JPH0194672A - 縦形mosfet - Google Patents

縦形mosfet

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JPH0194672A
JPH0194672A JP62251448A JP25144887A JPH0194672A JP H0194672 A JPH0194672 A JP H0194672A JP 62251448 A JP62251448 A JP 62251448A JP 25144887 A JP25144887 A JP 25144887A JP H0194672 A JPH0194672 A JP H0194672A
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groove
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Tamotsu Tominaga
冨永 保
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) この発明は、例えば電力用スイッチング素子等として使
用される縦形MO8FETに関する。
(従来の技術) 縦形MO8FETの第1の従来例としては、第10図の
像)へ(d)に示すようなものがある(IE3T ra
nsaction  on  E Iectron  
D evice  Vof  ED−31,?11]、
12  DEC,1984C11693〜1 700 
 rOptimum   Designor  pow
er  MO8FET’ sJ )。
第10図の(a) 〜(d)中、31は高濃度のN4基
板であり、N”l板31上には実質的にドレインとして
作用する低濃度のN形ペース層32がエピタキシャル成
長法により形成されている。N形ペース層32の表面側
には、Pウェル33が形成され、Pウェル33内にN+
ソース領域34が形成されている。また、N+ソース領
域34とN形ペース層32との間におけるPウェル33
上には、Pウェル33の表面層にチャネル33aを誘起
させるための多結晶シリコンからなるゲート電極36が
、ゲート酸化膜35を介して形成されている。
37はPSGからなる中間絶縁膜、38はAn膜で形成
されたソース電極であり、ソース電極38は、ソース・
Pウェル共通コンタクト孔39によりN+ソース領域3
4およびPウェル33に共通に接続されている。また、
N+基板31の裏面には図示省略のドレイン電極が設け
られている。
上述の縦形MO8FETは次のような工程により作製さ
れている。即ち、N形ペース層32の表面にゲート酸化
膜35となるシリコン酸化膜35aが形成され、このシ
リコン酸化膜35a上に、ゲート電極36となる多結晶
シリコンが所要形状に形成される(第10図(a))。
そして、多結晶シリコンからなるゲート電極36をマス
クとしてN形ペース層32の表面にP彫工細物がイオン
注入され、゛アニールが施されてPウェル33が形成さ
れる。フォトリソグラフィ法によりPウェル33のコン
タクト部33bの部分に図示省略の7オトレジスト膜が
形成され、このフォトレジスト膜およびゲート電極36
をマスクとしてN彫工細物がイオン注入され、アニール
が施されてPウェル33内にN+ソース領域34が形成
される(第10図(b))。次いでCVD法により中間
絶縁膜37となるPSGが堆積され、フォトリソグラフ
ィ工程によりソース・Pウェル共通コンタクト孔39が
開孔されたのち(第10図(c))、AM蒸着およびバ
ターニングが行なわれてソース電極38が形成されてい
る(第10図(d))。
上述のように構成された縦形MO8F E Tは、ゲー
ト電極36部分およびソース・Pウェル共通コンタクト
孔39部分からなる単位体がセルと称され、このセルの
所要個数が並列接続されて構成されている。そして耐圧
が例えば100V程度以下のものでは、オン抵抗の大部
分がこのセル゛の個数によって決められており、セルサ
イズを縮小してセル密度を高めると、オン抵抗の低減、
云い換えれば損失の低減が図られる。
しかしながら、第1の従来例にあっては、N+ソース領
域34形成のためのN+拡散の際にPウェル33のコン
タクト部33bを表面に残すためのフォトリソグラフィ
工程と、ソース・Pウェル共通コンタクト孔39開孔の
際のフォトリソグラフィ工程との2度のフォトリソグラ
フィ工程を必要とし、コンタクト部のパターンには、各
フォトリソグラフィ工程におけるマスク合わせに必要な
寸法余裕をとらなければならないため、ソース電極38
とN+ソース領域34およびPウェル33とのコンタク
ト部の面積が大きくなり、セルサイズを縮小してセル密
度を高めることが難しいという問題点があった。
次いで、第11図には縦形MO8FETの第2の従来例
を示す(実願昭56−162395号)。
なお、第11図において前記第10図における部材およ
び部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以
って示しである。
この従来例では、Pウェル33およびN+ソース領域3
4が多結晶シリコンからなるゲート電極36をマスクと
した2重拡散により形成されて、前記第1の従来例にお
けるようなN+ソース領域34形成の際に、Pウェル3
3のコンタクト部を表面に残ずためのフォトリソグラフ
ィ工程が省略されてセル密度の向上が図られている。そ
して、中間絶縁膜37にコンタクト孔41が開孔され、
中間絶縁膜37をマスクとしたK OH専のアルカリエ
ツチング液による異方性エツチングによりN1ソース領
域34を貫通してPウェル33に達するV字溝42が形
成されている。AI膜で形成されたソース電極43は、
V字溝42の傾斜面の部分において拡散深さが1〜1.
