JP3999225B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にトレンチゲート構造を有するMIS型トランジスタ(以下、トレンチゲート型MISFETと称す)およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a MIS transistor having a trench gate structure (hereinafter referred to as a trench gate type MISFET) and a manufacturing method thereof.
半導体基板中にトレンチを形成した後、そのトレンチ(溝)内にゲート電極を形成する、いわゆるトレンチゲート構造は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )やMISFET等の半導体装置に応用され、特に電力用等の用途において有利な構造である(例えば、特許文献1参照)。 A so-called trench gate structure in which a trench is formed in a semiconductor substrate and then a gate electrode is formed in the trench (groove) is applied to a semiconductor device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MISFET. This is an advantageous structure for use in (see, for example, Patent Document 1).
図12は、従来のトレンチゲート型MISFETを有する半導体装置を示す断面図である。図12に示すトレンチゲート型MISFETでは、N+ 型シリコン基板111上に、N型エピタキシャル層からなるN- 型ドレイン層112とP型ボディ領域113とが順次形成されている。さらに、P型ボディ領域113には、P型ボディ領域113を貫通し、底部がN- 型ドレイン層112まで達するトレンチ116が形成されている。そして、2つのトレンチ116に挟まれたP型ボディ領域113の上部には、各トレンチ116に接する一対のN+ 型ソース領域114が形成されていると共に、当該P型ボディ領域113の上部における当該一対のN+ 型ソース領域114に挟まれた部分にはP+ 型拡散領域115が形成されている。このN+ 型ソース領域114およびP+ 型拡散領域115は、N- 型ドレイン層112に達しないように形成されている。
FIG. 12 is a sectional view showing a semiconductor device having a conventional trench gate type MISFET. In the trench gate type MISFET shown in FIG. 12, an N −
そして、トレンチ116内には、ゲート絶縁膜117を介してポリシリコンからなるゲート電極118が充填されており、ゲート電極118上にはキャップ酸化膜119と、PSG(Phospho Silicate Glass)膜からなる絶縁膜120とが形成されている。そして、N+ 型ソース領域114、P+ 型拡散領域115および絶縁膜120の上には、ソース電極膜121が形成されている。
The
このような構造のパワーMISFETでは、ソース電極膜121とN- 型ドレイン層112との間に高電圧を印加した状態で、ゲート電極118とN+ 型ソース領域114との間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、ゲート絶縁膜117とP型ボディ領域113との界面に反転層が形成され、その反転層を通ってN- 型ドレイン層112からN+ 型ソース領域114に電流が流れる。
しかしながら、前記のような従来のパワーMISFETでは、以下のような不具合が生じていた。 However, the conventional power MISFET as described above has the following problems.
図12に示すように、N+ 型ソース領域114の底面(下端)は、トレンチ116内に埋め込まれたゲート電極118の上面(上端)よりも下部になるように形成される。このようなN+ 型ソース領域114を形成するために、イオン注入を深くまで行った場合には、N+ 型ソース領域114のうちトレンチ116の上部側面でソース電極膜121と接触している部分の不純物濃度が低くなり、ソース電極膜121とN+ 型ソース領域114との間にオーミック接合を形成することが難しい。従って、十分に低抵抗なソースコンタクトを取ることが出来ない。
As shown in FIG. 12, the bottom surface (lower end) of the N + -
そこで、本発明は、ソース電極膜とソース領域との間に良好なオーミック接合を実現し、それによって十分に低抵抗なソースコンタクトをとることができるトレンチゲート型MISFETを備えた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。 Therefore, the present invention realizes a good ohmic junction between a source electrode film and a source region, and thereby a semiconductor device including a trench gate type MISFET capable of making a sufficiently low resistance source contact, and its manufacture It aims to provide a method.
前記の目的を達成するために、本発明に係る第1の半導体装置は、半導体領域と、半導体領域の下部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、半導体領域におけるドレイン領域上に設けられた第2導電型のボディ領域と、半導体領域におけるボディ領域上に設けられた第1導電型の第1のソース領域と、半導体領域における第1のソース領域上に設けられ、半導体領域の上面に達する第1導電型の第2のソース領域と、半導体領域に設けられ、ドレイン領域に達するトレンチと、トレンチ内の少なくとも側面上に設けられたゲート絶縁膜と、トレンチ内におけるゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、トレンチ内においてゲート電極の上を覆う絶縁膜とを備えている。 In order to achieve the above object, a first semiconductor device according to the present invention is provided on a semiconductor region, a drain region of a first conductivity type provided below the semiconductor region, and a drain region in the semiconductor region. A second conductivity type body region, a first conductivity type first source region provided on the body region in the semiconductor region, and a first source region in the semiconductor region. A second source region of the first conductivity type reaching, a trench provided in the semiconductor region and reaching the drain region, a gate insulating film provided on at least a side surface in the trench, and provided on the gate insulating film in the trench And an insulating film covering the gate electrode in the trench.
第1の半導体装置によると、第1のソース領域を深く設けることができるため、第1のソース領域とゲート電極とがオーバーラップしやすくなり、ゲート−ソース間がオフセットすることを回避することができる。そして、第2のソース領域を、半導体領域の上面近辺の不純物濃度が高くなるように設けることにより、半導体領域の上面上にソース電極を形成した場合に、ソース電極と第2のソース領域との間に良好なオーミック接合を形成することができる。これら2つの相乗効果によって、半導体装置を従来よりも低抵抗化することができる。 According to the first semiconductor device, since the first source region can be provided deeply, the first source region and the gate electrode can easily overlap with each other, and the gate-source offset can be avoided. it can. Then, when the source electrode is formed on the upper surface of the semiconductor region by providing the second source region so that the impurity concentration in the vicinity of the upper surface of the semiconductor region is high, the source electrode and the second source region A good ohmic junction can be formed therebetween. Due to these two synergistic effects, the resistance of the semiconductor device can be reduced as compared with the prior art.
第1の半導体装置において、ドレイン領域は、第1導電型の高濃度ドレイン領域と、高濃度ドレイン領域上に設けられた第1導電型の低濃度ドレイン領域とを有していてもよい。 In the first semiconductor device, the drain region may include a first conductivity type high concentration drain region and a first conductivity type low concentration drain region provided on the high concentration drain region.
第1の半導体装置において、第2のソース領域の上方に設けられたソース電極をさらに備えていてもよい。 The first semiconductor device may further include a source electrode provided above the second source region.
この場合、ソース電極は、第2のソース領域の上方から、トレンチ内の側面のうち第2のソース領域が露出する部分の上方に亘って設けられ、第2のソース領域における不純物濃度のピーク位置は、トレンチ内の側面に設けられたソース電極の高さの範囲内にあることが好ましい。このようにすると、ソース電極と接する第2のソース領域の不純物濃度が高いため、両者の間の界面のオーミック接合がより良好な状態になる。 In this case, the source electrode is provided from above the second source region to above the portion of the side surface in the trench where the second source region is exposed, and the peak position of the impurity concentration in the second source region. Is preferably within the range of the height of the source electrode provided on the side surface in the trench. In this case, since the impurity concentration of the second source region in contact with the source electrode is high, the ohmic junction at the interface between the two becomes better.
また、この場合、第2のソース領域とソース電極との間には、シリサイド膜が設けられていてもよい。このようにすると、シリサイド膜によって、ソース領域とソース電極との間がさらに低抵抗化される。 In this case, a silicide film may be provided between the second source region and the source electrode. In this case, the resistance between the source region and the source electrode is further reduced by the silicide film.
