JPS61290768A - Vertical type semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はスイッチングあるいは増幅を目的とした縦形半
導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に
微細化および高性能化の技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a vertical semiconductor device for the purpose of switching or amplification and a method of manufacturing the same, and particularly relates to techniques for miniaturization and high performance.
(従来の技術)
MIS型半導体装置のうち、特にMOS FETは低
耐圧、低電力デバイスと従来考えられていたが、最近の
半導体製造技術あるいは回路設計技術等の発展に伴い、
高耐圧、大電力設計が可能となり、現在ではパワーデバ
イスとしてその地位を確保するに至っている。(Prior art) Among MIS type semiconductor devices, MOS FETs in particular were traditionally thought to be low voltage and low power devices, but with recent developments in semiconductor manufacturing technology and circuit design technology,
It has become possible to design high-voltage and high-power devices, and has now secured its place as a power device.
かかる高耐圧パワーMO8FETの代表的なものとして
■オフセットゲート構造、■V−G rooveおるい
はU −G roove構造、■DSA(Diffus
ion Self−Alionment)構造等が知
られているが、このうち製造技術、高性能化の点で有利
な従来のDSA構造のパワーMO8FET (以下O3
A MOSと称する)の電極形成後の平面図と、この
平面図におけるA−A線方向の断面構造図をM8図(a
)および(b)に示し、また、その順次の製造工程にお
ける断面構造を第9図(a >乃至(f)に示す。ただ
し、第8図(a )ではソース電極は省いである。Typical examples of such high-voltage power MO8FETs include: ■offset gate structure, ■V-G root or U-G root structure, and ■DSA (Diffus
ion Self-Alionment) structure, etc., but among these, the conventional DSA structure power MO8FET (hereinafter referred to as O3
Figure M8 (a
) and (b), and the cross-sectional structure in the sequential manufacturing steps is shown in FIGS. 9(a) to (f). However, the source electrode is omitted in FIG. 8(a).
DSA MOSは二重拡散によりチャンネルを形成す
るもので、ゲート酸化膜5aを介して形成された格子状
のゲート多結晶シリコン膜6に囲まれた同一の拡散窓を
介してチャンネル領域を形成するための不純物拡散(p
型半導体層4)と、ソース領域を形成するための不純物
拡散(n十型半導体層8)とを行っているのが特徴であ
る。チャンネル長さはp型半導体層4とn十型半導体層
8との拡散深さの差で決っているので数ミクロン以下と
極めて短く形成できる。絶縁11a5 d上に形成した
ソース電極9はソース領域を形成するn中型半導体lI
8とチャンネル領域を形成するp型半導体層4(あるい
はp十型半導体層3)との両方にオーミック接触してい
る。ゲート電極形状は格子状のものとストライプ状のも
のとが一般的であるが、ここでは格子状のものを示す。DSA MOS forms a channel by double diffusion, and the channel region is formed through the same diffusion window surrounded by a lattice-shaped gate polycrystalline silicon film 6 formed through a gate oxide film 5a. Impurity diffusion (p
It is characterized in that a type semiconductor layer 4) and impurity diffusion (n+ type semiconductor layer 8) for forming a source region are performed. Since the channel length is determined by the difference in diffusion depth between the p-type semiconductor layer 4 and the n0-type semiconductor layer 8, it can be formed extremely short, several microns or less. The source electrode 9 formed on the insulator 11a5d is an n-medium semiconductor lI forming a source region.
