JP5526220B2 - エピタキシャル層およびそれに関連する構造を含む半導体デバイスを形成する方法 - Google Patents
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Description
米国政府は、本発明において、一括払ライセンスおよび米国陸軍研究所によって授与された米国陸軍契約番号W911NF−04−2−0021の条件によって規定されるような妥当な条件で、特許権者が他人にライセンスを与えることを求める権利を、限られた状況で有する。
本発明はエレクトロニクスに関し、より詳細には、半導体デバイスおよび関連する構造を製造する方法に関する。
大電流を送り、高電圧を保持するために、半導体パワーデバイスが広く使用されている。最新の半導体パワーデバイスは一般に単結晶のシリコン半導体材料から製造されている。広く使用されている1つのパワーデバイスとして、パワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)がある。このパワーMOSFETでは、二酸化シリコンにすることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない介在絶縁体により半導体表面から隔離されたゲート電極に制御信号が供給される。バイポーラトランジスタの作動で使用される少数キャリアの注入が存在しない状態で、多数キャリアのトランスポートにより電流の伝導が生じる。パワーMOSFETは、優れた安全な作動エリアを提供でき、1つのユニットセル構造内に並列にすることができる。
本発明の一部の実施形態によれば、半導体デバイスを形成する方法は、第1の導電タイプの半導体層内に前記第1の導電タイプのターミナル領域を形成するステップと、前記半導体層内に第2の導電タイプのウェル領域を形成するステップとを含むことができる。前記ウェル領域は、前記半導体層内の前記ターミナル領域の少なくとも一部に隣接してよく、前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深くすることができ、前記第1と第2の導電タイプとは異なっていてもよい。前記半導体層上にエピタキシャル半導体層を形成してよく、前記ターミナル領域と電気的な接触を設けている、前記第1の導電タイプのターミナルコンタクト領域を前記エピタキシャル半導体層内に形成してよい。さらに、前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成してよい。
さまざまな実施形態を示す添付図面を参照して、本発明についてさらに完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形式で実施することが可能であり、ここに提示されている実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例はこの開示が十分でかつ完全となり、本発明の範囲を当業者に完全に伝達するために提供されている。図中において、大きさ、および層や領域の相対的な大きさは、明確にするために強調されていることがある。全体を通して同じ構成要素には同じ番号が付けられている。
Claims (18)
- 第1の導電タイプの半導体層内に第1の導電タイプのターミナル領域を形成するステップと、
前記半導体層内に第2の導電タイプのウェル領域を形成するステップであって、
前記ウェル領域は、前記半導体層内の前記ターミナル領域の少なくとも一部に隣接し、
前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深く、
前記第1の導電タイプと前記第2の導電タイプとは異なっている、
ステップと、
前記半導体層上に連続的なエピタキシャル半導体層を形成するステップであって、前記連続的なエピタキシャル半導体層は前記半導体層の表面において前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を横切って延びているステップと、
前記連続的なエピタキシャル半導体層を形成した後に、前記第1の導電タイプのターミナルコンタクト領域を前記連続的なエピタキシャル半導体層を貫いて形成するステップであって、
前記ターミナルコンタクト領域は、前記ターミナル領域との電気的な接触を設けており、
前記連続的なエピタキシャル半導体層の、前記半導体層と反対側の表面に隣接する前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから前記半導体層の表面に平行な方向に後退している、
ステップと、
前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成するステップと、
前記半導体層の表面において前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を横切っている前記連続的なエピタキシャル半導体層を維持しつつ、前記連続的なエピタキシャル半導体層が、前記半導体層の表面において前記ターミナル領域を取り囲む前記ウェル領域の一部とゲート電極との間になるように、前記連続的なエピタキシャル半導体層上にゲート電極を形成するステップと
を備える、半導体デバイスを形成する方法。 - 前記連続的なエピタキシャル半導体層を形成するステップは、前記ターミナル領域を形成した後に、前記連続的なエピタキシャル半導体層を形成するステップを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記連続的なエピタキシャル半導体層を形成した後に、前記ターミナルコンタクト領域の中心部および前記ターミナル領域の中心部を通して、前記第2の導電タイプのウェルコンタクト領域を形成するステップであって、
