JP2006339516A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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