JP5023423B2 - Vertical insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、良好な素子特性を有する縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
産業用パワースイッチ等に用いられるパワーデバイスとして、縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(Metal Insulated Semiconductor Field Effect Transistor:MISFET)が使用されている。縦型MISFETは、半導体基板の表面側からプレーナ型拡散技術を用いて形成され、基板の厚み方向に主電流経路を持つ。
【0003】
縦型MISFETは、例えば、相対的に不純物濃度の高いN+型のドレイン領域と、ドレイン領域上に設けられ、相対的に不純物濃度の低いN型のドリフト領域と、ドリフト領域内に設けられたP型のベース領域と、ベース領域内に設けられ、ドリフト領域よりも不純物濃度の高いN型のソース領域と、を備えた半導体基板から構成される。半導体基板の一面上には、ベース領域とソース領域とに電気的に接続されたソース電極が形成され、半導体基板の他面上にはドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極が形成され、また、ソース領域とドリフト領域との間のベース領域(チャネル領域)の上方には、絶縁膜を介してゲート電極が形成されている。
【0004】
上記構造の縦型MISFETは、基板の厚み方向に電流が流れるため、比較的大きな電流を流すことができる、などの利点を有する。しかし、一般的に、十分に低い動作抵抗(オン抵抗)を得ることが難しいという問題がある。
【0005】
動作抵抗の低減を図った縦型MISFETとして、隣接するベース領域(チャネル領域)に挟まれたドリフト領域の表面領域の不純物濃度を高め、N型の比較的濃度の高いドリフト領域を設けたものがある。ここで、50〜60Vの耐圧を有するMISFETの場合、比較的濃度の高いドリフト領域の不純物濃度は、ドリフト層よりも2倍程度高いが、ベースチャネル領域よりも1桁以上低いように設定されている。このようにチャネル領域に隣接する比較的濃度の高いドリフト領域を設けることにより、主電流通路の抵抗が低減され、動作抵抗が減少する。このような縦型MISFETは、例えば、特公平3-70387号公報に開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、ドリフト領域の表面領域の不純物濃度を高めることにより、動作抵抗を低減させることができるものの、不純物濃度を過度に高くしたり、その深さを過度に深くすると、素子の耐圧が低下する。このため、通常、比較的濃度の高いドリフト領域の不純物濃度は、上述のようにドリフト領域の2倍程度、かつ、ベースチャネル領域の不純物濃度の1/20程度に設定せざるを得ない。このように、従来の、比較的濃度の高いドリフト領域を備えた縦型MISFETは、この比較的濃度の高い領域の不純物濃度を十分に高めて、十分に低い動作抵抗を得ることは困難であった。
【0007】
上記事情を鑑みて、本発明は、良好な素子特性を有する縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、低い動作抵抗を有する縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点にかかる縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、
第1導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域上に設けられ、前記ドレイン領域よりも不純物濃度の低い第1導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域内に複数設けられ、ゲート電圧の印加時にチャネル領域が形成される第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域内に設けられ、前記ドリフト領域よりも不純物濃度の高い第1導電型のソース領域と、
互いに隣接する前記ベース領域に挟まれた、前記ドリフト領域の表面領域に設けられ、前記ドリフト領域よりも不純物濃度が高く、かつ、前記ベース領域の不純物濃度の1/10以上の不純物濃度を有し、幅が0.5μm以下であり、高濃度ドリフト領域単体の不純物拡散で得られるガウシアン分布に比べて縦方向になだらかな不純物濃度分布を有する高濃度ドリフト領域と、
前記チャネル領域の上方に設けられ、前記チャネル領域に前記ゲート電圧を印加する、幅が2.5μm以下のストライプ状の複数のゲート電極と、
を備え、
前記ゲート電極の幅は前記ベース領域の深さの5/3以下に設定される、ことを特徴とする。
【0010】
上記構成において、前記高濃度ドリフト領域は、前記ベース領域の不純物濃度の1/5以上の不純物濃度を有することが望ましい。
