JP6284421B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、例えばパワーデバイスに適用可能な技術である。
高電圧及び大電流を制御する電子素子として、現在パワーデバイスが用いられている。そしてパワーデバイスの一つに、LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)がある。LDMOSは、一般に、ゲート電極とドレイン領域が平面視で離間している。そしてゲート電極とドレイン領域の間にはフィールド絶縁膜が形成されている。
そして現在、LDMOSの構造として特許文献1及び非特許文献1に記載の構造が提案されている。特許文献1及び非特許文献1では、ドレイン領域の側面に平面視で櫛歯状に形成されたフィールド絶縁膜がドレイン領域側からゲート電極側に向かって突出している。さらに非特許文献1に記載のLDMOSは、ソース領域側からドレイン領域側に向かってゲート電極の側面から突出した複数の突出部を有している。これら複数の突出部は、フィールド絶縁膜の複数の櫛歯それぞれに対応して設けられ、各突出部の少なくとも一部が各フィールド絶縁膜の上に位置している。
米国特許出願公開2012/0043608号明細書
J. Jang, K.-H. Cho, D. Jang, M. Kim, C. Yoon, J. Park, H. Oh, C. Kim, H. Ko, K. Lee and S. Yi, "Interdigitated LDMOS", ISPSD 2013 The 25th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, LV-P8.
一般に、LDMOSには、高い耐圧及び低いオン抵抗が強く求められる。本発明者は、ゲート電極とドレイン領域の間の耐圧を高くしつつ、ソース領域とドレイン領域の間のオン抵抗を低くする構造を有するLDMOSを検討した。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、フィールド絶縁膜が、ゲート電極の下部からドレイン領域に亘って位置している。そして複数の突出部が、ソース領域側からドレイン領域側に向かってゲート電極の側面から突出している。複数の突出部は、平面視で第2方向(ソース領域及びドレイン領域が並ぶ第1方向に直交する方向)に沿って並べられている。さらに複数の開口が、フィールド絶縁膜に形成されている。各開口は、第1方向から見て互いに隣り合う突出部の間に位置している。そして複数の開口は、第2方向に沿って複数の突出部と交互に並んでいる。開口のドレイン領域側の縁部は、ドレイン領域と繋がっており、又はドレイン領域よりもソース領域側に位置している。一方、開口のソース領域の縁部は、ゲート電極の上記した側面よりもドレイン領域側に位置している。
前記一実施の形態によれば、高い耐圧を実現しつつ低いオン抵抗を実現するLDMOSが提供される。
実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図1のA−A´断面図である。 図1のB−B´断面図である。 図1のC−C´断面図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 図1〜図4に示した半導体装置を製造する方法を説明するための図である。 (a)は、比較例に係る半導体装置において開口の周辺に生じたインパクトイオン化の分布をシミュレーションした結果を示す図であり、(b)は、実施形態に係る半導体装置において開口の周辺に生じたインパクトイオン化の分布をシミュレーションした結果を示す図である。 変形例1に係る半導体装置を示す平面図である。 変形例2に係る半導体装置を示す平面図である。 変形例3に係る半導体装置を示す平面図である。 変形例4に係る半導体装置を示す平面図である。 変形例5に係る半導体装置を示す平面図である。 変形例6に係る半導体装置を示す平面図である。 変形例7に係る半導体装置を示す平面図である。 図21のA−A´断面図である。 図21のB−B´断面図である。 図21のC−C´断面図である。 変形例8に係る半導体装置を示す平面図である。 変形例9に係る半導体装置を示す断面図である。 変形例10に係る半導体装置を示す断面図である。 変形例11に係る半導体装置を示す断面図である。 変形例12に係る半導体装置を示す断面図である。 変形例13に係る半導体装置を示す断面図である。 変形例14に係る半導体装置を示す断面図である。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図1は、実施形態に係る半導体装置SDを示す平面図である。図2は、図1のA−A´断面図である。図3は、図1のB−B´断面図である。図4は、図1のC−C´断面図である。半導体装置SDは、基板SUB、エピタキシャル層EPI(半導体層)、第1導電型ボディ領域PBD(第1導電型領域)、第2導電型ドリフト領域NDR(第2導電型領域)、ゲート電極GE、ソース領域SOR、ドレイン領域DRR、フィールド酸化膜DFOX(フィールド絶縁膜)、複数の突出部PP、及び複数の開口OPを備えている。