It is in ohmic contact with both the p-type semiconductor layer 4 (or the p-type semiconductor layer 3) forming the channel region. The gate electrode is generally shaped in a lattice shape or in a stripe shape, but the lattice shape is shown here.
n十型半導体基板1がドレイン領域であり、その上に1
型工ピタキシヤル成長層2を堆積させたnオンn十構造
となっている。ドレイン電極は図示していないがチップ
裏面に形成されており、ゲート・ソース間に正の電圧を
加えてチャンネルをオンさせると電流は基板1より縦方
向に流れ、ヂャンネン領域4を通ってソース領域8に流
れ込む。なお、第8図(a )における破線は各セルを
構成する多結晶シリコン膜パターン6の開口の輪郭を示
すものである。The n-type semiconductor substrate 1 is a drain region, and the
It has an n-on-n-ten structure in which a molded pitaxial growth layer 2 is deposited. Although the drain electrode is not shown, it is formed on the back surface of the chip, and when a positive voltage is applied between the gate and source to turn on the channel, current flows vertically from the substrate 1, passes through the drain region 4, and reaches the source region. Flows into 8. Incidentally, the broken lines in FIG. 8(a) indicate the contours of the openings in the polycrystalline silicon film pattern 6 constituting each cell.
次に、第9図(a )乃至<r>を用いて従来のDSA
MOSの製造工程を説明する。n中型半導体基板1
上にn型エピタキシャル成長層2を、例えば比抵抗10
〜25ΩG、厚さ30〜60μmに形成後、表面からρ
十型半導体Ji13を形成する。その後、ゲート酸化膜
5aを約1000人の厚さに形成した様子を第9図(a
)に示す。Next, using FIGS. 9(a) to <r>, the conventional DSA
The manufacturing process of MOS will be explained. n medium-sized semiconductor substrate 1
An n-type epitaxial growth layer 2 is formed on top with a specific resistance of 10, for example.
After forming to ~25ΩG and 30 to 60μm thickness, ρ from the surface
A ten-type semiconductor Ji13 is formed. After that, the gate oxide film 5a is formed to a thickness of about 1000 mm in FIG. 9(a).
).
次に多結晶シリコン膜6を、例えば5ooo人の厚さに
堆積した後選択的にバターニングし、この多結晶シリコ
ン膜パターンをマスクにしてイオン注入を施し、チャン
ネル領域となるn型半導体層4を自己整合的に形成する
。この様子を第9図(b)に示す。Next, a polycrystalline silicon film 6 is deposited to a thickness of, for example, 5 mm, and then selectively buttered, and ions are implanted using this polycrystalline silicon film pattern as a mask to form an n-type semiconductor layer 4 that will become a channel region. is formed in a self-consistent manner. This situation is shown in FIG. 9(b).
続いてフォト・エツチング技術にてフォトレジストアを
用いてソース領域となるn十型半導体WI8を形成すべ
き予定部に選択的に開口を形成した様子を第9図(C)
に示す。Next, using photo-etching technology, a photoresist is used to selectively form an opening in the area where the n-type semiconductor WI8, which will become the source region, is to be formed, as shown in FIG. 9(C).
Shown below.
次にソース領域となるn型半導体層8および酸化膜5b
を形成しく第9図(d )に図示)、その上にCVD法
にてP S G (ohospho 5ilicat
eQ IaSS)膜5Cを約8000人の厚さに堆積し
た様子を第9図(e)に示す。第8図(b )ではこの
酸化膜5bとPSG膜5Cを合せて第2絶縁膜5dとし
て示しである。Next, the n-type semiconductor layer 8 and oxide film 5b, which will become the source region.
(as shown in FIG. 9(d)), and then PSG (ophospho 5ilicat
FIG. 9(e) shows how the eQ IaSS) film 5C is deposited to a thickness of about 8000 nm. In FIG. 8(b), the oxide film 5b and the PSG film 5C are shown together as a second insulating film 5d.
次に、各種熱処理を施した後に酸化115bおよびPS
GJIM5cに電極取り出し開口部10aを形成し、ア
ルミニウム(/l)電極9を形成することによってソー
ス・ドレイン間耐圧V が200〜600V程度のD
SA MOS FETが完成する。Next, after various heat treatments, oxidation 115b and PS
By forming an electrode extraction opening 10a in the GJIM5c and forming an aluminum (/l) electrode 9, a D with a source-drain breakdown voltage V of about 200 to 600V can be obtained.
SA MOS FET is completed.
この様子を第9図(f)に示す。This situation is shown in FIG. 9(f).