【0011】
上記構成において、前記高濃度ドリフト領域は、両側の前記ドリフト領域と接して設けられていることが望ましい。
【0012】
上記構成において、前記高濃度ドリフト領域の幅は、例えば、前記ベース領域の幅に対して1/8以下に設定されている。
また、前記高濃度ドリフト領域の深さは、例えば、前記ベース領域の幅に対して、0.9〜1.4の範囲に設定されている。
また、前記高濃度ドリフト領域の幅は、例えば、前記ベース領域の深さの1/2.5以下に設定されている。
【0013】
上記構成において、半導体基板として形成されており、前記高濃度ドリフト領域は、前記ベース領域との界面が前記半導体基板の主面に対して前記縦方向にほぼ垂直であることとしてもよい。
【0014】
上記目的を達成するため、本発明の第2の観点にかかる縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法は、
第1導電型のドレイン領域と、前記ドレイン領域上に設けられ、前記ドレイン領域よりも不純物濃度の低い第1導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域内に設けられた第2導電型のベース領域と、前記べース領域内に設けられ、前記ドリフト領域よりも不純物濃度の高い第1導電型のソース領域と、幅が2.5μm以下の複数のストライプ状のゲート電極とを有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記ドリフト領域を構成する第1導電型の半導体領域に、前記ゲート電極を介して同一導電型の不純物を選択的に導入して、前記ドリフト領域よりも不純物濃度が高く、かつ、前記ベース領域の不純物濃度の1/10以上の不純物濃度を有する高濃度ドリフト領域を形成する高濃度ドリフト領域形成工程と、
前記ゲート電極の間の領域を介して第2導電型の不純物を選択的に導入して、互いに隣接する前記高濃度ドリフト領域の間に前記ベース領域を形成するとともに、前記高濃度ドリフト領域について幅を0.5μm以下とし不純物濃度分布を高濃度ドリフト領域単体の不純物拡散で得られるガウシアン分布に比べて縦方向になだらかとする工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(Metal Insulated Semiconductor Field Effect Transistor:MISFET)について、以下図面を参照して説明する。
【0016】
図1に、本発明の実施の形態にかかる縦型MISFET11の断面構成を示す。
図1に示すように、MISFET11は、ドレイン領域12と、ドリフト領域13と、ベース領域14と、ソース領域15と、を備えた半導体基板16を備える。
【0017】
ドレイン領域12は、相対的に高い濃度で不純物が導入されたN+型の半導体領域から構成される。ドレイン領域12は、例えば、1×1019cm−3程度の不純物濃度に設定されている。このとき、ドレイン領域12の抵抗率(または導電率)は、5.2Ω・cm程度である。
【0018】
ドリフト領域13は、ドレイン領域12上にエピタキシャル成長により形成された、相対的に低い濃度で不純物が導入されたN型の半導体領域である。ドリフト領域13は、例えば、4.3μm程度の深さ(厚さ)で、6.2×1015cm−3程度の不純物濃度に設定されている。このとき、ドリフト領域13の抵抗率(または導電率)は、0.8Ω・cm程度である。
【0019】
ベース領域14は、ドリフト領域13の表面領域に複数形成されている。ベース領域14は、P型の不純物導入により形成されたP型半導体領域から構成される。ベース領域14は、例えば、1.5μm程度の深さで形成され、4×1017cm−3程度の不純物濃度に設定されている。このとき、ベース領域14の抵抗率(または導電率)の最小値は、0.2Ω・cm程度である。ここで、ベース領域14の深さとは、ベース領域14とドリフト領域13との界面に形成されたPN接合の最も深い位置から、ベース領域14の露出面までの距離をいう。
【0020】
ベース領域14の表面領域には、相対的に不純物濃度の高いN+型の半導体領域からなるソース領域15が形成されている。ソース領域15は、各ベース領域14に2つ、互いに離間して形成されている。ソース領域15は、例えば、0.25μm程度の深さで形成され、例えば、1×1020cm−3程度の不純物濃度を有する。このとき、ソース領域15のシート抵抗は、60Ω/□程度である。
【0021】
ここで、隣接するベース領域14の間には、ドリフト領域13にN型の不純物が導入された、幅狭のN+型の高濃度ドリフト領域17が、ベース領域14に隣接して配置されている。すなわち、N型のドリフト領域13の表面領域は、複数のベース領域14と、各ベース領域14間のN+型の高濃度ドリフト領域17と、により、覆われている。
【0022】
