JPH07193242A - 半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents

半導体デバイス及びその製造方法

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JPH07193242A
JPH07193242A JP6295182A JP29518294A JPH07193242A JP H07193242 A JPH07193242 A JP H07193242A JP 6295182 A JP6295182 A JP 6295182A JP 29518294 A JP29518294 A JP 29518294A JP H07193242 A JPH07193242 A JP H07193242A
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semiconductor substrate
drift region
semiconductor
forming
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Satwinder Malhi
マルヒ サットウィンダー
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定の半導体材料の低い有能指数を利用する
と共に、効率的かつ安価なＭＯＳパワー・デバイス及び
その製造方法を提供する。 【構成】 半導体基板（１０）と、前記半導体基板に配
置されたソース領域（２４）及びドレイン領域（２６）
と、前記ソース領域に隣接して前記半導体基板に配置さ
れ、かつ前記半導体基板から絶縁されたゲ−ト導体（２
０）と、前記ソース領域に隣接して前記半導体基板に配
置され、かつ前記ゲ−ト導体から絶縁されたチャネル領
域（３０）と、前記ドレイン領域と前記チャネル領域と
の間に配置されて第１及び第２のドリフト領域（１２、
３６）を含むコンポジット・ドリフト領域（３８）とを
備え、前記第１のドリフト領域を前記チャネル領域と前
記ドレイン領域との間に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概して電子デバイス及
びその製造方法に関し、特にコンポジット・ドリフト領
域を備えている半導体パワー・デバイス及びその製造に
関する。
【０００２】
【従来の技術】パワーＭＯＳＦＥＴのような半導体パワ
ー・デバイスは、種々の応用において電気機械式リレー
を置換するために用いられていた。電気機械式リレーは
機械的な装置であり、従ってその寿命は有限である。こ
の電気機械式リレーを適切に置換するために、半導体パ
ワー・デバイスは高電圧に耐えることがで、かつ大電流
を流せることが必要である。例えば、オートモーティブ
（自動車設計）の応用では、バッテリ電圧が１２ボルト
程度であるが、オートモーティブ・ワイヤ・ハーネス内
の雑音スパイクが６０ボルトに達する瞬時的な電圧スパ
イクを発生し得る。更に、オートモーティブの応用は、
しばしば２０アンペア以上の電流負荷を要求することが
ある。
【０００３】パワー・デバイスは、
【数１】有能指数＝ＲDS(ON)×Ａ と書くことができる有能指数により特徴つけられてい
た。即ち、この有能指数は、パワー・デバイスが導通し
ているときは、パワー・デバイスの面積Ａとパワー・デ
バイスのソース・ドレイン間抵抗ＲDS(ON)との積により
特徴付けられ、最小化される必要がある。この有能指数
の単位はｍΩ・ｃｍ2 である。パワー・デバイス用の有
能指数が低ければ、与えられた面積でより多くの電流を
流すことができる。６０Ｖの降伏電圧を有する現在の最
高水準のパワー・デバイスは、約１ｍΩ・ｃｍ2 の有能
指数を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】パワーＭＯＳＦＥＴデ
バイスでは、パワーＭＯＳＦＥＴが高電圧で大電流を流
せるように、ドレイン・コンタクトとチャネル領域との
