JP3197054B2 - 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタとその製造方法 - Google Patents

絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタとその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】(2)
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲ−ト型電界効果
トランジスタ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、絶縁ゲ−ト型電界効果トラン
ジスタとして、縦型MOSFETやIGBTが知られて
いる。その構造形成において、ポリシリコンのゲ−ト電
極の窓部からチャネル領域となる不純物の導入を行い、
更に、同じポリシリコンの窓部からソ−ス領域となる不
純物の導入を行うようにした、所謂、自己整合法による
ソ−ス領域及びチャネル領域の形成が知られている。
【0003】図2は、従来の縦型MOSFETの断面構
造図を示す。図2では、電界効果トランジスタの単位セ
ルの構造を示しており、一般には、微細加工技術の利用
による複数の単位セルの並列接続構成によってオン抵抗
(Ron)の低減が図られている。
【0004】1は高濃度第1導伝型半導体(例えば、n
+)のドレイン領域、2は低濃度第1導伝型半導体(例
えば、n-)のドレイン領域、3は低濃度第2導伝型半
導体(例えば、p-)のチャネル領域、4は高濃度第2
導伝型半導体(例えば、p+)のバックゲ−ト領域、6
は高濃度第1導伝型半導体(例えば、n+)のソ−ス領
域、7は酸化膜、窒化膜等のゲ−ト絶縁膜、8はポリシ
リコン等の導電材料層のゲ−ト電極、9は層間絶縁膜、
10はソ−ス・バックゲ−ト電極である。
【0005】従来構造では、ソ−ス領域6、チャネル領
域3、ドレイン領域2による寄生のnpnバイポ−ラト
ランジスタが動作するため、誘導性負荷に対する耐量が
弱くなる。又、従来構造では、ゲ−ト電極8の窓部内
に、ソ−ス領域用コンタクト部、及びバックゲ−ト領域
用コンタクト部をもつ、ソ−ス・バック(3)ゲ−ト電
極10を設ける必要がある。そのため、コンタクト部の
占有面積が増加して微細化に困難を生じ、セルの高密度
化によるオン抵抗の低減に問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、ソ−ス領域、チャネル領域、及びドレイン領域に
よる寄生のバイポ−ラトランジスタの存在に起因する破
壊等のおそれ、ソ−ス・バックゲ−ト電極のコンタクト
部の占有面積増大に伴う、微細化に対する制限がある点
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、ゲ−ト電極に
囲まれた窓部のチャネル領域に、ゲ−ト絶縁膜直下のチ
ャネル領域面より深く、かつ、少なくともゲ−ト電極端
部直下に及ぶ幅をもつ凹部を形成し、その凹部にシリサ
イド層又は金属層を設けることを主たる特徴とする絶縁
ゲ−ト型電界効果トランジスタ、及びその製造方法にお
いて、ドレイン領域となる第1導伝型シリコン基体上に
ゲ−ト絶縁膜となる絶縁膜層、及びゲ−ト電極となるポ
リシリコン層を形成する第1の工程、絶縁膜層及びポリ
シリコン層に窓部を形成するとともに、その窓部から第
1導伝型シリコン基体に及ぶ凹部を形成する第2の工
程、ポリシリコン層及び凹部にわたり全面酸化して酸化
膜を形成した後、窓部から第2導電型不純物を導入して
チャネル領域を形成する第3の工程、窓部内のチャネル
領域に更に、第2導電型不純物を導入してバックゲ−ト
領域を形成する第4の工程、凹部のみの酸化膜を除去
し、窓部内の凹部にシリサイド層又は金属層を形成する
第5の工程、層間絶縁層及びソ−ス・バックゲ−ト電極
を形成する第6の工程を少なくとも具備するものであ
る。これにより、寄生バイポ−ラトランジスタによる破
壊のおそれがなく、微細化によるオン抵抗が小さい絶縁
ゲ−ト型電界効果トランジスタを実現するとともに、自
己整合的にチャネル領域、バックゲ−ト領域、及びソ−
ス領域を製造容易に、かつ、精度よく形成し得(4)る
製造方法を提供する。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の実施例を示す断面構造図で
ある。又、図3(a)〜(j)は本発明構造の製造方法
