JPH06204483A - 高電圧トランジスタ構造及びその形成方法 - Google Patents
高電圧トランジスタ構造及びその形成方法Info
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Abstract
動作するトランジスタに適する、余分なマスク及び他の
製造工程を必要としない構造を提供する。 【構成】 基板に形成された少なくとも2個のドープ
領域と1個のゲート電極とを備える少なくとも1個のト
ランジスタを有する高電圧トランジスタ構造であって、
前記基板に形成された第1のフィールドリングと当該第
1のフィールドリングから間隔をおいて当該第1のフィ
ールドリングと共に前記トランジスタを側方から取り囲
むべく前記基板に形成された第2のフィールドリングと
を少なくとも有し、前記第1のフィールドリングと前記
第2のフィールドリングとの間にあって前記トランジス
タを側方から取り囲むべく前記基板に形成された第1の
絶縁されたトレンチを有することを特徴とする高電圧ト
ランジスタ構造。
Description
し、特にブレイクダウン電圧を高めるためのダイ(IC
チップ)のエッジの周りにターミネーションを有する電
界効果パワートランジスタに関する。
る。そのようなトランジスタとしてよく知られているも
のに、ドープしたソース領域、ドープした本体領域及び
トレンチに形成された導電多結晶シリコンからなるゲー
ト電極を有する、例えばエピタキシャル層が成長した基
板に形成された電界効果トランジスタであるDMOS
(二重拡散金属酸化物−半導体)トランジスタがある。
一般にそのようなトランジスタ(セル)は、高電力出力
を伴う用途即ち1ワット以上のパワーを駆動する用途の
ために或いは他の高電圧出力を伴う用途のために、並列
に接続された1枚のダイの上に形成される。この縦型D
MOS技術に於て、トランジスタが上側に形成されるシ
リコンICチップのエッジに於ける接合(ドープ領域)
をターミネートするためのエッジターミネーション技術
を用いることが公知である。このエッジターミネーショ
ン技術を用いることにより、エッジに於けるブレイクダ
ウン電圧は、ICチップの中央部分の活性トランジスタ
セルのブレイクダウン電圧よりも高くなる。
れる比較的低いブレイクダウン電圧以上の、より一層高
いブレイクダウン電圧に耐え得るためには、図1に示さ
れるようなフィールドプレート10を用いることが知ら
れている。フィールドプレート10は、ICチップのエ
ッジ12に於いて、高電界強度の結果としてブレイクダ
ウン電圧を引き上げることとなる。フィールドプレート
10は、基板17のドープ領域16のエッジ14上に形
成された導電構造である。前記フィールドプレート10
は最後に形成された活性接合に電気的に接続されてお
り、下側ドープ領域の空乏層の形状を調整する。図1に
示されるように(絶縁層20により取り囲まれた)フィ
ールドプレート10は、ドープした多結晶シリコン部分
11とドープ領域16に至る金属コンタクト22とを有
する。
ールドプレート10の代わりに用いられる、ブレイク電
圧をより高めるための第2の手法としては、図2に示さ
れるような拡散フィールドリング32がある。フィール
ドリング32は、ICチップのエッジ12にかけて形成
され、金属化層34と接続したドープ領域30のような
トランジスタセルの周囲に形成された領域である。フィ
ールドリングは一般にトランジスタの活性部分30から
フロートされていて(どの外部の電圧源とも接続されて
いない)、しかも活性部分30と比較的接近している。
フィールドリング32は一般的にトランジスタの活性部
分30と同時に製造される。即ち同じ製造過程に於て、
トランジスタの活性部分を取り囲むマスク中に追加した
拡散の窓を設けることによりそのようなフィールドリン
グが製造される。従って、フィールドリング32の拡散
の深さ及びドーピングレベルは、一般的にトランジスタ
の活性部分に対応する領域30の拡散の深さ及びドーピ
ングレベルと同様となる。
ランジスタに於ては、同心的にかつ一定の間隔を置いて