前記ウェルコンタクト領域は、前記ウェル領域との電気的な接触を設けている、
ステップをさらに備え、
前記オーミックコンタクトは、
前記ターミナルコンタクト領域および前記ウェルコンタクト領域の上の第1の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ウェルコンタクト領域と反対側の第2の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ターミナルコンタクト領域と反対側の、前記第2の金属層を囲むシリコン層と
を備える、請求項2に記載の方法。 - 第1の導電タイプの半導体層と、
前記半導体層の表面において、前記半導体層の内側にある、前記第1の導電タイプのターミナル領域と、
前記半導体層内の、第2の導電タイプのウェル領域であって、
前記ウェル領域は、前記半導体層の前記表面において前記ターミナル領域を取り囲み、
前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深く、
前記第1の導電タイプと前記第2の導電タイプとは異なっている、
ウェル領域と、
前記ターミナル領域および前記ウェル領域を含む前記半導体層上のエピタキシャル半導体層であって、前記半導体層の前記表面において前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を横切って延びているエピタキシャル半導体層と、
前記エピタキシャル半導体層を貫いて延びる、前記第1の導電タイプのターミナルコンタクト領域であって、
前記ターミナル領域との電気的な接触を設け、
前記エピタキシャル半導体層の、前記半導体層と反対側の表面に隣接する、その外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから前記半導体層の表面に平行な方向に後退している、
ターミナルコンタクト領域と、
前記ターミナルコンタクト領域上のオーミックコンタクトであって、前記ターミナルコンタクト領域が当該オーミックコンタクトと前記ターミナル領域との間にあり、当該オーミックコンタクトと前記ターミナルコンタクト領域との界面により定義される表面が、前記エピタキシャル半導体層の、前記半導体層と反対側の前記表面とそろっているオーミックコンタクトと、
前記エピタキシャル半導体層が、当該ゲート電極と、前記半導体層の表面において前記ターミナル領域を取り囲む前記ウェル領域の一部との間にある、前記エピタキシャル半導体層上のゲート電極と
を備える、半導体デバイス。 - 前記ターミナルコンタクト領域の中心部および前記ターミナル領域の中心部を貫通する、前記第2の導電タイプのウェルコンタクト領域をさらに備え、前記ウェルコンタクト領域は、前記ウェル領域との電気的な接触を設けており、
前記オーミックコンタクトは、
前記ターミナルコンタクト領域および前記ウェルコンタクト領域の上の第1の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ウェルコンタクト領域と反対側の第2の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ターミナルコンタクト領域と反対側の、前記第2の金属層を囲むシリコン層と
を備える、請求項4に記載の半導体デバイス。 - 第1の導電タイプの半導体層内の、その半導体層の表面における内側に、前記第1の導電タイプのターミナル領域を形成するステップと、
前記半導体層内に第2の導電タイプのウェル領域を形成するステップであって、
前記ウェル領域は、前記半導体層の前記表面において前記ターミナル領域を取り囲み、
前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深く、
前記第1の導電タイプと前記第2の導電タイプとは異なっている、
ステップと、
前記ターミナル領域および前記ウェル領域を含む前記半導体層上に連続的なエピタキシャル半導体層を形成するステップであって、
前記連続的なエピタキシャル半導体層は前記半導体層の表面において前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を横切って延びており、
前記連続的なエピタキシャル半導体層は、内部に前記第1の導電タイプのターミナルコンタクト領域を含み、
前記ターミナルコンタクト領域は、前記ターミナル領域との電気的な接触を設けており、
前記連続的なエピタキシャル半導体層の、前記半導体層と反対側の表面に隣接する前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから前記半導体層の表面に平行な方向に後退している、
ステップと、
前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成するステップと、
前記半導体層の表面において前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を横切っている前記連続的なエピタキシャル半導体層を維持しつつ、前記連続的なエピタキシャル半導体層が、前記半導体層の表面において前記ターミナル領域を取り囲む前記ウェル領域の一部とゲート電極との間になるように、前記連続的なエピタキシャル半導体層上にゲート電極を形成するステップと
を備える、半導体デバイスを形成する方法。 - 前記ターミナルコンタクト領域を含む前記連続的なエピタキシャル半導体層を形成するステップは、前記ターミナル領域を形成した後に、前記ターミナルコンタクト領域を含む前記連続的なエピタキシャル半導体層を形成するステップを備える、請求項6に記載の方法。
