JP2833992B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基板の表面から裏面への
電流路を有する電界効果トランジスタ(以下、縦型電界
効果トランジスタ、と称す)に係わり、特に改良された
ゲート電極を有する縦型電界効果トランジスタに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の縦型電界効果トランジスタを図3
に示す。N型半導体基板6の表面に複数のP型ベース領
域2が形成され、それぞれのP型ベース領域2内にN型
ソース領域1が形成されている。ベース領域2の表面の
チャネル部12上にゲート絶縁膜11を介して多結晶シ
リコンゲート電極3が形成され、絶縁膜4のコンタクト
孔14を通してソ−ス電極5がソース領域1とベース領
域2に共通接続され、半導体基板6の裏面にドレイン電
極7が接続されている。そして、多結晶シリコンゲート
電極3に多くの不純物を導入することによりその層抵抗
を11Ω/□程度に減少させてゲート抵抗を低減させ、
スイッチングスピードの高速化を図っている。
【0003】図4は、ドレイン領域である半導体基板6
上の多結晶シリコンゲート電極13の一部を削除するこ
とにより、ゲート・ドレイン間の容量を低減してスイッ
チングスピードの高速化を図った、例えば特開昭56−
116669号公報に開示されている縦型電界効果トラ
ンジスタを示す。
【0004】また図5に他の従来技術を示す。多結晶ゲ
ート電極23の一部を除去し、かつその上の層間絶縁膜
24に形成された開口部25を通して金属ゲート電極2
6を接続してゲート抵抗を低減させてスイッチングスピ
ードの高速化を図ったもので、この技術は特開昭63−
115381号公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す縦型電界効
果トランジスタでは、多結晶シリコンゲート電極3に多
くの不純物を導入することによりゲート抵抗の低減を図
っているが、金属に比べて抵抗が大きく、スイッチング
スピードの高速化をより促進することが出来ないという
問題があった。
【0006】図4に示すドレイン領域上の多結晶シリコ
ン電極13の一部を削除する技術は、ゲート・ドレイン
間容量を低減することはできるが、多結晶シリコン電極
13を削除することによりゲート電極の断面積が減少す
るためにゲート抵抗が大きくなり、スイッチングスピー
ドの高速化の弊害となるという問題があった。
【0007】一方、図5に示す従来技術では、多結晶ゲ
ート電極23と金属ゲート電極26との間に層間絶縁膜
24を介在させているからゲート電極構造全体が厚くな
ってしまうのでパターンを微細化することが出来ない。
このためにオン抵抗が大きくなり、消費電力が大きくな
るという問題があった。
【0008】本発明の目的は、ゲート抵抗の低減および
ゲート・ソース間容量の低減によりスイッチングスピー
ドの高速化を促進することが出来、かつパターンの微細
化を可能にする縦型電界効果トランジスタを提供するこ
とである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、共通ド
レイン領域となる半導体基板の第1導電型の表面部に形
成された複数の第2導電型のベース領域と、それぞれの
ベース領域内に形成された第1導電型のソース領域と、
共通ドレイン領域とソース領域との間のベース領域のチ
ャネル部上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電
極とを具備する縦型電界効果トランジスタにおいて、ゲ
ート電極はそれぞれのチャネル部上に位置するゲート電
極ユニットと、共通ドレイン領域の選択的部分上のみを
絶縁膜を介して延在してゲート電極ユニット間を接続す
る接続部とを有し、ゲート電極ユニットはゲート絶縁膜
に被着する多結晶シリコン膜と多結晶シリコン膜の全上
面に被着する金属膜から構成され、かつ接続部はアルミ
系の金属で構成されている縦型電界効果トランジスタに
ある。ここで、接続部はゲート電極ユニットの側部に被
着してゲート電極ユニット間を接続していることが好ま
しい。また、金属膜は高融点金属の膜であることができ
る。さらに、チャネル部およびゲート電極ユニットの平
面形状はリング形状、例えば4辺形であり、この場合、
その外角部分もしくはその中央部分に接続部を接続して
隣りのゲート電極ユニットに向って突出させることがで
きる。
【0010】
【実施例】以下図面を参照して本発明を説明する。
【0011】図1は本発明の実施例の縦型電界効果トラ
ンジスタを示す図であり、(A)は平面図、(B)およ
び(C)はそれぞれ(A)のB−B’部およびC−C’
部の断面図である。
【0012】N+ 型シリコン基体6’上にN型シリコン
エピタキシャル層6’’を成長させて共通ドレイン領域
6となるN型(第1の導電型)シリコン基板6を構成
し、このシリコン基板6の表面(一主面)15上に膜厚
50nmの熱シリコン酸化膜によるゲート絶縁膜11を
