JPH0513758A - Mosfet及びその製造方法 - Google Patents

Mosfet及びその製造方法

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JPH0513758A
JPH0513758A JP15834191A JP15834191A JPH0513758A JP H0513758 A JPH0513758 A JP H0513758A JP 15834191 A JP15834191 A JP 15834191A JP 15834191 A JP15834191 A JP 15834191A JP H0513758 A JPH0513758 A JP H0513758A
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JP
Japan
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region
semiconductor region
conductive layer
forming
drain
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JP15834191A
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English (en)
Inventor
Soburino Bera Edowarudo
ソブリノ ベラ エドワルド
Nobuhiko Yamashita
暢彦 山下
Toshiaki Yanai
利明 谷内
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電界集中による耐圧の低下を防ぎ、且つオン抵
抗が小さい横型MOSFETを提供する。 【構成】本発明のMOSFETは、任意の導電型の半導
体基板1と、該基板1上に形成されたドレイン領域とし
ての第1の導電型の第1の半導体領域2と、該第1の半
導体領域2上の表面に、層間絶縁膜10で相互に絶縁さ
れた、ゲート電極としての第1の導電性層6と、ソース
電極としての第2の導電性層7と、ドレイン電極として
の第3の導電性層8とを有する構成において、上記ドレ
イン電極としての第3の導電性層8が、上記第1の半導
体領域2内に表面から深さ方向に向けて設けた溝の内部
に突入した形状を備え、上記ドレインコンタクト領域と
しての第1の導電型の第4の半導体領域5が上記溝の側
壁を形成する構造を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー用の横型M
OSFETの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】図19に、従来のnチャネル型のパワー
用横型MOSFET構造の断面図を示す。1は半導体基
板、2は第1の半導体領域としてのドレインn-型エピ
タキシャル層、3は第2の半導体領域としてのp型チャ
ネル形成領域、4は第3の半導体領域としてのn+型ソ
ース領域、5は第4の半導体領域としてのn+型ドレイ
ンコンタクト領域、6は第1導電性層としてのゲート電
極、7は第2の導電性層としてのソース電極、8は第3
の導電性層としてのドレイン電極、9はゲート絶縁膜、
10は層間絶縁膜である。図19の横型MOSFET構
造では、ドレインコンタクト領域として、n+領域が半
導体表面からの拡散で形成されている。チャネルが非導
通の状態でドレイン・ソース間に電圧が印加されると、
素子内部の等電位線が図20に示される形になる。図2
0に示されたように、ドレインコンタクトの拡散部分端
の等電位線が大きく曲がるところで、局所的に電界が大
きくなり、ドレイン耐圧の低下が起こる。具体的な数値
例として、例えばn-型エピタキシャル層2の不純物濃
度を1×1016cm~3、n+型ドレインコンタクト領域
5の濃度を1×1019cm~3、拡散深さを0.5μm、
n+型ドレインコンタクト領域とp型チャネル形成領域
3との距離を1.5μmとした場合、ドレイン耐圧は2
5Vとなる。また、ドレイン領域としてのn-領域の中
で、電流が流れる領域が半導体表面に近い領域のみとな
り、ドレイン領域の表面から深い領域が電流パスとして
有効に働かず、オン抵抗の低減が困難であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の横
型MOSFETの構造のものでは、ドレイン耐圧の低下
が起こったり、オン抵抗の低減が困難であるなどの問題
があった。本発明の目的は、このような問題を解決し、
電界集中による耐圧の低下を防ぎ、且つオン抵抗が小さ
い横型MOSFETを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のMOSFETは、例えば図1に示すよう