エピタキシャル層EPIは、基板SUBに形成されている。第1導電型ボディ領域PBDは、エピタキシャル層EPIに形成されている。第2導電型ドリフト領域NDRは、エピタキシャル層EPIに形成されている。そして第2導電型ドリフト領域NDRは、平面視で第1方向(図中x軸方向)に第1導電型ボディ領域PBDと並んで配置されている。ゲート電極GEは、エピタキシャル層EPI上に位置している。またゲート電極GEは、平面視で第1導電型ボディ領域PBDから第2導電型ドリフト領域NDRにかけて形成されている。さらにゲート電極GEは、平面視で第1方向と直交する第2方向(図中x軸方向と直交するz軸方向)に延伸している。ソース領域SORは、第1導電型ボディ領域PBDに形成されている。ドレイン領域DRRは、第2導電型ドリフト領域NDRに形成されている。そしてドレイン領域DRRは平面視でゲート電極GEから離間している。フィールド酸化膜DFOXは、第2導電型ドリフト領域NDRの表層に形成されている。そしてフィールド酸化膜DFOXは、ゲート電極GEの下部からドレイン領域DRRに亘って位置している。複数の突出部PPは、ソース領域SOR側からドレイン領域DRR側に向かってゲート電極GEの側面から突出している。そして複数の突出部PPは、平面視で第2方向に沿って並べられている。複数の開口OPは、フィールド酸化膜DFOXに形成されている。各開口OPは、第1方向から見て互いに隣り合う突出部PPの間に位置している。そして複数の開口OPは、第2方向に沿って複数の突出部PPと交互に並んでいる。開口OPのドレイン領域DRR側の縁部は、ドレイン領域DRRよりもソース領域SOR側に位置している。一方、開口OPのソース領域SORの縁部は、ゲート電極GEの上記した側面よりもドレイン領域DRR側に位置している。以下、詳細に説明する。
なお、第1導電型及び第2導電型は、互いの導電型が反対であればp型及びn型のいずれであってもよい。以下、第1導電型はp型であり、第2導電型はn型であるとして説明する。
基板SUBは、半導体基板SSUB、エピタキシャル層EPI、及び第2導電型埋込領域NBLを含んでいる。エピタキシャル層EPIは、半導体基板SSUB上に形成されている。本実施形態においてエピタキシャル層EPIの導電型は、第1導電型(p型)である。そして第2導電型埋込領域NBLは、半導体基板SSUBとエピタキシャル層EPIの間に埋め込まれている。なお、半導体基板SSUBは、例えば、p型シリコン基板である。
基板SUBは、例えば、次のようにして製造される。まず、半導体基板SSUBの表面に不純物を注入する。次いで、半導体基板SSUBを加熱する。これにより、上記した不純物が半導体基板SSUBの内部に拡散する。次いで、エピタキシャル成長により半導体基板SSUB上にエピタキシャル層EPIを形成する。次いで、半導体基板SSUB及びエピタキシャル層EPIを加熱する。これにより、半導体基板SSUBの上記した不純物の一部がエピタキシャル層EPIに拡散する。このようにして、半導体基板SSUBからエピタキシャル層EPIにかけて第2導電型埋込領域NBLが形成される。
エピタキシャル層EPIの表層には、フィールド酸化膜FOX(素子間分離層)が部分的に形成されている。フィールド酸化膜FOXは、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)又はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)により形成されている。フィールド酸化膜FOXは、素子(本実施形態では、LDMOS)が形成される領域を囲み、この領域を外部の領域から隔離する。さらにフィールド酸化膜FOXの一部は、第2導電型ドリフト領域NDRにおいて、フィールド酸化膜DFOXとなっている。
エピタキシャル層EPIには、第1導電型ボディ領域PBD及び第2導電型ドリフト領域NDRが形成されている。本図に示す例では、第1導電型ボディ領域PBD及び第2導電型ドリフト領域NDRは、平面視で第1方向(図中x軸方向)に間隔を置いて互いに対向している。ただし、第1導電型ボディ領域PBD及び第2導電型ドリフト領域NDRは平面視で接していてもよい。
エピタキシャル層EPIの表面上では、平面視で第1導電型ボディ領域PBDから第2導電型ドリフト領域NDRにかけてゲート電極GEが形成されている。そしてゲート電極GEは、平面視で第2方向(図中z軸方向)に延伸している。ゲート電極GEは、例えば、ポリシリコンにより形成されている。
ゲート電極GEには、複数の突出部PPが形成されている。そして突出部PPはゲート電極GEと一体に形成されている。これにより、突出部PPには、ゲート電極GEと同じ電圧を印加することができる。具体的には、突出部PPは、第1導電型ボディ領域PBD側から第2導電型ドリフト領域NDR側に向かってゲート電極GEの側面から突出している。そしてこれら複数の突出部PPは、平面視で第2方向(図中z軸方向)に沿って等間隔に並んでいる。ただし、互いに隣り合う突出部PPの間隔は、領域によって異なっていてもよい。
なお、ゲート電極GE及び突出部PPの側面には、サイドウォールSWが形成されている。サイドウォールSWは、例えば、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、若しくはシリコン酸窒化膜(SiON)、又はこれらの積層膜によって形成されている。
第1導電型ボディ領域PBDには、LDS(Lightly−Doped Source)領域LDS、ソース領域SOR、及びボディコンタクト領域BCRが形成されている。LDS領域LDSは、第2導電型(n型)領域である。ソース領域SORは、n領域(第2導電型領域)であり、不純物濃度がLDS領域LDSよりも高い。ボディコンタクト領域BCRは、p領域(第1導電型領域)であり、不純物濃度が第1導電型ボディ領域PBDよりも高い。
LDS領域LDS、ソース領域SOR、及びボディコンタクト領域BCRは、第2導電型ドリフト領域NDR側から第1導電型ボディ領域PBD側に向かう方向にこの順に並び、互いに隣り合っている。そしてLDS領域LDS、ソース領域SOR、及びボディコンタクト領域BCRは、平面視で第2方向(図中z軸方向)に延伸している。
より具体的には、LDS領域LDSは、ゲート電極GEの第1導電型ボディ領域PBD側の側面と平面視で隣り合っており、サイドウォールSWの下に位置している。なお、LDS領域LDSは、一部がゲート電極GEと平面視で重なる領域まで延伸していてもよい。ソース領域SORは、ゲート電極GEの第1導電型ボディ領域PBD側のサイドウォールSWと平面視で隣り合っている。ボディコンタクト領域BCRは、平面視でソース領域SORを介してLDS領域LDSと対向している。そしてボディコンタクト領域BCRを介してソース領域SORの反対側では、フィールド酸化膜FOXが第2方向(図中z軸方向)に延伸している。このフィールド酸化膜FOXは、ボディコンタクト領域BCRと接している。