形成された複数の(3個以上の)フィールドリングを利
用することは公知である。その種のデバイスとして一般
に用いられるエピタキシャル層の固有抵抗についてフィ
ールドリングが有効であるためには、一般的に隣接した
フィールドリングの間隔が約1ミクロンのオーダでなけ
ればならない。しかしながらドープ領域の深さ及びフィ
ールドリングの整列の公差やライン幅制御等のばらつき
により、ブレイクダウン電圧が150V以下である場合
には従来のフィールドリングでは信頼性は不十分とな
る。これは、ブレイクダウン電圧が150V以下である
ようなデバイスに用いられる半導体材料の固有抵抗に対
しては、ソース接合中の電界をシールドするためにフィ
ールドリングをソース接合に非常に接近させなければな
らないからである。その距離はサブミクロンのオーダで
あり、その実現は非現実的であり、実際に製造不可能で
ある。故に、そのようなデバイスに対しては、フィール
ドプレートターミネーションは唯一の用い得る従来技術
である。
ことに、フィールドプレートは、その下側の基板からフ
ィールドプレートを絶縁するために、比較的厚い酸化絶
縁層を下側に必要とする。この酸化絶縁層は所望の電圧
に耐え得ると共に、酸化絶縁層中へのホットエレクトロ
ンの注入を引き起こしてトランジスタのアバランシ条件
内で酸化層を不安定にすることのないようにシリコン基
板に於ける表面電界強度を減少させるものである。この
厚い酸化層を形成するためには、マスク工程及び比較的
長い酸化工程を付加する必要が生じ、トランジスタデバ
イスの製造費用及び煩雑さを増長させるため好ましくな
い。しかし、もしこれらの工程を省略したとしたら当
然、フィールドプレートの下側の酸化層は厚さ約0.0
5ミクロンの比較的薄いゲート酸化層のみとなる。フィ
ールドプレートの下側の酸化絶縁層がそのような厚さで
あれば、20V或いはそれ以下のブレイクダウン電圧に
対してのみ有用となってしまう。故に、そのような構造
は20V或いはそれ以上の電圧がかかる一般的なDMO
Sトランジスタにとっては不適当であった。
レイクダウン電圧に対しては、従来のフィールドリング
は効果的ではなく、また従来のフィールドプレートは有
用ではあるが余分なマスク及び酸化工程による煩雑さを
伴うこととなる。
囲内で動作するトランジスタに適する、余分なマスク及
び他の製造工程を必要としないターミネーション構造が
必要となる。上述の課題は、各フィールドリングをより
一層近づけることにより達成される。しかしながら当
然、従来のフィールドリング技術では、フィールドリン
グがオーバーラップ即ち隣接したフィールドリングのド
ープ領域が重なりあったとしたら、増加したブレイク電
圧の恩恵の多くが失われると共に多数のフィールドリン
グに伴う恩恵も失われて、フィールドリングが1個のみ
である場合と同様の結果となることからフィールドリン
グは互いに独立させなければならない。こうして、お互
いに非常に接近しておりかつ干渉しないフィールドリン
グを形成する方法があるとすれば、それは非常に有用な
ものとなる。しかしそのような構造或いは製造方法は、
従来の技術に於ては知られていない。
タエッジターミネーション構造は、従来技術に於てより
もより一層互いに接近した複数のフィールドリングを有
しており、隣接したフィールドリングは二酸化シリコン
のような絶縁材料が内貼りされたトレンチからなる絶縁
領域によって分離されている。これらのトレンチにより
各フィールドリングはトレンチの幅と同じ間隔で配列す
ることが可能となる。故に複数のフィールドリングを使
用することができる。
トランジスタに用いられるターミネーションに対して述
べているが、このターミネーションは高電圧バイポーラ
トランジスタに対しても有用である。
(フィールドリング或いはトランジスタセルである)は
重ならず、また一定間隔でフィードリングを配置するこ
とが可能となる。好都合なことに、低抵抗の半導体材料
に対してフィルードリングターミネーションを用いるこ
とに伴う製造困難をこのトレンチにより回避することが