一般的にMOS FETは少数キャリアの蓄積がない
ため高速スイッチングが可能でトレイン電流が負の温度
係数を持つため熱的安定性が高い等大電力用素子として
長所を持っている反面、バイポーラ型トランジスタと比
較した場合多数キャリア素子であるため高耐圧化と大電
力化の相反関係が著しく、高耐圧化に必要な基板抵抗層
がそのまま飽和電圧の上昇に結びつき、同一チップ面積
ではオン抵抗が大きくなるという欠点があった。かかる
問題を解決゛するためにはFETの電力通路の抵抗、特
にドレイン抵抗の低減を図ることが必要である。換言す
れば、いかにドレインの面積効率を上げるかということ
であり、このためには微細加工技術を駆使して最良パタ
ーン設計を行わなければならない。これらを満足させる
構造として一般的にはDSA MOS FETが採
用されている。In general, MOS FETs have the advantage of high-speed switching because they do not accumulate minority carriers, and have high thermal stability because their train current has a negative temperature coefficient. Compared to this, since it is a majority carrier element, there is a significant trade-off between high withstand voltage and high power, and the substrate resistance layer required for high withstand voltage directly leads to an increase in saturation voltage, resulting in a large on-resistance for the same chip area. There was a drawback. In order to solve this problem, it is necessary to reduce the resistance of the power path of the FET, especially the drain resistance. In other words, the question is how to increase the area efficiency of the drain, and for this purpose, it is necessary to design the best pattern by making full use of microfabrication technology. A DSA MOS FET is generally employed as a structure that satisfies these requirements.
しかしながら従来のDSA MOS FETのパタ
ーン設計は必ずしも最適設計とはなっていない。限られ
たシリコン・チップ面積内に電流通路の幅、つまりチャ
ンネルの周縁長であるチャンネル幅を長くあるいはチャ
ンネル長を短かくとれるような多結晶シリコン膜パター
ンやチャンネル領域の形状について種々の工夫が必要で
ある。チャンネル幅を長くすることによってドレイン電
流を大きくすることが可能で、しかも大電流領域での相
互コンダクタンスメ信、も大きなものが得られる。However, the pattern design of conventional DSA MOS FETs is not necessarily an optimal design. Various ideas are needed for the polycrystalline silicon film pattern and the shape of the channel region so that the width of the current path, that is, the channel width, which is the peripheral length of the channel, can be increased or the channel length can be shortened within the limited silicon chip area. It is. By increasing the channel width, it is possible to increase the drain current, and in addition, a large mutual conductance signal can be obtained in the large current region.
これらがひいてはオン抵抗の低減化を可能にする最大の
要因であるため、いかにして限られた面積内でチャンネ
ル幅を長くするかが、最大の目標であった。Since these are the biggest factors that make it possible to reduce on-resistance, the biggest goal was how to increase the channel width within a limited area.
そこで、従来スイッチング電源等に用いられている高耐
圧パワーMO8FETのゲート多結晶シリコンパターン
を検討してみると、はとんどが第8図(a)に示すよう
な四角の格子形状を呈している。Therefore, when we examine the gate polycrystalline silicon patterns of high-voltage power MO8FETs conventionally used in switching power supplies, etc., we find that most of them exhibit a square lattice shape as shown in Figure 8(a). There is.