第1の半導体装置において、ゲート電極のうちのゲート絶縁膜に接している部分の上端は、第1のソース領域とボディ領域との境界よりも上に設けられていることが好ましい。このようにすると、ゲート電極のうちのゲート絶縁膜と接している部分と第1のソース領域とのオーバーラップ量が大きくなるため、より低抵抗化が可能となる。 In the first semiconductor device, it is preferable that the upper end of the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film is provided above the boundary between the first source region and the body region. In this case, the overlap amount between the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film and the first source region is increased, so that the resistance can be further reduced.
第1の半導体装置において、絶縁膜の上端は、第2のソース領域の不純物濃度のピーク位置よりも下に設けられていることが好ましい。このようにすると、その後の製造工程でトレンチ側面に露出している半導体領域をシリサイド化した場合に、前記のピーク位置の高さまでシリサイド膜を確実に形成することが可能となる。 In the first semiconductor device, the upper end of the insulating film is preferably provided below the peak position of the impurity concentration of the second source region. In this way, when the semiconductor region exposed on the side surface of the trench is silicided in the subsequent manufacturing process, the silicide film can be reliably formed up to the height of the peak position.
第1の半導体装置において、半導体領域のうち、第1のソース領域及び第2のソース領域のそれぞれの側方に位置する領域には、ボディ領域に接する第2導電型の不純物領域が設けられ、第1のソース領域及び第2のソース領域のそれぞれの側面は、トレンチ及び不純物領域によって囲まれていてもよい。 In the first semiconductor device, a second conductivity type impurity region in contact with the body region is provided in a region located on each side of the first source region and the second source region in the semiconductor region, Each side surface of the first source region and the second source region may be surrounded by a trench and an impurity region.
本発明に係る第2の半導体装置は、半導体領域と、半導体領域の下部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、半導体領域におけるドレイン領域上に設けられた第2導電型のボディ領域と、半導体領域におけるボディ領域上に設けられ、半導体領域の上面に達する第1導電型のソース領域と、半導体領域に設けられ、ドレイン領域に達するトレンチと、トレンチ内の少なくとも側面上に設けられたゲート絶縁膜と、トレンチ内におけるゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、トレンチ内においてゲート電極の上を覆う絶縁膜とを備え、絶縁膜の上端は、半導体領域の上面よりも下に設けられており、ソース領域のうち絶縁膜の上端から半導体領域の上面までの部分の不純物濃度は1×1020atoms/cm3 以上である。 A second semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor region, a first conductivity type drain region provided below the semiconductor region, and a second conductivity type body region provided on the drain region in the semiconductor region. A source region of a first conductivity type provided on the body region in the semiconductor region and reaching the upper surface of the semiconductor region; a trench provided in the semiconductor region and reaching the drain region; and a gate provided on at least a side surface in the trench An insulating film, a gate electrode provided on the gate insulating film in the trench, and an insulating film covering the gate electrode in the trench, the upper end of the insulating film being provided below the upper surface of the semiconductor region In the source region, the impurity concentration in the portion from the upper end of the insulating film to the upper surface of the semiconductor region is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more.
すなわち、第2の半導体装置によると、ソース領域を、半導体領域の上面近辺の不純物濃度が高くなるように設けることにより、半導体領域の上面上にソース電極を形成した場合に、ソース電極とソース領域との間に良好なオーミック接合を形成することができる。従って、十分に低抵抗なソースコンタクトをとることができるトレンチゲート型MISFETを備えた半導体装置を提供することができる。 That is, according to the second semiconductor device, when the source region is provided on the upper surface of the semiconductor region by providing the source region so that the impurity concentration in the vicinity of the upper surface of the semiconductor region is increased, A good ohmic junction can be formed between the two. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device including a trench gate type MISFET that can have a sufficiently low resistance source contact.
第2の半導体装置において、ドレイン領域は、第1導電型の高濃度ドレイン領域と、高濃度ドレイン領域上に設けられた第1導電型の低濃度ドレイン領域とを有していてもよい。 In the second semiconductor device, the drain region may include a first conductivity type high concentration drain region and a first conductivity type low concentration drain region provided on the high concentration drain region.
第2の半導体装置において、ソース領域の上方に設けられたソース電極をさらに備えていてもよい。 The second semiconductor device may further include a source electrode provided above the source region.
この場合、ソース電極は、ソース領域の上方から、トレンチ内の側面のうちソース領域が露出する部分の上方に亘って設けられ、ソース領域における不純物濃度のピーク位置は、トレンチ内の側面に設けられたソース電極の高さの範囲内にあることが好ましい。このようにすると、ソース電極と接するソース領域の不純物濃度が高いため、両者の間の界面のオーミック接合がより良好な状態になる。 In this case, the source electrode is provided from above the source region to above the portion of the side surface in the trench where the source region is exposed, and the peak position of the impurity concentration in the source region is provided on the side surface in the trench. Preferably, it is within the range of the height of the source electrode. In this case, since the impurity concentration of the source region in contact with the source electrode is high, the ohmic junction at the interface between the two becomes better.
また、この場合、ソース領域とソース電極との間には、シリサイド膜が設けられていてもよい。このようにすると、シリサイド膜によって、ソース領域とソース電極との間がさらに低抵抗化される。 In this case, a silicide film may be provided between the source region and the source electrode. In this case, the resistance between the source region and the source electrode is further reduced by the silicide film.
第2の半導体装置において、ゲート電極のうちのゲート絶縁膜に接している部分の上端は、ソース領域とボディ領域との境界よりも上に設けられていることが好ましい。このようにすると、ゲート電極のうちのゲート絶縁膜と接している部分とソース領域とのオーバーラップ量が大きくなるため、より低抵抗化が可能となる。 In the second semiconductor device, the upper end of the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film is preferably provided above the boundary between the source region and the body region. In this case, the overlap amount between the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film and the source region is increased, so that the resistance can be further reduced.
第2の半導体装置において、絶縁膜の上端は、ソース領域の不純物濃度のピーク位置よりも下に設けられていることが好ましい。このようにすると、その後の製造工程でトレンチ側面に露出している半導体領域をシリサイド化した場合に、前記のピーク位置の高さまでシリサイド膜を確実に形成することが可能となる。 In the second semiconductor device, the upper end of the insulating film is preferably provided below the peak position of the impurity concentration of the source region. In this way, when the semiconductor region exposed on the side surface of the trench is silicided in the subsequent manufacturing process, the silicide film can be reliably formed up to the height of the peak position.
第2の半導体装置において、半導体領域のうち、ソース領域の側方に位置する領域には、ボディ領域に接する第2導電型の不純物領域が設けられ、ソース領域の側面は、トレンチ及び不純物領域によって囲まれていてもよい。 In the second semiconductor device, a region of the semiconductor region located on the side of the source region is provided with a second conductivity type impurity region in contact with the body region, and a side surface of the source region is formed by the trench and the impurity region. It may be surrounded.
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、ドレイン領域と、ドレイン領域の上に設けられた第2導電型のボディ領域とを有する半導体領域を準備する工程(a)と、半導体領域に、ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程(b)と、工程(b)の後に、トレンチ内に露出する半導体領域の少なくとも側面上にゲート絶縁膜を形成する工程(c)と、工程(c)の後に、トレンチ内のゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程(d)と、工程(d)の後に、トレンチ内におけるゲート電極上に絶縁膜を形成する工程(e)と、工程(b)の後に、半導体領域に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、ボディ領域の上に第1導電型の第1のソース領域を形成する工程(f)と、工程(b)の後に、半導体領域に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、第1のソース領域の上に、半導体領域の上面に達する第1導電型の第2のソース領域を形成する工程(g)とを備えている。 The first semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes a step (a) of preparing a semiconductor region having a drain region and a second conductivity type body region provided on the drain region; A step (b) of forming a trench reaching the drain region, a step (c) of forming a gate insulating film on at least a side surface of the semiconductor region exposed in the trench after the step (b), and a step (c) After step (d), a step (d) of forming a gate electrode on the gate insulating film in the trench, a step (e) of forming an insulating film on the gate electrode in the trench after the step (d), and a step (b) After the step (f) of forming the first source region of the first conductivity type on the body region by ion-implanting the first conductivity type impurity into the semiconductor region, and after the step (b) The first conductivity type in the semiconductor region By ion-implanting an impurity, it is provided on the first source region, and the step (g) forming a second source region of the first conductivity type to reach the upper surface of the semiconductor region.