N+型の高濃度ドリフト領域17はN型のドリフト領域13にイオン打ち込みにより形成されている。高濃度ドリフト領域17の不純物濃度は、ドリフト領域13よりも、20倍程度高濃度に設定され、最も不純物濃度の高くなる部分で、例えば、1.7×1017cm−3程度の不純物濃度とされている。すなわち、高濃度ドリフト領域17の不純物濃度は、ベース領域14の不純物濃度とほぼ同じオーダ以上で、特に、その1/5以上となるように設定されている。ここで、同じオーダ以上とは、1/10倍以上であることを指す。
このとき、高濃度ドリフト領域17の抵抗率は、不純物濃度が低い領域で、72mΩ・cm程度である。
【0023】
図2に、MISFET11を構成する半導体基板16の上面図を示す。図2に示すように、半導体基板16の表面には、P型のベース領域14がストライプ状に略等間隔に配置されている。ベース領域14の幅は、例えば、4μm程度である。ここで、ベース領域14の幅とは、ベース領域14の露出面における、最も広い横方向の幅をいう。
【0024】
各ベース領域14には、N+型のソース領域15が、ベース領域14と略平行のストライプ状に形成されている。ソース領域15は、例えば、0.8μm程度の幅で形成されている。なお、ソース領域15は、ドット状に設けられていてもよい。
【0025】
ベース領域14の間のN+型の高濃度ドリフト領域17は、ベース領域14と略平行のストライプ状に形成されている。高濃度ドリフト領域17は、例えば、0.5μm以下、例えば、0.3μm程度の幅で幅狭に設けられている。高濃度ドリフト領域17の幅は、ベース領域14の幅に対して、1:8の比となり、かつ、ベース領域14の深さの1/2.5以下であるように設けられている。ここで、高濃度ドリフト領域17の幅とは、ベース領域14に挟まれて、半導体基板16の主面に露出した部分の最も広い横方向の幅をいう。
【0026】
図1に戻り、高濃度ドリフト層の深さは、ベース領域14の幅の0.9倍〜1.4倍の範囲にあるように設定され、例えば、3.6μm〜5.6μmとされている。ここで、高濃度ドリフト領域17の深さとは、その不純物濃度がドリフト領域13の不純物濃度に対して20%上昇した位置から半導体基板16の主面までの距離をいう。
【0027】
ベース領域14および高濃度ドリフト領域17の形成において、ベース領域14の横方向への拡散は、高濃度ドリフト領域17を形成するN型拡散層の横方向の拡散と互いに相殺している。この結果、横幅の狭い高濃度ドリフト領域17と、ベース領域14の深さに比較して十分に短いチャネル領域(ch)が形成される。
【0028】
また、ベース領域14と高濃度ドリフト領域17とは、深さ方向横方向および斜め方向への2次元的な広がりを有するため、両領域14、17の不純物が互いに相殺しあう。結果として、高濃度ドリフト領域17の縦方向の不純物分布は、単体の不純物拡散で得られるガウシアン分布に比べて、十分になだらかな不純物濃度分布を示している。
【0029】
図1に戻り、ドレイン領域12の露出面には、アルミニウム等からなるドレイン電極18が設けられている。ドレイン電極18は、ドレイン領域12と電気的に接続している。
【0030】
ベース領域14内の2つのソース領域15のそれぞれ一部と、2つのソース領域15に挟まれたベース領域14と、の上には、ソース電極19が設けられている。ソース電極19は、アルミニウム等からなり、2つのソース領域15と電気的に接続している。
【0031】
ベース領域14内の1つのソース領域15の一部と、これと隣接する他のベース領域14の1つのソース領域15の一部と、2つのベース領域14に挟まれた高濃度ドリフト領域17と、の上方には、シリコン酸化膜等の絶縁膜20を介してゲート電極21が設けられている。ゲート電極21は、不純物の導入されたポリシリコン等から構成される。ゲート電極21の幅は、ベース領域14の深さの5/3以下となるように設定され、この場合、2.5μm以下とされている。
【0032】
ゲート電極21の下の絶縁膜20は、ゲート絶縁膜として機能する。ゲート電圧が印加されると、ゲート電極21の下方に位置するベース領域14には、ソース領域15とドリフト領域13とを接続するチャネル領域(ch)が形成される。チャネル領域(ch)を通じてソース電極19からドリフト領域13へと流れる電流は、ドレイン領域12へと流れる。
【0033】
ここで、チャネル領域(ch)を介してソース領域15と接続するのは、高濃度ドリフト領域17である。高濃度ドリフト領域17は、前述したように、ドリフト領域13よりも20倍程度高い不純物濃度に設定されている。すなわち、チャネル領域(ch)を含むベース領域14の不純物濃度とほぼ同一のオーダ以上で、特に、その1/5以上となっている。実験により、高濃度ドリフト領域17が存在しない、ゲート電極21の幅の大きいMISFETの場合と比べて、ソース領域15からドレイン領域12へとつながる主電流経路の面積当たりの抵抗率は大幅に低減され、MISFET11の低い動作抵抗(オン抵抗)が得られるという知見が得られている。
【0034】
