JPH10163225A - 接合型電界効果トランジスタとその製造方法 - Google Patents

接合型電界効果トランジスタとその製造方法

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JPH10163225A
JPH10163225A JP31758896A JP31758896A JPH10163225A JP H10163225 A JPH10163225 A JP H10163225A JP 31758896 A JP31758896 A JP 31758896A JP 31758896 A JP31758896 A JP 31758896A JP H10163225 A JPH10163225 A JP H10163225A
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epitaxial layer
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Yasuhiko Ishii
康彦 石井
Naoyuki Shida
直之 志田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】JFETの飽和ドレイン電流IDSS のばらつき
を低減し、制御性の向上を図り、かつ、工期短縮を図
る。 【解決手段】N- 型のシリコンエピタキシャル層2表面
に選択熱酸化法を用いて酸化シリコン膜を形成し、その
後エッチングすることで溝(その底面を4とする)を形
成する。この溝とサブストレート(1)の距離をチャネ
ル幅としている。又、ゲート領域7A,ソース領域5
A,ドレイン領域6Aは低温エピタキシャル成長で形成
される。これによりチャネル幅を精度よく制御すること
が可能となる。又、チャネル幅形成後にゲート,ソー
ス,ドレインを低温エピタキシャル成長で形成するの
で、チャネル幅の変動やサブストレートのせり上がり等
が全くなくなり、IDSS のばらつきを低減し、制御性も
向上できる。更にゲート押し込みをする必要がなくなる
ので工期が短縮される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は接合型電界効果トラ
ンジスタとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の接合型電界効果トランジス
タ(JFET)の構造を示す断面図である。
【0003】図3においてP型のシリコン半導体基板1
上には、N- 型のシリコンエピタキシャル層2が形成さ
れ、このシリコンエピタキシャル層2にはP+ 型のゲー
ト領域7、N+ 型のソース領域5及びN+ 型のドレイン
領域6が形成され、その上に酸化シリコン膜8、ソース
電極9及びドレイン電極10が形成されている。そして
P型のシリコン半導体基板1のバックゲートとP+ 型の
ゲート領域7にはさまれたN- 型のシリコンエピタキシ
ャル層2をチャネル領域とするシングルゲートJFET
が構成されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】第1の問題点は、飽和
ドレイン電流IDSS のばらつきが大きいことである。
【0005】その理由は、ゲート領域7の形成を100
0℃以上の高温での押し込み拡散で行なう為、シリコン
半導体基板1からのP型不純物が拡散してシリコンエピ
タキシャル層2/シリコン半導体基板1の接合面が移動
するが、その移動量が押し込み炉のばらつきによりチャ
ネル幅(ゲート領域7とシリコン半導体基板1の間のシ
リコンエピタキシャル層の厚さ)がばらついてしまうこ
と、ソース領域5及びドレイン領域6の形成をゲート押
し込み後に拡散で形成するので更にばらつきやすくなる
ことによる。
【0006】第2の問題点は、ゲート押し込み回数(約
7〜10回)が多く、工期が長くなることである。
【0007】その理由は、1回の押し込み拡散でゲート
領域の形成を行なうと目的とするIDSS が容易に得られ
ない為、押し込み拡散を短い時間で小刻みに何回かに分
けて行ない、各押し込み拡散毎にシリコン半導体基板1
とゲート領域7とのパンチスルー電圧をチェックして目
的とするIDSS に対応するパンチスルー電圧が得られた
ところで押し込み拡散を中止することが必要だからであ
る。
【0008】本発明の目的は、接合型電界効果トランジ
スタの飽和ドレイン電流IDSS のばらつきを低減し、制
御性の向上を図り、かつ、工期短縮を図ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の接合型電界効果
トランジスタは、第1導電型のシリコン半導体基板、該
シリコン半導体基板上に形成された第2導電型のシリコ
ンエピタキシャル層並びに前記シリコンエピタキシャル
層表面上に形成された、第1導電型のゲート領域と該ゲ
ート領域をはさみかつこれと離間して形成された第2導
電型のソース領域及びドレイン領域を具備し、前記ゲー
ト領域が前記ソース領域とドレイン領域の間でかつ前記
シリコンエピタキシャル層の所定の深さまで形成された
溝の底面上に設けられているというものである。
【0010】ここで、溝はシリコンエピタキシャル層を