第1の半導体装置の製造方法によると、第2のソース領域を第1のソース領域よりも浅く形成する。これにより、第1のソース領域によって半導体領域の上面から下方に離れた領域まで不純物を拡散させることができると共に、第2のソース領域によって半導体領域の上面近辺の不純物濃度を高くすることができる。従って、第1のソース領域とゲート電極とを確実にオーバーラップさせ、それによりゲート−ソース間にオフセットが生じることを防止できる。また、第2のソース領域の上に設けられるソース電極と第2のソース領域との間に良好なオーミック接合を持つ半導体装置を得ることができる。これら2つの相乗効果によって、より低抵抗な半導体装置を得ることができる。 According to the manufacturing method of the first semiconductor device, the second source region is formed shallower than the first source region. As a result, the first source region can diffuse the impurity to a region away from the upper surface of the semiconductor region, and the second source region can increase the impurity concentration near the upper surface of the semiconductor region. Therefore, the first source region and the gate electrode can be reliably overlapped, thereby preventing an offset between the gate and the source. In addition, a semiconductor device having a good ohmic junction between the source electrode provided on the second source region and the second source region can be obtained. By these two synergistic effects, a lower resistance semiconductor device can be obtained.
第1の半導体装置の製造方法において、工程(e)、工程(f)及び工程(g)の後に、第2のソース領域の上方にソース電極を形成する工程(h)をさらに備えていてもよい。 The first semiconductor device manufacturing method may further include a step (h) of forming a source electrode above the second source region after the step (e), the step (f), and the step (g). Good.
この場合、工程(h)において、ソース電極を、トレンチ内の側面のうち第2のソース領域が露出する部分の上にも形成すると共に、第2のソース領域における不純物濃度のピーク位置を、トレンチ内の側面に設けられるソース電極の高さの範囲内に設定することが好ましい。このようにすると、ソース電極と接する第2のソース領域の不純物濃度を高くすることができるため、両者の間の界面のオーミック接合をより良好な状態にすることができる。 In this case, in the step (h), the source electrode is also formed on the portion of the side surface in the trench where the second source region is exposed, and the peak position of the impurity concentration in the second source region is defined in the trench. It is preferable to set within the range of the height of the source electrode provided on the inner side surface. In this case, since the impurity concentration of the second source region in contact with the source electrode can be increased, the ohmic junction at the interface between the two can be improved.
また、この場合、工程(e)、工程(f)及び工程(g)の後であって且つ工程(h)の前に、第2のソース領域上にシリサイド膜を形成する工程をさらに備え、工程(h)において、シリサイド膜上にソース電極を形成することが好ましい。このようにすると、シリサイド膜を設けることによって、ソース領域とソース電極との間をさらに低抵抗化することができる。 In this case, the method further includes a step of forming a silicide film on the second source region after the step (e), the step (f), and the step (g) and before the step (h). In the step (h), it is preferable to form a source electrode on the silicide film. In this way, by providing the silicide film, the resistance between the source region and the source electrode can be further reduced.
第1の半導体装置の製造方法において、工程(a)では、ドレイン領域として、半導体領域の下部に設けられた第1導電型の高濃度ドレイン領域と、高濃度ドレイン領域上に設けられた第1導電型の低濃度ドレイン領域とを準備してもよい。 In the first method for manufacturing a semiconductor device, in step (a), as the drain region, a first conductivity type high-concentration drain region provided in a lower portion of the semiconductor region and a first concentration provided on the high-concentration drain region. A conductive type low-concentration drain region may be prepared.
第1の半導体装置の製造方法において、工程(f)では、第1のソース領域とボディ領域との境界が、ゲート電極のうちゲート絶縁膜に接している部分の上端よりも低くなるように、イオン注入を行うことが好ましい。このようにすると、ゲート電極のうちゲート絶縁膜と接している部分と第1のソース領域とのオーバーラップ量を大きくすることができる。 In the first method for manufacturing a semiconductor device, in step (f), the boundary between the first source region and the body region is lower than the upper end of the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film. It is preferable to perform ion implantation. Thus, the overlap amount between the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film and the first source region can be increased.
第1の半導体装置の製造方法において、工程(g)では、第2のソース領域の不純物濃度のピーク位置が、絶縁膜の上端よりも高くなるように、イオン注入を行うことが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、シリサイド膜は、絶縁膜よりも上のトレンチ側面(半導体領域が露出)に形成される。このとき、絶縁膜の上端よりも上に前記ピーク濃度が位置している場合には、そのピーク濃度の位置する高さまで確実にシリサイド膜を形成することができるためである。 In the first method for manufacturing a semiconductor device, in the step (g), it is preferable to perform ion implantation so that the peak position of the impurity concentration of the second source region is higher than the upper end of the insulating film. This is due to the following reason. That is, the silicide film is formed on the trench side surface (the semiconductor region is exposed) above the insulating film. At this time, if the peak concentration is located above the upper end of the insulating film, the silicide film can be reliably formed up to the height where the peak concentration is located.
第1の半導体装置の製造方法において、工程(a)の後に、半導体領域のうち、第1のソース領域及び第2のソース領域のそれぞれの側方に位置する領域に、半導体領域の上面からボディ領域に達する第2導電型の不純物領域を形成する工程(i)をさらに備え、第1のソース領域及び第2のソース領域のそれぞれの側面は、トレンチ及び不純物領域によって囲まれていてもよい。 In the first method for manufacturing a semiconductor device, after the step (a), a body is formed from the upper surface of the semiconductor region to a region located on each side of the first source region and the second source region in the semiconductor region. The method may further include a step (i) of forming a second conductivity type impurity region reaching the region, and the side surfaces of the first source region and the second source region may be surrounded by the trench and the impurity region.
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、ドレイン領域と、ドレイン領域の上に設けられた第2導電型のボディ領域とを有する半導体領域を準備する工程(a)と、半導体領域に、ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程(b)と、工程(b)の後に、トレンチ内に露出する半導体領域の少なくとも側面上にゲート絶縁膜を形成する工程(c)と、工程(c)の後に、トレンチ内のゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程(d)と、工程(d)の後に、トレンチ内におけるゲート電極上に絶縁膜を形成する工程(e)と、工程(b)の後に、半導体領域に第1導電型の不純物を少なくとも3回以上に分けてイオン注入することにより、ボディ領域の上に第1導電型のソース領域を形成する工程(j)とを備え、絶縁膜の上端は、半導体領域の上面よりも下に設けられており、ソース領域のうち絶縁膜の上端から半導体領域の上面までの部分の不純物濃度は1×1020atoms/cm3 以上である。 The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of preparing a semiconductor region having a drain region and a body region of a second conductivity type provided on the drain region; A step (b) of forming a trench reaching the drain region, a step (c) of forming a gate insulating film on at least a side surface of the semiconductor region exposed in the trench after the step (b), and a step (c) After step (d), a step (d) of forming a gate electrode on the gate insulating film in the trench, a step (e) of forming an insulating film on the gate electrode in the trench after the step (d), and a step (b) ), A step (j) of forming a first conductivity type source region on the body region by ion-implanting the first conductivity type impurity into the semiconductor region at least three times or more, The top edge of the insulation film Than the upper surface of the semiconductor region is provided below, the impurity concentration of the portion from the upper end of the insulating film of the source region to the upper surface of the semiconductor region is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more.