第2導電型ドリフト領域NDRには、ドレイン領域DRRが形成されている。ドレイン領域DRRは、n領域(第2導電型領域)であり、不純物濃度が第2導電型ドリフト領域NDRよりも高い。ドレイン領域DRRは、平面視で第2方向(図中z軸方向)に延伸している。さらにドレイン領域DRRは、平面視でゲート電極GEから第1方向(図中x軸方向)に離間している。
より具体的には、第2導電型ドリフト領域NDRにはフィールド酸化膜FOXが形成されている。そして複数の突出部PPを介してゲート電極GEの反対側には、このフィールド酸化膜FOXを基板SUBの厚さ方向に貫通する開口が第2方向(図中z軸方向)に延伸している。そしてドレイン領域DRRは、上記した開口が形成されている領域に位置している。
第2導電型ドリフト領域NDRには、ゲート電極GEの下部からドレイン領域DRRに亘ってフィールド酸化膜DFOX(フィールド酸化膜FOXの一部)が形成されている。なお、フィールド酸化膜DFOXの底部は、ドレイン領域DRRの底部よりも深い場所に位置している。
フィールド酸化膜DFOX上には、ゲート電極GEの突出部PPが位置するようになっている。そして突出部PPには、ゲート電極GEと同じ電圧が印加される。これにより、突出部PPはフィールドプレートとして機能する。言い換えると、ゲート電極GEとドレイン領域DRRの間の電界が突出部PPとドレイン領域DRRの間にも形成されるようになる。これにより、ゲート電極GEのドレイン領域DRR側の縁部に電界が集中することが抑制される。このようにして、ゲート電極GEとドレイン領域DRR側の耐圧が高いものになる。
ゲート電極GEとエピタキシャル層EPIの間には、ゲート絶縁膜GIが形成されている。言い換えると、ゲート絶縁膜GIは、第1導電型ボディ領域PBD及び第2導電型ドリフト領域NDRを跨るように形成されている。ゲート絶縁膜GIは、例えば、シリコン酸化膜(SiO)により形成されている。
フィールド酸化膜DFOXには、複数の開口OPが形成されている。開口OPはフィールド酸化膜DFOXを基板SUBの厚さ方向に貫通している。開口OPには、フィールド酸化膜DFOXが形成されておらず、第2導電型ドリフト領域NDRが位置している。本図に示す例では、開口OPの平面形状は矩形である。ただし開口OPの平面形状はこれに限定されるものではない。
複数の開口OPは、第2方向(図中z軸方向)に沿って複数の突出部PPと交互に並んでいる。そして開口OPのドレイン領域DRR側の縁部は、ドレイン領域DRRよりもソース領域SOR側に位置している。一方、開口OPのソース領域SOR側の縁部は、ゲート電極GEのドレイン領域DRR側の側面(突出部PPが形成されている側面)よりもドレイン領域DRR側に位置している。言い換えると、開口OPは、ソース領域SOR側の縁部もドレイン領域DRR側の縁部もフィールド酸化膜DFOXを貫かないようになっている。この場合、ゲート電極GEは、ドレイン領域DRR側の縁部の全体がフィールド酸化膜DFOXに乗り上げるようになる。なお、本図に示す例では、開口OPのドレイン領域DRR側の縁部は、突出部PPの先端よりもソース領域SOR側に位置している。
なお、開口OPは、複数の突出部PPを跨って形成されたシリサイドブロック膜SB(例えば、シリコン酸化膜(SiO))によって覆われている。また第2導電型ドリフト領域NDRの表面のうち開口OPが形成されている領域の表面には、不純物が高濃度にドープされた領域(例えば、ドレイン領域DRRのような領域)が形成されていない。
ソース領域SOR、ボディコンタクト領域BCR及びドレイン領域DRRの表面には、シリサイド膜SLD1が形成されている。同様に、ゲート電極GEの表面には、シリサイド膜SLD2が形成されている。シリサイド膜SLD1,SLD2は、例えばニッケル(Ni)により形成されている。なお、開口OPはシリサイドブロック膜SBによって覆われている。これより、第2導電型ドリフト領域NDRの表面のうち開口OPが形成されている領域の表面には、シリサイド膜が形成されていない。
基板SUBの表面上には、層間絶縁膜ILD1が設けられている。層間絶縁膜ILD1は、基板SUBの表面(例えば、ゲート電極GE)を覆っている。ボディコンタクト領域BCR、ソース領域SOR、及びドレイン領域DRRには、それぞれ、複数のコンタクトBCTC、複数のコンタクトSCTC、及び複数のコンタクトDCTCが接続している。これらのコンタクトBCTC,SCTC,DCTCは、層間絶縁膜ILD1を貫通する接続孔に形成されている。
複数のコンタクトBCTCは、平面視で第2方向(図中z軸方向)に沿って一列に並んでいる。同様に、複数のコンタクトSCTCも平面視で第2方向に沿って一列に並び、複数のコンタクトDCTCも平面視で第2方向に沿って一列に並んでいる。さらに各コンタクトBCTC,SCTC,DCTCは、開口OP又は突出部PPとともに、第1方向(図中x軸方向)に沿って一列に並んでいる。そしてコンタクトBCTC,SCTC,DCTC及び突出部PPが第1方向に沿って並んだ一列が、コンタクトBCTC,SCTC,DCTC及び開口OPが第1方向に沿って並んだ一列と交互に繰り返して第2方向に沿って設けられるようになっている。
次に、図1〜図4に示した半導体装置SDの製造方法について説明する。図5〜図13は、図1〜図4に示した半導体装置SDを製造する方法を説明するための図である。
まず、図5に示すように、基板SUB(エピタキシャル層EPI)の表面に第1導電型ボディ領域PBD及び第2導電型ドリフト領域NDRを、例えばイオン注入により形成する。なお、基板SUBの製造方法は、上記したとおりである。
次いで、図6に示すように、エピタキシャル層EPIの表層にフィールド酸化膜FOXをSTIにより形成する。フィールド酸化膜FOXは、素子(本実施形態ではLDMOS)が形成される領域を外部の領域から隔離するとともに、第2導電型ドリフト領域NDRの一部の領域ではフィールド酸化膜DFOXとなる。さらにこの場合、フィールド酸化膜DFOXの開口OPが形成される領域には、STIのための溝を形成しない。これにより、この領域にはフィールド酸化膜FOXが形成されないようになる。このため、フィールド酸化膜DFOXは開口OPを有するようになる。
