JP3109274B2 - 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

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JP3109274B2 JP04232166A JP23216692A JP3109274B2 JP 3109274 B2 JP3109274 B2 JP 3109274B2 JP 04232166 A JP04232166 A JP 04232166A JP 23216692 A JP23216692 A JP 23216692A JP 3109274 B2 JP3109274 B2 JP 3109274B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に関する。特に、接合型電界効果トランジスタを
用いた半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は従来の接合型電界効果トランジス
タ(以下JFETと略記)の構成の一例を示す平面図、
図9は従来例における図8に示すA−A′断面図、図1
0は従来例における図8に示すB−B′断面図である。
【0003】この例では、周囲を絶縁膜5で囲われたN
型のエピタキシャル層3内に設けられたP型のSD領域
7および7aと、このSD領域7および7aに接続する
P型のチャンネル領域8と、このチャンネル領域8に表
面側で交差するN型のゲート領域9と、エピタキシャル
層3の表面を覆う絶縁膜5に設けられた開口10、10
a、10bを通してSD領域7、7a、およびゲート領
域9にそれぞれ接続する電極11、11a、11bとに
より構成される。
【0004】SD領域7、7a、チャンネル領域8、お
よびゲート領域9は、例えば不純物のイオン注入により
形成され、図11に示すE−E′部での不純物濃度分布
を図11に示す。図中、実線はN型不純物、破線はP型
不純物の濃度分布を表している。N型不純物の濃度はP
型不純物の表面側で高く、反対側で低くなっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置は、チャンネル領域をピンチオフする場合に、空乏
層は表面側では主にチャンネル領域側に広がるが、反対
側では主にエピタキシャル層側に広がるため、チャンネ
ル領域をピンチオフするにはほとんど表面側から空乏化
しなければならないことになる。従って、ピンチオフ電
圧の小さいJFETを形成する場合、チャンネル領域の
濃度を下げるか、チャンネル幅を狭くすることになり、
チャンネル抵抗が高くなる問題があった。また、エピタ
キシャル成長法はイオン注入法に比べ濃度の制御性が悪
いため、エピタキシャル層側からチャンネル領域に広が
る空乏層幅の変動が大きく、ピンチオフ電圧の変動も大
きくなる問題があった。
【0006】本発明はこのような問題を解決するもの
で、チャンネル抵抗を低下させ、かつピンチオフ電圧の
変動を小さくすることができる半導体装置およびその製
造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第一は、一導電
型半導体基板と、この一導体型半導体基板上に形成され
た逆導電型半導体層と、この逆導電型半導体層の表面に
設けられた第一の一導電型半導体領域および第二の一導
電型半導体領域と、前記逆導電型半導体層内に埋め込ま
れ前記第一の一導電型半導体領域および前記第二の一導
電型半導体領域に接続する第三の一導電型半導体領域
と、この第三の一導電型半導体領域を挟んで上層に設け
られた第一の逆導電型半導体領域および下層に設けられ
た第二の逆導電型半導体領域と、前記逆導電型半導体層
の表面に設けられた絶縁膜と、前記逆導電型半導体層、
および前記第一の逆導電型半導体領域と前記第一の一導
電型半導体領域および前記第二の一導電型半導体領域と
の表面に設けられた絶縁膜の開口を介して各々の領域と
接続された電極とを備え、前記第二の逆導電型半導体領
域は、前記第一および第二の一導電型半導体領域に延在
しないように前記第一および第二の一導電型半導体領域
方向の長さが前記第三の一導電型半導体領域より短く、
前記第一および第二の逆導電型半導体領域の前記第一お
よび第二の一導電型半導体領域方向に直交する方向は二
つが共通した幅で前記第三の一導電型半導体領域を越え
て延在するように形成されたことを特徴とする。前記第
一の逆導電型半導体領域および前記第二の逆導電型半導
体領域は、前記第三の一導電型半導体領域よりも高濃度
であることが望ましい。