できる。トレンチには酸化材料のような絶縁材料を完全
に充填するか、或いは代わりに内壁に酸化層或いは他の
絶縁層を内貼りし、トレンチの残存部分に例えばドープ
した多結晶シリコンを充填してもよい。ドープされた多
結晶シリコンが充填されたトレンチは、トランジスタデ
バイスの活性部分のゲートコンタクトと電気的に接続す
ることとなる。
に、例えば活性トランジスタセルの深い本体領域の形成
と同じ製造過程中に形成される。トレンチは活性トラン
ジスタセルのゲートトレンチの形成と同じ製造過程中に
形成され、トレンチを酸化し充填する従来からの製造過
程もまた、トランジスタセルのゲート電極の形成と同じ
過程で同時に行われる。
りも深く、その比率は製造過程、及び半導体のエピタキ
シャル層の固有抵抗及びまたは基板の固有抵抗に依存す
る。一般的に、トレンチの深さ及びフィールドリングの
拡散の製造上のばらつきにもかかわらず、基板中のフィ
ールドリングの拡散がトレンチの底部に於けるフィール
ドリングの拡散よりも常に深くなるように、トレンチの
深さが定められている。
て可能であった距離よりもはるかに接近させて基板の表
面に配列させることがトレンチの効果である。トレンチ
の形成はフィールドリングの注入及び拡散の前に行って
も良いし、後に行っても良い。本発明によればフィール
ドリングを分離するために、トレンチのみを形成しても
よいし、更にフィールドプレートを形成してもよい。こ
のフィールドプレートは、(厚い酸化層の上に形成され
る必要はないが)従来からあるものであり、一番外側の
フィールドリングよりも更に外側に形成される。
技術に於いて、フィールドプレートの形成のために必要
であった厚い酸化絶縁層を形成する必要がなく、特に所
望のブレイクダウン電圧が20Vから150Vの範囲の
デバイスにあっては、複数のフィールドリングのブレイ
ク電圧を高めるようなターミネーション構造を供給する
ことが可能となる。このターミネーション構造によれ
ば、比較的製造コストがかからず、ブレイクダウン電圧
を高めることが可能となる。またフィールドプレートの
下側に厚い酸化層を形成する必要がないことから、他の
製造過程がより一層自己整合することになる。
いて詳しく説明する。
ジスタのターミネーション構造を示す図である。半導体
基板のエピタキシャル層40にはフィールドリング4
2、44及びトランジスタの外側の活性セルとしての深
い本体領域46が成形されており、深い本体領域46の
左側の部分はダミー(不活性)セルとなっている。領域
42、44、46は基板40の主面48に於て約7ミク
ロンの幅を持ち、約2.5ミクロンの深さを有するドー
プ領域である。フィールドリング42、44はエピタキ
シャル層40の極性と反対の極性を有し、主面48に於
けるドーピングの濃度は、1018イオン/cm3から1
019イオン/cm3となっている(図3、図4a、図4
b及び図4cに於ては、ICチップのエッジは図の左側
部であり、図5、図6及び図7に於てはICチップのエ
ッジは図の右側部である)。
フィールドリング44と深い本体領域46との間には、
約1ミクロンから2ミクロンの深さを持ち約1ミクロン
から2ミクロンの幅を有するトレンチ50及びトレンチ
52が各々形成されている。各トレンチ50、52は、
約500オングストロームから1000オングストロー
ムの二酸化シリコンからなる層54が内貼りされてお
り、かつドープされた多結晶シリコン58が充填されて
いる。図3に示すように、トレンチ52に充填されたド
ープされた多結晶シリコン58とコンタクトするべくト
レンチ52の中央部分の上に直接多結晶シリコン電極6
2が形成され、トレンチ52が電気的に接続されてい
る。電極62は絶縁層63中に形成されている。従来か
らのソースとしての金属化層64は深い本体領域46と
コンタクトしている。
れ、一番内側のトレンチ52は、トレンチ52内の電極
62を介して活性トランジスタセルの図示されていない
ゲートコンタクトと電気的に接続されている。
ICチップの一番外側のエッジには、従来と同様の導電
ガードリング66が形成されている。図3に於いては、