- 第1の導電タイプの半導体層を設けるステップであって、
前記半導体層は、この半導体層内に第1の導電タイプのターミナル領域と、この半導体層内に第2の導電タイプのウェル領域とを含み、
前記ウェル領域は、前記半導体層の表面において前記ターミナル領域を取り囲み、
前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深く、
前記第1の導電タイプと前記第2の導電タイプとは異なっている、
ステップと、
前記ターミナル領域および前記ウェル領域を含む前記半導体層上に連続的なエピタキシャル半導体層を形成するステップであって、
前記連続的なエピタキシャル半導体層は前記半導体層の前記表面において前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を横切って延びている、
ステップと、
前記連続的なエピタキシャル層を通して前記第1の導電タイプのターミナルコンタクト領域を形成するステップであって、
前記ターミナルコンタクト領域は、前記ターミナル領域との電気的な接触を設けており、
前記連続的なエピタキシャル半導体層の、前記半導体層と反対側の表面に隣接する前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから前記半導体層の表面に平行な方向に後退している、
ステップと、
前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成するステップと、
前記連続的なエピタキシャル半導体層が、前記半導体層の前記表面において前記ターミナル領域を取り囲む前記ウェル領域の一部とゲート電極との間になるように、前記連続的なエピタキシャル半導体層上にゲート電極を形成するステップと
を備える、半導体デバイスを形成する方法。 - 前記連続的エピタキシャル半導体層を形成するステップは、前記ターミナル領域を含む前記半導体層を設けた後に、前記連続的エピタキシャル半導体層を形成するステップを備え、
前記ターミナルコンタクト領域を形成するステップは、前記連続的エピタキシャル半導体層を形成した後に、前記ターミナルコンタクト領域を形成するステップを備える、
請求項8に記載の方法。 - 前記ターミナルコンタクト領域の中心部および前記ターミナル領域の中心部を通して、前記第2の導電タイプのウェルコンタクト領域を形成するステップであって、
前記ウェルコンタクト領域は、前記ウェル領域との電気的な接触を設けている、
ステップをさらに備え、
前記オーミックコンタクトは、
前記ターミナルコンタクト領域および前記ウェルコンタクト領域の上の第1の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ウェルコンタクト領域と反対側の第2の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ターミナルコンタクト領域と反対側の、前記第2の金属層を囲むシリコン層と
を備える、請求項7に記載の方法。 - 前記ターミナルコンタクト領域の中心部および前記ターミナル領域の中心部を通して、前記第2の導電タイプのウェルコンタクト領域を形成するステップであって、
前記ウェルコンタクト領域は、前記ウェル領域との電気的な接触を設けている、
ステップをさらに備え、
前記オーミックコンタクトは、
前記ターミナルコンタクト領域および前記ウェルコンタクト領域の上の第1の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ウェルコンタクト領域と反対側の第2の金属層と、
前記第1の金属層の部分の上の、前記ターミナルコンタクト領域と反対側の、前記第2の金属層を囲むシリコン層と
を備える、請求項9に記載の方法。 - 前記ウェル領域は、前記半導体層の前記表面において前記ターミナル領域を取り囲み、
前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深く、
前記第1の導電タイプと前記第2の導電タイプとは異なっている、
請求項1に記載の方法。 - 前記ウェル領域を形成するステップは、前記ターミナル領域を形成した後に、前記ウェル領域を形成するステップを備える、請求項12に記載の方法。
- 前記エピタキシャル半導体層と前記ターミナルコンタクト領域とは、併せて、前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を覆っている、請求項4に記載の半導体デバイス。
- 前記ウェル領域のドーパント濃度よりもはるかに高いドーパント濃度を有する、前記第2の導電タイプの埋め込み領域であって、前記ターミナル領域の部分と前記ウェル領域の部分との間に存在する埋め込み領域をさらに備える、請求項4に記載の半導体デバイス。
- 前記ゲート電極と前記エピタキシャル半導体層との間のゲート絶縁層をさらに備え、
前記オーミックコンタクトは、当該ゲート絶縁層に直接接している、
請求項4に記載の半導体デバイス。 - 前記ターミナルコンタクト領域は、前記エピタキシャル半導体領域を貫き、前記半導体層の内部に延びていて、前記ターミナルコンタクト領域の部分が前記エピタキシャル半導体層内にあり、前記ターミナルコンタクト領域の部分が前記エピタキシャル半導体層の下の前記半導体層内にある、請求項4に記載の半導体デバイス。
- 前記ターミナルコンタクト領域は、前記エピタキシャル半導体層を貫き、前記半導体層の前記表面に延びている請求項4に記載の半導体デバイス。
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