第8図(a)の平面図において、成るセルの多結晶シリ
コン膜6の開ロバターンのエツジから上下左右に隣接す
るセルの開ロバターンのエツジまでのゲート多結晶シリ
コン膜の長さを!、とし、斜め方向に隣接するセル間で
の長さをp2とすると、β2はβ、よりも4 倍長くな
っている。定められた面積内にロ+型ソース領域8とゲ
ート多結晶シリコン膜6を多く集積するには上記の長さ
β、とβ2は等しいことが望ましい。すなわち、チャン
ネル領域4はゲート多結晶シリコン膜6のパターンエツ
ジに沿って存在するため、大きなチャンネル幅を得るに
はJ2.=J22とするのが望ましく、λ2〉1.とす
ると、β2−J2.に相当する余分な面積を多結晶シリ
コン膜6が占めることになる。このことは、ゲート面積
を広くし、スイッチング・スピードの妨げとなるドレイ
ン◆ゲート間容吊を増大させる原因にもなっている。In the plan view of FIG. 8(a), the length of the gate polycrystalline silicon film from the edge of the open pattern of the polycrystalline silicon film 6 of the cell to the edge of the open pattern of the cell adjacent vertically and horizontally. , and let p2 be the length between diagonally adjacent cells, then β2 is four times longer than β. In order to integrate a large number of R+ type source regions 8 and gate polycrystalline silicon films 6 within a predetermined area, it is desirable that the lengths β and β2 are equal. That is, since the channel region 4 exists along the pattern edge of the gate polycrystalline silicon film 6, in order to obtain a large channel width, J2. = J22, and λ2>1. Then, β2-J2. The polycrystalline silicon film 6 occupies an extra area corresponding to . This increases the gate area and increases the drain-to-gate capacitance, which impedes switching speed.
また、一般的にチャンネル幅を増大させるために各パタ
ーンの微細化をすることがよく知られており、これによ
りゲート多結晶シリコン膜パターンとソース領域は縮少
され、その分チャンネル幅の増大が図れる。しかしなが
ら、従来の四角形の格子形状を持つゲート多結晶シリコ
ンパターンではドレイン電流容量の割合に対してソース
電極開口部が多すぎる傾向にある。微細化によって独立
したチャンネル領域を多数く形成できるようになり、そ
の結果チャンネル幅が総合的に増大することになるが、
1つのセル内でのチャンネル幅は小さくなる。つまり、
同・−条件でMOSトランジスタとしての動作をさせた
場合、チャンネル幅の小さい方が電流容ωが小さいにも
かかわらず、セル内に形成されているソース領域の電極
引き出し開口部は数多く存在することになる。In addition, it is well known that each pattern is generally miniaturized to increase the channel width, and as a result, the gate polycrystalline silicon film pattern and source region are reduced, and the channel width increases accordingly. I can figure it out. However, in the conventional gate polycrystalline silicon pattern having a rectangular lattice shape, the number of source electrode openings tends to be too large relative to the ratio of drain current capacity. Miniaturization allows the formation of many independent channel regions, which results in an overall increase in channel width.
The channel width within one cell becomes smaller. In other words,
When operating as a MOS transistor under the same conditions, there are many electrode extraction openings in the source region formed in the cell, even though the smaller the channel width, the smaller the current capacity ω. become.
周知のごとく、MOS FETはバイポーラ型トラン
ジスタと比較して熱暴走が少なく、1セルの領域から得
られる電流密度が少なく、従って必要以上のソース電極
取り出し開口部は不要である。As is well known, a MOS FET has less thermal runaway than a bipolar transistor, and the current density obtained from one cell area is small, so there is no need for an unnecessary opening for the source electrode.
この不要な分を利用してより多くのチャンネル領域を形
成し、チャンネル幅を大きくするようなパターン配置を
行わなければならない。したがって、このソース電極取
り出し開口部の面積を小さくし、その分チャンネル幅を
有効に大きくするためのパターンの工夫が重要となる。It is necessary to use this unnecessary portion to form more channel regions and to arrange patterns to increase the channel width. Therefore, it is important to devise a pattern to reduce the area of the source electrode extraction opening and effectively increase the channel width accordingly.