に、任意の導電型の半導体基板と、該基板上に形成され
たドレイン領域としての第1の導電型の第1の半導体領
域と、該第1の半導体領域上の表面に、層間絶縁膜で相
互に絶縁された、ゲート電極としての第1の導電性層
と、ソース電極としての第2の導電性層と、ドレイン電
極としての第3の導電性層とを有する構成において、上
記ドレイン電極としての第3の導電性層が、上記第1の
半導体領域内に表面から深さ方向に向けて設けた溝の内
部に突入した形状を備え、上記ドレインコンタクト領域
としての第1の導電型の第4の半導体領域が上記溝の側
壁を形成する構造を備えることを特徴とする。
【0005】また上記の目的を達成するための本発明の
製造方法は、任意の導電型の半導体基板上に、ドレイン
領域としての第1の導電型の第1の半導体領域を形成
し、該第1の半導体領域の表面にゲート電極を形成し、
該第1の半導体領域内に該領域の表面から第2の導電型
のチャネル形成領域としての第2の半導体領域を、さら
に、該第2の半導体領域内に該領域の表面から第1の導
電型のソース領域としての第3の半導体領域をそれぞれ
形成した後、例えばとくに図13、図14、図15ある
いは図16、図17、図18に示すように、上記第1の
半導体領域の表面のドレイン電極の形成位置に対応して
該第1の半導体領域の一部を外部に臨ませる窓を有する
マスク層を形成する工程と、該マスク層をマスクとし
て、上記第1の半導体領域の表面からその内部に向かう
エッチング処理によって、上記第1の半導体領域に、溝
を形成する工程と、上記マスク層をマスクとして、第1
の導電型の不純物のイオン打ち込み処理を行うことによ
って、上記溝の表面から該溝の側壁に対してドレインコ
ンタクト領域としての第4の半導体領域を形成する工程
と、上記マスク層を除去した後、上記第1の導電性層
と、上記第1の半導体領域の表面を覆う層間絶縁膜を形
成する行程と、上記第2の半導体領域と第3の半導体領
域の表面に接続するソース電極としての第2の導電性層
と、上記第4の半導体領域に接続するドレイン電極とし
ての第3の導電性層とを形成する工程を備えることとす
る。
【0006】
【作用】前記したように、従来の構造および製造方法で
は、図20に示されたように、ドレインコンタクトの拡
散部分端で等電位線が大きく曲がり、これが局所的に電
界を大きくし、前記の問題を招いていた。本発明はこの
点に着眼し、ドレインコンタクト部分の等電位線に大き
な曲がりを発生させないような構造とその製造方法によ
り問題の解決をもたらしたものである。すなわち本発明
では、ドレイン電極を表面からの溝により深さ方向に設
けることにより、電気力線が溝の深さ方向に広げられ
る。このため、電界集中が発生せず、ドレイン耐圧を改
善することが可能になる。一般に横型MOSFETで
は、ある耐圧を得るためにドレイン電極とチャネル形成
領域との間の距離を長く取っているが、本発明では上記
のようにドレイン耐圧が改善されるので、この距離を短
くすることが可能になる。また、表面から深い領域にも
電流が流れるので、従来の横型MOSFETよりもオン
抵抗の低減をもたらす。
【0007】
【実施例】図1は本発明の実施例で、nチャネル型の場
合の構造断面図である。1は半導体基板、2は第1の半
導体領域としてのドレインn-型エピタキシャル層、3
は第2の半導体領域としてのp型チャネル形成領域、4
は第3の半導体領域としてのn+型ソース領域、5は第
4の半導体領域としてのn+型ドレインコンタクト領
域、6は第1導電性層としてのゲート電極、7は第2の
導電性層としてのソース電極、8は第3の導電性層とし
てのドレイン電極、9はゲート絶縁膜、10は層間絶縁
膜である。図1の構造を使用した場合、ドレインに電圧
を印加したときの素子内部の等電位線は、図2に示され
る形になる。従来の素子で、ドレインコンタクト付近で
発生していた電界集中が緩和されるので、作用の項で説
明したように耐圧を改善することができる。例えば、前
述した従来の素子の構造例と同じくn-型エピタキシャ
ル層2の不純物濃度を1×1016cm~3、n+型ドレイ
ンコンタクト領域5の濃度を1×1019cm~3、拡散深
さを0.5μm、n+型ドレインコンタクト領域とp型
チャネル形成領域3との距離を1.5μmとし、溝を幅
1μm、深さ5μmで形成した場合、ドレイン耐圧は5
0Vとなる。従来の素子の25Vに対して、2倍のドレ
イン耐圧を得ることができる。さらに、キャリアが素子
内部の深い領域を流れるので、オン抵抗を低減すること
ができる。
【0008】次に、図3乃至図18を用いて、製造方法
の実施例を説明する。ここでは、nチャネル型MOSF
ETの製造方法について説明する。pチャネル型MOS
FETも、n型とp型の導電型を入れ換えるだけで、同
様に製作できることはもちろんである。任意の導電型の