また、高濃度ドリフト領域17は、イオン打ち込み技術と、上述したベース領域14の横方向への広がりによる相殺により、0.5μm以下の幅に設けられている。このように幅狭に設けられていることにより、高導電性の高濃度ドリフト領域17における耐圧の低下は補償される。また、ゲート電極21は、幅の狭い高濃度ドリフト領域17を介して対向しており、ゲート−ドレイン間容量は実質的に小さく、高速なスイッチング特性が得られる。
【0035】
さらにまた、高いドレイン電圧を印加した状態で比較的大きな電流を流した場合には、幅狭のN+型高濃度ドリフト領域17と、その両側に隣接するP型ベース領域14と、によって形成される適度なJFET(Junction FET)効果が得られ、過剰な電流は抑制される。これにより、素子破壊は起こりにくくなる。また、ゲート電極21の直下に配置された高濃度ドリフト領域17は、ベース領域14との間で縦方向のいわゆるリサーフ的な電界緩和機能を有し、高い耐圧を維持可能である。
【0036】
さらに、図1のMISFET11では、高濃度ドリフト領域17の横方向および縦方向の拡散と、ベース領域14の横方向および縦方向の拡散とが、2次元的に相殺された不純物分布となっており、ベース領域14の濃度がチャネル領域の濃度よりも大幅に高く設定されている。また、高濃度ドリフト領域17の幅が非常に狭くなっている。このため、サージ電圧が印加され、PN接合のアバランシェ降伏が起こった場合でも、降伏電流は、ソース領域15の下部を流れる成分が相対的に少なく、ソース電極19から直接にMISFET11の縦方向を流れる。結果として、ディープベース構造(ベース領域14の中央側を選択的に深く形成した構造)にしなくても、寄生トランジスタ動作が起こることを良好に防止できる。
【0037】
以下、上記構成のMISFET11の製造方法について、図面を参照して説明する。
まず、ドレイン領域12を構成する、相対的に不純物濃度の高いN+型の半導体基板16を用意する。半導体基板16の上に、ドリフト領域13を構成する、相対的に不純物濃度の低いN型半導体層22を、エピタキシャル成長法により形成する。次いで、N型半導体層22の上面に熱処理を施して、図3(a)に示すように、薄い絶縁膜(シリコン酸化膜)23を形成する。
【0038】
次いで、絶縁膜23の上面に化学気相成長法によりポリシリコン膜を形成する。形成したポリシリコン膜に不純物を導入して、導電性を付与する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン膜を所定のパターンにエッチングし、ゲート電極21を形成する。続いて、ゲート電極21と、絶縁膜23と、を介して、N型半導体層22にN型の不純物を選択的にイオン注入する。これにより、図3(b)に示すように、相対的に不純物濃度の高いN+型の高濃度ドリフト領域17が形成される。
【0039】
続いて、隣接するゲート電極21の間の絶縁膜23を介してN型半導体層22の表面領域に、P型不純物と、N型不純物と、を順次イオン注入し、これを拡散する。これにより、図4(c)に示すように、N型半導体層22の表面領域に反転したP型のベース領域14が形成され、次いで、形成されたベース領域14の表面領域にN+型のソース領域15が形成される。
【0040】
ここで、隣接するベース領域14を形成するためのP型不純物導入用のマスクであるゲート電極21の幅は十分に狭く、その幅は隣り合うベース領域14からのP型不純物の横方向拡散よりも小さくなっている。しかし、不純物拡散工程の前には、N+型の高濃度ドリフト領域17が形成工程があり、高濃度ドリフト領域17の存在により隣接するP型のベース領域14同士の結合等は防がれる。
【0041】
続いて、ベース領域14、ポリシリコン膜等を覆うように、層間絶縁膜(シリコン酸化膜)を形成する。さらに、層間絶縁膜および絶縁膜23を、フォトリソグラフィ技術によりエッチングして、ベース領域14およびソース領域15を底部とする開口24を形成する。
【0042】
続いて、開口24を埋めるようにスパッタリング等によりアルミニウム等からなる導体層(ソース電極19)を形成する。さらに、ドレイン領域12に接続するチタン、ニッケル等からなる導体層(ドレイン電極18)を形成する。以上で、本実施の形態にかかるMISFET11が形成される。
【0043】
以上説明したように、上記実施の形態の本発明では、ベース領域14に挟まれたドリフト領域13の表面領域に、不純物濃度の高い高濃度ドリフト領域17を設けている。高濃度ドリフト領域17は、ゲート電極21下方のベース領域14(チャネル領域)に隣接し、ソース領域15からドレイン領域12へとつながる主電流経路の一部を構成する。高濃度ドリフト領域17により、主電流経路の抵抗は低減され、素子の低い動作抵抗が得られる。
【0044】
また、高濃度ドリフト領域17は、0.5μm以下の狭い幅で形成されている。これにより、素子の耐圧低下を防ぎつつ、高濃度ドリフト領域17の導電性を高めることが可能となる。従って、高濃度ドリフト領域17の不純物濃度を、ドリフト領域13よりも高く、ベースチャネル領域とほぼ同一のオーダ以上で、特に、その1/5以上の不純物濃度に設定して、低い動作抵抗を得ることができる。