間にドリフト領域が設けられる。特定のデバイスの有能
指数を、デバイスを構築するために用いる物質の特性、
及びその装置に関連したドリフト領域に関連させること
ができる。例えば、移動度、比誘電率、及び異なる物質
に関連した臨界フィールドのために、ヒ化ガリウムは、
シリコンより約１／１０も低い有能指数を有し、ケイ化
炭素はシリコンより約１／１００も低い有能指数を有す
ることになろう。しかし、ヒ化ガリウム及びケイ化炭素
は非常に高価な物質であって、これを用いてデバイスに
関連する残りの構造を効率的に作成することはできな
い。例えば、パワーＭＯＳＦＥＴの動作に必要な薄いゲ
−ト酸化物を成長させるために、ヒ化ガリウムを用いる
ことはできない。
【０００５】従って、特定の半導体材料の低い有能指数
を利用し、しかも効率的かつ安価なＭＯＳパワー・デバ
イスを作成する半導体デバイスへの必要性が生じた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の教えによれば、
従来のデバイスに関連した欠点を実質的に軽減又は除去
するパワーＭＯＳＦＥＴ構造及びその製造方法が開示さ
れる。
【０００７】本発明の一実施例によれば、ソース領域、
チャネル領域から絶縁されたゲ−ト導体、及びドリフト
領域を備えたＭＯＳデバイスが提供される。更に、前記
ＭＯＳデバイスは、前記チャネル領域と前記ドリフト領
域との間に配置されたコンポジット・ドリフト領域を備
えている。前記コンポジット・ドリフト領域は、シリコ
ン・ドリフト領域と、このシリコン・ドリフト領域に隣
接して配置され、異なる半導体物質を含む第２の半導体
領域とを備えている。
【０００８】本発明の効果のより完全な理解は、本発明
の詳細な説明を添付する図面と共に参照することにより
得られる。前記図面において、同一参照番号は同一部分
を示す。
【０００９】
【実施例】図１ａを参照すると、本発明の半導体デバイ
スの一実施例をｐ型のシリコン基板１０上に構築するこ
とができる。このシリコン基板１０は、５×１０15ｃｍ
-3程度のドーパント濃度のホウ素のようなｐ型のドーパ
ントを有するものでもよい。５×１０11ｃｍ-2の程度の
ドースを有するヒ素のようなｎ型の不純物を、シリコン
基板１０の外側面１４から注入して、シリコン基板１０
上にｎ型領域１２を形成する。ヒ素不純物を外側面１４
から注入し、更にｎ型領域１２が１ミクロン程度の深さ
になるまで、シリコン基板１０を加熱することにより、
シリコン基板１０の内部に浸透させる。次に、シリコン
基板１０の外側面１４をパターン化して、ｎ型領域１２
の外側面の一部を露出させる。更に、フィールド酸化物
層１６を図１ａに示すように１ミクロンの厚さまで成長
させる。フィールド酸化物層１６はシリコン酸化物を含
むものとなる。
【００１０】図１ｂを参照すると、シリコン基板１０の
外側面１４上にゲ−ト酸化物の完全層（図示なし）を成
長させる。このゲ−ト酸化物を２００オングストローム
程度の厚さまで成長させる。次に、多結晶シリコンの完
全層（図示なし）をゲ−ト酸化物層から外側へ０．５ミ
クロン程度の深さまで堆積させる。リンのようなｎ型の
不純物により、多結晶シリコン層をドープしてこれを導
電性にする。この多結晶シリコン層をパターン化し、か
つエッチングして図１ｂに示すゲ−ト導体２０を形成さ
せる。
【００１１】図１ｃを参照すると、３×１０12ｃｍ-2程
度の投与量を有するボロンのようなｐ型不純物を、シリ
コン基板１０の外側面１４から注入することにより、シ
リコン基板１０にｐ領域２２を形成させる。この注入手
順はゲ−ト導体２０の縁に自己整合される。このドライ
ブ・イン・プロセスは、ｐ領域２２内のホウ素不純物を
横方向に、ｐ領域２２がゲ−ト酸化物１８から内方向に
ｎ型領域１２に接するまで、拡散させる。このドライブ
・イン・プロセスは、ｐ領域２２を深さが１〜２ミクロ
ン程度のものにする。
【００１２】図１ｄを参照すると、シリコン基板１０に
おける外側面１４をパターン化してゲ−ト導体２０の縁