例を示す製造工程図である。いずれも図2と同一符号は
同等部分をあらわす。
【0009】図1において、ゲ−ト電極8に囲まれた窓
部に露出するチャネル領域3及びバックゲ−ト領域4に
わたって、ゲ−ト絶縁膜7直下のチャネル領域面より深
く、かつ、少なくともゲ−ト電極端部直下に及ぶ幅をも
つ凹部を形成する。又、その凹部に、Ti、Pt等によ
り、シリサイド層又は金属層から成るソ−ス領域5を形
成する。次いで、シリサイド層又は金属層のソ−ス領域
5の上にソ−ス・バックゲ−ト電極10が設けられる。
【0010】更に、図3の製造工程図により製造方法例
を詳述する。(a)高濃度第1導伝型半導体(例えば、
n+)のドレイン領域1となるシリコン基体1′上に、低
濃度第1導伝型半導体(例えば、n-)のドレイン領域
2となるエピタキシアル成長層から成るシリコン基体
2′を形成し、次いで、ゲ−ト絶縁膜7用の酸化膜の絶
縁膜層7′及びゲ−ト電極8用のポリシリコン層8′を
形成した。又。ポリシリコン8′の抵抗値を下げるため
に、例えば、POC13等によりリンを高濃度にド−プ
する。(b)フォトレジストをマスクにしてポリシリコ
ン層8′のパタ−ニングにより、窓部を形成する。又、
このとき窓部のポリシリコン層8′を突き抜けて、下地
のシリコン基体2′もエッチングして、凹部を形成す
る。その凹部の深さは、絶縁膜層7′直下のシリコン基
体2′の面から0.02μm〜2.0μmが適当である。
(c)ポリシリコン層8′及び凹部にわたり全面酸化し
て酸化膜11を形成する。この場合、酸化膜11の厚さ
は、ポリシリコン層8′面とシリコン基体2′の凹部の
不純物濃度が異なるためポリシリコン層8’面の方が厚
く形成される。(d)(5)ポリシリコン層8′の窓部
から第2導伝不純物をイオン注入法によりド−ピングし
熱拡散して、チャネル領域3を形成する。(e)写真処
理によりポリシリコン層8′の窓部より小さいレジスト
パタ−ン窓を形成し、第2導伝型不純物をイオン注入法
により導入し、熱拡散し、チャネル領域3より高濃度の
バックゲ−ト領域4を形成する。(f)凹部の酸化膜1
1をウェット処理で除去し、凹部のチャネル領域3とバ
ックゲ−ト領域4を露出させる。この場合、(c)の工
程で形成した酸化膜11は、ポリシリコン層8′の方の
酸化膜が厚いので、凹部が除去されても8′層上は残っ
た状態になっている。(g)全面にTi,Pt等の金属
層12を蒸着又はスパッタ法により形成する、(h)6
00℃程度の低温熱処理を行い、凹部上の金属層12が
シリコンと反応し、凹部上のみにシリサイド層が形成さ
れる。又、ポリシリコン層8′上の金属層には、酸化膜
11が存在するので未反応金属のまま残っている。次い
で、シリサイド層と未反応金属との選択性のあるエッチ
ング液、例えば、アンモニア水と過酸化水素水の混合液
でエッチングを行い、凹部上のシリサイド層を残して、
金属層12は除去される。更に、800℃程度の熱処理
を行い、シリサイド層の低抵抗化を行い、ソ−ス領域5
を形成する。(i)層間絶縁層9をCVD法により形成
し、コンタクトホ−ルを設ける。(j)コンタクトホ−
ルを含めて、Alにより、ソ−ス・バックゲ−ト電極1
0を形成し、図1の断面構造図と同一となる。
【0011】図3の製造工程例では、凹部に形成した金
属層12を合金化法を用いてシリサイド層によるソ−ス
領域5を形成するので、シリサイド層は少なくともゲ−
ト電極8の端部直下まで達するように設けることは容易
となる。これにより、ゲ−トをオンしたときに形成され
るチャネルとソ−ス領域5は切れ目なく、容易に接続さ
れる。
【0012】本発明構造の他の実施例として、ソ−ス領
域5を金属層で形成することができる。この場合は、ゲ
−トのオン時にチャネルとソ−ス領域5に切れ目を生
(6)じさせないため、凹部の幅、即ち、凹部の上縁が
ゲ−ト絶縁膜7に接する位置が、少なくとも、ゲ−ト電
極8の端部直下に及ぶように、あらかじめ、凹部の形状
を形成する必要がある。
【0013】以上の本発明の構造により、ソ−ス領域5
がシリサイド層又は金属層であるため、寄生的に存在す
るバイポ−ラトランジスタを無視でき、それによる破壊
のおそれを解消する。又、ソ−ス・バックゲ−ト電極の
コンタクト部の占有面積を小さくでき、従って、微細化
によりセル密度を10〜30%程度上げることができ、
従来構造よりオン抵抗を10〜30%程減少できる。
【0014】又、前記の本発明構造の製造方法により、
ポリシリコン層と凹部にわたって全面酸化した場合、ポ
リシリコン層の方に厚い酸化膜が形成され、そのため次