次いで、図7に示すように、基板SUBの表面上に絶縁膜GI1及びポリシリコン膜PSをこの順に形成する。絶縁膜GI1は、ゲート絶縁膜GIになる絶縁膜である。ポリシリコン膜PSは、ゲート電極GE及び突出部PPとなる導電膜である。次いで、ポリシリコン膜PSに不純物を注入する。
次いで、図8に示すように、絶縁膜GI1及びポリシリコン膜PSをパターニングする。これにより、ゲート絶縁膜GI、ゲート電極GE、及び複数の突出部PPが形成される。
次いで、図9に示すように、レジスト膜RS1をエピタキシャル層EPIの表面上に形成する。レジスト膜RS1は、複数の突出部PPを跨って開口OPを覆っている。次いで、エピタキシャル層EPIに第2導電型の不純物(例えば、リン(P))を注入する。これにより、ゲート電極GE及びレジスト膜RS1をマスクとして、LDS領域LDS(第2導電型領域)が形成される。
次いで、図10に示すように、ゲート電極GE及び突出部PPの側面にサイドウォールSWを形成する。具体的には、ゲート電極GE及び突出部PPを覆う絶縁膜を形成する。次いで、この絶縁膜をエッチバックする。これにより、サイドウォールSWが形成される。
次いで、図11に示すように、レジスト膜RS2をエピタキシャル層EPIの表面上に形成する。レジスト膜RS2は、複数の突出部PPを跨いで開口OPを覆っている。さらにレジスト膜RS2は、後の工程でボディコンタクト領域BCRが形成される領域も覆っている。次いで、エピタキシャル層EPIに第2導電型の不純物(例えば、リン(P))を注入する。これにより、ゲート電極GE及びレジスト膜RS2をマスクとして、ソース領域SOR及びドレイン領域DRRが形成される。
次いで、図12に示すように、レジスト膜RS3をエピタキシャル層EPIの表面上に形成する。レジスト膜RS3は、第2導電型ドリフト領域NDR(開口OPを含む。)、ゲート電極GE、及びソース領域SORを覆っている。次いで、エピタキシャル層EPIに第1導電型の不純物(例えば、ホウ素(B))を注入する。これにより、レジスト膜RS3をマスクとして、ボディコンタクト領域BCRが形成される。
次いで、図13に示すように、シリサイドブロック膜SBを形成する。シリサイドブロック膜SBは、複数の突出部PPを跨って開口OPを覆っている。次いで、基板SUBの表面に金属膜(例えば、ニッケル(Ni))を形成する。次いで、基板SUBを加熱する。これにより、シリサイド膜SLD1,SLD2が形成される。なおこの場合、シリサイドブロック膜SBによって覆われている領域(つまり、開口OPが形成されている領域)には、シリサイド膜は形成されない。
次いで、基板SUBの上に層間絶縁膜ILD1を形成する。次いで、層間絶縁膜ILD1に接続孔を形成する。次いで、接続孔にコンタクトBCTC,SCTC,DCTCを形成する。このようにして半導体装置SDが製造される。
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態では、フィールド酸化膜DFOXに開口OPが形成されている。これにより、ソース領域SORとドレイン領域DRRの間のオン抵抗を低いものにすることができる。さらに本実施形態では、開口OPのソース領域SOR側の縁部が平面視でゲート電極GEのドレイン領域DRR側の側面よりもドレイン領域DRR側に位置している。これにより、ゲート電極GEとドレイン領域DRRの間の耐圧を高いものにすることができる。
具体的には、フィールド酸化膜DFOXに開口OPが形成されている場合、開口OPが形成された領域分だけ第2導電型ドリフト領域NDRにはキャリアのパスが増えることになる。これにより、上記したオン抵抗が小さいものになる。
一方、上記した高耐圧については、図14を用いて説明する。本図(a)は、比較例に係る半導体装置SDにおいて開口OPの周辺に生じたインパクトイオン化の分布をシミュレーションした結果を示す図である。本図(b)は、本実施形態に係る半導体装置SDにおいて開口OPの周辺に生じたインパクトイオン化の分布をシミュレーションした結果を示す図である。比較例に係る半導体装置SDは、開口OPのソース領域SOR側の縁部及びドレイン領域DRR側の縁部が第1方向(図中x軸方向)にフィールド酸化膜DFOXを貫いている点を除いて、本実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。なお、説明のため、本図は、基板SUB(第2導電型ドリフト領域NDR)からフィールド酸化膜DFOXを取り除いた状態を示している。言い換えると、本図は、STIのための溝(溝TRE)が基板SUBの表面に形成されている状態を示している。
比較例(本図(a))では、インパクトイオン化が、溝TREの底面のソース領域SOR側の縁部(図中α部分)、平面視でα部分に比してソース領域SOR側に位置し、かつ互いに隣り合う溝TREの間の領域のうち基板SUBの表面側でフィールド酸化膜DFOXに接している部分(図中β部分)、及び平面視でα部分に比してドレイン領域DRR側に位置し、かつ互いに隣り合う溝TREの間の領域のうち基板SUBの表面側でフィールド酸化膜DFOXに接している部分(図中γ部分)で発生している。これに対して本実施形態(本図(b))では、インパクトイオン化が、上記したα部分(溝TREの底面のソース領域SOR側の縁部)でしか発生していない。このように本実施形態では、比較例ではインパクトイオン化を防ぐことができていない領域(例えば、上記したβ部分及びγ部分)でインパクトイオン化を防ぐことができている。このため、本実施形態では上記した耐圧を高いものにすることができるといえる。
(変形例1)