【0045】
さらに、MISFET11の製造面から見た場合には、ベース領域14間には高濃度ドリフト領域17が幅狭に配置され、ベース領域14同士の間隔は実質的に狭くなり、高い実装密度が得られる。
【0046】
例えば、1.3×1016cm−3程度の比較的濃度の高いドリフト領域を用いて、図5に示すような素子を構築した場合には、比較的濃度の高い濃度ドリフト領域の幅は、3μm程度必要となる。上記実施の形態における高濃度ドリフト領域17の幅は0.3μm程度まで低減可能であり、1/10程度にまで縮小可能であることがわかる。従って、同程度あるいはそれ以下の動作抵抗を達成しつつ、高い実装密度を得られる。
【0047】
また、本実施の形態の構成によれば、トレンチ型の縦型MISFETと異なり、シンプルな構造を有しつつ、トレンチ型と同様の低い動作抵抗が得られる。このように、動作抵抗等の素子特性の良好なMISFET11を、生産性よくかつ安価な設備を用いて歩留まりよく提供することができる。
【0048】
また、BCD等のICへの搭載を行った場合、トレンチ型のMISFETに比較して、他の素子を作成する工程との融合性が高く、生産性の高いプロセスを構築できる。
【0049】
本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形態様について、説明する。
【0050】
上記実施の形態では、ゲート電極21を構成するポリシリコン膜を形成した後に、高濃度ドリフト領域17を形成した。しかし、高濃度ドリフト領域17を形成した後に、ゲート電極21等を形成しても良い。
【0051】
また、高濃度ドリフト領域17は、ベース領域14を形成した後に、N型不純物を高加速イオン注入法により導入して形成しても良い。また、ベース領域14と高濃度ドリフト領域17との両方を高加速イオン注入法により形成しても良い。
【0052】
このとき、さらに、イオン注入の加速電圧を段階的あるいは連続的に変化させることで、高濃度ドリフト領域17の深さ方向の不純物濃度プロファイルを制御することができる。
【0053】
また、ベース領域14のソース電極19との接触領域に、選択的に不純物濃度の高い領域を形成して、コンタクト抵抗を低減させることができる。
【0054】
上記実施の形態では、N型の半導体基板16にMISFET11を形成するものとした。しかし、これに限らず、P型の半導体基板16を用いて逆導電型の素子構成としてもよい。
【0055】
また、上記実施の形態では、ベース領域14およびこれに隣接する高濃度ドリフト領域17は、ストライプ状に形成されるものとした。しかし、これに限らず、ループ状に形成するなど、他の形状であってもよい。
【0056】
上記実施の形態では、本発明は、縦型MISFET11に適用するものとした。しかし、これに限らず、本発明は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)等にも適用することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、良好な素子特性を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成を示す図である。
【図2】図1に示す半導体基板の上面図である。
【図3】本発明の実施の形態にかかるMISFETの製造工程を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態にかかるMISFETの製造工程を示す図である。
【図5】MISFETの比較例を示す図である。
【符号の説明】
11 MISFET
12 ドレイン領域
13 ドリフト領域
14 ベース領域
15 ソース領域
16 半導体基板
17 高濃度ドリフト領域
18 ドレイン電極
19 ソース電極
20 絶縁膜
21 ゲート電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical insulated gate field effect transistor having good device characteristics and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a power device used for an industrial power switch or the like, a vertical insulated gate field effect transistor (MISFET) is used. The vertical MISFET is formed from the surface side of the semiconductor substrate using a planar diffusion technique and has a main current path in the thickness direction of the substrate.