単結晶シリコンからなる半導体基板1を用意する。(図
3)その半導体基板上にn型を有し且つ半導体基板1に
比し高い比抵抗を有するとともに例えば単結晶シリコン
でなるドレイン領域部としての半導体層2を、エピタキ
シャル成長法によって形成する。(図4)次に、ドレイ
ンエピタキシャル層2の表面に、例えば熱酸化処理によ
って、半導体領域の半導体材料の酸化物(シリコン酸化
物)でなる、ゲート絶縁膜9を形成する。(図5)次
に、ゲート絶縁膜9上に、導電性材を導入していること
によって導電性を有する例えばポリシリコンでなる、ゲ
ート電極としての第1の導電性層6を例えばCVD法に
よって堆積形成する。(図6) 次に、ゲート電極6上に、例えば窒化シリコンでなる第
1のマスク層11を、ゲート電極部を覆って、例えば窒
化シリコンによって堆積形成する。(図7) 次いでその層に対する反応性イオンエッチング処理によ
って、第1の導電性層6及びゲート絶縁膜9をエッチン
グし、ゲート電極を形成する。(図8) 次に、ドレインエピタキシャル層表面上に、第2のマス
ク層12を、ドレイン領域となる部分を覆うように形成
する。(図9) 次に、ゲート電極16と第2のマスク層12をマスクと
して、例えばBをイオン注入し、第2の半導体領域とし
てのチャネル形成領域3を形成する。(図10 ) 次に、上記第2のマスク層を除去した後、ソース領
域となる部分のみ窓を開けて、第3のマスク層13を形
成する。(図11) 次に、ゲート電極6と第3のマスク層13をマスクとし
て、例えばPをイオン注入し、第3の半導体領域として
のソース領域4を形成する。(図12) 次に、上記第3のマスク層を除去した後、溝を開ける部
分に窓を持つ第4のマスク層14を例えばMo、Ti、
W等の材料で形成する。(図13) 次に、第4のマスク層14を用いて、例えば反応性イオ
ンエッチングによって、ドレインエピタキシャル層に溝
を形成する。(図14) 次に、第4のマスク層14を引き続きマスクとして用い
て、例えばPイオン注入を行うことによって、ドレイン
コンタクト領域としての第4の半導体領域を形成する。
(図15) なお、nチャネル型の製造に限った場合には、フォスフ
ォ シリケイト ガラス(Phospho-Silicate Glass 以
下、PSGという)を堆積し、リフトオフ法等によって
第4のマスク層とともにPSGを除去して溝のみにPS
Gを残した後、熱処理によるPSGからのPの拡散によ
って、ドレインコンタクト領域5としての第4の半導体
領域を形成することもできる。(図16) 次に、上記第4のマスク層を除去した後、ゲート電極6
とn-ドレインエピタキシャル層2の表面とを覆う層間
絶縁膜を形成する。(図17) 次に、ソース領域4及びチャネル形成領域3へ接続する
ように例えばAlによってソース電極7を形成し、同様
にして溝部分にドレイン電極8を形成する。(図18)
【0009】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、従来の
横型MOSFETよりもドレイン耐圧を改善し、オン抵
抗を低減できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるMOSFETの断面構造
【図2】素子がカットオフ状態の時の等電位線の模式図
【図3】本発明の製造工程例図(1)
【図4】本発明の製造工程例図(2)
【図5】本発明の製造工程例図(3)
【図6】本発明の製造工程例図(4)
【図7】本発明の製造工程例図(5)
【図8】本発明の製造工程例図(6)
【図9】本発明の製造工程例図(7)
【図10】本発明の製造工程例図(8)
【図11】本発明の製造工程例図(9)
【図12】本発明の製造工程例図(10)
【図13】本発明の製造工程例図(11)
【図14】本発明の製造工程例図(12)
【図15】本発明の製造工程例図(13)
【図16】本発明の製造工程例図(13′)
【図17】本発明の製造工程例図(14)
【図18】本発明の製造工程例図(15)
【図19】従来のMOSFETの断面構造図
【図20】従来の素子のカットオフ状態の時の等電位線
の模式図
【符号の説明】
1 半導体基板 2 n-型ドレインエピタキシャル層(第1の半導体
領域) 3 p型チャネル形成領域(第2の半導体領域) 4 n+型ソース領域(第3の半導体領域) 5 n+型ドレインコンタクト領域(第4の半導体領
域) 6 ゲート電極(第1の導電性層) 7 ソース電極(第2の導電性層) 8 ドレイン電極(第3の導電性層) 9 ゲート絶縁膜 10 層間絶縁膜 11 第1のマスク層 12 第2のマス
ク層 13 第3のマスク層 14 第4のマス
ク層 15 PSG 101 バイアス電

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】任意の導電型の半導体基板と、該基板上に