図15は、変形例1に係る半導体装置SDを示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、開口OPのドレイン領域DRR側の縁部がドレイン領域DRRと繋がっている点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。言い換えると、本変形例では、開口OPのドレイン領域DRRの縁部がフィールド酸化膜DFOXを貫いてドレイン領域DRRに達している。本変形例においても、ゲート電極GEは、ドレイン領域DRR側の縁部の全体がフィールド酸化膜DFOXに乗り上げるようになる。このため、本変形例においても実施形態と同様の効果を得ることができると考えられる。
(変形例2)
図16は、変形例2に係る半導体装置SDを示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。
本変形例では、実施形態と同様にして、開口OPのドレイン領域DRR側の縁部がドレイン領域DRRよりもソース領域SOR側に位置している。言い換えると、開口OPのドレイン領域DRR側では、フィールド酸化膜DFOXの一部がドレイン領域DRRに沿って第2方向(図中z軸方向)に延伸している。そしてフィールド酸化膜DFOXの当該一部が延伸している領域の上方には、導電膜CF1が形成されている。導電膜CF1は、平面視で開口OPに比してドレイン領域DRR側に位置し、互いに隣り合う突出部PPを繋げている。具体的には、導電膜CF1は、ゲート電極GE及び突出部PPと一体に形成されている。言い換えると、導電膜CF1は、パターニングによってゲート電極GE及び突出部PPと同時に形成されている。
本変形例によれば、導電膜CF1がフィールドプレートとして機能する。具体的には、導電膜CF1には、ゲート電極GEと同じ電圧が印加される。この場合、ゲート電極GEのドレイン領域DRR側の端部に電界が集中することを抑制することができる。これにより、高い耐圧を実現することができる。
(変形例3)
図17は、変形例3に係る半導体装置SDを示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。
本変形例では、開口OPの平面形状の第2方向(図中z軸方向)の幅が領域によって異なっている。具体的には、開口OPは、幅狭部ONR1(開口ソース側部)、幅広部OWD(開口第1隣接部及び開口第2隣接部)、及び幅狭部ONR2(開口ドレイン側部)からなる。幅狭部ONR1、幅広部OWD、及び幅狭部ONR2は、ソース領域SOR側からドレイン領域DRR側に向かってこの順に並び、互いに隣り合っている。そして幅狭部ONR1,ONR2は、幅広部OWDよりも第2方向に狭い幅を有している。なお、このような開口OPの平面形状は、フィールド酸化膜DFOXを形成する際のSTIの溝の平面形状の制御によって実現することができる。
開口OPの幅が狭い場合、ゲート電極GE及びドレイン領域DRRの間の耐圧が高くすることができる一方で、ゲート電極GE及びドレイン領域DRRの間のオン抵抗が高くなると考えられる。これに対して開口OPの幅が広い場合、上記したオン抵抗を低くすることができる一方で、上記した耐圧は低いものになると考えられる。このように高い耐圧を高及び低いオン抵抗は、開口OPの幅の広さに関してトレードオフの関係にある。これに対して本変形例では、開口OPの幅を部分的に狭くしている。このため、高い耐圧及び低いオン抵抗の両者を同時に実現することができると考えられる。
なお、本図に示す例では、幅広部OWDの第2方向(図中z軸方向)の幅は一定であるが、幅広部OWDの平面形状は本図に示す例に限定されるものではない。幅広部OWDは、幅狭部ONR1と隣り合っている部分(開口第1隣接部)が幅狭部ONR1よりも広く、かつ幅狭部ONR2と隣り合っている部分(開口第2隣接部)が幅狭部ONR2よりも広ければ、本図に示す例と異なる平面形状を有することができる。例えば、幅広部OWDは、開口第1隣接部及び開口第2隣接部の間で開口第1隣接部及び開口第2隣接部よりも広い幅を有していてもよいし、又は開口第1隣接部及び開口第2隣接部の間で幅狭部ONR1及び幅狭部ONR2よりも狭い幅を有していてもよい。
(変形例4)
図18は、変形例4に係る半導体装置SDを示す平面図であり、変形例3の図17に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、変形例3に係る半導体装置SDと同様の構成である。
本変形例では、突出部PPの第2方向(図中z軸方向)の幅が領域によって異なっている。具体的には、突出部PPは、幅広部PWD1(突出ソース側部)及び幅狭部PNR(突出第1隣接部)からなる。幅広部PWD1及び幅狭部PNRは、ソース領域SOR側からドレイン領域DRR側に向かってこの順に並び、互いに隣り合っている。幅広部PWD1は、開口OPの幅広部OWDに比してソース領域SOR側に位置している。そして幅広部PWD1は、幅狭部PNRに比して第2方向に広い幅を有している。より詳細には、突出部PPは、幅広部PWD1から幅狭部PNRにかけての側面の形状が平面視で開口OPの幅狭部ONR1から幅広部OWDにかけての側面の形状に沿ったものとなっている。
本変形例によれば、突出部PPの根元(幅広部PWD1)の幅が部分的に広くなっている。これにより、突出部PPの根元での電界集中をより緩和することができる。
なお、本図に示す例では、幅狭部PNRの第2方向(図中z軸方向)の幅は一定であるが、幅狭部PNRの平面形状は本図に示す例に限定されるものではない。幅狭部PNRは、幅広部PWD1と隣り合っている部分(突出第1隣接部)が幅広部PWD1よりも狭ければ、本図に示す例と異なる平面形状を有することができる。例えば、幅狭部PNRは、突出第1隣接部よりもドレイン領域DRR側で突出第1隣接部よりも狭い幅を有していてもよいし、又は突出第1隣接部よりもドレイン領域DRR側で幅広部PWD1よりも広い幅を有していてもよい。
(変形例5)
図19は、変形例5に係る半導体装置SDを示す平面図であり、変形例4の図18に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、変形例4に係る半導体装置SDと同様の構成である。