深い本体領域46以外の活性トランジスタセルの部分は
図示されていない。しかしながらそれらは従来と同様の
形状となって、例えば上部から見た形状が正方形である
ようになっている。トレンチ50、52は、フィールド
リング42、44を近接して形成し、しかも活性セル領
域46にも近接することを可能にする。よって、隣接し
た拡散領域が例えば製造条件のばらつきによって重なり
あうことをトレンチが防ぐこととなる。よって拡散領域
の間隔はトレンチの幅と同様に接近して形成されること
となる。
の実施例を示す図である
46の左側の部分に更に形成された2個のドープ領域7
0、72を除いて図3と同様の構造からなる。領域7
0、72は各々、活性トランジスタセルのソース領域及
び本体領域である。よって、本構造には図3に示される
ようなダミーセルは存在しない。
ン電圧を更に高めるために図3に示す構造に更にフィー
ルドリング76及びトレンチ78を形成した構造からな
る。
らトレンチ52によって分離されたフィールドリング4
4を表す他の実施例が示されている。フィールドリング
44は、活性トランジスタセルの図示されない浅い本体
領域と同様にして形成された浅い本体領域80を含んで
いる。フィールドリング44は、ドープした多結晶シリ
コン部分84及び金属部分86を含むフィールドプレー
ト82によって電気的にコンタクトされている。フィー
ルドリング44に浅い本体領域80を形成することによ
り、フィールドリングの接合の深さ及びドーピングに従
って、フィールドリングのブレイク電圧が高まる。
ンジスタ構造は、基板の表面に形成されるトレンチの両
ゲートチャネル或いはゲートに対して用いることが可能
となる。トランジスタの活性部分の一番外側のセルは活
性となることもあり、また不活性(ダミー)となること
もある。一番内側のトレンチは、トランジスタの活性部
分のゲート電極と結合するべく上側に形成された第2の
多結晶シリコン或いは金属層によって活性トランジスタ
のゲート電極と電気的に接続する。
以上のフィールドリングが必要となる。フィールドリン
グが1個のみである場合には、トランジスタの一番外側
の活性セルから1個のフィールドリングを隔てるため
に、トレンチが用いられる。半導体の基板材料の固有抵
抗にあってはフィールドリングの個数は平行平面につい
てのブレイクダウン電圧によってのみ制限される。トレ
ンチの寸法即ち深さ及び幅は、フィールドリングの接合
深さ及び横方向の広がり及び半導体基板材料の固有抵抗
によって変化する。
の構造及びその形成方法によれば、従来のフィールドプ
レートの形成及び高温処理過程に必要な厚いゲート酸化
層を形成するためのマスキング過程を省略することがで
き、かつトランジスタのブレイクダウン電圧の活性セル
トランジスタ部分のエッジブレイクダウン電圧以上のエ
ッジブレイクダウン電圧に耐え得ることができる。これ
らの特徴により、高いブレイクダウン電圧が必要であり
かつ高密度セルを実現するために浅い接合が必要な場合
には特に有益なものとなる。
の、マスキングを6回行う方法を以下に述べる。このマ
スキングを6回行う方法は、このトレンチ構造を形成す
るための唯一利用可能な製造方法であり、米国特許出願
第07/928,909号明細書(1992年8月12
日出願)に開示されている。
基板(不図示)に形成されたN-イオンをドープしたエ
ピタキシャル層100に対しての本発明によるNチャネ
ルの製造方法が示されている。基板100の主面には薄
い二酸化シリコン102からなる層が熱成長しており、
その上にはシリコン窒化物104からなるマスク層が形
成されている。シリコン窒化物からなるマスク層104
はパターニングされかつエッチングされている。さらに
ホウ素がマスク層104の上から事前に注入され、P+
イオンの深い本体領域106、108及びP+イオンの
フィールドリング110、112、114を形成するべ
くドライブインされる。後に続く図5bに示されるよう
に、活性トランジスタセルと上述のデバイスターミネー
ションとを共に形成するために、窒化マスク層を剥すこ