形成する。
【0013】その上に膜厚150nmの不純物含有の多
結晶シリコン膜および膜厚150nmのモリブデンもし
くはタングステンの高融点金属からなる金属膜を積層形
成し、両膜を同一平面形状にパターニングして、ゲート
絶縁膜11上に被着する多結晶シリコン膜33とこの多
結晶シリコン膜の全上面に被着する高融点金属膜34か
ら成るゲート電極ユニット35が複数個形成される。そ
れぞれのゲート電極ユニット35は幅2.25μmで内
壁寸法が8.5μm×8.5μmの4辺形リング形状
で、たがいに1μmの間隔をあけてマトリックス状に配
列されている。
【0014】それぞれのゲート電極ユニット35をマス
クの一部としてP型不純物をイオン注入し、ゲート電極
ユニット35をシリコン酸化膜で被覆して活性化熱処理
を行ってゲート電極ユニット35の内壁に対し自己整合
的にP型(第2の導電型)ベース領域2を形成する。そ
して被覆シリコン酸化膜を除去した後、ゲート電極ユニ
ット35をマスクの一部としてかつベース領域2の中央
部に他のマスク部材を設け、N型不純物をイオン注入
し、ゲート電極ユニット35をシリコン酸化膜で被覆し
て活性化熱処理を行ってゲート電極ユニット35の内壁
に対し自己整合的にN型ソース領域1を形成し、この工
程で用いた被覆シリコン酸化膜およびマスク部材を除去
する。
【0015】上記2重拡散法で形成されたP型ベース領
域2およびN型ソース領域1により、N型共通ドレイン
領域6とN型ソース領域1との間のP型ベース領域2の
表面部分であってゲート電極ユニット35下に4辺形リ
ング状のチャネル部12が形成される。そして4辺形リ
ング状のゲート電極ユニット35に印加されるゲート電
圧によりチャネル部12の導通状態を制御し、基板の表
面(一主面)15から裏面(他主面)16に流れる電流
を制御する。
【0016】その後、CVDシリコン窒化膜41をゲー
ト電極ユニット35間に同ユニットと略同じ高さに形成
する。この場合、エッチバック法を用いることができ
る。
【0017】シリコン窒化膜41に選択的に凹部42を
所定の深さに形成し、そこにアルミもしくはアルミ合金
のアルミ系金属を埋込みエッチバックして接続部36を
形成する。シリコン窒化膜41の膜厚が300nmの場
合、凹部42の深さは、例えば250nmである。しか
しゲートシリコン酸化膜11が凹部42形成の際のエッ
チングストパーとなるから、シリコン窒化膜41の全膜
厚にわたって凹部42を形成してもよい。一方、高融点
金属膜34がアルミ接続部36形成のエッチバックの際
のエッチングストパーとなる。また、凹部42をウエッ
トエッチングで形成する際のフォトレジストマスクの開
口部は高融点金属膜34上に一部重畳して形成されてい
る。このようにしてゲート電極ユニット35の平面形状
の外角部分35aにおいて、幅1〜3μmのアルミ接続
部36がゲート電極ユニット35の多結晶シリコン膜3
3および高融点金属膜34の側面に被着接続される。
【0018】このように、リング状のゲート電極ユニッ
ト35の外角部分35aと隣接するゲート電極ユニット
35の外角部分35aとが接続部36で接続されて網目
状の全体のゲート電極40を構成する。したがってゲー
ト電極ユニット35間のスペース39にはゲート電極4
0が存在しない。
【0019】図5の従来技術においては、例えば多結晶
ゲート電極23の膜厚が300nm、多結晶ゲート電極
23上の層間絶縁膜24の部分の膜厚tが300nm、
金属ゲート電極26の膜厚が150nmであり、合計の
膜厚は750nmになる。
【0020】これに対して本発明の図1の実施例では、
多結晶シリコン膜33の上面全体に金属膜34が被着し
ており、両者は層間絶縁膜に形成された開口部を通して
の接続ではないからコンタクト抵抗を考慮する必要がな
く、したがって図5と同程度のゲート抵抗とするために
は多結晶シリコン膜33を150nmにすることができ
る。そして本発明では層間絶縁膜が存在しないから、多
結晶シリコン膜33の膜厚に金属膜34の膜厚150n
mを加えた300nmがゲート電極ユニット35の全膜
厚となり、図5の従来技術の高さの半分以下にすること
ができるから、上層の電極配線形成、例えばソース電極
形成のカバレッジがよくなる。
【0021】全体にBPSG膜43を形成し、BPSG
膜43、シリコン窒化膜41およびゲート絶縁膜11に
形成したコンタクト孔44を通してアルミ系のソース電
極5を各N型ソース領域1およびP型ベース領域2に接
続する。また、基板の裏面16にNi/Ag/Au合金
のドレイン電極7を被着する。
【0022】図1のゲート電極40を変更した平面図を
図2に示す。尚、図2において図1と同一もしくは類似
の箇所は同じ符号で示してあるから、重複する説明は省
略する。
【0023】図2において、ゲート電極ユニット35の
外角部分35bが円弧形状となっている。またゲート電
極ユニット35の外辺の中央部分35cと隣りのゲート
電極ユニット35の外辺の中央部分35cとを接続する