【0008】本発明の第二は、一導電型半導体基板上の
逆導電型半導体層の表面に絶縁膜を形成する工程と、前
記逆導電型半導体層の表面に前記第一の一導電型半導体
領域および前記第二の一導電型半導体領域を形成する工
程と、前記逆導電型半導体層内に前記第一の一導電型半
導体領域および前記第二の一導電型半導体領域に接続す
る第三の一導電型半導体領域を形成する工程と、この第
三の一導電型半導体領域よりも浅く前記第一の逆導電型
半導体領域を形成する工程と、前記第三の一導電型半導
体領域よりも深く前記第二の逆導電型半導体領域を形成
する工程と、前記絶縁膜に開口を設け、前記逆導電型半
導体層と、前記第一の一導電型半導体領域および前記第
二の一導電型半導体領域との表面を露出する工程と、前
記開口を覆う電極を形成する工程とを含むことを特徴と
する。
【0009】本発明の第三は、前記一導電型半導体基板
上の逆導電型半導体層表面に絶縁膜を形成する工程と、
この絶縁膜に開口を形成する工程と、前記逆導電型半導
体層表面に前記第一の一導電型半導体領域および前記第
二の一導電型半導体領域を形成する工程と、前記逆導電
型半導体層内に埋め込まれ前記第一の一導電型半導体領
域および前記第二の一導電型半導体領域に接続する前記
第三の一導電型半導体領域を形成する工程と、この第三
の一導電型半導体領域よりも浅く前記第一の逆導電型半
導体領域を形成する工程と、前記第三の一導電型半導体
領域よりも深く前記第二の逆導電型半導体領域を形成す
る工程と、前記開口を覆う前記電極を形成する工程とを
含むことを特徴とする。前記第一の一導電型半導体領域
および前記第二の一導電型半導体領域が前記開口を介し
て自己整合的に形成され、前記第一の逆導電型半導体領
域および前記第二の逆導電型半導体領域を前記第三の一
導電型半導体領域よりも高濃度に形成することが望まし
い。
【0010】
【作用】N型埋込層およびエピタキシャル層により構成
された逆導電型半導体層のエピタキシャル層内に埋め込
まれ第一の一導電型半導体領域(SD領域)および第二
の一導電型半導体領域(SD領域)に接続する第三の一
導電型半導体領域(チャンネル領域)を設けることによ
り、低チャンネル抵抗で変動のない低ピンチオフ電圧を
得ることができ、また、第三の一導電型半導体領域(チ
ャンネル領域)の上下に設けた第一および第二の逆導電
型半導体領域(ゲート領域)にイオンを注入して確定す
ることにより、微細で高精度に形成することができる。
【0011】
【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0012】(第一実施例)図1は本発明第一実施例の
構成を示す平面図、図2は本発明第一実施例における図
1に示すA−A′断面図、図3は本発明第一実施例にお
ける図1に示すB−B′断面図である。
【0013】本発明第一実施例は、一導電型半導体基板
としてのP型半導体基板1と、このP型半導体基板1上
に形成された逆導電型半導体層を形成するN型埋込層2
およびエピタキシャル層3と、このエピタキシャル層3
の表面に設けられた第一の一導電型半導体領域としての
SD領域7および第二の一導電型半導体領域としてのS
D領域7aと、エピタキシャル層3内に埋め込まれSD
領域7および7aに接続する第三の一導電型半導体領域
としてのチャンネル領域8と、このチャンネル領域8を
挟んで上層に設けられた第一の逆導電型半導体領域とし
てのゲート領域9および下層に設けられた第二の逆導電
型半導体領域としてのゲート領域9aと、エピタキシャ
ル層3の表面に設けられた絶縁膜5と、エピタキシャル
層3およびゲート領域9と、SD領域7および7aとの
表面に設けられた絶縁膜5の開口10、10a、10b
を介して各々の領域と接続された電極11、11a、1
1bと、P型半導体基板1、N型埋込層2およびエピタ
キシャル層3をとりまく絶縁領域4と、N型埋込層2と
電極11との間に配置されたゲート引出領域6とを備え
る。ゲート領域9および9aはチャンネル領域8よりも
高濃度に構成される。図4は図3に示すC−C′部の不
純物濃度分布を示す図である。同図中、実線は一導電型
不純物を示し、破線は逆導電型不純物の濃度分布を示
す。チャンネル領域8は、より高濃度のゲート領域に両
側とも挟まれる。
【0014】このような本発明第一実施例の半導体装置
は、P型半導体基板1上のエピタキシャル層3の表面に
絶縁膜5を形成する工程と、エピタキシャル層3の表面
にSD領域7および7aを形成する工程と、エピタキシ
ャル層3内にSD領域7および7aに接続するチャンネ
ル領域8を形成する工程と、このチャンネル領域8より