選択的に熱酸化して形成された酸化シリコン膜をエッチ
ング除去して形成されるものとすることができる。
【0011】又、ソース領域,ドレイン領域及びゲート
領域は、いずれもエピタキシャル成長にて形成されたS
i層とすることができる。
【0012】本発明の接合型電界効果トランジスタの製
造方法は、第1導電型のシリコン半導体基板上に第2導
電型のシリコンエピタキシャル層を堆積する工程と、前
記シリコンエピタキシャル層の表面から前記シリコン半
導体基板に達する第1導電型領域を形成して島状エピタ
キシャル領域を区画する工程と、前記島状エピタキシャ
ル領域を横断する酸化シリコン層を加圧熱酸化法により
選択的に形成する工程と、前記酸化シリコン層をエッチ
ングにより除去して形成される溝の底面に第1導電型半
導体層を選択的に堆積してゲート領域を形成する工程と
を有するというものである。
【0013】ここで、第1導電型半導体層の堆積をエピ
タキシャル成長により行なうことができる。
【0014】バックゲートであるシリコン半導体基板と
ゲート領域との間の、島状エピタキシャル領域の厚さ
(チャネル幅)を酸化シリコン層の厚さで精度よく制御
できる。酸化シリコン層の形成は、950℃以下の温度
で可能であるからである。
【0015】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、本発明の一実
施の形態のJFETは、P型のシリコン半導体基板1、
シリコン半導体基板上1に形成されたN- 型のシリコン
エピタキシャル層2並びにシリコンエピタキシャル層2
表面上に形成された、P+ 型のゲート領域7Aとゲート
領域7Aをはさみかつこれと離間して形成されたN+
のソース領域5及びドレイン領域6を具備し、ゲート領
域7Aがソース領域5Aとドレイン領域6Aの間でかつ
シリコンエピタキシャル層2の所定の深さまで形成され
た溝の底面4上に設けられているというものである。
【0016】P+ 型拡散層3及びシリコン半導体基板1
で囲まれて、シリコンエピタキシャル層は、例えば平面
形状が長方形の島状エピタキシャル領域となっており、
その島状エピタキシャル領域の表面部を横断してストラ
イプ状の溝が設けられている。従って、ゲート領域7A
は、P+ 型拡散層3と連結される。ソース領域5A及び
ドレイン領域6Aは島状エピタキシャル領域の表面にの
み接合し、P+ 型拡散層3とは離れて設けられている。
【0017】酸化シリコン膜8Aに設けられたコンタク
ト孔を介してソース電極9A及びドレイン領域10Aが
設けられている。
【0018】溝の形成はシリコンエピタキシャル層2
(P+ 型拡散層3を備えている)の表面を選択的に熱酸
化して酸化シリコン膜を形成したのち、エッチングによ
り除去する。この選択熱酸化は、1気圧を越える高圧の
酸化性雰囲気中で行なう。従って、温度は950℃以下
で行なうことができ、シリコン半導体基板1からP型不
純物がシリコンエピタキシャル層に拡散されるのを抑制
できる。
【0019】ソース領域5A,ドレイン領域6Aの形成
はMBE法などにより、950℃より低温で選択成長で
きる。
【0020】選択酸化法は半導体技術分野での慣用技術
であり、酸化シリコン膜の厚さの制御を高精度に行なう
ことができる。従って、チャネル幅の制御が簡略かつ容
易であり、押し込み拡散などの高温熱処理によるシリコ
ンエピタキシャル層2の不純物分布の変動を抑制できる
ので飽和ドレイン電流IDSS のばらつきを短い工期で少
なくできる。
【0021】
【実施例】次に、図2を参照して本発明の一実施例につ
いて製造工程に沿って説明する。
【0022】図2(a)に示すように、P型のシリコン
半導体基板1上に気相成長法により、N- 型のシリコン
エピタキシャル層2を約3〜5μm厚さに成長させたウ
ェーハを準備し、P+ 型拡散層3を選択的に形成してシ
リコンエピタキシャル層2を複数の島状エピタキシャル
領域に区画する。
【0023】次に、パッド酸化膜11を全面に形成し、
窒化シリコン膜12を堆積する。次に、島状エピタキシ
ャル領域とその近傍上の窒化シリコン膜12をストライ
プ状に除去した後、圧力5気圧の酸素雰囲気中で950
℃に加熱することにより0.5〜3μm厚さの酸化シリ
コン膜13を形成する。この酸化シリコン膜13の形成
は、LOCOS法として公知のものである。
【0024】次に、窒化シリコン膜12を除去し、エッ
チングしてパッド酸化膜11を除去した後、図2(b)
に示すように、CVD法により、厚さ100〜1000
nmの酸化シリコン膜14を全面に堆積し、酸化シリコ
ン膜13の両側のソース領域及びドレイン領域を形成す
べき個所の酸化シリコン膜14を除去して開口を設け
る。
【0025】次に、基板温度400〜450℃で、MB
E法により0.5〜2μm厚さのボロンをドーピングし
たN+ 型シリコン膜を選択的に成長させてソース領域5
A及びドレイン領域6Aを形成する。
【0026】次に、酸化シリコン膜(14及び13)を
エッチングにより除去して、図2(c)に示すように、
平坦な底面4を有する溝を形成する。次に、CVD法に
より、厚さ100〜1000nmの酸化シリコン膜15
を全面に堆積し、前述した溝の底面上にストライプ状の
開口を形成し、400〜450℃の温度で、MBE法に