また性能面では特にスイッチング・スピードの向上に関
しては、ゲート・ドレイン間の容量を小さくすることが
重要である。これを達成するための方法としては、ゲー
ト酸化膜の膜厚を大きくする方法と、ゲート多結晶シリ
コン膜パターンの占める面積を小さくする方法とが代表
的なものである。しかしながら、MOS動作特性の1つ
であるしきい値電圧Vthや、相互コンダクタンスクm
等の関係上ゲート酸化膜の膜厚を大きくすることには限
界がある。そこで、もう1つの代表的な方法として、ゲ
ート多結晶シリコン膜パターンがゲート酸化膜上に占め
る面積を小さくする方法が有力である。この方法を最も
簡単に実施するにはゲート多結晶シリコン膜パターンを
細くすることである。In terms of performance, especially with regard to improving switching speed, it is important to reduce the capacitance between the gate and drain. Typical methods for achieving this are increasing the thickness of the gate oxide film and reducing the area occupied by the gate polycrystalline silicon film pattern. However, the threshold voltage Vth, which is one of the MOS operating characteristics, and the mutual conductance m
For these reasons, there is a limit to increasing the thickness of the gate oxide film. Therefore, another typical method is to reduce the area occupied by the gate polycrystalline silicon film pattern on the gate oxide film. The easiest way to implement this method is to make the gate polycrystalline silicon film pattern thin.
しかしながら細くすると、その分抵抗が増大し、スイッ
チング・スピードが遅くなる欠点があった。However, making it thinner has the drawback of increasing resistance and slowing down switching speed.
従来のゲート電極材料の多くは多結晶シリコン膜や、モ
リブデン膜等の高融点金属膜が用いられ、これらの材料
の特徴として、高温プロセスに強いことから、多層配線
材料膜として用いられている。Most conventional gate electrode materials are polycrystalline silicon films or high melting point metal films such as molybdenum films, and these materials are used as multilayer wiring material films because they are resistant to high-temperature processes.
その関係上、大電力用DSA MOS FETでは
、代表的なゲート電極材料として、多結晶シリコン膜が
用いられ、ソース電極AJ2Illとの間で絶縁膜を介
して2層電極構造となっている。しかもチャンネル幅を
長くするため、ゲート多結晶シリコン膜パターンは細く
、そして極めて長く設計されている。限られたシリコン
チップ内において、チャンネル幅の長さと1.ゲート多
結晶シリコン膜パターンの配線抵抗の関係は、オン抵抗
を低くするために、チャンネル幅を長く設計するとゲー
ト抵抗が増大し、スイッチング・スピードが遅くなると
いう欠点があった。そのため従来においては、チップ内
のチャンネル領域を犠牲にし、導電性の優れた八βのス
トライプ・パターンを数カ所設け、これとゲート多結晶
シリコン膜を接続して、ゲート抵抗の低減化に努めてい
た。しかしながら、ゲート八β電極間は、数百〜数千ミ
クロンの長さを持つ多結晶シリコンゲートであるため、
ゲート抵抗は依然として高い。For this reason, in a high-power DSA MOS FET, a polycrystalline silicon film is used as a typical gate electrode material, and has a two-layer electrode structure with an insulating film interposed between it and the source electrode AJ2Ill. Moreover, in order to increase the channel width, the gate polycrystalline silicon film pattern is designed to be thin and extremely long. Within a limited silicon chip, the length of the channel width and 1. Regarding the wiring resistance of the gate polycrystalline silicon film pattern, if the channel width is designed to be long in order to lower the on-resistance, the gate resistance increases and the switching speed becomes slower. Therefore, in the past, efforts were made to sacrifice the channel area within the chip, provide several 8β stripe patterns with excellent conductivity, and connect these to the gate polycrystalline silicon film in an effort to reduce gate resistance. . However, since the gate between the eight β electrodes is a polycrystalline silicon gate with a length of several hundred to several thousand microns,
Gate resistance remains high.
一方、ゲート抵抗を下げる他の方法として、第10図(
a )および(b )に示すようにゲート多結晶シリコ
ン膜パターン上に絶縁膜を介してゲートへ!パタ −ン
とソース八(パターンとを互いちがいに配置した櫛形状
電極構造がある。On the other hand, as another method of lowering the gate resistance, see Figure 10 (
As shown in a) and (b), there is an insulating film on the gate polycrystalline silicon film pattern to the gate! There is a comb-shaped electrode structure in which the patterns and source patterns are arranged at different angles.