第2の半導体装置の製造方法によると、3回以上のイオン注入によりソース領域を形成するため、半導体領域の上面から下方に離れた領域まで不純物を拡散させることができると共に、半導体領域の上面近辺の不純物濃度を高くすることができる。従って、ソース領域とゲート電極とを確実にオーバーラップさせ、それによりゲート−ソース間にオフセットが生じることを防止できる。また、ソース領域の上に設けられるソース電極とソース領域との間に良好なオーミック接合を持つ半導体装置を得ることができる。これら2つの相乗効果によって、より低抵抗な半導体装置を得ることができる。 According to the second method for manufacturing a semiconductor device, since the source region is formed by ion implantation three or more times, impurities can be diffused from the upper surface of the semiconductor region to a region spaced downward, and the vicinity of the upper surface of the semiconductor region. The impurity concentration of can be increased. Accordingly, the source region and the gate electrode can be reliably overlapped, thereby preventing an offset between the gate and the source. In addition, a semiconductor device having a good ohmic junction between the source electrode provided on the source region and the source region can be obtained. By these two synergistic effects, a lower resistance semiconductor device can be obtained.
第2の半導体装置の製造方法において、工程(e)及び前記工程(j)の後に、前記ソース領域の上方にソース電極を形成する工程(k)をさらに備えていてもよい。 The second semiconductor device manufacturing method may further include a step (k) of forming a source electrode above the source region after the step (e) and the step (j).
この場合、工程(k)において、ソース電極を、トレンチ内の側面のうちソース領域が露出する部分の上にも形成すると共に、ソース領域における不純物濃度のピーク位置を、トレンチ内の側面に設けられるソース電極の高さの範囲内に設定することが好ましい。このようにすると、ソース電極と接するソース領域の不純物濃度を高くすることができるため、両者の間の界面のオーミック接合をより良好な状態にすることができる。 In this case, in the step (k), the source electrode is formed also on the portion of the side surface in the trench where the source region is exposed, and the peak position of the impurity concentration in the source region is provided on the side surface in the trench. It is preferable to set within the range of the height of the source electrode. In this way, since the impurity concentration of the source region in contact with the source electrode can be increased, the ohmic junction at the interface between the two can be made in a better state.
また、この場合、工程(e)及び工程(j)の後であって且つ工程(k)の前に、ソース領域上にシリサイド膜を形成する工程をさらに備え、工程(k)において、シリサイド膜上にソース電極を形成することが好ましい。このようにすると、シリサイド膜を設けることによって、ソース領域とソース電極との間をさらに低抵抗化することができる。 In this case, the method further includes a step of forming a silicide film on the source region after the step (e) and the step (j) and before the step (k). A source electrode is preferably formed thereon. In this way, by providing the silicide film, the resistance between the source region and the source electrode can be further reduced.
第2の半導体装置の製造方法において、工程(a)では、ドレイン領域として、半導体領域の下部に設けられた第1導電型の高濃度ドレイン領域と、高濃度ドレイン領域上に設けられた第1導電型の低濃度ドレイン領域とを準備してもよい。 In the second method for manufacturing a semiconductor device, in step (a), as the drain region, a first conductivity type high concentration drain region provided below the semiconductor region and a first concentration provided on the high concentration drain region. A conductive type low-concentration drain region may be prepared.
第2の半導体装置の製造方法において、工程(j)では、ソース領域とボディ領域との境界が、ゲート電極のうちのゲート絶縁膜に接している部分の上端よりも低くなるように、イオン注入を行うことが好ましい。このようにすると、ゲート電極のうちゲート絶縁膜と接している部分とソース領域とのオーバーラップ量を大きくすることができる。 In the second method for fabricating a semiconductor device, in step (j), ion implantation is performed so that the boundary between the source region and the body region is lower than the upper end of the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film. It is preferable to carry out. Thus, the overlap amount between the source region and the portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film can be increased.
第2の半導体装置の製造方法において、工程(j)では、ソース領域の不純物濃度のピーク位置が、絶縁膜の上端よりも高くなるように、イオン注入を行うことが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、シリサイド膜は、絶縁膜よりも上のトレンチ側面(半導体領域が露出)に形成される。このとき、絶縁膜の上端よりも上に前記ピーク濃度が位置している場合には、そのピーク濃度の位置する高さまで確実にシリサイド膜を形成することができるためである。 In the second method for manufacturing a semiconductor device, in step (j), it is preferable to perform ion implantation so that the peak position of the impurity concentration of the source region is higher than the upper end of the insulating film. This is due to the following reason. That is, the silicide film is formed on the trench side surface (the semiconductor region is exposed) above the insulating film. At this time, if the peak concentration is located above the upper end of the insulating film, the silicide film can be reliably formed up to the height where the peak concentration is located.
第2の半導体装置の製造方法において、工程(a)の後に、半導体領域のうち、ソース領域の側方に位置する領域に、半導体領域の上面からボディ領域に達する第2導電型の不純物領域を形成する工程(l)をさらに備え、ソース領域の側面は、トレンチ及び不純物領域によって囲まれていてもよい。 In the second method for manufacturing a semiconductor device, after the step (a), a second conductivity type impurity region reaching the body region from the upper surface of the semiconductor region is formed in a region located lateral to the source region in the semiconductor region. A step (l) of forming may further be provided, and the side surface of the source region may be surrounded by the trench and the impurity region.