5μmのソース領域34およびPウェル33に共通に接
続されている。
ところで、シリコン等の半導体にとってアクセプタ不純
物となるAfL材質で形成されたソース電極とドナー不
純物の導入拡散により形成されたN1ソース領域との間
でコンタクト抵抗の小さいコンタクト部を形成するため
には、比較的大きな面積でコンタクト部を形成すること
が望まれる。
しかしながら、第2の従来例にあっては、Ai材質で形
成されたソース電極43と拡散深さが1〜1.5μmの
N+ソース領域34とがV字溝42の傾斜面の部分で、
はぼその厚さ方向にコンタクトをとる構造となっていた
ため、Aiミソ−スミ43とN+ソース領域34との接
触面積が少なくなってコンタクト抵抗が増し、この部分
でオン抵抗が上昇してしまうという問題点があった。
(発明が解決しようとする問題点) 第1の従来例では、N+ソース領域形成のためのN+拡
散の際に、Pウェルのコンタクト部を表面に残すだめの
フォトリソグラフィ工程とソース・Pウェル共通コンタ
クト孔の開孔の際のフォトリソグラフィ工程との2度の
フォトリソグラフィ工程とを必要とし、コンタクト部の
パターンには、フォトリソグラフィ工程におけるマスク
合わせに必要な寸法余裕をとらなければならないため、
コンタクト部の面積が大きくなり、セルサイズを縮小し
てセル密度を高め、オン抵抗の低減を図ることが難しい
という問題点があった。
また、第2の従来例では、N+ソース領域形成の際に、
Pウェルのコンタクト部を表面に残すためのフォトリソ
グラフィ工程が省略されてセル密度の向上が図られてい
るが、An材質で形成されたソース電極と浅い拡散深さ
のN+ソース領域とがV字溝の傾斜面の部分で、はぼそ
の厚さ方向にコンタクトをとる構造となっていたため、
AIソース電極とN+ソース領域との接触面積が少なく
なってコンタクト抵抗が増し、この部分でオン抵抗が上
昇してしまうという問題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、セルサイズを縮小してセル密度を高め、また
ソース電極とソース領域J3よウェルとのコンタクト抵
抗を低下させてオン抵抗を低減させることのできる縦形
MO8FETを提供することを目的とする。
[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) この発明は上記問題点を解決するために、ドレインとし
て作用する第1導電形層と、該第1導電形層内に形成さ
れた第2導電形のウェルと、該ウェル内に形成された第
1導電形のソース領域と、該ソース領域と前記第1導電
形層との間の前記ウェル上にゲート絶縁膜を介して設け
られ当該ウェルにチャネルを誘起させるゲート電極と、
前記ソース領域を貫通して前記ウェルに達する溝が穿設
され少なくとも前記ウェルに対しては前記溝内に形成さ
れた高融点金属からなるコンタクト部を介して当該ウェ
ルおよび前記ソース領域に接続されたソース電極とを有
することを要旨とする。
(作用) ソース電極とソース領域およびウェルとのコンタクト部
に、ソース領域を貫通してウェルに達する溝が穿設され
、ソース領域形成のための第1導電形不純物の拡散の際
に、ウェルのコンタクト部を表面に残すためのフォトリ
ソグラフィ工程が省略されてセル密度が高められる。
また、少なくとも第2導電形のウェルに対しては高融点
金属をコンタクトさせてオーミック性接触としているの
で、接触面積が小さくなる第1導電形のソース領域に対
してはウェル側と同様の高融点金属または接触電位差の
小さい材質を選択してコンタクトさせることができ、ソ
ース領域およびウェルの両者とソース電極とのコンタク
ト抵抗が低下される。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図ないし第4図は、この発明の第1実施例を示す図
である。
まず、縦形MO8FETの構成を説明すると、第1図中
、1は高濃度のN+基板であり、N+基板1上には実質