とによってシリコンからなる局部的な酸化層118を形
成する(図5aから図7bに示される製造過程にあって
は、図3及び図4に示される製造過程とは異なり、デバ
イスターミネーション領域は図の右側であり、図の左側
にはトランジスタの中央活性セル部分が示されている。
また図5から図6に示される製造過程は概略的であり、
その構造を正確に表現するものではない)。
TO(低い温度で形成された酸化層)マスク層をパター
ニングし、かつトレンチ120、122、124、12
6を異方性反応イオンドライエッチングによって形成す
る。トレンチ120、122はゲート電極トレンチを形
成するためのものであり、トレンチ124、126はフ
ィールドリングを分離させるためものである。トレンチ
内壁の生け贄の酸化層が成長し剥されることによりトレ
ンチの内壁が平坦化され、続いてトレンチ120〜12
6の内壁にゲート酸化層130が従来と同様に形成され
ることとなる。
も各トレンチの幅と同様の厚さをもつ多結晶シリコン1
32からなる層がトレンチ内に形成することにより各ト
レンチの上部表面は平坦になる。この比較的厚い多結晶
シリコン層132は、図5dに示されるような構造を形
成するべくマスキング及び多結晶シリコンのエッチング
を行う前に、トレンチの上部表面を平坦化するべく部分
的にエッチングされしかもドープされる。上述の過程は
図6aに示されるように、ドープ領域134、136、
138を形成するためにP-イオン本体領域の注入及び
拡散を行い、また図6bに示されるように、領域14
0、142を形成するためのN+イオンソースの注入及
び拡散を行うことによって実現される。
覆うようにBPSG層(ホウ素をドープしたリンを含む
酸化シリコン膜)146を形成する。続いて図6dに示
されるように、トランジスタ構造に電気的接合のための
開口部150、152、154、156を作り出すため
にBPSG層146をマスクし、パターニングする。
覆うべく金属層160(即ちアルミニウム)を形成し、
従来の金属マスクを用いてエッチングする。コンタクト
マスクによって前工程で作り出されたエッジターミネー
ションに於ける多結晶シリコン132aもまた同様の過
程でエッチングする。続いて図7bに示されるように、
パッシベーション層162を形成し、ゲート及びソース
領域に対するボンディングパッド(不図示)をマスキン
グにより形成する。
OSトランジスタデバイスを形成するための過程である
が、極性を逆転することによりPチャネル縦型DMOS
トランジスタ構造をも形成可能である。
ず、制限を意図するものではない。この説明及び請求項
の技術的視点から様々の変形、変更が可能なことは当業
者にとって明らかである。
明による縦型DMOSトランジスタ構造によれば、20
Vから150Vの範囲のブレイクダウン電圧で動作する
デバイスに対して、比較的製造コストをかけずブレイク
ダウン電圧にとって必要な特性を供給することが可能と
なる。また他の製造過程がより一層自己整合することに
なる。
す図である。
す図である。
含むエッジターミネーションの実施例を示す断面図であ
る。
b部は、本発明によるフィールドリング及びトレンチを
含むエッジターミネーションの他の実施例を示す断面図
であり、c部は更にフィールドプレートをも含む他の実
施例を示す断面図である。
す断面図である。
す断面図である。
す断面図である。
グ 118 酸化層 120、122、124、126 トレンチ 130 ゲート酸化層 132 多結晶シリコン層 134、136、138 ドープ領域 140、142 ドープ領域 146 BPSG層 150、152、154、156 開口部 160 金属層 162 パッシベーション層
Claims (12)
- 【請求項1】 基板に形成された少なくとも2個のド
ープ領域と1個のゲート電極とを備える少なくとも1個
のトランジスタを有する高電圧トランジスタ構造であっ
て、 前記基板に形成された第1のフィールドリングと当該第
1のフィールドリングから間隔をおいて当該第1のフィ
ールドリングと共に前記トランジスタを側方から取り囲
むべく前記基板に形成された第2のフィールドリングと
