゲート電極等の配置を示す図解的な平面図である。 図1の切断面線II−IIでとった断面図である。 図1の切断面線III−IIIでとった断面図である。 前記パワーMOSFETの製造工程を説明するための図解的な断面図である。 従来技術に係るパワーMOSFETの構造を説明するための図解的な断面図である。
符号の説明
11 N型半導体基板
12 ゲート電極
12A シリサイド層
13 P-型ベース層
14 N+型ソース領域
14A シリサイド層
15 ゲート絶縁膜
16 サイドウォール
17 層間絶縁膜
18 ソース電極
19 P+型層
20 コンタクト領域
21 コンタクト孔
25 Ti膜
121 幅狭部
122 幅広部

Claims (6)

  1. 半導体基板と、
    この半導体基板にストライプ状に形成された複数本のソース領域と、
    前記半導体基板上において前記ストライプ状の複数本のソース領域間にストライプ状に形成された複数本のゲート電極と、
    前記ソース領域およびゲート電極を覆うとともに、前記ソース領域の長手方向に関する一部の所定領域においてソース領域を部分的に露出させるコンタクト孔を有する絶縁膜と、
    この絶縁膜上に形成され、前記コンタクト孔を介して前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極とを含むことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記コンタクト孔が、前記ソース領域の長手方向端部に配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記コンタクト孔が、前記ソース領域の長手方向に間隔を開けて複数個配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 前記ゲート電極は、前記コンタクト孔の側方に位置する幅狭部と、この幅狭部よりも広幅に形成された幅広部とを含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記ソース領域が、前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 半導体基板上にストライプ状に複数本のゲート電極を形成する工程と、
    このゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に、ストライプ状に複数本のソース領域を形成する工程と、
    前記ソース領域およびゲート電極を覆うとともに、前記ソース領域の長手方向に関する一部の所定領域においてソース領域を部分的に露出させるコンタクト孔を有する絶縁膜を形成する工程と、
    この絶縁膜上に、前記コンタクト孔を介して前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP2005164301A 2005-06-03 2005-06-03 半導体装置およびその製造方法 Pending JP2006339516A (ja)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005164301A JP2006339516A (ja) 2005-06-03 2005-06-03 半導体装置およびその製造方法
CNA2006800160841A CN101176210A (zh) 2005-06-03 2006-04-10 半导体装置及其制造方法
US11/887,102 US9202891B2 (en) 2005-06-03 2006-04-10 Semiconductor device and method for manufacturing same
PCT/JP2006/307565 WO2006129423A1 (ja) 2005-06-03 2006-04-10 半導体装置およびその製造方法
KR1020077025321A KR20080011382A (ko) 2005-06-03 2006-04-10 반도체 장치 및 그 제조 방법
EP06731512A EP1887631A4 (en) 2005-06-03 2006-04-10 SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
TW095113540A TW200705663A (en) 2005-06-03 2006-04-14 Semiconductor device and production method therefor
US14/937,835 US9837525B2 (en) 2005-06-03 2015-11-10 Semiconductor device and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005164301A JP2006339516A (ja) 2005-06-03 2005-06-03 半導体装置およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006339516A true JP2006339516A (ja) 2006-12-14

Family

ID=37481356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005164301A Pending JP2006339516A (ja) 2005-06-03 2005-06-03 半導体装置およびその製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (2) US9202891B2 (ja)
EP (1) EP1887631A4 (ja)
JP (1) JP2006339516A (ja)
KR (1) KR20080011382A (ja)
CN (1) CN101176210A (ja)
TW (1) TW200705663A (ja)
WO (1) WO2006129423A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015038954A (ja) * 2013-07-16 2015-02-26 株式会社東芝 半導体装置
JP2015177074A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 株式会社東芝 半導体装置
JP2021005610A (ja) * 2019-06-26 2021-01-14 富士電機株式会社 窒化物半導体装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006339516A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Rohm Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
US9105715B2 (en) * 2009-04-30 2015-08-11 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and method for manufacturing the same
AU2010259022B2 (en) 2009-06-08 2016-05-12 Singulex, Inc. Highly sensitive biomarker panels