的にドレインとして作用する低温度の第1導電形層とし
てのN形ベース層2がエピタキシャル成長法により形成
されている。N形ベース層2の表面側には、Pウェル3
が形成され、Pウェル3内にN+ソース領域4が形成さ
れている。
また、N+ソース領域4とN形ベース層2との間におけ
るPウェル3上には、Pウェル3の表面層にチャネル3
aを誘起させるための多結晶シリコンからなるゲート電
極6が、ゲート絶縁膜としてのゲート酸化II!5を介
して形成されている。
7はPSGからなる中間絶縁膜であり、中間絶縁膜7に
は、コンタクト孔8が開孔され、この中間絶縁膜7をマ
スクとした反応性イオンエツチング等の異方性エツチン
グによりN+ソース領域4を貫通してPウェル3に達す
る断面面形の溝9が穿設されている。そして溝9内には
、その底部におけるPウェル3の部分に高融点金属であ
るタングステン(W)11が1μm程度の厚さに堆積さ
れ、このタングステン11上にN+多結晶シリコン12
が埋込まれている。Ai膜で形成されたソース電極13
は、N+多結晶シリコン12に比較的広い面積でコンタ
クトがとられ、ソース電極13は、N+ソース領域4に
対し、そのN+多結晶シリコン12を介して接続され、
Pウェル3に対しては、N+多結晶シリコン12および
タングステン11を介して接続されている。また、N+
基板1の裏面には、図示省略のドレイン電極が設けられ
ている。
次いで製造工程の一例を第2図の(a)〜(・e)を用
いて説明することにより、その構成をさらに詳述する。
なお、以下の説明において、(a)〜(e)の各項目記
号は、第2図の(a)〜(e)のそれぞれに対応する。
(a)N形ペース層2の表面に、熱酸化によりゲート酸
化膜5となるシリコン酸化膜を所要の厚さに形成し、次
いでこのシリコン酸化膜上に多結晶シリコンをCVD法
により所要の厚さに堆積し、フォトリソグラフィ法によ
り不要部分を除去してゲート電極6を形成する。そして
、この多結晶シリコンからなるゲート電極6をマスクと
した2重拡散によりPウェル3およびN+ソース領域4
を形成する。このあと、中間絶縁膜7となるPSGをC
VD法により所要の厚さに堆積し、フォトリソグラフィ
法によりコンタクト孔8を開孔する。
(b)中間絶縁膜7をマスクとした反応性イオンエツチ
ングによる異方性エツチングを利用してN+ソース領t
ii!4を貫通してPウェル3に達する断面面形の溝9
を穿設する。
(C)ハロゲン化タングステンの還元反応の下地依存性
を利用して溝9の底部、即ちPウェル3の部分に選択的
に金属タングステン11を1μm程度の厚さに堆積する
(d)第3図の(a)〜(C)に示すように、CVD法
により全面にN+多結晶シリコン12を堆積し、次いで
、その表面にフォトレジスト膜14を塗布して平坦化し
たのち、多結晶シリコンとフォトレジストとがほぼ同じ
エツチングレートになる反応ガスを用いて異方性の反応
性イオンエツチングを行ない、溝9内のタングステン1
1上にN+多結晶シリコン12を埋込む。
(e)Aul1mを蒸着したのち、そのバターニングを
行なって、N+多結晶シリコン12に比較的広い面積で
コンタクトするソース電極13を形成する。
次に、第4図の(a)、(b)を用いて上述のように構
成された縦形MO8FETの作用を説明する。
ソース電極13とN+ソース領域4およびPウェル3と
のコンタクト部に、N+ソース領域4を貫通してPウェ
ル3に達する溝9が穿設され、この満9の壁面でコンタ
クトをとる構造とされているので、N+ソース領域4形
成のためのN+拡散の際に、前記第10図の従来例のよ
うに、Pウェル3のコンタクト部を表面に残すためのフ
ォトリソグラフィ工程が省略されて、セル密度が高めら
れる。
また、上記のようなコンタクト構造とされているため、
接触面積が比較的小さくなるN+ソース領域4に対して
は、N+多結晶シリコン12を接触させ、両者間に接触
電位差を生じさせないようにしてコンタクト抵抗が下げ
られている。即ち、第4図(b)に示すように、N+単