[0003]
The vertical MISFET is provided, for example, in an N + type drain region having a relatively high impurity concentration, an N type drift region having a relatively low impurity concentration, and in the drift region. The semiconductor substrate includes a P-type base region and an N-type source region provided in the base region and having an impurity concentration higher than that of the drift region. A source electrode electrically connected to the base region and the source region is formed on one surface of the semiconductor substrate, and a drain electrode electrically connected to the drain region is formed on the other surface of the semiconductor substrate, A gate electrode is formed above the base region (channel region) between the source region and the drift region via an insulating film.
[0004]
The vertical MISFET having the above structure has an advantage that a relatively large current can be flowed because a current flows in the thickness direction of the substrate. However, in general, there is a problem that it is difficult to obtain a sufficiently low operating resistance (ON resistance).
[0005]
As a vertical MISFET designed to reduce operating resistance, an impurity concentration in the surface region of a drift region sandwiched between adjacent base regions (channel regions) is increased, and an N-type drift region having a relatively high concentration is provided. is there. Here, in the case of a MISFET having a withstand voltage of 50 to 60 V, the impurity concentration in the relatively high drift region is set to be about twice as high as that of the drift layer but one digit or more lower than that of the base channel region. Yes. Thus, by providing a relatively high concentration drift region adjacent to the channel region, the resistance of the main current path is reduced and the operating resistance is reduced. Such a vertical MISFET is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 3-70387.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, although the operating resistance can be reduced by increasing the impurity concentration of the surface region of the drift region, if the impurity concentration is excessively increased or the depth thereof is excessively deep, The pressure resistance decreases. For this reason, normally, the impurity concentration of the drift region having a relatively high concentration must be set to about twice the drift region as described above and to about 1/20 of the impurity concentration of the base channel region. As described above, it is difficult for the conventional vertical MISFET having a relatively high concentration drift region to sufficiently increase the impurity concentration in the relatively high concentration region to obtain a sufficiently low operating resistance. It was.
[0007]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a vertical insulated gate field effect transistor having good device characteristics and a method for manufacturing the same.
Another object of the present invention is to provide a vertical insulated gate field effect transistor having a low operating resistance and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a vertical insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention provides:
A drain region of a first conductivity type;
A drift region of a first conductivity type provided on the drain region and having an impurity concentration lower than that of the drain region;
A plurality of base regions of a second conductivity type provided in the drift region and having a channel region formed when a gate voltage is applied;
A source region of a first conductivity type provided in the base region and having an impurity concentration higher than that of the drift region;
Provided in the surface region of the drift region sandwiched between the base regions adjacent to each other, having an impurity concentration higher than that of the drift region and having an impurity concentration of 1/10 or more of the impurity concentration of the base region the width is not less 0.5μm or less, a high density drift region having a Do impurity concentration distribution or Dara name in the longitudinal direction compared to the Gaussian distribution obtained by diffusion of a high concentration drift region alone,
A plurality of stripe-shaped gate electrodes each having a width of 2.5 μm or less, which is provided above the channel region and applies the gate voltage to the channel region;
With
The width of the gate electrode is set to 5/3 or less of the depth of the base region.
[0010]
In the above configuration, the high concentration drift region preferably has an impurity concentration of 1/5 or more of the impurity concentration of the base region.