の近傍の領域と、フィールド酸化物層１６の反対側の縁
の近傍の領域とを露出させる。例えばヒ素のようなｎ型
の注入を用い、図１ｄに示すｎ＋ソース領域２４及びｎ
＋ドレイン領域２６を形成させる。次に、同じようなプ
ロセスを用い、ホウ素を外側面１４からｎ＋ソース領域
２４近傍の領域に注入して図１ｄに示すｐ＋ボディ接触
領域２８を作成させる。更に、ドライブ・イン・プロセ
スを用い、シリコン基板１０を加熱させる。ドライブ・
イン・プロセスは、ｎ＋ソース領域２４内のｎ型のイオ
ンをシリコン基板１０を介して僅かに移動させて、ｎ＋
ソース領域２４の一部がゲ−ト酸化物層１８から内方向
へ配置されるようにする。ｎ＋ソース領域２４、及びｐ
領域２２とｎ型領域１２との境界は、図１ｄに示すチャ
ネル領域３０を定めるものであり、チャネル領域３０は
ｎ＋ソース領域２４とｎ型領域１２との間のｐ領域２２
内に配置される。半導体電界効果デバイスの通常の動作
によれば、ゲ−ト導体２０上の電圧は、チャネル領域３
０の導電率を選択的に作用させてｎ＋ソース領域２４と
ｎ＋ドレイン領域２６との間のチャネル領域３０を介し
て電流が流れるようにする、又は阻止させる。
【００１３】図１ｄを再び参照すると、シリコン基板１
０、ゲ−ト導体２０、及びフィールド酸化物層１６の外
側に、かつこれらを覆うマスク層３２を堆積させる。マ
スク層３２は、例えば５，０００オングストローム程度
の二酸化ケイ素を含むものでもよい。
【００１４】図１ｅを参照すると、マスク層３２をパタ
ーン化し、かつ選択的なエッチング・プロセスを用いて
マスク層３２の一部及びフィールド酸化物層１６の一部
を除去し、シリコン基板１０のｎ型領域１２の外側面３
４を露出させる。
【００１５】図１ｆを参照すると、ヒ化ガリウム材料を
１ミクロン程度の厚さにエピタキシャル成長させること
により、ヒ化ガリウム・ドリフト領域３６を形成する。
エピタキシャル・プロセスにおいて、ヒ化ガリウムドリ
フト領域３６を形成しているヒ化ガリウム材料を２×１
０16ｃｍ-3程度のドーパント密度を有するように、その
ままドープする。領域３６は硫黄の様なｎ型イオンを用
いてドープされる。更に、ケイ化炭素のような他の材料
を用いてヒ化ガリウムドリフト領域３６を形成すること
もできる。
【００１６】次いで、ｎ＋ソース領域２４、ｎ＋ドレイ
ン領域２６、ｐ＋ボディ接触領域２８及びゲ−ト導体２
０に対する電気的なコンタクト（図示なし）を形成する
ために、通常の方法が用いられる。動作において、シリ
コン基板１０内のヒ化ガリウムドリフト領域３６及び領
域１２は、コンポジット・ドリフト領域３８を形成す
る。ｎ型領域１２、及びヒ化ガリウム・ドリフト領域３
６内のドーパント・レベルは、大多数のキャリアがヒ化
ガリウム・ドリフト領域３６を通過するように調整され
る。ドーパントの濃度は、この方法によりヒ化ガリウム
・ドリフト領域３６内のヒ化ガリウム物質に関連した低
い有能指数を利用するように、調整される。
【００１７】ｎ型領域１２及びヒ化ガリウム・ドリフト
領域３６により形成されたコンポジット・ドリフト領域
３８は、縮小した表面フィールド（ＲＥＳＵＲＦ）領域
として構築される。ＲＥＳＵＲＦ領域は、全領域がその
領域に関する破壊電圧に達する前に消滅（ｄｅｐｌｅｔ
ｅ）するのを保証するように、ＲＥＳＵＲＦ領域のドー
パント濃度及び深さを調整して構築される。ＲＥＳＵＲ
Ｆ領域としてコンポジット・ドリフト領域３８を構築す
ることにより、コンポジット・ドリフト領域３８の抵抗
が最適化される。
【００１８】本発明の半導体デバイスの構造は、通常の
シリコン基板及び二酸化ケイ素のゲ−ト酸化物を用い、
効率的なパワーＭＯＳデバイスの構築を可能にさせる。
この構造は、更にコンポジット・ドリフト領域３８内の
ヒ化ガリウム・ドリフト領域３６と一体化することによ
り、ヒ化ガリウムに関連した低い有能指数を利用してい
る。従って、ヒ化ガリウム材料の優れた特性がシリコン
材料の能力と、安価かつ効率的な電界効果デバイスを形
成するように、組合わせられる。