結晶シリコンとN+多結晶シリコンとの接触では、同じ
シリコン同士の接触であるため、両者間の接触電位差は
両者の不純物濃度の差のみで決められて小さくなり、コ
ンタクト抵抗は無視できる程度に小さくなるのである。
一方、満9内に埋込んだN+多結晶シリコン12を、そ
のままPウェル3に接触させると整流接触となるので不
具合が生じる。このため、Pウェル3には高融点金属で
あるタングステン11を接触させてオーミック接触とし
て低抵抗化が図られている。金属であるタングステン1
1とN+多結晶シリコン12との接触では、第4図(a
)に示すようにバリアハイドφmの障壁が生じるがN+
多結晶シリコン12のN彫工細物濃度を高くすることに
より障壁の厚さは十分に薄くなり、トンネル効果によっ
てオーミック接触となる。
そして、A1膜で形成されたソース電極13は、N+多
結晶シリコン12に比較的広い面積で接触させることに
より低抵抗化が図られている。したがって、ソース電極
13は N +ソース領[4に対しては、A113−N
+多結晶シリコン12−N+ソース領域4の経路で低抵
抗とされ、またPウェル3に対しては、A113−N+
多結晶シリコン12−タングステン11−Pウェル3の
オーミック性の経路で低抵抗とされている。
而して、前述のセルサイズの縮小によるセル密度の向上
と、ソース電極13とN4″ンース領域4およびPウェ
ル3とのコンタクト抵抗の低下によリオン抵抗が低減さ
れている。
そして、N+基板1下面のドレイン電極に所要値の正電
圧が加えられ、ゲート電極6に閾値電圧以上のゲート電
圧か加えられると、チャネル3aが導通し、オン抵抗の
低減によりトレイン電極からソース電極13に十分大な
る電流が流れて大電流出力特性が得られる。
また、Pウェル3からソース電極13までの抵抗が下げ
られているので、縦形MOSFET内に寄生的に形成さ
れているNPNバイポーラトランジスタのベース抵抗が
低減され高温時にPウェル3の横方向の拡り抵抗部分の
ベース抵抗が上昇しても当該バイポーラトランジスタが
オン状態に転じることが防止されて2次降伏に至る耐m
が向上される。
次いで、第5図には、この発明の第2実施例を示す。な
お、第5図および後述の第6図等において前記第1図に
おける部材および部位と同一ないし均等のものは、前記
と同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。
この実施例は、N”ソース領域4に接触させるN“多結
晶シリコンを、溝9内への埋込みとせず薄いN+多結晶
シリコン層15とし、このN+多結晶シリコン層15の
上にA!L膜のソース電極13を形成したものである。
この実施例によれば、An膜で形成されたソース電極1
3を、−層広い面積でN+多結晶シリコン15に接触さ
せることができるので、当該両者間のコンタクト抵抗を
一層低抵抗とすることができる。
セルナイズの縮小によるセル密度の向上作用等は、前記
第1実施例のものとほぼ同様である。
第6図ないし第9図には、この発明の第3実施例を示す
。この実施例は、溝穿設のためのマスク形成の際におけ
るフォトリソグラフィ工程も省略してセルサイズの一層
の縮小を図り、セル密度を−II高めるようにしたもの
である。
この実施例の縦形MO8FETの構成を説明すると、第
6図中、16はシリコン窒化膜(813N4)であり、
多結晶シリコンからなるゲート電極6は、このシリコン
窒化膜16をマスクとしたエツチングにより所要形状に
形成されている。17はシリコン酸化膜のサイドウオー
ルであり、ゲート電極6の端面に対し自己整合的に形成
されている。N+ソース領域4を貫通してPウェル3に
達する断面内形の溝9は、シリコン窒化膜16およびサ
イドウオール17をマスクとした異方性エツチングによ
り穿設されている。
そして、溝9内にタングステン18が埋込まれ、AI膜
で形成されたソース電極13は、この埋込みタングステ
ン18を介してN+ソース領域4およびPウェル3に共
通に接続されている。