    形成されたドレイン領域としての第1の導電型の第1の
    半導体領域と、該第1の半導体領域上の表面に、層間絶
    縁膜で相互に絶縁された、ゲート電極としての第1の導
    電性層と、ソース電極としての第2の導電性層と、ドレ
    イン電極としての第3の導電性層とを有し、 上記ゲート電極としての第1の導電性層は、上記第1の
    半導体領域内の上記表面部位に形成された、第1の導電
    型とは逆の第2の導電型からなるチャネル形成領域とし
    ての第2の半導体領域の表面にゲート絶縁膜を介して形
    成され、 上記ソース電極としての第2の導電性層は、上記第2の
    半導体領域と、該領域内の上部に形成された、ソース領
    域としての第1の導電型の第3の半導体領域とに接して
    形成され、 さらに上記ドレイン電極としての第3の導電性層は、上
    記第2と第3の半導体領域とは別の部位に形成されたド
    レインコンタクト領域としての第1の導電型の第4の半
    導体領域に接続された構成を有するMOSFETにおい
    て、 上記ドレイン電極としての第3の導電性層が、上記第1
    の半導体領域内に表面から深さ方向に向けて設けた溝の
    内部に突入した形状を備え、上記ドレインコンタクト領
    域としての第1の導電型の第4の半導体領域が上記溝の
    側壁を形成する構造を備えることを特徴とするMOSF
    ET。
  2. 【請求項2】任意の導電型の半導体基板上に、ドレイン
    領域としての第1の導電型の第1の半導体領域を形成す
    る工程と、 該第1の半導体領域上の表面に、ゲート絶縁膜としての
    絶縁層を形成する行程と、 該ゲート絶縁膜上に、ゲート電極としての第1の導電性
    層を形成する工程と、該第1の導電性層上に、第1のマ
    スク層を、ゲート電極の形成位置に対応して形成する工
    程と、 該第1のマスク層をマスクとしてエッチング処理によっ
    て、上記ゲート電極の形成位置以外の上記第1の導電性
    層及び上記ゲート絶縁膜を除去し、さらに該ゲート電極
    位置の第1のマスク層を除去してゲート電極を形成する
    工程と、 ドレイン領域とする部分を覆って上記ゲート電極上に延
    長し、ソース領域とする半導体表面を外部に臨ませる窓
    を有する第2のマスク層を形成する行程と、 該第2のマスク層とゲート電極をマスクとして、上記第
    1の半導体領域内に該領域の表面から第2の導電型のチ
    ャネル形成領域としての第2の半導体領域を、 不純物のイオンの打ち込み処理を伴って形成する工程
    と、上記第2のマスク層を除去した後、 ドレイン領域とする部分を覆って上記ゲート電極上に延
    長し、且つ上記第2の半導体領域の一部を覆う第3のマ
    スク層を形成する行程と、 該第3のマスク層とゲート電極をマスクとして、上記第
    2の半導体領域内に該領域の表面から第1の導電型のソ
    ース領域としての第3の半導体領域を、不純物のイオン
    の打ち込み処理を伴って形成する工程と、上記第3のマ
    スク層を除去した後、 上記第1の半導体領域の表面のドレイン電極の形成位置
    に対応して該第1の半導体領域の一部を外部に臨ませる
    窓を有する第4のマスク層を形成する工程と、該第4の
    マスク層をマスクとして、上記第1の半導体領域の表面
    からその内部に向かうエッチング処理によって、上記第
    1の半導体領域に、溝を形成する工程と、 上記第4のマスク層をマスクとして、第1の導電型の不
    純物のイオン打ち込み処理を行うことによって、上記溝
    の表面から該溝の側壁に対してドレインコンタクト領域
    としての第4の半導体領域を形成する工程と、上記第4
    のマスク層を除去した後、 上記第1の導電性層と、上記第1の半導体領域の表面を
    覆う層間絶縁膜を形成する行程と、 上記第2の半導体領域と第3の半導体領域の表面に接続
    するソース電極としての第2の導電性層と、上記第4の
    半導体領域に接続するドレイン電極としての第3の導電
    性層とを形成する工程を備えることを特徴とするMOS
    FETの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6696727B2 (en) 2001-04-05 2004-02-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Field effect transistor having improved withstand voltage
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