JP2009266961A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エピタキシャル層3にP型のボディ領域5を形成し、エピタキシャル層3の表層部にボディ領域5に接するN+型のソース領域9を形成する。また、エピタキシャル層3の表面31から掘り下げることにより、ソース領域9およびボディ領域5を貫通するゲートトレンチ6を形成する。このゲートトレンチ6には、その表面81がエピタキシャル層3の表面31よりも一段低く形成されたゲート電極8を埋設する。また、ゲート電極8の表面81を、平面視でゲートトレンチ6内に設けられるように絶縁膜11で被覆する。そして、エピタキシャル層3上に形成されたソース配線14とソース領域9とをコンタクト(接触)させて電気的に接続する。
【選択図】図1
Description
図4は、従来のトレンチゲート型VDMOSFETを備える半導体装置の模式的な断面図である。
エピタキシャル層103には、複数のゲートトレンチ106がその表面から掘り下がって形成されている。複数のゲートトレンチ106は、一定の間隔を空けて、互いに平行をなして同一方向に延びている。ゲートトレンチ106は、ボディ領域105を貫通し、その最深部が低濃度ドレイン領域104に達している。ゲートトレンチ106内には、ゲート絶縁膜107を介して、N型不純物が高濃度にドープされたポリシリコンからなるゲート電極108が埋設されている。
エピタキシャル層103上には、層間絶縁膜111が積層されている。層間絶縁膜111には、ボディコンタクト領域110およびその周囲のソース領域109の一部と対向する位置に、コンタクトホール112が形成されている。コンタクトホール112には、ボディコンタクト領域110の表面全域およびソース領域109の表面の一部が臨んでいる。
基板102の裏面には、ドレイン電極115が形成されている。
しかしながら、セルシュリンクが進むにつれて、ゲートトレンチ106とボディコンタクト領域110との間の間隔が小さくなる。これに伴い、ソース領域109におけるコンタクトホール112に臨む部分の面積が小さくなるので、ソース領域109とソース配線113との接触面積が小さくなる。その結果、ソース領域109とソース配線113との接触抵抗が高くなる。この接触抵抗の高抵抗化は、オン抵抗の低減の妨げになる。
この構成によれば、絶縁膜における、ゲート電極の低表面部を被覆する部分の表面が半導体層の表面よりも低いため、ゲートトレンチの側面の一部をなすソース領域の側面は、その一部が絶縁膜により覆われていない。そのため、ゲートトレンチ内にソース配線を入り込ませて、ソース配線をソース領域の表面のみならず、ソース領域の側面にも接触させることができる。その結果、ソース領域とソース配線との接触面積を一層増大させることができるので、ソース領域とソース配線との接触抵抗を一層低減することができる。
半導体装置1は、トレンチゲート型VDMOSFETの単位セルがマトリクス状に配置された構造を有している。なお、図1では、複数の単位セルのうちの一部が示されている。
半導体装置1の基体をなすN+型のシリコン基板2上には、シリコン基板2よりもN型不純物が低濃度にドーピングされたシリコンからなる、N-型のエピタキシャル層3が積層されている。エピタキシャル層3の基層部は、エピタキシャル成長後のままの状態を維持し、N-型の低濃度ドレイン領域4をなしている。また、エピタキシャル層3には、低濃度ドレイン領域4上に、P型のボディ領域5が低濃度ドレイン領域4に接して形成されている。
また、エピタキシャル層3には、各ゲートトレンチ6間に、複数のP+型のボディコンタクト領域10が形成されている。具体的には、各ゲートトレンチ6間において、ボディコンタクト領域10は、ゲートトレンチ6と間隔を空けた位置に、ゲート幅に沿う方向に等間隔で形成されている。ボディコンタクト領域10は、ソース領域9を層厚方向に貫通している。
ソース配線14が接地され、ドレイン電極16に適当な大きさの正電圧が印加されつつ、ゲート電極8の電位(ゲート電圧)が制御されることにより、ボディ領域5におけるゲート絶縁膜7との界面近傍にチャネルが形成されて、ソース領域9とドレイン電極16との間に電流が流れる。
まず、図2Aに示すように、エピタキシャル成長法により、シリコン基板2上に、エピタキシャル層3が形成される。次いで、熱酸化処理により、エピタキシャル層3の表面に、SiO2(酸化シリコン)からなる犠牲酸化膜17が形成される。その後、P−CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition:プラズマ化学気相成長)法またはLP−CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)により、犠牲酸化膜17上にSiN(窒化シリコン)層が形成され、このSiN層がパターニングされることによって、ゲートトレンチ6を形成すべき部分と対向する部分に開口を有するハードマスク18が形成される。そして、ハードマスク18を利用して、犠牲酸化膜17およびエピタキシャル層3がエッチングされることにより、底面62および1対の側面61を有するゲートトレンチ6が形成される。
続いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、図2Cに示すように、エピタキシャル層3上に、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンの堆積層19が形成される。ゲートトレンチ6内は、そのポリシリコンの堆積層19により埋め尽くされる。
さらに、フォトリソグラフィにより、層間絶縁膜15上にマスク(図示せず)が形成される。そして、そのマスクを用いたエッチングにより、図2Hに示すように、層間絶縁膜15が選択的に除去されるとともに、堆積層22を形成する酸化シリコンとエピタキシャル層3を形成するシリコンとのエッチングレートの差を利用して、堆積層22の一部が除去される。これにより、エピタキシャル層3の表面31よりも、全体として一段低い表面21を有する絶縁膜11が形成される。
そのため、ソース領域9とソース配線14との接触抵抗を低減することができる。その結果、ソース領域9を含むトランジスタのオン抵抗を低減することができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
また、前述の実施形態では、第1導電型がP型であり、第2導電型がN型である場合を取り上げたが、第1導電型がN型であり、第2導電型がP型であってもよい。
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。
3 エピタキシャル層(半導体層)
5 ボディ領域
6 ゲートトレンチ
8 ゲート電極
9 ソース領域
11 絶縁膜
14 ソース配線
21 表面(絶縁膜の表面)
23 対向部
31 表面(半導体層の表面)
41 半導体装置
61 側面(ゲートトレンチの側面)
81 表面(ゲート電極の表面)
82 表面(ゲート電極の表面)
Claims (3)
- 半導体層と、
前記半導体層に形成された第1導電型のボディ領域と、
前記半導体層の表層部に形成され、前記ボディ領域に接する第2導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面から堀り下がり、前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通するゲートトレンチと、
前記ゲートトレンチに埋設され、その表面が前記半導体層の表面よりも一段低く形成された低表面部を少なくとも前記ゲートトレンチの側面に対向する部分に有するゲート電極と、
平面視で前記ゲートトレンチ内に設けられ、前記ゲート電極の表面を被覆する絶縁膜と、
前記半導体層上に形成され、前記ソース領域に電気的に接続されたソース配線とを備える、半導体装置。 - 前記絶縁膜は、前記低表面部を被覆する部分の表面が前記半導体層の表面よりも低い、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極は、その全体が前記低表面部である、請求項1または2に記載の半導体装置。
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