【００１９】図２を参照すると、本発明のパワー・デバ
イスの第２の実施例が示されている。図２に示すパワー
・デバイスは、シリコン・オン・インシュレータ（ｓｉ
ｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板上に構築
されていることを除けば、図１ａ〜図１ｆを参照して説
明したデバイスと同一である。図２におけるパワー・デ
バイスはｎ型基板４０上に構築されている。ｎ型基板４
０の外側面上には絶縁層４２が形成される。ｎ＋ソース
領域２４は、例えば、厚さが１ミクロン程度の二酸化ケ
イ素層を含むものでもよい。次に、このパワー・デバイ
スは絶縁層４２より外側に形成されたシリコン層４４に
構築される。シリコン層４４は、例えば、厚さが１ミク
ロン程度のシリコン層を含む。次に、図２に示すパワー
・デバイスは、図１ａ〜図１ｆを参照して説明したもの
と同一の方法を用いて構築されて図２に示す層及び領域
を形成する。
【００２０】図２に示すシリコン・オン・インシュレー
タのパワー・デバイスは、複数のデバイスのソースを接
続することが不可能な単一の基板上に、多数のパワー・
デバイスが構築され得る応用において、有用である。こ
の状況は、例えば、異なる複数の誘導負荷を駆動するこ
とが要求される多数のハイ側のドライバを形成するとき
に、発生し得る。このような状況では、複数のパワー・
デバイスのソースを接続することができない。シリコン
・オン・インシュレータ構造は、そのシリコン・オン・
インシュレータ基板上に構築された全てのパワー・デバ
イス用のソース・コンタクトを絶縁するものとなる。例
えば、コンポジット・ドリフト領域用にヒ化ガリウム物
質を用いる代わりに、ケイ化炭素又は他の適当な物質を
成長させてドリフト領域の性能を高くするようにしても
よい。
【００２１】本発明を詳細に説明したが、請求の範囲に
よってのみ定義される本発明の精神及び範囲から逸脱す
ることなく、種々の変更、置換及び変更を前記実施例に
行なうことができることを理解すべきである。
【００２２】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 半導体基板と、前記半導体基板に配置されたソ
ース領域と、前記ソース領域に隣接して前記半導体基板
に配置され、かつ前記半導体基板から絶縁されたゲ−ト
導体と、前記ソース領域に隣接して前記半導体基板に配
置され、かつ前記ゲ−ト導体から絶縁されたチャネル領
域と、前記ドレイン領域と前記チャネル領域との間に配
置されたコンポジット・ドリフト領域とを備え、前記コ
ンポジット・ドリフト領域は第１及び第２のドリフト領
域を含み、前記第１のドリフト領域は前記チャネル領域
と前記ドレイン領域との間に配置され、前記第２のドリ
フト領域は前記第１のドリフト領域の一部に重なる第２
の半導体物質層を含み、前記第２の半導体物質は前記半
導体基板を形成する前記半導体物質と異なる半導体物質
を含む前記コンポジット・ドリフト領域とを備えた半導
体デバイス。
【００２３】（２）前記第２の半導体物質はヒ化ガリウ
ムを含むことを特徴とする第１項記載の半導体デバイ
ス。
【００２４】（３）前記半導体基板はシリコンを含むこ
とを特徴とする第１項記載の半導体デバイス。
【００２５】（４）前記半導体基板はケイ化炭素を含む
ことを特徴とする第１項記載の半導体デバイス。
【００２６】（５）前記半導体基板は第１の半導体基板
を含み、前記半導体基板は、更に、前記半導体基板から
内側に配置された絶縁層と、前記絶縁層に隣接して配置
され、かつ前記第１の半導体基板から前記絶縁層により
分離された第２の半導体基板とを含むことを特徴とする
第１項記載の半導体デバイス。
【００２７】（６）前記コンポジット・ドリフト領域
は、前記コンポジット・ドリフト領域が、前記コンポジ
ット・ドリフト領域に関連した破壊電圧に到達する前
に、完全に消滅することになる深さを有するようなドー
パント濃度を備え、かつ構築されることを特徴とする第
１項記載の半導体デバイス。