次いで、製造工程の一例を第7因の(a)〜(q)を用
いて説明することにより、その構成をさらに詳述する。
(a)N形べiス層2の表面に、熱酸化によりゲート酸
化膜5となるシリコン酸化膜を所要の厚さに形成し、こ
のシリコン酸化膜上に堆積した多結晶シリコンを、シリ
コン窒化膜16をマスクにしてエツチングし、ゲート電
極6を形成する。
(b)ゲート電極6をマスクとした2重拡散によりPウ
ェル3およびN+ソース領域4を形成する。
(C)第8図の(a)〜(C)に示すように、全面にC
VD法によりシリコン酸化膜を堆積したのち、反応性イ
オンエツチングを用いた異方性エツチング法により、そ
のシリコン酸化膜を全面エツチングしてゲート電極6の
側部にサイドウオール17を形成する。ゲート電極6を
構成する多結晶シリコンの厚さを0.4〜0.5μm、
CVD法により堆積するシリコン酸化膜の厚さを0.6
〜0.7μmとすると、サイドウオール17の横方向長
さは0.5μm程度となって、ゲート電極6の端面に対
し自己整合的に形成される。
(d)ゲート電極6上のシリコン窒化膜16とシリコン
酸化膜のサイドウオール17をマスクとした異方性エツ
チングによりN1ソース領域4を貫通してPウェル3に
達する溝9を穿設する。
(e)溝9の下地であるシリコンに対し、ハロゲン化タ
ングステンの還元反応によりタングステンを選択的に成
長させ、埋込みタングステン18を形成する。
(f >CVD法により中間絶縁膜7となるPSGを全
面に堆積し、フォトリソグラフィ法によりコンタクト孔
19を開孔する。PSGによる中間絶縁膜7は、その下
地の絶縁層がゲート電極6の上部端面21の部分で薄く
なり、ゲート・ソース間耐圧が低下するのを防止するた
めに行なわれる。
(Q)Al膜を蒸着したのち、そのバターニングを行な
って、埋込みタングステン18にコンタクトするソース
電極13を形成する。
次いで、第9図の(a)、(b)を用いて上述のように
構成された縦形MO8FETの作用を説明する。
N+ンソー領域4形成のためのN+拡散の際に、Pウェ
ル3のコンタクト部を表面に残すためのフォトリソグラ
フィ工程が省略されることは、前記第1実施例の場合と
同様である。
そして、この実施例では、溝9穿設のためのマスクが、
ゲート電極6の端面に対して自己整合的に形成されたシ
リコン酸化膜のサイドウオール17とゲート電極6上の
シリコン窒化膜16とをマスクとした異方性エツチング
により行なわれる。
したがって溝9穿設のためのマスクを形成するフォトリ
ソグラフィ工程も省略されるので、このためのマスク合
わせ余裕分が不要となり、ソース領域4のコンタクト面
とゲート電極6の端面間の距離を短縮することができて
セルサイズが一層縮小され、セル密度が一層高められる
。第9図の(a)、(b)は、このセルサイズの縮小効
果を示したもので、第9図(a)に示すこの実施例のも
のは、隣り合うゲート電極6同士閤の距l!tL1、即
ちコンタクト領域の幅は例えば6μm程度になるのに対
し第9図(b)に示す比較例のものにおけるこれに対応
した距離L4は9μm程度であり、この実施例のものは
セルサイズが大幅に縮小されている。因みに、第9図(
a)中のL2−5t1m、L3−3μm程度であるのに
対し、第9図(b)中の15−61115−6l1μm
程度である。なお、第9図(b)中の22は寄生NPN
)−ランジスタを示している。
また、この実施例では接触面積が比較的小さくなるN+
ソース領域4に対しても高融点金属であるタングステン
18を接触させ、トンネル効果によってオーミック接触
としている。
而して、セルサイズの一層の縮小によるセル密度の向上
と、ソース電極13とN1ソース領域4およびPウェル
3とのコンタクト抵抗の低下によりオン抵抗が一層低減
されている。
さらに、この実施例では、ゲート電極6の下方に入り込
んでいるPウェル3の端部からN+ソース領域4のコン
タクト面(実質的に埋込み電極の位置)までの距離が前
述のように短縮されているため、寄生NPNバイポーラ