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、ゲート−ソース間のオフセットを回避しつつ、ソース領域と、ソース電極の一部となるシリサイド膜とを良好にオーミック接合させることが可能となり、それによって低抵抗なトレンチゲート型MISFETを得ることができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to satisfactorily make an ohmic junction between the source region and the silicide film that becomes a part of the source electrode while avoiding the offset between the gate and the source. Thus, a low resistance trench gate type MISFET can be obtained.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係るトレンチゲート型MISFETについて説明する。図1(a)は、本実施形態に係る半導体装置を示す模式的な平面図である。また、図1(b)は、図1(a)のA−A' 線における断面をB−B' 方向に見た模式的斜視図である。なお、図1(a)は、わかりやすくするために図1(b)における半導体領域14の表面上のシリサイド膜10およびソース電極膜12を省略して図示している。
First, the trench gate type MISFET according to the present embodiment will be described. FIG. 1A is a schematic plan view showing the semiconductor device according to the present embodiment. Moreover, FIG.1 (b) is the typical perspective view which looked at the cross section in the AA 'line of Fig.1 (a) in the BB' direction. In FIG. 1A, the
本実施形態の半導体装置では、図1(a)に示すように、半導体領域14上のB−B’方向に平行な方向に沿って、ある一定間隔を保って複数のトレンチ13が設けられている。各トレンチ13の上部には、ソース電極膜12が充填されており、図1(a)に示す平面において、ソース電極膜12と半導体領域14(高濃度N型拡散領域9、第2の高濃度P型ソース領域8)との間にはシリサイド膜10が形成されている。さらに、第2の高濃度P型ソース領域8の両側には、高濃度N型拡散領域9が形成されている。つまり、第2の高濃度P型ソース領域8は、その2辺が、互いに対向して設けられた2つのトレンチ13にそれぞれ接し、他の2辺が、互いに対向して設けられた2つの高濃度N型拡散領域9にそれぞれ接する構成となる。ここで、図1(a)に示す構成がA−A' 方向及び/又はB−B' 方向に繰り返し設けられていてもよい。
In the semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 1A, a plurality of
また、図1(b)に示すように、半導体領域14は、高濃度P型ドレイン領域1と、高濃度P型ドレイン領域1上に設けられ且つエピタキシャル層からなる低濃度P型ドレイン領域2と、低濃度P型ドレイン領域2上に設けられたN型ボディ領域3と、N型ボディ領域3上のうちソース形成領域に設けられた第1の高濃度P型ソース領域6と、第1の高濃度P型ソース領域6上に設けられた第2の高濃度P型ソース領域8と、N型ボディ領域3上のうちボディコンタクト形成領域に設けられた高濃度N型拡散領域9とを有している。なお、第2の高濃度P型ソース領域8は、第1の高濃度P型ソース領域6の上面全体に接するように形成されている。ここで、半導体領域14は、例えばシリコン基板であってもよいし又はシリコン基板とその上に形成されたエピタキシャル層とから構成されていてもよい。また、本願において、高濃度P型ドレイン領域とは不純物濃度が1×1019atoms/cm3 程度以上である領域を意味し、低濃度P型ドレイン領域とは不純物濃度が5×1016atoms/cm3 程度以下である領域を意味するものとする。
As shown in FIG. 1B, the
そして、トレンチ13が、半導体領域14のうち第2の高濃度P型ソース領域8、第1の高濃度P型ソース領域6およびN型ボディ領域3を貫通し、低濃度P型ドレイン領域2のうち所定の深さまで到達するように設けられている。このトレンチ13は、B−B’線方向に延びており、ボディコンタクト形成領域においては、高濃度N型拡散領域9およびN型ボディ領域3を貫通し、低濃度P型ドレイン領域2のうち所定の深さまで到達するように設けられている。トレンチ13は、一定間隔をもって設けられ、2つのトレンチ13の間に挟まれる領域には、少なくともN型ボディ領域3、第1の高濃度P型ソース領域6、第2の高濃度P型ソース領域8および高濃度N型拡散領域9が形成されている。
Then, the
トレンチ13内には、ゲート絶縁膜4を介してポリシリコンからなるゲート電極5が設けられている。このゲート電極5は、トレンチ13内のN型ボディ領域3の側面上から、その上下に位置する低濃度P型ドレイン領域2の一部および第1の高濃度P型ソース領域6の一部に跨るように設けられている。
In the
そして、トレンチ13内のうちゲート電極5の上部には、ゲート電極5に蓋をするように埋め込み絶縁膜7が設けられている。この埋め込み絶縁膜7の底面のうちの端部、つまりゲート絶縁膜4に接する部分は、第1の高濃度P型ソース領域6とN型ボディ領域3との界面よりも上側に設けられている。
A buried insulating
そして、半導体領域14のうち、第2の高濃度P型ソース領域8および高濃度N型拡散領域9の上面上と、トレンチ13の側面のうち埋め込み絶縁膜7よりも上に位置する部分の上に、シリサイド膜10が設けられている。そして、シリサイド膜10の上には、トレンチ13内のうち埋め込み絶縁膜7の上を充填するようにソース電極膜12が形成されている。
Then, on the upper surface of the second high-concentration P-
この構造において、第1の高濃度P型ソース領域6と第2の高濃度P型ソース領域8とは、異なる深さに濃度ピーク位置を有する。具体的には、第1の高濃度P型ソース領域6の下端(底面)はゲート電極5の上端よりも下側に位置する。また、第2の高濃度P型ソース領域8は、ゲート電極5上に形成されている埋め込み絶縁膜7の上端(上面)よりも上側に不純物濃度のピークが位置するように設けられている。
In this structure, the first high concentration P-
本実施形態の半導体装置によれば、第1の高濃度P型ソース領域6を深く設けることによって、第1の高濃度P型ソース領域6とゲート電極5とがオーバーラップしやすくなり、ソース−ゲート間がオフセットになることを回避することができる。そして、第2の高濃度P型ソース領域8によって、半導体領域14のうちの上面付近の不純物濃度を高めることにより、シリサイド膜10と電気的に接続されるソース電極膜12と第2の高濃度P型ソース領域8との間に良好なオーミック接合を形成することができる。この2つの相乗効果で従来よりも低抵抗な半導体装置を形成することができる。
According to the semiconductor device of the present embodiment, the first high-concentration P-
図2(a)は、図1(b)に示すm−m’線に沿った不純物分布を示す図であり、図2(b)は、図1(b)に示すm−m’線近傍の構造を拡大して示す断面図である。尚、図2において、Chemical conc.(実線)は実際に注入されたP型不純物(ボロン)の濃度であり、Active conc.(太破線)は注入不純物のうちアニールにより活性化される不純物濃度であり、Phos(一点鎖線)はボロン注入の前に注入されていたN型不純物(リン)の濃度である。 FIG. 2A is a diagram showing the impurity distribution along the line mm ′ shown in FIG. 1B, and FIG. 2B is the vicinity of the line mm ′ shown in FIG. It is sectional drawing which expands and shows this structure. In FIG. 2, Chemical conc. (Solid line) is the concentration of the actually implanted P-type impurity (boron), and Active conc. (Thick broken line) is the impurity concentration of the implanted impurity that is activated by annealing. Yes, Phos (dashed line) is the concentration of the N-type impurity (phosphorus) implanted before boron implantation.
図2(a)に示すように、本実施形態では、ゲート−ソース間がオフセットになって高抵抗になってしまうのを避けるために、第1の高濃度P型ソース領域6を形成するための第1の注入条件によって第1の高濃度P型ソース領域6とN型ボディ領域3との間の接合位置を制御すると共に、第2の高濃度P型ソース領域8を形成するための第2の注入条件によってトレンチ13の内側面のうちシリサイド膜10が形成される深さに濃度ピークが位置するように不純物分布を制御している。これにより、低抵抗なソースコンタクトを形成することができる。なお、この第1の注入と第2の注入とは順序が逆転しても効果に影響はない。また、本実施形態では、配線電極膜であるソース電極膜12と半導体領域14との間にシリサイド膜10を設けているが、本発明ではシリサイド膜を省略しても構わない。
As shown in FIG. 2A, in the present embodiment, the first high-concentration P-
また、第2の高濃度P型ソース領域8を含む半導体領域14の表面部の不純物濃度を1×1020atoms/cm3 程度以上に設定することが好ましい。このようにすると、ソース電極膜12とソース領域との間に良好なオーミック接合を実現できる。
Further, it is preferable to set the impurity concentration of the surface portion of the
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図3(a)〜(c)および図4(a)〜(c)は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. 3A to 3C and FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment.