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5882574A (ja) * 1981-10-26 1983-05-18 インタ−シル・インコ−ポレ−テツド 電力用電界効果トランジスタ構造物
JPS63244777A (ja) * 1987-03-31 1988-10-12 Toshiba Corp Mos型電界効果トランジスタ
JPH01207976A (ja) * 1988-02-15 1989-08-21 Nec Corp 半導体装置
JPH02290077A (ja) * 1989-04-28 1990-11-29 Mitsubishi Electric Corp 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
JPH05235361A (ja) * 1991-06-26 1993-09-10 Texas Instr Inc <Ti> Dmosトランジスタとその製造法
JPH0955506A (ja) * 1995-02-24 1997-02-25 Motorola Inc 低いオン抵抗を有する縦型igfet構造および方法
US5844277A (en) * 1996-02-20 1998-12-01 Magepower Semiconductor Corp. Power MOSFETs and cell topology
JP2004096067A (ja) * 2002-07-09 2004-03-25 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2004273645A (ja) * 2003-03-06 2004-09-30 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2005005438A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2005064283A (ja) * 2003-08-14 2005-03-10 Sanken Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体素子およびその製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4677452A (en) * 1981-10-26 1987-06-30 Intersil, Inc. Power field-effect transistor structures
US4661374A (en) * 1984-08-07 1987-04-28 Texas Instruments Incorporated Method of making MOS VLSI semiconductor device with metal gate and clad source/drain
US4998151A (en) * 1989-04-13 1991-03-05 General Electric Company Power field effect devices having small cell size and low contact resistance
US5234851A (en) * 1989-09-05 1993-08-10 General Electric Company Small cell, low contact assistance rugged power field effect devices and method of fabrication
JPH08321605A (ja) 1995-05-25 1996-12-03 Yokogawa Electric Corp 半導体装置
JPH11204781A (ja) 1998-01-07 1999-07-30 Nec Yamagata Ltd 半導体装置
JP3703643B2 (ja) 1998-12-25 2005-10-05 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2004179277A (ja) 2002-11-26 2004-06-24 New Japan Radio Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2006339516A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Rohm Co Ltd 半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5882574A (ja) * 1981-10-26 1983-05-18 インタ−シル・インコ−ポレ−テツド 電力用電界効果トランジスタ構造物
JPS63244777A (ja) * 1987-03-31 1988-10-12 Toshiba Corp Mos型電界効果トランジスタ
JPH01207976A (ja) * 1988-02-15 1989-08-21 Nec Corp 半導体装置
JPH02290077A (ja) * 1989-04-28 1990-11-29 Mitsubishi Electric Corp 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
JPH05235361A (ja) * 1991-06-26 1993-09-10 Texas Instr Inc <Ti> Dmosトランジスタとその製造法
JPH0955506A (ja) * 1995-02-24 1997-02-25 Motorola Inc 低いオン抵抗を有する縦型igfet構造および方法
US5844277A (en) * 1996-02-20 1998-12-01 Magepower Semiconductor Corp. Power MOSFETs and cell topology
JP2004096067A (ja) * 2002-07-09 2004-03-25 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2004273645A (ja) * 2003-03-06 2004-09-30 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2005005438A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2005064283A (ja) * 2003-08-14 2005-03-10 Sanken Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体素子およびその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015038954A (ja) * 2013-07-16 2015-02-26 株式会社東芝 半導体装置
JP2015177074A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 株式会社東芝 半導体装置
JP2021005610A (ja) * 2019-06-26 2021-01-14 富士電機株式会社 窒化物半導体装置
JP7379882B2 (ja) 2019-06-26 2023-11-15 富士電機株式会社 窒化物半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1887631A1 (en) 2008-02-13
US20160064542A1 (en) 2016-03-03
WO2006129423A1 (ja) 2006-12-07
US9837525B2 (en) 2017-12-05
EP1887631A4 (en) 2008-08-27
US20090121293A1 (en) 2009-05-14
TW200705663A (en) 2007-02-01
KR20080011382A (ko) 2008-02-04
CN101176210A (zh) 2008-05-07
US9202891B2 (en) 2015-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7528449B2 (en) Semiconductor device including ESD protective element
KR101438136B1 (ko) 고전압 트랜지스터
JP2009239111A (ja) 半導体装置
US9837525B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2006303324A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP5324157B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2009158717A (ja) 縦型電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2006019518A (ja) 横型トレンチmosfet
JP4966351B2 (ja) 半導体装置
JP2006303323A (ja) 半導体装置およびその製造方法
WO2015111218A1 (ja) 半導体装置
US20120126312A1 (en) Vertical dmos-field effect transistor
JP4820899B2 (ja) 半導体装置
JP2009290140A (ja) パワー半導体装置およびパワー半導体装置の製造方法
US10269945B2 (en) Power transistor device
JP2007142041A (ja) 半導体装置
JP2007250780A (ja) 半導体装置
JP4890765B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2001119019A (ja) 半導体装置およびその製造方法
KR102422620B1 (ko) 고전압 반도체 소자 및 제조방법
JP2006120952A (ja) Mis型半導体装置
JP2005302914A (ja) Mos電界効果トランジスタとその製造方法
JP2007115791A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2005183848A (ja) 縦型misfet及びその製造方法
US10475792B2 (en) Power transistor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080404

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111027

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111226

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120516

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20120524

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20120706