[0011]
In the above configuration, the high concentration drift region is preferably provided in contact with the drift regions on both sides.
[0012]
In the above configuration, the width of the high concentration drift region is set to 1/8 or less of the width of the base region, for example.
The depth of the high concentration drift region is set to a range of 0.9 to 1.4 with respect to the width of the base region, for example.
Further, the width of the high concentration drift region is set to, for example, 1 / 2.5 or less of the depth of the base region .
[0013]
In the above configuration, the high concentration drift region may be formed as a semiconductor substrate, and an interface between the high concentration drift region and the base region may be substantially perpendicular to the longitudinal direction with respect to a main surface of the semiconductor substrate.
[0014]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a vertical insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention provides:
A drain region of a first conductivity type, a drift region of a first conductivity type provided on the drain region and having an impurity concentration lower than that of the drain region, and a base region of a second conductivity type provided in the drift region And a first conductivity type source region which is provided in the base region and has an impurity concentration higher than that of the drift region, and a plurality of stripe-shaped gate electrodes having a width of 2.5 μm or less. A method of manufacturing a field effect transistor, comprising:
An impurity of the same conductivity type is selectively introduced into the first conductivity type semiconductor region constituting the drift region via the gate electrode, and the impurity concentration is higher than that of the drift region, and the base region A high concentration drift region forming step for forming a high concentration drift region having an impurity concentration of 1/10 or more of the impurity concentration;
A second conductivity type impurity is selectively introduced through a region between the gate electrodes to form the base region between the adjacent high-concentration drift regions, and a width of the high-concentration drift region. a step of whether Dara na longitudinally than the impurity concentration distribution and 0.5μm or less Gaussian distribution obtained by diffusion of a high concentration drift region alone, and
It is characterized by comprising.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A vertical insulated gate field effect transistor (MISFET) according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a
As shown in FIG. 1, the
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
A plurality of
[0020]
A
[0021]
Here, between the
[0022]
The N + type high
At this time, the resistivity of the high
[0023]
FIG. 2 shows a top view of the
[0024]
In each
[0025]
The N + type high
[0026]
Returning to FIG. 1, the depth of the high-concentration drift layer is set to be in the range of 0.9 to 1.4 times the width of the
[0027]
In the formation of the
[0028]
Further, since the
[0029]
Returning to FIG. 1, a
[0030]
A
[0031]
A part of one
[0032]
The insulating
[0033]
Here, the high
[0034]
Further, the high
[0035]
Furthermore, when a relatively large current is applied in a state where a high drain voltage is applied, it is formed by a narrow N + type high
[0036]
Further, in the
[0037]
Hereinafter, a method of manufacturing the
First, an N +
[0038]
Next, a polysilicon film is formed on the upper surface of the insulating
[0039]
Subsequently, P-type impurities and N-type impurities are sequentially ion-implanted into the surface region of the N-
[0040]
Here, the width of the
[0041]
Subsequently, an interlayer insulating film (silicon oxide film) is formed so as to cover the
[0042]
Subsequently, a conductor layer (source electrode 19) made of aluminum or the like is formed by sputtering or the like so as to fill the
[0043]
As described above, in the present invention of the above embodiment, the high
[0044]
The high
[0045]
Further, when viewed from the manufacturing side of the
[0046]
For example, when a device as shown in FIG. 5 is constructed using a drift region having a relatively high concentration of about 1.3 × 10 16 cm −3 , the width of the concentration drift region having a relatively high concentration is About 3 μm is required. It can be seen that the width of the high
[0047]
Further, according to the configuration of the present embodiment, unlike the trench type vertical MISFET, a low operating resistance similar to that of the trench type can be obtained while having a simple structure. As described above, the
[0048]
In addition, when mounted on an IC such as a BCD, compared with a trench type MISFET, it is highly compatible with a process of creating other elements, and a process with high productivity can be constructed.
[0049]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible. Hereinafter, modifications of the above-described embodiment applicable to the present invention will be described.
