JP2006344759A - トレンチ型mosfet及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 P型半導体である基板1、P型半導体であるエピタキシャル層2、N型半導体であるボディ部3、及びP型半導体であるソース拡散部7が、この順に隣接して形成された半導体基板上に、トレンチ部16が設けられたトレンチ型MOSFETであって、トレンチ部16の底面及び側壁面に、P型半導体であるSiGe層よりなるチャネル層4を備えているから、チャネル層4におけるキャリアの移動が容易となり、トレンチ型MOSFETのON抵抗を低くすることができる。
【選択図】 図1
Description
RON=Rsub+Rch+Racc+Rdrift+Rsub
高いブレークダウン電圧(BVdss)を得るためには、一般に、ドリフト部にドープする不純物の濃度を低くする必要がある。しかし、ドリフト部にドープする不純物の濃度を低くすれば、Rdriftが高くなるから、MOSFET全体としてのON抵抗(RON)が増加する。このように、RONとBVdssとの間には、二律背反(トレードオフ)の関係がある。
(a)ON抵抗を低下させるための主な手段であるセルピッチの微細化は、フォトリソグラフィー/エッチング工程により制限される。
(b)ブレークダウン電圧の増大には、特別なトレンチ形状及び/又は追加的な製造工程を必要とするから、製造工程の複雑化、製造コストの増大、及び生産性の低下を招来する。
(a)トレンチ部の側壁及び底面に埋め込みチャネルを設ける。これにより、ゲート電圧により空乏領域の空乏を制御できるから、トレンチ型MOSFETのON抵抗を低くすることができる。
(b)上記埋め込みチャネルとしてSiGeを用いる。これにより、チャネルの移動度を増大させることができる。さらにまた、トレンチ型MOSFETのブレークダウン電圧を増大させると同時にドリフト部の抵抗を減少させることができる。
(c)ドリフト部が傾斜ドーピング濃度特性を備える。これにより、ON抵抗とブレークダウン電圧との間の二律背反(トレードオフ)の関係を最適化することができる。
前記低ドープドレイン部は、前記チャネルボディ部とのPN接合部からの距離xにおける不純物のドーピング濃度N(x)が、下記の式(1)
N(x)=N0〔1+(x/a)v〕 ・・・(1)
(ここで、xは低ドープドレイン部とチャネルボディ部とのPN接合部からの距離であり、N0はx=0すなわちチャネルボディ部との接合部における低ドープドレイン部のドーピング濃度であり、aは低ドープドレイン部の長さであり、vはドーピング濃度特性の傾斜を表すパラメータ(定数)である。)で表されるものであることが好ましい。
なお、上記「低ドープドレイン部の長さa」は、低ドープドレイン部における、チャネルボディ部との境界面と、チャネルボディ部との境界面との距離であり、チャネルボディ部とのPN接合部からの距離xと同じ単位が用いられる。
上記トレンチ部の底面及び側壁面に、SiGe層よりなる第1の導電タイプであるチャネル層を形成する工程を含む製造方法により製造することができる。
図1は、本発明の実施形態であるトレンチ型MOSFETの概略構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施の形態のトレンチ型MOSFETは、高度にドープされた基板(高ドープドレイン部)1上に、ドリフト部として機能するエピタキシャル層(低ドープドレイン部)2が形成されている。トレンチ型MOSFETのボディ部(チャネルボディ部)3は、ドリフト部2とは反対の導電タイプ(極性)のものである。また、エピタキシャル層2は、基板1からボディ部3に向かい、不純物の含有割合が連続的に減少するように、高ドープの基板1上に成長させている。つまり、エピタキシャル層2は、基板1からボディ部3に向かって不純物の含有割合が連続的に減少する、傾斜したドーピング濃度(graded doping concentration)を備えている。なお、エピタキシャル層2にドープする不純物は、エピタキシャル層2をP型にできるものであればよく、特に限定されるものではない。
まず、最初のシリコンよりなる基板1としては、典型的には、その抵抗率が0.01Ω.cm〜0.005Ω.cmの範囲内となるようにP型ドープされた、500μm〜650μmの厚みのものが用いられる。ただし、トレンチ型MOSFETが作製された後に、バックラッピング(back lapping)により、基板1の厚みは約100μm〜150μmにまで減少させられる。
〔非特許文献2〕 T. Manku ら著,「Drift Hole Mobility in Strained and Unstrained Doped Si1-xGexAlloys」,IEEE Transactions. on Electron Devices, vol. 40, no. 11, p.1990-1996, Nov. 1993年.
〔非特許文献3〕 D.K.Nayak ら著,「High-Mobility Strained-Si PMOSFET’s」, IEEE Transactions on Electron Devices,vol. 43, no. 10,p1709-1715,Oct. 1996年.