を少なくとも有し、 前記第1のフィールドリングと前記第2のフィールドリ
ングとの間にあって前記トランジスタを側方から取り囲
むべく前記基板に形成された第1の絶縁されたトレンチ
を有することを特徴とする高電圧トランジスタ構造。 - 【請求項2】 絶縁層が前記トレンチの側面に形成さ
れ、更に当該トレンチに導電材料が充填されていること
を特徴とする請求項1に記載の高電圧トランジスタ構
造。 - 【請求項3】 前記第1及び第2のフィールドリング
が前記トレンチよりも深く前記基板内に突入しているこ
とを特徴とする請求項1に記載の高電圧トランジスタ構
造。 - 【請求項4】 前記第1及び第2のフィールドリング
を側方から取り囲むべく導電ガードリングが前記基板の
上面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載
の高電圧トランジスタ構造。 - 【請求項5】 前記第1及び第2のフィールドリング
がいづれもドープ領域からなることを特徴とする請求項
1に記載の高電圧トランジスタ構造。 - 【請求項6】 前記トランジスタが電界効果トランジ
スタでありかつ深い本体領域を有し、前記トランジスタ
のゲート電極がゲートトレンチ内に形成され、 前記フィールドリング及び前記深い本体領域が同一の深
さ及びドーピングレベルを有し、前記絶縁されたトレン
チ及び前記ゲートトレンチが同一の深さ及び幅を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧トランジスタ
構造。 - 【請求項7】 前記第1及び第2のフィールドリング
を側方から取り囲むべく前記基板に形成された第3のフ
ィールドリングと、 当該第3のフィールドリングと前記第2のフィールドリ
ングとの間の前記基板に形成された第2の絶縁されたト
レンチとを更に有することを特徴とする請求項1に記載
の高電圧トランジスタ構造。 - 【請求項8】 前記ゲート電極に電気的に接続された
導電材料が前記第1の絶縁されたトレンチに充填されて
いることを特徴とする請求項7に記載の高電圧トランジ
スタ構造。 - 【請求項9】 基板に形成された少なくとも2個のド
ープ領域を備える少なくとも1個の活性トランジスタを
有する高電圧トランジスタ構造であって、 前記活性トランジスタを側方から取り囲むべく前記基板
に形成された少なくとも1個の環状のフィールドリング
と、 前記フィールドリングと前記活性トランジスタとの間に
あって前記活性トランジスタを側方から取り囲むべく前
記基板に形成された環状の絶縁されたトレンチとを有す
ることを特徴とする高電圧トランジスタ構造。 - 【請求項10】 前記フィールドリングが異なる深さ
で前記基板内に突入する2個の部分からなり、前記フィ
ールドリングを有する前記基板の部分の上面に設けられ
たフィールドプレートを更に有することを特徴とする請
求項9に記載の高電圧トランジスタ構造。 - 【請求項11】 基板に1個のトランジスタを含む高
電圧トランジスタ構造を形成するための方法であって、 前記トランジスタを側方から取り囲むべく第1のドープ
した環状の領域を前記基板に形成する過程と、 前記第1のドープ領域を側方から取り囲むべく同領域に
対して間隔をおいて第2のドープした環状の領域を前記
基板に形成する過程と、 前記トランジスタを側方から取り囲み前記第1及び第2
のフィールドリングとの間に位置するべく前記基板にト
レンチを形成する過程と、 前記トレンチに絶縁体を形成する過程とを有することを
特徴とする高電圧トランジスタ構造の形成方法。 - 【請求項12】 前記トランジスタが電界効果トラン
ジスタからなり、かつ深い本体領域及びゲートトレンチ
内のゲート電極を形成し、 前記第1及び第2のドープした環状の領域及び深い本体
領域を同時に形成し、 前記ゲートトレンチを前記トレンチと同時に形成するこ
とを特徴とする請求項11に記載の高電圧トランジスタ
構造の形成方法。
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