まず、図3(a)に示す工程で、半導体基板(図示せず)に高濃度P型ドレイン領域1を形成した後、高濃度P型ドレイン領域1上にエピタキシャル成長によって厚さ5μmのP型エピタキシャル層(図示せず)を形成する。その後、P型エピタキシャル層にN型不純物であるPを注入エネルギー500KeV、ドーズ量1×1013ions/cm2 の条件でイオン注入することにより、P型エピタキシャル層の上部に、拡散深さ(ドレイン−ボディ間接合位置)1.1μmのN型ボディ領域3を形成する。これにより、高濃度P型ドレイン領域1とN型ボディ領域3との間に、P型エピタキシャル層からなる低濃度P型ドレイン領域2が形成された半導体領域14が形成される。その後、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、基板上に、トレンチ形成領域に開口を有するマスク材11を形成する。このマスク材11としては、酸化膜、下層の酸化膜と上層の窒化膜からなる積層膜、あるいは、下層の酸化膜と中層のシリコン膜と上層の窒化膜からなる積層膜などを用いればよい。その後、マスク材11をマスクにしてドライエッチングを行うことにより、N型ボディ領域3を貫通し、低濃度P型ドレイン領域2の所定の深さまで到達する深さ1.3〜1.5nmのトレンチ13を形成する。このとき、トレンチ13の底面は、低濃度P型ドレイン領域2の上面と下面との間に位置し、高濃度P型ドレイン領域1の上面に達しないように形成する。
First, in the step shown in FIG. 3A, after a high concentration P-
次に、図3(b)に示す工程で、トレンチ13内の表面に、例えばシリコン酸化膜からなる厚さ20〜30nmのゲート絶縁膜4を形成する。なお、ゲート絶縁膜4を形成する前に、トレンチ13内の表面荒れを除去する為に犠牲酸化膜を形成した後、ウェットエッチで犠牲酸化膜を除去してもよい。
Next, in the step shown in FIG. 3B, a
次に、図3(c)に示す工程で、トレンチ13内を充填するように、基板上にゲート電極となる厚さ400nmのポリシリコン膜(図示せず)を堆積する。このとき、ポリシリコン膜の低抵抗化を図るために、あらかじめドープドポリシリコン膜を堆積するか、あるいは、ノンドープドポリシリコン膜を堆積した後に不純物を拡散させる。その後、ポリシリコン膜に対してエッチバックを行うことにより、ポリシリコン膜のうち半導体領域14の上面上に位置する部分と、トレンチ13内に位置する部分のうちの上部を除去することにより、トレンチ13内にゲート電極5を形成する。このとき、半導体領域14表面からのゲート電極5の上面までの後退量は、約200〜500nm程度であることが望ましい。
Next, in the step shown in FIG. 3C, a polysilicon film (not shown) having a thickness of 400 nm serving as a gate electrode is deposited on the substrate so as to fill the
次に、図4(a)に示す工程で、基板上の全面に、例えばCVD(chemical vapor deposition )法により不純物を含まないシリコン酸化膜(NSG(Non Silicate Glass)膜/図示せず)を500nm程度の厚さで形成する。その後、シリコン酸化膜に対して所定の時間だけエッチングを行なうことにより、トレンチ13内にシリコン酸化膜からなる埋め込み絶縁膜7を形成する。このとき、半導体領域14の上面から埋め込み絶縁膜7の上面までの後退量は、約0〜120nm程度であることが望ましい。なお、このエッチングにおいて、ゲート絶縁膜4のうちトレンチ13の上部に露出していた部分も除去されるため、ゲート絶縁膜4の上端は埋め込み絶縁膜7の上面と同じ高さとなる。また、半導体領域14の上面に残存していたマスク材11(図3(c)に示す)も除去される。この結果、N型ボディ領域3は、その上面上とトレンチ13の上部における側面において露出する。なお、マスク材11は、シリコン酸化膜およびゲート絶縁膜4を除去した後に、選択的に除去してもよい。
Next, in the step shown in FIG. 4A, a silicon oxide film (NSG (Non Silicate Glass) film / not shown) containing no impurities is formed on the entire surface of the substrate by, for example, CVD (chemical vapor deposition). It is formed with a thickness of about. Thereafter, the silicon oxide film is etched for a predetermined time to form a buried insulating
次に、図4(b)に示す工程で、基板上にソース形成領域に開口を有するレジスト(図示せず)を形成した後、N型ボディ領域3にP型不純物であるBを注入エネルギー80KeV、ドーズ量4×1015ions/cm2 の条件でイオン注入して、例えば拡散深さ1.1μmの第1の高濃度P型ソース領域6を形成する。続けて、P型不純物であるBを注入エネルギー60KeV、ドーズ量4×1015ions/cm2 の条件でイオン注入して、例えば拡散深さ150nmの第2の高濃度P型ソース領域8を形成する。このとき、第2の高濃度P型ソース領域8の不純物濃度のピーク位置が、埋め込み絶縁膜7の上面よりも上になるように第2の高濃度P型ソース領域8の形成を行なう。なお、第1の高濃度P型ソース領域6と第2の高濃度P型ソース領域8とは、どちらを先に形成してもよい。この後、図4(b)には示していないが、基板上に、ボディコンタクト形成領域上に開口を有するレジストを形成した後、N型不純物であるPを注入エネルギー120KeV、ドーズ量5×1015ions/cm2 の条件でイオン注入して、図1に示すような高濃度N型拡散領域9を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4B, after forming a resist (not shown) having an opening in the source formation region on the substrate, B, which is a P-type impurity, is implanted into the N-
次に、図4(c)に示す工程で、サリサイド技術を用いて、半導体領域14のうち露出している全表面(トレンチ13内の側面に露出している部分を含む)にシリサイド膜10を選択的に形成する。これにより、第2の高濃度P型ソース領域8および高濃度N型拡散領域9上にシリサイド膜10が形成される(図1参照)。その後、基板上に金属膜(図示せず)を形成した後、金属膜をパターニングして、シリサイド膜10および埋め込み絶縁膜7上にソース電極膜12を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4C, the
以上の構成に依れば、ソース領域が2種類の加速電圧を用いて設けられている。具体的には、第1の高濃度P型ソース領域6を形成するための第1の注入によって、ソース領域−ボディ領域間の接合深さを制御し、それによりソース−ゲート間がオフセットになることを回避することできる。また、第2の高濃度P型ソース領域8を形成するための第2の注入によって、半導体領域14の上面付近の不純物濃度を高め、それによりシリサイド膜10と第2の高濃度P型ソース領域8との間に良好なオーミック接合を実現することができる。この2つの相乗効果で、従来よりも低抵抗な半導体装置を形成することができる。
According to the above configuration, the source region is provided using two types of acceleration voltages. Specifically, the junction depth between the source region and the body region is controlled by the first implantation for forming the first high-concentration P-
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態が第1の実施形態と異なっている点は、ソース領域の不純物分布及びその形成方法である。すなわち、本実施形態の半導体装置の平面構成及び断面構成はそれぞれ図1(a)及び(b)に示す第1の実施形態と基本的に同じである。 This embodiment differs from the first embodiment in the impurity distribution of the source region and the method for forming the impurity distribution. That is, the planar configuration and the cross-sectional configuration of the semiconductor device of this embodiment are basically the same as those of the first embodiment shown in FIGS.