第10図において第8図に示した部分と同じ部分には同
じ符号を付けて示す。この櫛形状電極構造を有する半導
体装置は、n十型半導体基板1上に成長させたn型エピ
タキシャル層2を有し、その主面に第1絶縁膜5aを介
して格子状に開口部を有するようにパターニングされた
多結晶シリコンl116が形成され、この多結晶シリコ
ン116の開口内にはp型の第1半導体層3が形成され
ている。In FIG. 10, the same parts as those shown in FIG. 8 are designated by the same reference numerals. This semiconductor device having a comb-shaped electrode structure has an n-type epitaxial layer 2 grown on an n-type semiconductor substrate 1, and has openings in a lattice shape on its main surface through a first insulating film 5a. Polycrystalline silicon 116 is patterned in this manner, and a p-type first semiconductor layer 3 is formed within the opening of this polycrystalline silicon 116.
エピタキシャル層2の主面には一部分が第1絶縁膜5a
を介して多結晶シリコン膜と重なるようにp型の第2半
導体層4が形成され、この第2半導体層内には一部分が
第1絶縁膜5aを介して多結晶シリコン膜6と重なるよ
うにn中型の第3半導体層8が形成され、多結晶シリコ
ン[16およびその開口部を被覆するように第2絶縁膜
5dが形成されている。この第2絶縁膜上にはストライ
ブ状のソースおよびゲート/l電極9aおよび9bが形
成され、ソース、11電極9aは第2絶縁膜5dにあけ
た開口部10aおよび多結晶シリコン膜6にあけた開口
部を介して第1および第3の半導体層3および8とオー
ミック接続され、ゲート/l電極9bは第2絶縁膜5d
にあけた開口部10bを経て多結晶シリコン膜6に接続
されている。A portion of the main surface of the epitaxial layer 2 is covered with the first insulating film 5a.
A p-type second semiconductor layer 4 is formed so as to overlap with the polycrystalline silicon film 6 through the first insulating film 5a, and a p-type second semiconductor layer 4 is formed so as to partially overlap with the polycrystalline silicon film 6 through the first insulating film 5a. An n medium-sized third semiconductor layer 8 is formed, and a second insulating film 5d is formed to cover the polycrystalline silicon [16] and its opening. Striped source and gate/l electrodes 9a and 9b are formed on the second insulating film, and the source and gate electrodes 9a are formed in the opening 10a in the second insulating film 5d and in the polycrystalline silicon film 6. The gate/l electrode 9b is ohmically connected to the first and third semiconductor layers 3 and 8 through the openings formed in the second insulating film 5d.
It is connected to the polycrystalline silicon film 6 through an opening 10b formed in the opening 10b.
(発明が解決しようとする問題点)
第10図に示した従来の櫛形電極構造を有する半導体装
置は、ゲート多結晶シリコン膜6のスルーホールや、A
J2電極9a、9bの膜厚の等方エツチングによるパタ
ーンの後退等を考慮して、ソース八β電極9aとゲート
/l電極9bとは一定の距離を隔てなければならない。(Problems to be Solved by the Invention) The semiconductor device having the conventional comb-shaped electrode structure shown in FIG.
In consideration of pattern recession due to isotropic etching of the film thickness of the J2 electrodes 9a and 9b, the source 8β electrode 9a and the gate/l electrode 9b must be separated by a certain distance.