工程の凹部のみの酸化膜除去において、同一処理手段に
より、ポリシリコン層上の酸化膜を残すことが容易とな
り、マスク工程の減少など、製造工程を簡略化できるこ
とになる。又、ゲ−ト電極直下に自己整合的にシリサイ
ド層のソ−ス領域を容易に形成できる。
【0015】通常、シリサイド層又は金属層は半導体に
対して、ショットキ−障壁を形成するが、ゲ−トオンに
より形成されたチャネルは、不純物濃度の高い状態と同
一状態となるため、チャネルとシリサイド層又は金属層
はオ−ミック接合状態となり、電界効果トランジスタの
ソ−ス領域として十分に動作する。
【0016】本発明構造及び製造方法において、前記せ
る各実施例の各部の変形、材料の変換、部分的付加等の
変更や、IGBT等への実施を行っても本発明の要旨の
範囲で本願権利に含まれるものである。
【0017】
【発明の効果】以上の説明のように、寄生バイポ−ラト
ランジスタ効果が無視できるので信(7)頼性が高く、
又、ソ−ス・バックゲ−ト電極の占有面積を減少する微
細化によりオン抵抗を低減した絶縁ゲ−ト型電界効果ト
ランジスタを得ると共に、ゲ−ト電極直下に自己整合的
にソ−ス領域を形成し、又、マスク工程の減少など製造
工程の簡略化を可能とする。従って、本発明構造の半導
体装置は、スイッチング電源をはじめ、各種機器に利用
して、産業上の効果、極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面構造図である。
【図2】従来構造の断面構造図である。
【図3】本発明の製造方法例を示す製造工程図である。
【符号の説明】
1 高濃度第1導伝型半導体のドレイン領域 1′ 1となるシリコン基体 2 低濃度第1導伝型半導体のドレイン領域 2′ 2となるシリコン基体 3 低濃度第2導伝型半導体のチャネル領域 4 高濃度第2導伝型半導体のバックゲ−ト領域 5 シリサイド層又は金属層からなるソ−ス領域 6 高濃度第1導伝型半導体のソ−ス領域 7 ゲ−ト絶縁膜 7′ 7となる絶縁膜層 8 ゲ−ト電極 8′ 8となるポリシリコン層 9 層間絶縁膜 10 ソ−ス・バックゲ−ト電極 (8) 11 酸化膜 12 金属層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレイン領域となる第1導伝型の半導体
    基体、半導体基体の主表面に形成した第2導伝型のチャ
    ネル領域、チャネル領域内に形成したソース領域、ソー
    ス領域とドレイン領域にまたがるように設けたゲート絶
    縁膜及びゲート電極、ゲート電極に囲まれた窓部にコン
    タクトしたソース電極から成る絶縁ゲート型電界効果ト
    ランジスタにおいて、ゲート電極に囲まれた窓部のチャ
    ネル領域に、ゲート絶縁膜直下のチャネル領域面より深
    く、かつ、少なくともゲート電極端部直下に及ぶ幅をも
    つ凹部を形成し、凹部の底辺部領域にバックゲート領域
    を導入し、上記凹部にシリサイド層又は金属層のソース
    領域を設け、ソース領域の内面にチャネル領域及びバッ
    クゲート領域のみが接するように構成したことを特徴と
    する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 凹部の深さを0.02μm〜2.0μm
    としたことを特徴とする請求項1の絶縁ゲ−ト型電界効
    果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 ドレイン領域となる第1導伝型シリコン
    基体上にゲ−ト絶縁膜となる絶縁膜層、及びゲ−ト電極
    となるポリシリコン層を形成する第1の工程、絶縁膜層
    及びポリシリコン層に窓部を形成するとともに、その窓
    部から第1導伝型シリコン基体に及ぶ凹部を形成する第
    2の工程、 ポリシリコン層及び凹部にわたり全面酸化して酸化膜を
    形成した後、窓部から第2導伝型不純物を導入してチャ
    ネル領域を形成する第3の工程、 窓部内のチャネル領域に更に、第2導伝型不純物を導入
    してバックゲ−ト領域を形成する第4の工程、 凹部のみの酸化膜を除去し、窓部内の凹部にシリサイド
    層又は金属層を形成する第5の工程、 層間絶縁層及びソ−ス・バックゲ−ト電極を形成する第
    6の工程を少なくとも具備する絶縁ゲ−ト型電界効果ト
    ランジスタの製造方法。
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