図5(a)は、図1(b)に示すm−m’線に沿った、本実施形態の不純物分布を示す図であり、図5(b)は、図1(b)に示すm−m’線近傍の構造を拡大して示す断面図である。尚、第1の実施形態においては、第1の高濃度P型ソース領域6と第2の高濃度P型ソース領域8とは、2回のイオン注入によって形成される不純物分布のそれぞれと対応するものであったが、本実施形態においては、第1の高濃度P型ソース領域6と第2の高濃度P型ソース領域8との区別は特定の不純物分布に対応するものではない。具体的には、本実施形態では、ソース領域は3回以上のイオン注入よって形成され、該形成されたソース領域のうち埋め込み絶縁膜7の上端(上面)よりも下側に位置する部分を第1の高濃度P型ソース領域6とし、該形成されたソース領域のうち埋め込み絶縁膜7の上端(上面)よりも上側に位置する部分を第2の高濃度P型ソース領域8とする。また、本実施形態においても、埋め込み絶縁膜7の底面のうちの端部、つまりゲート絶縁膜4に接する部分は、第1の高濃度P型ソース領域6とN型ボディ領域3との界面よりも上側に設けられる。
FIG. 5A is a diagram showing the impurity distribution of the present embodiment along the line mm ′ shown in FIG. 1B. FIG. 5B is a diagram showing the m distribution shown in FIG. It is sectional drawing which expands and shows the structure of the vicinity of -m 'line. In the first embodiment, the first high-concentration P-
本実施形態の特徴は、図5(a)に示すように、第2の高濃度P型ソース領域8の不純物濃度、つまり埋め込み絶縁膜7の上端から半導体領域14の上面に達するまでの範囲に位置するソース領域の不純物濃度が1×1020atoms/cm3 以上であることである。ここで、第1の高濃度P型ソース領域6と第2の高濃度P型ソース領域8とからなるソース領域における不純物濃度のピーク位置は、埋め込み絶縁膜7の上端よりも上側、つまりトレンチ13内の側面に設けられるソース電極膜12の高さの範囲内にある。
As shown in FIG. 5A, the feature of the present embodiment is that the impurity concentration of the second high-concentration P-
図5(a)に示すような不純物分布を形成するために、本実施形態においては、第1の実施形態の図4(b)に示す工程で、例えば以下のようにイオン注入を行なう。すなわち、まず、P型不純物であるBを注入エネルギー4KeV、ドーズ量4×1015ions/cm2 の条件でイオン注入(注入(A))した後、同じくBを注入エネルギー20KeV、ドーズ量4×1015ions/cm2 の条件でイオン注入(注入(B))し、その後、同じくBを注入エネルギー60KeV、ドーズ量4×1015ions/cm2 の条件でイオン注入(注入(C))する。尚、本実施形態の半導体装置の製造方法は、前記の図4(b)に示す工程つまりソース領域形成工程を除いて第1の実施形態と同じである。また、図5(a)に示す不純物濃度は、注入不純物のうちアニールにより活性化される不純物濃度である。また、図5(a)において、Phos(一点鎖線)はボロン注入の前に注入されていたN型不純物(リン)の濃度である。また、本実施形態において、注入(A)〜(C)の実施順は特に限定されるものではない。また、注入(C)によって図5(a)に示す接合が形成される。 In this embodiment, in order to form the impurity distribution as shown in FIG. 5A, in the step shown in FIG. 4B of the first embodiment, for example, ion implantation is performed as follows. That is, first, B, which is a P-type impurity, is ion-implanted (implanted (A)) under conditions of an implantation energy of 4 KeV and a dose of 4 × 10 15 ions / cm 2 , and then B is implanted with an energy of 20 KeV and a dose of 4 ×. Ion implantation (implantation (B)) is performed under the condition of 10 15 ions / cm 2 , and then B is implanted (implantation (C)) under the conditions of an implantation energy of 60 KeV and a dose of 4 × 10 15 ions / cm 2. . The semiconductor device manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment except for the process shown in FIG. 4B, that is, the source region forming process. The impurity concentration shown in FIG. 5A is the impurity concentration activated by annealing among the implanted impurities. In FIG. 5A, Phos (dashed line) is the concentration of the N-type impurity (phosphorus) implanted before boron implantation. Moreover, in this embodiment, the implementation order of injection | pouring (A)-(C) is not specifically limited. Further, the junction shown in FIG. 5A is formed by the implantation (C).
以下、図6及び図7を参照しながら本実施形態の効果について説明する。図6は、ソース領域に生じる抵抗Rsの詳細を模式的に示している。また、図7は、前述のイオン注入(A)〜(C)のドレイン電流に対する影響を、ソース電極膜とソース領域との間に完全なオーミック接合が形成されている場合を基準として示している。 Hereinafter, the effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 schematically shows details of the resistance Rs generated in the source region. FIG. 7 shows the influence of the above-described ion implantation (A) to (C) on the drain current with reference to the case where a complete ohmic junction is formed between the source electrode film and the source region. .
図7に示すように、3回の注入(A)〜(C)によってソース領域形成を行なうことによってオーミック接合と同等の優れた特性が得られる。それに対して、注入回数が減るに従って特性が劣化している。これは、注入(B)によって図6に示すトレンチ側壁部接触抵抗が低減され、注入(A)によって図6に示すSi表面接触抵抗が低減されるためと考えられる。 As shown in FIG. 7, excellent characteristics equivalent to those of ohmic junction can be obtained by forming the source region by three injections (A) to (C). In contrast, the characteristics deteriorate as the number of injections decreases. This is presumably because the trench sidewall contact resistance shown in FIG. 6 is reduced by implantation (B), and the Si surface contact resistance shown in FIG. 6 is reduced by implantation (A).
すなわち、本実施形態によると、3回以上のイオン注入によりソース領域を形成するため、半導体領域14の上面から下方に離れた領域まで不純物を拡散させることができると共に、半導体領域14の上面近辺の不純物濃度を高くすることができる。従って、ソース領域とゲート電極5とを確実にオーバーラップさせ、それによりゲート−ソース間にオフセットが生じることを防止できる。また、ソース領域の上に設けられるソース電極膜12とソース領域との間に良好なオーミック接合を持つ半導体装置を得ることができる。これら2つの相乗効果によって、より低抵抗な半導体装置を得ることができる。
That is, according to the present embodiment, since the source region is formed by ion implantation three or more times, impurities can be diffused from the upper surface of the
なお、第1及び第2の実施形態において、一例としてPチャネル型MISトランジスタを用いて説明したが、本発明は、Nチャネル型MISトランジスタにも適用することができ、その場合にも同様な効果を得ることができる。 In the first and second embodiments, the P-channel type MIS transistor has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an N-channel type MIS transistor, and in this case, the same effect can be obtained. Can be obtained.
また、第1及び第2の実施形態において、ドレイン領域は、高濃度P型ドレイン領域1と、高濃度P型ドレイン領域1上に設けられた低濃度P型ドレイン領域2とを有していた。しかし、これに代えて、例えば図8に示すように、低濃度P型ドレイン領域2を設けなくてもよい。
In the first and second embodiments, the drain region has the high concentration P-
また、第1及び第2の実施形態において、トレンチ13が、半導体領域14のうち第2の高濃度P型ソース領域8、第1の高濃度P型ソース領域6およびN型ボディ領域3を貫通し、低濃度P型ドレイン領域2のうち所定の深さまで到達するように設けられていた。しかし、これに代えて、例えば図9に示すように、トレンチ13が、半導体領域14のうち第2の高濃度P型ソース領域8、第1の高濃度P型ソース領域6、N型ボディ領域3および低濃度P型ドレイン領域2を貫通し、高濃度P型ドレイン領域1のうち所定の深さまで到達するように設けられていてもよい。この場合にも、例えば図10に示すように、低濃度P型ドレイン領域2を設けなくてもよい。
In the first and second embodiments, the
図11(a)及び(b)は、図9及び図10に示す構成によって得られる効果を説明するための図である。すなわち、図11(a)及び(b)に示すように、トレンチ13を深く形成し、それによってゲート電極とドレイン領域とのオーバーラップ量Lovを増大させると、オン電流IONも増大する。逆に、トレンチ13が浅く形成されており、ゲート電極とドレイン領域とのオーバーラップ量Lovが少ない場合又はゲート電極とドレイン領域との間にオフセット(オフセット量:Loff)が生じている場合、オン電流IONが減少する。
FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining the effects obtained by the configurations shown in FIGS. 9 and 10. That is, as shown in FIGS. 11A and 11B, when the
以上に説明したように、本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、トレンチゲート型MISFETに適用した場合には、ゲート−ソース間のオフセットを回避しつつソース領域とソース電極の一部となるシリサイド膜とを良好にオーミック接合することが可能になるという効果が得られ、非常に有用である。 As described above, the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and when applied to a trench gate type MISFET, a silicide which becomes a part of a source region and a source electrode while avoiding a gate-source offset. The effect of being able to satisfactorily make ohmic contact with the film is obtained, which is very useful.