トランジスタ22のベース抵抗が一層小さくなり、2次
降伏耐量が一層高められる。
なお、上述の各実施例ではNチャネルの縦形MO8FE
Tについて説明したが、Pチャネルのものにも適用でき
る。また、縦形MO8FETを構成要素とする半導体装
置、例えば電導度変調形M08FETにも適用できる。
さらに、少なくともPウェルに接触させる高融点金属と
しては、タングステン(W)の他にモリブデン(MO)
等も適用することができ、またこのような高融点金属と
シリコンとの化合物であるシリサイドを適用することも
できる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、ソース電極と
ソース領域およびウェルとのコンタクト部に、ソース領
域を貫通してウェルに達する溝を穿設したので、ソース
領域形成のための第1導電形不純物の拡散p際に、ウェ
ルのコンタクト部を表面に残すためのフォトリソグラフ
ィ工程が省略されてセル密度を高めることができる。ま
た、少なくとも第2導電形のウェルに対しては高融点金
属をコンタクトさせてオーミック接触となるようにした
ので、接触面積の小さくなる第1導電形のソース領域に
対しては、ウェル側と同様の高融点金属または接触電位
差の小さくなる材質を選択してコンタクト部を構成する
ことができてソース電極とソース領域およびウェルとの
コンタクト抵抗を低下させることができる。したがって
前述のセル密度が高められることとも相まってオン抵抗
を低減させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第4図はこの発明に係る縦形MO8FET
の第1実施例を示すもので、第1図は縦断面図、第2図
は製造工程の一例を示す工程図、第3図は同上製造工程
における溝内への多結晶シリコンの埋込み工程例を示す
工程図、第4図は作用を説明づ°るためのものでN彫型
結晶シリコンとN形多結晶シリコンとの接触電位差等を
示す図、第5図はこの発明の第2実施例の製造工程例を
示づ′工程図、第6図′ないし第9図はこの発明の第3
実施例を示すもので、第6図は縦断面図、第7図は製造
工程の一例を示す工程図、第8図は同上製造工程におけ
るサイドウオールシリコン酸化膜の形成工程例を示す工
程図、第9図はセルサイズの寸法縮小効果を比較例とと
もに示す図、第10図は縦形MO8FETの第1の従来
例を示す工程図、第11図は第2の従来例を示す断面図
である。 1:N+基板、 2:N形ペース層(第1導電形層)、 3:ウェル、    3a:チャネル、4:N+ソース
領域、 5:ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)、 6:ゲート電極、  7二中間絶縁膜、9:溝、 11.18:タングステン(高融点金属、)、12.1
5:N+多結晶シリコン、 13:ソース電極。 代即人  弁理士  三 好  保 男第2図(a) 第2図(b) 第2図(C) 第2図(d) 第2図(e) 第8図(a) 菓3図(1)) 等3rgJ(C) 第6図 1d 49図(a) 嬉9図(b) 嘉10図(d)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  ドレインとして作用する第1導電形層と、 該第1導電形層内に形成された第2導電形のウェルと、 該ウェル内に形成された第1導電形のソース領域と、 該ソース領域と前記第1導電形層との間の前記ウェル上
    にゲート絶縁膜を介して設けられ当該ウェルにチャネル
    を誘起させるゲート電極と、前記ソース領域を貫通して
    前記ウェルに達する溝が穿設され少なくとも前記ウェル
    に対しては前記溝内に形成された高融点金属からなるコ
    ンタクト部を介して当該ウェルおよび前記ソース領域に
    接続されたソース電極と を有することを特徴とする縦形MOSFET。
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