[0050]
In the above embodiment, the high-
[0051]
Alternatively, the high
[0052]
At this time, the impurity concentration profile in the depth direction of the high
[0053]
Further, a region having a high impurity concentration can be selectively formed in the contact region of the
[0054]
In the above embodiment, the
[0055]
In the above embodiment, the
[0056]
In the above embodiment, the present invention is applied to the
[0057]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, an insulated gate field effect transistor having good device characteristics is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an insulated gate field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view of the semiconductor substrate shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the MISFET according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the MISFET according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a comparative example of a MISFET.
[Explanation of symbols]
11 MISFET
12
Claims (8)
前記ドレイン領域上に設けられ、前記ドレイン領域よりも不純物濃度の低い第1導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域内に複数設けられ、ゲート電圧の印加時にチャネル領域が形成される第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域内に設けられ、前記ドリフト領域よりも不純物濃度の高い第1導電型のソース領域と、
互いに隣接する前記ベース領域に挟まれた、前記ドリフト領域の表面領域に設けられ、前記ドリフト領域よりも不純物濃度が高く、かつ、前記ベース領域の不純物濃度の1/10以上の不純物濃度を有し、幅が0.5μm以下であり、高濃度ドリフト領域単体の不純物拡散で得られるガウシアン分布に比べて縦方向になだらかな不純物濃度分布を有する高濃度ドリフト領域と、
前記チャネル領域の上方に設けられ、前記チャネル領域に前記ゲート電圧を印加する、幅が2.5μm以下のストライプ状の複数のゲート電極と、
を備え、
前記ゲート電極の幅は前記ベース領域の深さの5/3以下に設定される、ことを特徴とする縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。A drain region of a first conductivity type;
A drift region of a first conductivity type provided on the drain region and having an impurity concentration lower than that of the drain region;
A plurality of base regions of a second conductivity type provided in the drift region and having a channel region formed when a gate voltage is applied;
A source region of a first conductivity type provided in the base region and having an impurity concentration higher than that of the drift region;
Provided in the surface region of the drift region sandwiched between the base regions adjacent to each other, having an impurity concentration higher than that of the drift region and having an impurity concentration of 1/10 or more of the impurity concentration of the base region the width is not less 0.5μm or less, a high density drift region having a Do impurity concentration distribution or Dara name in the longitudinal direction compared to the Gaussian distribution obtained by diffusion of a high concentration drift region alone,
A plurality of stripe-shaped gate electrodes each having a width of 2.5 μm or less, which is provided above the channel region and applies the gate voltage to the channel region;
With
The vertical insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein a width of the gate electrode is set to 5/3 or less of a depth of the base region.
前記ドリフト領域を構成する第1導電型の半導体領域に、前記ゲート電極を介して同一導電型の不純物を選択的に導入して、前記ドリフト領域よりも不純物濃度が高く、かつ、前記ベース領域の不純物濃度の1/10以上の不純物濃度を有する高濃度ドリフト領域を形成する高濃度ドリフト領域形成工程と、
前記ゲート電極の間の領域を介して第2導電型の不純物を選択的に導入して、互いに隣接する前記高濃度ドリフト領域の間に前記ベース領域を形成するとともに、前記高濃度ドリフト領域について幅を0.5μm以下とし不純物濃度分布を高濃度ドリフト領域単体の不純物拡散で得られるガウシアン分布に比べて縦方向になだらかとする工程と、
を備える、ことを特徴とする縦型絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法。A drain region of a first conductivity type, a drift region of a first conductivity type provided on the drain region and having an impurity concentration lower than that of the drain region, and a base region of a second conductivity type provided in the drift region And a first conductivity type source region which is provided in the base region and has an impurity concentration higher than that of the drift region, and a plurality of stripe-shaped gate electrodes having a width of 2.5 μm or less. A method of manufacturing a field effect transistor, comprising:
An impurity of the same conductivity type is selectively introduced into the first conductivity type semiconductor region constituting the drift region via the gate electrode, and the impurity concentration is higher than that of the drift region, and the base region A high concentration drift region forming step for forming a high concentration drift region having an impurity concentration of 1/10 or more of the impurity concentration;
A second conductivity type impurity is selectively introduced through a region between the gate electrodes to form the base region between the adjacent high-concentration drift regions, and a width of the high-concentration drift region. a step of whether Dara na longitudinally than the impurity concentration distribution and 0.5μm or less Gaussian distribution obtained by diffusion of a high concentration drift region alone, and
A method of manufacturing a vertical insulated gate field effect transistor, comprising:
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