本変形例でも、突出部PPの第2方向(図中z軸方向)の幅が領域によって異なっている。具体的には、突出部PPは、幅広部PWD1(突出ソース側部)、幅狭部PNR(突出第1隣接部及び突出第2隣接部)、及び幅広部PWD2(突出ドレイン側部)からなる。幅広部PWD1、幅狭部PNR、及び幅広部PWD2は、ソース領域SOR側からドレイン領域DRR側に向かってこの順に並び、互いに隣り合っている。幅広部PWD1は、開口OPの幅広部OWDに比してソース領域SOR側に位置している。一方、幅広部PWD2は、開口OPの幅広部OWDに比してドレイン領域DRR側に位置している。そして幅広部PWD1は、幅狭部PNRに比して第2方向に広い幅を有している。一方、幅広部PWD2も、幅狭部PNRに比して第2方向に広い幅を有している。詳細には、突出部PPは、幅広部PWD1から幅狭部PNRを介して幅広部PWD2にかけての側面の形状が平面視で開口OPの幅狭部ONR1から幅広部OWDを介して幅狭部ONR2にかけての側面の形状に沿ったものとなっている。
本変形例によれば、突出部PPの先端(幅広部PWD2)の幅が部分的に広くなっている。これにより、突出部PPの先端での電界集中をより緩和することができる。
なお、本図に示す例では、幅狭部PNRの第2方向(図中z軸方向)の幅は一定であるが、幅狭部PNRの平面形状は本図に示す例に限定されるものではない。幅狭部PNRは、幅広部PWD1と隣り合っている部分(突出第1隣接部)が幅広部PWD1よりも狭く、かつ幅広部PWD2と隣り合っている部分(突出第2隣接部)が幅広部PWD2よりも狭ければ、本図に示す例と異なる平面形状を有することができる。例えば、幅狭部PNRは、突出第1隣接部及び突出第2隣接部の間で突出第1隣接部及び突出第2隣接部よりも狭い幅を有していてもよいし、又は突出第1隣接部及び突出第2隣接部の間で幅広部PWD1及び幅広部PWD2よりも広い幅を有していてもよい。
(変形例6)
図20は、変形例6に係る半導体装置SDを示す平面図であり、変形例5の図19に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、変形例5に係る半導体装置SDと同様の構成である。
本変形例では、変形例2(図16)と同様にして、開口OPのドレイン領域DRR側の縁部がドレイン領域DRRよりもソース領域SOR側に位置している。言い換えると、開口OPのドレイン領域DRR側では、フィールド酸化膜DFOXの一部がドレイン領域DRRに沿って第2方向(図中z軸方向)に延伸している。そしてフィールド酸化膜DFOXの当該一部が延伸している領域の上方には、導電膜CF1が形成されている。導電膜CF1は、平面視で開口OPに比してドレイン領域DRR側に位置し、互いに隣り合う突出部PPを繋げている。具体的には、導電膜CF1は、ゲート電極GE及び突出部PPと一体に形成されている。言い換えると、導電膜CF1は、パターニングによってゲート電極GE及び突出部PPと同時に形成されている。導電膜CF1は、変形例2と同様、フィールドプレートとして機能する。これにより、高い耐圧を実現することができる。
(変形例7)
図21は、変形例7に係る半導体装置SDを示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。図22は、図21のA−A´断面図であり、実施形態の図2に対応する。図23は、図21のB−B´断面図であり、実施形態の図3に対応する。図24は、図21のC−C´断面図であり、実施形態の図4に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。
本変形例では、層間絶縁膜ILD1を介してゲート電極GE及び突出部PPの上方に導体パターンCPが位置している。導体パターンCPは、層間絶縁膜ILD1の直上の層間絶縁膜(層間絶縁膜ILD2)によって覆われており、層間絶縁膜ILD1の表面上に位置している。導体パターンCPは、例えば、層間絶縁膜ILD2に形成される配線(本図では不図示)と同じ材料(例えば、アルミニウム)により形成されている。そして導体パターンCPはコンタクトSCTCを介してソース領域SORと電気的に接続している。これにより、導体パターンCPにはソース領域SORと同じ電圧(例えば、接地電位)が印加されている。そして導体パターンCPは、延伸部CP1(導体延伸部)及び複数の突出部CP2(導体突出部)を含んでいる。なお本図では、説明のため、コンタクトDCTC(ドレイン領域DRRに接続しているコンタクト)に接続する配線は図示していない。実際には、層間絶縁膜ILD2にはコンタクトDCTCと接続する配線が形成されている。
延伸部CP1は、ゲート電極GEの上方に位置している。そして延伸部CP1は、平面視で第2方向(図中z軸方向)に延伸している。複数の突出部CP2は、平面視でソース領域SOR側からドレイン領域DRR側に向かって延伸部CP1の側面から突出している。本図に示す例では、突出部CP2の先端は、平面視でドレイン領域DRRに比してソース領域SOR側に位置している。そして複数の突出部CP2は、ゲート電極GEの複数の突出部PPそれぞれに対応して設けられている。さらに複数の突出部CP2は、平面視第2方向に沿って並べられている。そして延伸部CP1及び複数の突出部CP2は、平面視でゲート電極GEのドレイン領域DRR側及び複数の突出部PPを内側に含んでいる。言い換えると、延伸部CP1及び複数の突出部CP2のドレイン領域DRR側の平面形状がゲート電極GEのドレイン領域DRR側及び複数の突出部PPの平面形状に沿ったものとなっている。
なお、本図に示す例では、導体パターンCPは、配線層の最下層の層間絶縁膜(層間絶縁膜ILD1)の直上の層間絶縁膜(層間絶縁膜ILD2)に形成されている。ただし、導体パターンCPが形成される層間絶縁膜は本図に示す例(層間絶縁膜ILD2)に限定されるものではない。例えば、導体パターンCPは、層間絶縁膜ILD2よりも上側の層間絶縁膜に形成してもよい。この場合、導体パターンCPの下側に位置する層間絶縁膜は、平面視で導体パターンCPと重なる領域に配線を有していないことが好ましい。