接続部36にも円弧形状36aとなっている。したがっ
てゲート電極への電界集中を防止することができ、より
信頼性が高いトランジスタとなる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明はゲート電極ユニッ
トと接続部とから網目状のゲート電極を構成するからゲ
ート・ドレイン間容量を低減することが出来、またゲー
ト電極ユニットはゲート絶縁膜に被着する多結晶シリコ
ン膜とこの多結晶シリコン膜の全上面に被着する金属膜
から構成されているからゲート電極構造全体を厚くする
ことなくゲート抵抗を低減することができる。したがっ
て、微細化されたパターンを有し、スイッチングスピー
ドが高速化され、オン抵抗が低減された低消費電力の縦
型電界効果トランジスタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の縦型電界効果トランジスタを
示す図であり、(A)は平面図、(B)および(C)は
それぞれ(A)のB−B’部およびC−C’部の断面図
である。
【図2】図1の実施例のゲート電極の平面形状を変更し
た例を示す平面図である。
【図3】従来技術の縦型電界効果トランジスタを示す断
面図である。
【図4】他の従来技術の縦型電界効果トランジスタを示
す断面図である。
【図5】別の従来技術の縦型電界効果トランジスタを示
す断面図である。
【符号の説明】
1 N型ソース領域 2 P型ベース領域 3,13,23 多結晶シリコンゲート電極 4 絶縁膜 5 ソース電極 6 N型半導体(シリコン)基板 6’ N+ 型シリコン基体 6’’ N型シリコンエピタキシャル層 7 ドレイン電極 11 ゲート絶縁膜 12 チャネル部 14 コンタクト孔 15 表面(一主面) 16 裏面(他主面) 24 層間絶縁膜 25 開口部 26 金属ゲート電極 33 多結晶シリコン膜 34 高融点金属膜 35 ゲート電極ユニット 35a,35b ゲート電極ユニットの外角部分 35c ゲート電極ユニットの中央部分 36 接続部 36a 接続部の円弧形状 39 スペース 40 ゲート電極 41 シリコン窒化膜 42 凹部 43 BPSG膜 44 コンタクト孔

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共通ドレイン領域となる半導体基板の第
    1導電型の表面部に形成された複数の第2導電型のベー
    ス領域と、それぞれの前記ベース領域内に形成された第
    1導電型のソース領域と、前記共通ドレイン領域と前記
    ソース領域との間の前記ベース領域のチャネル部上にゲ
    ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを具備する
    電界効果トランジスタにおいて、 前記ゲート電極はそれぞれのチャネル部上に位置するゲ
    ート電極ユニットと、前記共通ドレイン領域の選択的部
    分上のみを絶縁膜を介して延在して前記ゲート電極ユニ
    ット間を接続する接続部とを有し、 前記ゲート電極ユニットは前記ゲート絶縁膜に被着する
    多結晶シリコン膜と前記多結晶シリコン膜の全上面に被
    着する金属膜から構成され、かつ 前記接続部はアルミ系の金属で構成され ていることを特
    徴とする電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記接続部は前記ゲート電極ユニットの
    側部に被着して前記ゲート電極ユニット間を接続してい
    ることを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジ
    スタ。
  3. 【請求項3】 前記金属膜は高融点金属の膜であること
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電界効果ト
    ランジスタ。
  4. 【請求項4】 前記チャネル部および前記ゲート電極ユ
    ニットの平面形状はリング形状であることを特徴とする
    請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
  5. 【請求項5】 前記リング形状は4辺形でありその外角
    部分から前記接続部が隣りの前記ゲート電極ユニットに
    向って突出していることを特徴とする請求項4に記載の
    電界効果トランジスタ。
  6. 【請求項6】 前記リング形状は4辺形でありその辺の
    中央部分から前記接続部が隣りの前記ゲート電極ユニッ
    トに向って突出していることを特徴とする請求項4に記
    載の電界効果トランジスタ。
  7. 【請求項7】 前記リング形状の4辺形の外角部分およ
    び前記接続部の平面形状は円弧状になっていることを特
    徴とする請求項6に記載の電界効果トランジスタ。
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