【００２８】（７）前記第１及び第２のドレイン領域は
ｎ型の不純物を用いてドープされることを特徴とする半
導体デバイス。
【００２９】（８）パワー電界効果半導体デバイスにお
いて、半導体基板と、前記半導体基板に配置されたソー
ス領域と、前記半導体基板に配置されたドレイン領域
と、前記半導体基板に隣接し、かつ前記ゲ−ト導体から
絶縁されたゲ−トル導体と、前記ソース領域に隣接して
前記半導体基板に配置され、かつ前記ゲ−ト導体に近接
すると共に絶縁されたチャネル領域と、前記ドレイン領
域と前記チャネル領域との間に配置されたコンポジット
・ドリフト領域とを備え、前記コンポジット・ドリフト
領域は、そのコンポジット・ドリフト領域が、そのコン
ポジット・ドリフト領域に関連した破壊電圧に達する前
に、完全に消滅する深さを有するようなドーパント濃度
を備え、かつ構築され、更に、前記コンポジット・ドリ
フト領域は、第１及び第２のドリフト領域を含み、前記
第１のドリフト領域はｎ型の不純物を用いてドープさ
れ、前記第１のドレイン領域は前記チャネル領域と前記
ドレイン領域との間に配置された前記半導体基板の一部
を含み、前記第２のドレイン領域は前記第１のドレイン
領域に隣接して配置された前記半導体基板のヒ化ガリウ
ムと異なる半導体物質層を含むことを特徴とするパワー
電界効果半導体デバイス。
【００３０】（９）前記第２の半導体物質はヒ化ガリウ
ムを含むことを特徴とする第８項記載のパワー電界効果
半導体デバイス。
【００３１】（１０）前記第２のドレイン領域はケイ化
炭素を含むことを特徴とする第８項記載のパワー電界効
果半導体デバイス。
【００３２】（１１）前記半導体基板は第１の半導体基
板を含み、前記半導体基板は、更に、前記半導体基板か
ら内側に配置された絶縁層と、前記絶縁層に隣接して配
置され、かつ前記第１の半導体基板から前記絶縁層によ
り分離された第２の半導体基板とを含むことを特徴とす
る第８項記載の半導体デバイス。
【００３３】（１２）前記半導体基板はシリコンを含む
ことを特徴とする第８項記載の半導体デバイス。
【００３４】（１３）半導体基板に半導体デバイスを形
成する製造方法において、前記半導体基板におけるソー
ス領域を形成するステップと、前記半導体基板にドレイ
ン領域を形成するステップと、前記半導体基板に隣接
し、かつ該半導体基板から絶縁されたゲ−ト導体を形成
するステップと、前記ソース領域に隣接し、かつ前記ゲ
−ト導体に近接すると共にこのゲ−ト導体から絶縁され
て前記半導体基板にチャネル領域を形成するステップ
と、前記ドレイン領域と前記チャネル領域との間にコン
ポジット・ドリフト領域を形成するように第１及び第２
のドリフト領域を形成するステップとを含み、前記第１
のドリフト領域は前記チャネル領域と前記ドレイン領域
との間に配置された前記半導体基板の一部を含み、前記
第２のドリフト領域は前記第１のドリフト領域に隣接し
て配置された第２の半導体物質の層を含み、前記第２の
半導体物質は前記半導体基板を形成する前記半導体物質
と異なる半導体物質を含むことを特徴とする半導体基板
に半導体デバイスを形成する製造方法。
【００３５】（１４）前記第２のドレイン領域を形成す
るステップは、ヒ化ガリウムを含む第２のドレイン領域
を形成するステップを含むことを特徴とする第１３項記
載の半導体基板に半導体デバイスを形成する製造方法。
【００３６】（１５）前記第２のドレイン領域を形成す
るステップは、ケイ化炭素を含む第２のドレイン領域を
形成するステップを含むことを特徴とする第１３項記載
の半導体基板に半導体デバイスを形成する製造方法。
【００３７】（１６）更に、前記半導体基板から内方向
に配置された絶縁層を形成するステップを含むことを特
徴とする第１３項記載の半導体基板に半導体デバイスを
形成する製造方法。
【００３８】（１７）前記第１及び第２のドレイン領域
を形成するステップは、前記コンポジット・ドリフト領
域が、そのコンポジット・ドリフト領域に関連した破壊
電圧に達する前に、完全に消滅するような深さ及びドー
パント濃度を含むことを特徴とする第１３項記載の半導