本変形例によれば、導体パターンCPの突出部CP2もフィールドプレートとして機能する。これにより、ゲート電極GEのドレイン領域DRR側の縁部に電界が集中することを抑制することができる。このため、ゲート電極GE及びドレイン領域DRRの間の耐圧が高いものとなる。
(変形例8)
図25は、変形例8に係る半導体装置SDを示す平面図であり、変形例7の図21に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、変形例7に係る半導体装置SDと同様の構成である。
本変形例では、互いに隣り合う突出部CP2のドレイン領域DRR側の部分が導電膜CF2によって互いに繋がっている。本図に示す例では、導電膜CF2は、平面視でドレイン領域DRRに比してソース領域SOR側に位置している。具体的には、導電膜CF2は、導体パターンCP(延伸部CP1及び複数の突出部CP2)と一体に形成されている。言い換えると、導電膜CF2は、パターニングによって導体パターンCPと同時に形成されている。
本変形例によれば、導電膜CF2がフィールドプレートとして機能する。具体的には、導電膜CF2には、導体パターンCPと同じ電圧(ソース領域SORの電位)が印加される。この場合、ゲート電極GEのドレイン領域DRR側の端部に電界が集中することを抑制することができる。これにより、高い耐圧を実現することができる。
(変形例9)
図26は、変形例9に係る半導体装置SDを示す断面図であり、実施形態の図2に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、基板SUBのエピタキシャル層EPIの導電型が第2導電型(n型)である点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。本変形例においても、実施形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例10)
図27は、変形例10に係る半導体装置SDを示す断面図であり、実施形態の図2に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、実施形態に係る第2導電型埋込領域NBLに代わって第1導電型埋込領域PBLが形成されている点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。言い換えると、本変形例では、基板SUBの埋込領域の導電型が実施形態と反対になっている。本変形例においても、実施形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例11)
図28は、変形例11に係る半導体装置SDを示す断面図であり、実施形態の図2に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、基板SUBがSOI(Silicon on Insulator)基板である点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。具体的には、本変形例に係る基板SUBは、半導体基板SSUB、埋込酸化膜BOX、及びエピタキシャル層EPIがこの順に積層している。本変形例においても、実施形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例12)
図29は、変形例12に係る半導体装置SDを示す断面図であり、実施形態の図2に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、第1導電型ボディ領域PBDの下に第1導電型埋込領域BPBLが形成されている点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。
詳細には、第1導電型埋込領域BPBLは、第1導電型ボディ領域PBDの底面と接続している。これにより、第1導電型埋込領域BPBLには、第1導電型ボディ領域PBDの電圧が印加される。そして第1導電型埋込領域BPBLは、第1導電型埋込領域BPBLからドレイン領域DRR側に向かって延伸している。そして第1導電型埋込領域BPBLのドレイン領域DRR側の端部が、平面視でフィールド酸化膜DFOX領域に達している。なお、本図に示す例では、第1導電型埋込領域BPBLは、第2導電型ドリフト領域NDRと接続していない。
本変形例によれば、第1導電型埋込領域BPBLによって空乏層が形成される。そして第1導電型埋込領域BPBLは、平面視で第2導電型ドリフト領域NDRにまで達している。このため、第1導電型埋込領域BPBLによって形成される空乏層も第2導電型ドリフト領域NDR側にまで達するようにすることができる。これにより、ゲート電極GE及びドレイン領域DRRの間の耐圧をより高いものにすることができる。
(変形例13)
図30は、変形例13に係る半導体装置SDを示す断面図であり、変形例12の図29に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、第1導電型埋込領域BPBLのドレイン領域DRR側の端部が平面視でドレイン領域DRRと重なる領域にまで達している点を除いて、実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。本変形例においては、第1導電型埋込領域BPBLは、例えば、基板SUBの全体に形成されている。本変形例によれば、変形例12と比較して、耐圧をさらに高いものにすることができる。
(変形例14)
図31は、変形例14に係る半導体装置SDを示す断面図であり、変形例11に係る図28に対応する。本変形例に係る半導体装置SDは、基板SUBのエピタキシャル層EPIの導電型が第2導電型(n型)である点を除いて、変形例11に係る半導体装置SDと同様の構成である。本変形例においても、変形例11と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