も浅くゲート領域9を形成する工程と、チャンネル領域
8よりも深くゲート領域9aを形成する工程と、絶縁膜
5に開口10、10a、10bを設け、エピタキシャル
層3と、SD領域7および7aとの表面を露出する工程
と、開口10、10a、10bを覆う電極11、11
a、11bを形成する工程とを経て製造される。
【0015】図5(a)、(b)、および(c)はこの
ような工程の流れの概要を示したもので、同図(a)
は、P型半導体基板1上にN型埋込層2、エピタキシャ
ル層3を形成し、絶縁領域4により素子分離を行った
後、表面に絶縁膜5を形成し、ゲート引出領域6、SD
領域7、7aを形成するまでの工程を示す。本発明第一
実施例ではエピタキシャル層3は、厚さ0.8μm、濃
度5×1015cm-3である。
【0016】同図(b)はその後、絶縁膜5を介してチ
ャンネル領域8、ゲート領域9、9aを形成するまでの
工程を示す。一例として、絶縁膜5を厚さ400Åの酸
化膜とした場合、チャンネル領域8はボロンをエネルギ
ー60keV、注入量2×1013cm-2、ゲート領域9
はリンをエネルギー80keV、注入量2×1013cm
-2、ゲート領域9aはリンをエネルギー300keV、
注入量6×1013cm-2の条件でイオン注入し、最後に
900℃20分の熱処理をする。イオン注入の順序は任
意である。
【0017】同図(c)は、続いてゲート引出領域6、
SD領域7、7a表面の絶縁膜5にそれぞれ開口10、
10a、10bを設け、電極11、11a、11bを形
成するまでの工程を示す。
【0018】本第一実施例ではチャンネル幅は約100
0Å、チャンネル中心のキャリア濃度は約8×1017
-3となり、Vgsが約1Vでピンチオフする。また、
表面の酸化膜厚が1000Å以下であればピンチオフ電
圧に影響しない。
【0019】(第二実施例)図6は本発明第二実施例の
構成を示す断面図であり、図1に示すB−B′断面に相
当する。また、図7は本発明第二実施例における図6に
示すD−D′の不純物濃度を示す図である。本第二実施
例では高濃度のゲート領域9aが埋込層2に到達してお
り、ゲート抵抗が低減する。本第二実施例の構造はエピ
タキシャル層3の厚さを0.8μmとし、ゲート領域9
aをエネルギー300keV、注入量6×1013cm-2
と、エネルギー500keV、注入量6×1013cm-2
の2回のリンイオン注入により形成される。
【0020】また、SD領域、ゲート引出領域は、先に
開口を形成した後、開口をマスクに自己整合的に形成
し、これにより、より小型で寄生容量の少ないJFET
を製造することができる。
【0021】その製造工程は、P型半導体基板1上のエ
ピタキシャル層3の表面に絶縁膜5を形成する工程と、
この絶縁膜5に開口10、10a、10bを形成する工
程と、エピタキシャル層3の表面にSD領域7および7
aを形成する工程と、エピタキシャル層3内に埋め込ま
れSD領域7および7aに接続するチャンネル領域8を
形成する工程と、このチャンネル領域8よりも浅くゲー
ト領域9を形成する工程と、チャンネル領域8よりも深
くゲート領域9aを形成する工程と、開口10、10
a、10bを覆う電極11、11a、11bを形成する
工程とを含み、SD領域7および7aが開口10、10
a、10bを介して自己整合的に形成され、ゲート領域
9および9aをチャンネル領域8よりも高濃度に形成す
ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、J
FETのチャンネル領域の上下に高濃度のゲート領域を
け、しかも下層のゲート領域はSD領域に延在しない
ように形成することにより、低チャンネル抵抗で低ピン
チオフ電圧でかつ容量増大がなくまた耐圧低下もない
FETを実現することができる。また、チャンネル領域
およびチャンネル領域上下のゲート領域をイオン注入に
より確定することにより、微細で高精度のJFETを形
成することができ、高速化、特性の安定化を達成するこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第一実施例の構成を示す平面図。
【図2】本発明第一実施例における図1に示すA−A′
断面図。
【図3】本発明第一実施例における図1に示すB−B′
断面図。
【図4】本発明第一実施例における不純物の濃度分布を
示す図。
【図5】(a)〜(c)は本発明第一実施例における工
程の流れを示す断面図。
【図6】本発明第二実施例の構成を示す断面図。
【図7】本発明第二実施例における不純物の濃度分布を
示す図。
【図8】従来例の構成を示す平面図。
【図9】従来例の図8に示すA−A′断面図。