1 高濃度P型ドレイン領域
2 低濃度P型ドレイン領域
3 N型ボディ領域
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 第1の高濃度P型ソース領域
7 埋め込み絶縁膜
8 第2の高濃度P型ソース領域
9 高濃度N型拡散領域
10 シリサイド膜
11 マスク材
12 ソース電極膜
13 トレンチ
14 半導体領域
DESCRIPTION OF
Claims (28)
前記半導体領域の下部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、
前記半導体領域における前記ドレイン領域上に設けられた第2導電型のボディ領域と、
前記半導体領域における前記ボディ領域上に設けられた第1導電型の第1のソース領域と、
前記半導体領域における前記第1のソース領域上に設けられ、前記半導体領域の上面に達する第1導電型の第2のソース領域と、
前記半導体領域に設けられ、前記半導体領域の上面から前記ドレイン領域に達するトレンチと、
前記トレンチ内の少なくとも側面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記トレンチ内における前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記トレンチ内において前記ゲート電極の上を覆う絶縁膜とを備え、
前記ゲート電極のうちの前記ゲート絶縁膜に接している部分の上端は、前記第1のソース領域と前記ボディ領域との境界よりも上に設けられていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor region;
A drain region of a first conductivity type provided under the semiconductor region;
A body region of a second conductivity type provided on the drain region in the semiconductor region;
A first source region of a first conductivity type provided on the body region in the semiconductor region;
A second source region of a first conductivity type provided on the first source region in the semiconductor region and reaching the upper surface of the semiconductor region;
A trench provided in the semiconductor region and reaching the drain region from an upper surface of the semiconductor region ;
A gate insulating film provided on at least a side surface in the trench;
A gate electrode provided on the gate insulating film in the trench;
Bei example an insulating film overlying the gate electrode in said trench,
An upper end of a portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film is provided above a boundary between the first source region and the body region .
前記第2のソース領域における不純物濃度のピーク位置は、前記トレンチ内の側面に設けられる前記ソース電極の高さの範囲内にあることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The source electrode is provided from above the second source region to above the portion of the side surface in the trench where the second source region is exposed,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a peak position of the impurity concentration in the second source region is within a height range of the source electrode provided on a side surface in the trench.
前記半導体領域の下部に設けられた第1導電型のドレイン領域と、
前記半導体領域における前記ドレイン領域上に設けられた第2導電型のボディ領域と、
前記半導体領域における前記ボディ領域上に設けられ、前記半導体領域の上面に達する第1導電型のソース領域と、
前記半導体領域に設けられ、前記半導体領域の上面から前記ドレイン領域に達するトレンチと、
前記トレンチ内の少なくとも側面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記トレンチ内における前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記トレンチ内において前記ゲート電極の上を覆う絶縁膜と、
前記ソース領域の上方に設けられたソース電極とを備え、
前記絶縁膜の上端は、前記半導体領域の上面よりも下に設けられており、
前記ソース領域のうち前記絶縁膜の上端から前記半導体領域の上面までの部分の不純物濃度は1×1020atoms/cm3 以上であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor region;
A drain region of a first conductivity type provided under the semiconductor region;
A body region of a second conductivity type provided on the drain region in the semiconductor region;
A source region of a first conductivity type provided on the body region in the semiconductor region and reaching an upper surface of the semiconductor region;
A trench provided in the semiconductor region and reaching the drain region from an upper surface of the semiconductor region ;
A gate insulating film provided on at least a side surface in the trench;
A gate electrode provided on the gate insulating film in the trench;
An insulating film covering the gate electrode in the trench ;
A source electrode provided above the source region ,
The upper end of the insulating film is provided below the upper surface of the semiconductor region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration in a portion from the upper end of the insulating film to the upper surface of the semiconductor region in the source region is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more.
前記ソース領域における不純物濃度のピーク位置は、前記トレンチ内の側面に設けられる前記ソース電極の高さの範囲内にあることを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置。 The source electrode is provided from above the source region to above the portion of the side surface in the trench where the source region is exposed,
10. The semiconductor device according to claim 8 , wherein a peak position of the impurity concentration in the source region is within a height range of the source electrode provided on a side surface in the trench.
前記半導体領域に、前記半導体領域の上面から前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記トレンチ内に露出する前記半導体領域の少なくとも側面上にゲート絶縁膜を形成する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、前記トレンチ内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程(d)と、
前記工程(d)の後に、前記トレンチ内における前記ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程(e)と、
前記工程(b)の後に、前記半導体領域に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記ボディ領域の上に第1導電型の第1のソース領域を形成する工程(f)と、
前記工程(b)の後に、前記半導体領域に第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記第1のソース領域の上に、前記半導体領域の上面に達する第1導電型の第2のソース領域を形成する工程(g)とを備え、
前記工程(f)において、前記第1のソース領域と前記ボディ領域との境界が、前記ゲート電極のうちの前記ゲート絶縁膜に接している部分の上端よりも低くなるように、前記イオン注入を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Preparing a semiconductor region having a drain region and a second conductivity type body region provided on the drain region;
Forming a trench reaching the drain region from an upper surface of the semiconductor region in the semiconductor region (b);
(C) forming a gate insulating film on at least a side surface of the semiconductor region exposed in the trench after the step (b);
A step (d) of forming a gate electrode on the gate insulating film in the trench after the step (c);
A step (e) of forming an insulating film on the gate electrode in the trench after the step (d);
After the step (b), a step (f) of forming a first source region of the first conductivity type on the body region by ion implantation of a first conductivity type impurity into the semiconductor region;
After the step (b), a first conductivity type second ion reaching the upper surface of the semiconductor region is formed on the first source region by ion implantation of a first conductivity type impurity into the semiconductor region. e Bei and step (g) forming a source region,
In the step (f), the ion implantation is performed so that a boundary between the first source region and the body region is lower than an upper end of a portion of the gate electrode that is in contact with the gate insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記工程(h)において、前記シリサイド膜上に前記ソース電極を形成することを特徴とする請求項16又は17に記載の半導体装置の製造方法。 A step of forming a silicide film on the second source region after the step (e), the step (f) and the step (g) and before the step (h);
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16 , wherein the source electrode is formed on the silicide film in the step (h).
前記半導体領域に、前記半導体領域の上面から前記ドレイン領域に達するトレンチを形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記トレンチ内に露出する前記半導体領域の少なくとも側面上にゲート絶縁膜を形成する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、前記トレンチ内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程(d)と、
前記工程(d)の後に、前記トレンチ内における前記ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程(e)と、
前記工程(b)の後に、前記半導体領域に第1導電型の不純物を少なくとも3回以上に分けてイオン注入することにより、前記ボディ領域の上に第1導電型のソース領域を形成する工程(j)と、
前記工程(e)及び前記工程(j)の後に、前記ソース領域の上方にソース電極を形成する工程(k)とを備え、
前記絶縁膜の上端は、前記半導体領域の上面よりも下に設けられており、
前記ソース領域のうち前記絶縁膜の上端から前記半導体領域の上面までの部分の不純物濃度は1×1020atoms/cm3 以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Preparing a semiconductor region having a drain region and a second conductivity type body region provided on the drain region;
Forming a trench reaching the drain region from an upper surface of the semiconductor region in the semiconductor region (b);
(C) forming a gate insulating film on at least a side surface of the semiconductor region exposed in the trench after the step (b);
A step (d) of forming a gate electrode on the gate insulating film in the trench after the step (c);
A step (e) of forming an insulating film on the gate electrode in the trench after the step (d);
After the step (b), a first conductivity type source region is formed on the body region by ion implantation of a first conductivity type impurity into the semiconductor region at least three times or more ( j) and
A step (k) of forming a source electrode above the source region after the step (e) and the step (j) ,
The upper end of the insulating film is provided below the upper surface of the semiconductor region,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity concentration in a portion from the upper end of the insulating film to an upper surface of the semiconductor region in the source region is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more.
前記工程(k)において、前記シリサイド膜上に前記ソース電極を形成することを特徴とする請求項22又は23に記載の半導体装置の製造方法。 A step of forming a silicide film on the source region after the step (e) and the step (j) and before the step (k);
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22 , wherein the source electrode is formed on the silicide film in the step (k).
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