ゲート酸化物(SiO2)をトレンチ型MOSFETの最高作動電圧に応じた厚みまで成長させた後に、トレンチ部16をゲート電極6の材料で満たす。本実施の形態では、ゲート電極6の材料としては、典型的な材料であるポリシリコンを用いた。また、リンと共にポリシリコンをドープするためのドーピング源として、POCl3を用いた。
(a)チャネル層4をSiGe層により構成することにより、チャネル層4のキャリア移動度を高くすることができるから、ON抵抗を低下させることが可能である。
(b)ゲート電極6とボディ部3との間に設けられたチャネル層4により、従来のようにSi−SiO2境界に形成された誘起チャネルよりも、高い移動度とすることが可能となる。
(c)トレンチ型MOSFETを電源装置へ適用する場合に必要となる、厚みの大きなゲート電極(ゲート酸化物)とした場合においても、低いスレッショルド電圧を得ることができる。
N(x)=N0〔1+(x/a)v〕 ・・・(1)
(ここで、xは低ドープドレイン部とチャネルボディ部とのPN接合部からの距離であり、N0はx=0すなわちチャネルボディ部との接合部における低ドープドレイン部のドーピング濃度であり、aは低ドープドレイン部の長さであり、vはドーピング濃度特性の傾斜を表すパラメータ(定数)である。)
上記の式(1)中のドーピングパラメータ(N0、a、及びv)を変化させることにより、特定のブレークダウン電圧 BVdssに対して、エピタキシャル層2の抵抗が変化する。図6は、ブレークダウン電圧BVdss=50Vの条件の下で、N0=1×1016〔at/cm3〕、a=4〔μm〕とし、ドーピングパラメータのうち、ドーピング濃度N0及びドーピング濃度特性の傾斜を表すパラメータvを変化させた場合における、エピタキシャル層2のドリフト抵抗Rdriftを示している。
2 エピタキシャル層(低ドープドレイン部)
3 ボディ部(チャネルボディ部)
4 チャネル層
5 ゲート絶縁体(ゲート誘起チャネル)
6 ゲート電極
7 ソース拡散部(ソース部)
16 トレンチ部
Claims (7)
- 第1の導電タイプである高ドープドレイン部、第1の導電タイプである低ドープドレイン部、第2の導電タイプであるチャネルボディ部、及び第1の導電タイプであるソース部が、この順に隣接して形成された半導体基板上に、底面及び側壁面に、第1の導電タイプであるチャネル層を備えているトレンチ部が形成されており、当該トレンチ部内にゲート電極が設けられているトレンチ型MOSFETであって、
上記チャネル層は、上記ゲート電極に供給される電圧の前記ソース部に対する極性が、第1の極性である場合に完全空乏化となり、第1の極性と反対極性の場合に空乏化しないSiGe層であることを特徴とするトレンチ型MOSFET。 - 前記低ドープドレイン部は、前記チャネルボディ部とのPN接合部からの距離xにおける不純物のドーピング濃度N(x)が、下記の式(1)
N(x)=N0〔1+(x/a)v〕 ・・・(1)
(ここで、xは低ドープドレイン部とチャネルボディ部とのPN接合部からの距離であり、N0はx=0すなわちチャネルボディ部との接合部における低ドープドレイン部のドーピング濃度であり、aは低ドープドレイン部の長さであり、vはドーピング濃度特性の傾斜を表すパラメータ(定数)である。)
で表されるものであることを特徴とする請求項1に記載のトレンチ型MOSFET。 - 前記低ドープドレイン部は、前記ドーピング濃度N0が1×1015以上1×1017以下の範囲内であり、前記低ドープドレイン部の長さaが1μm以上5μm以下であり、
前記傾斜パラメータvが2以上5以下であることを特徴とする請求項2に記載のトレンチ型MOSFET。 - 前記低ドープドレイン部は、前記ドーピング濃度N0が1×1015以上1×1017以下の範囲内であり、前記低ドープドレイン部の長さaが1μm以上10μm以下であり、
前記傾斜パラメータvが10以上20以下であることを特徴とする請求項2に記載のトレンチ型MOSFET。 - 前記第1の導電タイプがP型半導体であり、前期第2の導電タイプがN型半導体であり、上記SiGe層は電子受容体がドープされたものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のトレンチ型MOSFET。
- 前記半導体基板がシリコンである請求項1乃至5のいずれか1項に記載のトレンチ型MOSFET。
- 第1の導電タイプである高ドープドレイン部、第1の導電タイプである低ドープドレイン部、第2の導電タイプであるチャネルボディ部、及び第1の導電タイプであるソース部が、この順に隣接して形成された半導体基板上に、トレンチ部が設けられたトレンチ型MOSFETの製造方法であって、
上記トレンチ部の底面及び側壁面に、SiGe層よりなるチャネル層を形成する工程を含むことを特徴とする製造方法。
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