体基板に半導体デバイスを形成する製造方法。
【００３９】（１８）前記第１及び第２のドレイン領域
を形成するステップは、ｎ型の不純物を注入するステッ
プを含むことを特徴とする第１３項記載の半導体基板に
半導体デバイスを形成する製造方法。
【００４０】（１９）半導体基板（１０）に配置された
ソース領域（２４）及びドレイン領域（２６）を含むパ
ワー半導体を開示する。ゲート酸化物層（１８）及びゲ
ート導体（２０）の内側にチャネル領域（３０）を配置
する。このパワー半導体はｎ型領域（１２）及びヒ化ガ
リウム（３６）から形成されたドリフト領域（３８）を
含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例のデバイスを作成する際
に用いる一連の工程の拡大横断面図。
【図２】本発明による他の実施例のデバイスの構造を示
す拡大横断面図。
【符号の説明】
１０ シリコン基板 １２ ｎ型領域 １６ フィールド酸化物層 １８ ゲ−ト酸化物層 ２０ ゲ−ト導体 ２２ ｐ領域 ２４ ｎ＋ソース領域 ２６ ｎ＋ドレイン領域 ２８ ｐ＋ボディ接触領域 ３０ チャネル領域 ３６ ヒ化ガリウム・ドリフト領域 ３８ コンポジット・ドリフト領域 ４０ ｎ型基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7514−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３０１ Ｈ 9056−4Ｍ ３１１ Ｘ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板に配置されたソース領域と、 前記半導体基板に配置されたドレイン領域と、 前記ソース領域に隣接して前記半導体基板に配置され、
    かつ前記半導体基板から絶縁されたゲ−ト導体と、 前記ソース領域に隣接して前記半導体基板に配置され、
    かつ前記ゲ−ト導体から絶縁されたチャネル領域と、 前記ドレイン領域と前記チャネル領域との間に配置され
    たコンポジット・ドリフト領域とを備え、 前記コンポジット・ドリフト領域は第１及び第２のドリ
    フト領域を含み、前記第１のドリフト領域が前記チャネ
    ル領域と前記ドレイン領域との間に配置され、前記第２
    のドリフト領域が前記第１のドリフト領域の一部に重な
    る第２の半導体物質層を含み、前記第２の半導体物質は
    前記半導体基板を形成する前記半導体物質と異なる半導
    体物質を含む半導体デバイス。
  2. 【請求項２】 半導体基板に半導体デバイスを形成する
    製造方法において、 前記半導体基板におけるソース領域を形成するステップ
    と、 前記半導体基板にドレイン領域を形成するステップと、 前記半導体基板に隣接し、かつ該半導体基板から絶縁さ
    れたゲ−ト導体を形成するステップと、 前記ソース領域に隣接し、かつ前記ゲ−ト導体に近接す
    ると共にこのゲ−ト導体から絶縁されて前記半導体基板
    にチャネル領域を形成するステップと、 前記ドレイン領域と前記チャネル領域との間にコンポジ
    ット・ドリフト領域を形成するように第１及び第２のド
    リフト領域を形成するステップとを含み、 前記第１のドリフト領域は前記チャネル領域と前記ドレ
    イン領域との間に配置された前記半導体基板の一部を含
    み、前記第２のドリフト領域は前記第１のドリフト領域
    に隣接して配置された第２の半導体物質の層を含み、前
    記第２の半導体物質は前記半導体基板を形成する前記半
    導体物質と異なる半導体物質を含むことを特徴とする半
    導体基板に半導体デバイスを形成する製造方法。
JP6295182A 1993-11-29 1994-11-29 半導体デバイス及びその製造方法 Pending JPH07193242A (ja)

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