BCR ボディコンタクト領域
BCTC コンタクト
BOX 埋込酸化膜
BPBL 第1導電型埋込領域
CF1 導電膜
CF2 導電膜
CP 導体パターン
CP1 延伸部
CP2 突出部
DCTC コンタクト
DFOX フィールド酸化膜
DRR ドレイン領域
EPI エピタキシャル層
FOX フィールド酸化膜
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GI1 絶縁膜
ILD1 層間絶縁膜
ILD2 層間絶縁膜
LDS LDS領域
NBL 第2導電型埋込領域
NDR 第2導電型ドリフト領域
ONR1 幅狭部
ONR2 幅狭部
OP 開口
OWD 幅広部
PBD 第1導電型ボディ領域
PBL 第1導電型埋込領域
PNR 幅狭部
PP 突出部
PS ポリシリコン膜
PWD1 幅広部
PWD2 幅広部
RS1 レジスト膜
RS2 レジスト膜
RS3 レジスト膜
SB シリサイドブロック膜
SCTC コンタクト
SD 半導体装置
SLD1 シリサイド膜
SLD2 シリサイド膜
SOR ソース領域
SSUB 半導体基板
SUB 基板
SW サイドウォール
TRE 溝

Claims (7)

  1. 基板と、
    前記基板に形成された半導体層と、
    前記半導体層に形成された第1導電型領域と、
    前記半導体層に形成され、平面視で第1方向に前記第1導電型領域と並んで配置された第2導電型領域と、
    前記半導体層上に位置し、平面視で前記第1導電型領域から前記第2導電型領域にかけて形成され、平面視で前記第1方向と直交する第2方向に延伸しているゲート電極と、
    前記第1導電型領域に形成されたソース領域と、
    前記第2導電型領域に形成され、前記ゲート電極から離間しているドレイン領域と、
    前記第2導電型領域の表層に形成され、前記ゲート電極の下部から前記ドレイン領域に亘って位置しているフィールド絶縁膜と、
    前記ソース領域側から前記ドレイン領域側に向かって前記ゲート電極の側面から突出し、平面視で前記第2方向に沿って並べられた複数の突出部と、
    前記フィールド絶縁膜に形成され、前記第1方向から見て各々が互いに隣り合う前記突出部の間に位置し、前記第2方向に沿って前記複数の突出部と交互に並んだ複数の開口と、
    を備え、
    前記開口のうちの前記ドレイン領域側の縁部が前記ドレイン領域よりも前記ソース領域側に位置しており、
    前記開口のうちの前記ソース領域側の縁部が前記ゲート電極の前記側面よりも前記ドレイン領域側に位置しており、
    平面視で前記開口に比して前記ドレイン領域側に位置し、互いに隣り合う前記突出部を繋げている導電膜をさらに備える半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記開口は、
    前記ソース領域側に位置する開口ソース側部と、
    前記開口ソース側部に比して前記ドレイン領域側で前記開口ソース側部に隣り合う開口第1隣接部と、
    前記ドレイン領域側に位置する開口ドレイン側部と、
    前記開口ドレイン側部に比して前記ソース領域側で前記開口ドレイン側部に隣り合う開口第2隣接部と、
    を含み、
    前記開口ソース側部が前記開口第1隣接部よりも前記第2方向に狭い幅を有しており、
    前記開口ドレイン側部が前記開口第2隣接部よりも前記第2方向に狭い幅を有している半導体装置。
  3. 請求項に記載の半導体装置において、
    前記突出部は、
    前記開口第1隣接部に比して前記ソース領域側に位置する突出ソース側部と、
    前記突出ソース側部に比して前記ドレイン領域側で前記突出ソース側部に隣り合う突出第1隣接部と、
    を含み、
    前記突出ソース側部が前記突出第1隣接部よりも前記第2方向に広い幅を有している半導体装置。
  4. 請求項に記載の半導体装置において、
    前記突出部は、
    前記開口第2隣接部に比して前記ドレイン領域側に位置する突出ドレイン側部と、
    前記突出ドレイン側部に比して前記ソース領域側で前記突出ドレイン側部に隣り合う突出第2隣接部と、
    を含み、
    前記突出ドレイン側部が前記突出第2隣接部よりも前記第2方向に広い幅を有している半導体装置。
  5. 請求項に記載の半導体装置において、
    前記開口は、前記ドレイン領域側の縁部が前記ドレイン領域よりも前記ソース領域側に位置しており、
    平面視で前記開口に比して前記ドレイン領域側に位置し、互いに隣り合う前記突出部を繋げている導電膜をさらに備える半導体装置。
  6. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記基板上に形成された層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜上に形成された導体パターンと、
    前記層間絶縁膜を貫通し、前記導体パターンと前記ソース領域を接続しているコンタクトと、
    をさらに備え、
    前記導体パターンは、
    前記ゲート電極の上方に位置し、平面視で前記第2方向に延伸している導体延伸部と、
    平面視で前記ソース領域側から前記ドレイン領域側に向かって前記導体延伸部の側面から突出し、各々が前記複数の突出部それぞれに対応して設けられ、平面視で前記第2方向に沿って並べられた複数の導体突出部と、
    を含み、
    前記導体延伸部及び前記複数の導体突出部が平面視で前記ゲート電極の前記ドレイン領域側及び前記複数の突出部を内側に含んでいる半導体装置。
  7. 請求項に記載の半導体装置において、
    互いに隣り合う前記導体突出部の前記ドレイン領域側の部分を繋げる導電膜をさらに備える半導体装置。
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