【図10】従来例の図8に示すB−B′断面図。
【図11】従来例における不純物の濃度分布を示す図。
【符号の説明】
1 P型半導体基板 2 N型埋込層 3 エピタキシャル層 4 絶縁領域 5 絶縁膜 6 N型ゲート引出領域 7、7a P型SD領域 8 P型チャンネル領域 9、9a ゲート領域 10、10a、10b 開口 11、11a、11b 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/337 H01L 21/338 H01L 29/808 H01L 29/812

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型半導体基板(1)と、 この一導電型半導体基板上に形成された逆導電型半導体
    層(2、3)と、 この逆導電型半導体層(2、3)の表面に設けられた第
    一の一導電型半導体領域(7)および第二の一導電型半
    導体領域(7a)と、 前記逆導電型半導体層(2、3)内に埋め込まれ前記第
    一の一導電型半導体領域(7)および前記第二の一導電
    型半導体領域(7a)に接続する第三の一導電型半導体
    領域(8)と、 この第三の一導電型半導体領域(8)を挟んで上層に設
    けられた第一の逆導電型半導体領域(9)および下層に
    設けられた第二の逆導電型半導体領域(9a)と、 前記逆導電型半導体層(2、3)の表面に設けられた絶
    縁膜(5)と、 前記逆導電型半導体層(2、3)、および前記第一の逆
    導電型半導体領域(9)と前記第一の一導電型半導体領
    域(7)および前記第二の一導電型半導体領域(7a)
    との表面に設けられた絶縁膜(5)の開口(10、10
    a、10b)を介して各々の領域と接続された電極(1
    1、11a、11b)とを備え、 前記第二の逆導電型半導体領域(9a)は、前記第一お
    よび第二の一導電型半導体領域に延在しないように前記
    第一および第二の一導電型半導体領域方向の長さが前記
    第三の一導電型半導体領域より短く、さらに前記第一お
    よび第二の逆導電型半導体領域(9,9a)の前記第一
    および第二の一導電型半導体領域方向に直交する方向は
    二つが共通した幅で前記第三の一導電型半導体領域
    (8)を越えて延在するように形成されたことを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第一の逆導電型半導体領域(9)お
    よび前記第二の逆導電型半導体領域(9a)は、前記第
    三の一導電型半導体領域(8)よりも高濃度である請求
    項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 一導電型半導体基板(1)上の逆導電型
    半導体層(2、3)の表面に絶縁膜(5)を形成する工
    程と、 前記逆導電型半導体層(2、3)の表面に前記第一の一
    導電型半導体領域(7)および前記第二の一導電型半導
    体領域(7a)を形成する工程と、 前記逆導電型半導体層(2、3)内に前記第一の一導電
    型半導体領域(7)および前記第二の一導電型半導体領
    域(7a)に接続する第三の一導電型半導体領域(8)
    を形成する工程と、 この第三の一導電型半導体領域(8)よりも浅く第一の
    逆導電型半導体領域(9)を形成する工程と、 前記第三の一導電型半導体領域(8)よりも深く前記第
    一および第二の一導電型半導体領域に延在しないように
    前記第一および第二の一導電型半導体領域方向の長さが
    前記第三の一導電型半導体領域より短く第二の逆導電型
    半導体領域の前記第一および第二の一導電型半導体領域
    方向に直交する方向は二つが共通した幅で前記第三の一
    導電型半導体領域(8)を越えて延在するように第二の
    逆導電型半導体領域(9a)を形成する工程と、 前記絶縁膜(5)に開口(10、10a、10b)を設
    け、前記逆導電型半導体層(2、3)と、 前記第一の一導電型半導体領域(7)および前記第二の
    一導電型半導体領域(7a)との表面を露出する工程
    と、 前記開口(10、10a、10b)を覆う電極(11、
    11a、11b)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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