より厚さ約0.5〜2μm、ボロンをドーピングしたP
+ 型シリコン膜を選択的に成長させてドレイン領域7A
を形成する。
【0027】更に、図2(d)に示すように、CVD法
により、厚さ2〜5.0μmの酸化シリコン膜16を堆
積してソース領域5A及びドレイン領域6A上にコンタ
クト孔を設け、厚さ2.0〜3.0μmのアルミニウム
膜と被着し、パターニングしてソース電極9A及びドレ
イン電極10Aを形成する。次に、スクライブして半導
体チップに個片化する。
【0028】チャネル幅はシリコンエピタキシャル層2
の厚さから溝の深さを引いた値になるが、溝の深さは酸
化シリコン膜13の厚さにより定まる。酸化シリコン膜
13の形成は加圧熱酸化によるので、900〜950℃
で可能である。従って、不純物分布の変動が少なくな
る。又、温度の精密な制御が可能である。
【0029】そのため、シリコンエピタキシャル層2の
厚さ、不純物濃度に応じて、目的とする飽和ドレイン電
流を得るために必要な深さの溝を一回で実現でき、大幅
な工期の短縮(一週間から10日必要であった工程を1
〜2日に)できた。また、IDSS のばらつきも20〜3
0%から5〜10%へと少なくできた。
【0030】なお、酸化シリコン膜13を陽極酸化法に
より形成しても処理温度の低温化は可能であるが、陽極
酸化に用いる電解液の濃度管理が必要であり、量産性に
欠けるので適当でない。
【0031】
【発明の効果】第1の効果は、チャネル幅のばらつきが
低減される為飽和ドレイン電流IDSSのばらつきが少な
くなる(ウェーハ間ばらつき20〜30%→5〜10
%)ことである。
【0032】その理由は、チャネル幅が選択熱酸化によ
って正確に制御でき、ゲート領域もMBEなどの低温エ
ピタキシャル法で形成できるので、ゲート押し込みによ
る不純物分布の変動やゲート領域のばらつきがなくなる
為である。
【0033】第2の効果は、従来の接合型電電界効果ト
ランジスタより工期を短縮できることである。
【0034】その理由は、チャネル幅を選択熱酸化法で
制御できるので数回(7〜10回)のゲート押し込みが
不要となり、工期の短縮が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す半導体チップの断
面図。
【図2】本発明の一実施例について製造工程に沿って説
明するための(a)〜(d)に分図して示す工程順断面
図。
【図3】従来の技術について説明するための半導体チッ
プの断面図。
【符号の説明】
1 P型のシリコン半導体基板 2 N- 型のシリコンエピタキシャル層 3 P+ 型拡散層 4 溝の底面 5,5A N+ 型のソース領域 6,6A N+ 型のドレイン領域 7,7A P+ 型のゲート領域 8,8A 酸化シリコン膜 9,9A ソース電極 10,10A ドレイン電極 11 パッド酸化膜 12 窒化シリコン膜 13 酸化シリコン膜 14 酸化シリコン膜 15 酸化シリコン膜 16 酸化シリコン膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型のシリコン半導体基板、該シ
    リコン半導体基板上に形成された第2導電型のシリコン
    エピタキシャル層並びに前記シリコンエピタキシャル層
    表面上に形成された、第1導電型のゲート領域と該ゲー
    ト領域をはさみかつこれと離間して形成された第2導電
    型のソース領域及びドレイン領域を具備し、前記ゲート
    領域が前記ソース領域とドレイン領域の間でかつ前記シ
    リコンエピタキシャル層の所定の深さまで形成された溝
    の底面上に設けられていることを特徴とする接合型電界
    効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 溝はシリコンエピタキシャル層を選択的
    に熱酸化して形成された酸化シリコン膜をエッチング除
    去して形成される請求項1記載の接合型電界効果トラン
    ジスタ。
  3. 【請求項3】 ソース領域,ドレイン領域及びゲート領
    域は、いずれもエピタキシャル成長にて形成されたSi
    層である請求項1又は2記載の接合型電界効果トランジ
    スタ。
  4. 【請求項4】 第1導電型のシリコン半導体基板上に第
    2導電型のシリコンエピタキシャル層を堆積する工程
    と、前記シリコンエピタキシャル層の表面から前記シリ
    コン半導体基板に達する第1導電型領域を形成して島状
    エピタキシャル領域を区画する工程と、前記島状エピタ
    キシャル領域を横断する酸化シリコン層を加圧熱酸化法
    により選択的に形成する工程と、前記酸化シリコン層を
    エッチングにより除去して形成される溝の底面に第1導
    電型半導体層を選択的に堆積してゲート領域を形成する
    工程とを有することを特徴とする接合型電界効果トラン
    ジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 第1導電型半導体層の堆積をエピタキシ
    ャル成長により行なう請求項4記載の接合型電界効果ト
    ランジスタの製造方法。
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