したがってゲート多結晶シリコン1116のパターン幅
を太くしたり、セル面積を大きくしないと、ソース/l
電極9aとゲート/l電極9bの電極分離がフォトリソ
グラフィの関係上極めてむずかしくなり、したがって微
細化に限界が生じ、特にゲート・ソース間容量が増大し
、これがひいてはスイッチング・スピードの向上を妨げ
る要因でもあった。一方、ゲート抵抗を下げる最も簡単
な方法として、ゲート多結晶シリコン膜6の膜厚を大き
くすれば、少し効果があるが、多結晶ジノコン膜パター
ン上に形成されるソース八β電極9aあるいはゲート八
1電極9bが、多結晶シリコンm6に形成した開口部の
エツジで断切れを起し易い欠点がある。Therefore, unless the pattern width of the gate polycrystalline silicon 1116 is increased or the cell area is increased, the source/l
Electrode separation between the electrode 9a and the gate/l electrode 9b becomes extremely difficult due to photolithography, which limits miniaturization and increases the capacitance between the gate and source, which in turn becomes a factor that hinders the improvement of switching speed. there were. On the other hand, the easiest way to lower the gate resistance is to increase the thickness of the gate polycrystalline silicon film 6, which has a slight effect, but it is possible to reduce the gate resistance by increasing the thickness of the gate polycrystalline silicon film 6. There is a drawback that one electrode 9b is easily cut off at the edge of the opening formed in the polycrystalline silicon m6.
次にスイッチング・スピードを向上させる要因の他のひ
とつにチャンネル長を狭く形成する方法がある。このチ
ャンネル長は、チャンネル領域のp型半導体層4と、ソ
ー中型十型半導体層8の拡散の深さの差で決定される。Another factor for improving switching speed is to narrow the channel length. This channel length is determined by the difference in diffusion depth between the p-type semiconductor layer 4 and the semiconductor layer 8 in the channel region.
しかしながら、スイッチング・スピードを考えると次の
条件をみたす必要がある。一般的にドレイン電流は、ソ
ー中型十型半導体層8からチャンネル領域のp型半導体
層4を通ってn型エピタキシャル層2から縦方向へn十
型半導体基板1のドレイン領域へ流れ、基板裏面のドレ
イン電極から取り出される。したがって、ドレイン電流
はチャンネル領域を形成しているp型半導体層4間を通
って流れる。したがってp型半導体層4はゲート多結晶
シリコンg!6の両側に互いに対向して形成されている
ため、p型半導体層が深く形成された場合、上記ドレイ
ン電流の゛流通路が狭くなり、電流通路が抵抗弁を持ち
、これがひいてはオン抵抗を増加させる原因にもなる。However, when considering switching speed, the following conditions must be met. In general, the drain current flows from the medium-size 10-type semiconductor layer 8 through the p-type semiconductor layer 4 in the channel region, from the n-type epitaxial layer 2 in the vertical direction to the drain region of the n0-type semiconductor substrate 1, and then flows from the n-type epitaxial layer 2 to the drain region of the n0-type semiconductor substrate 1 on the back surface of the substrate. taken out from the drain electrode. Therefore, the drain current flows between the p-type semiconductor layers 4 forming the channel region. Therefore, the p-type semiconductor layer 4 has a gate polycrystalline silicon g! If the p-type semiconductor layer is formed deeply, the flow path for the drain current becomes narrower, and the current path has a resistance valve, which in turn increases the on-resistance. It can also cause
その他、前記チャンネル領域を形成しているp型半導体
層4を深く形成することによって、まずゲート多結晶シ
リコン膜6と重なる領域が多くなる。周知のごとく、ゲ
ート絶縁膜5aは従来では500人〜1200人と極く
薄く形成されており、したがって、当然のごとく、ゲー
ト・ソース間の容量が増大し、スイッチング・スピード
の妨げになることが明らかである。そこでチャンネル領
域を形成しているp型半導体層4をできるだけ浅く形成
し、それにともなってソー中型十型半導体層8も浅く形
成することによって、チャンネル長の狭い、スイッチン
グ・スピードの速いDSA MOS FETの実現
が可能となる。In addition, by forming the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region deeply, the region overlapping with the gate polycrystalline silicon film 6 increases. As is well known, the gate insulating film 5a has conventionally been formed extremely thin, with a thickness of 500 to 1200. Therefore, as a matter of course, the capacitance between the gate and the source increases, which may impede the switching speed. it is obvious. Therefore, by forming the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region as shallow as possible, and also forming the medium-sized ten-type semiconductor layer 8 as shallow as possible, it is possible to create a DSA MOS FET with a narrow channel length and high switching speed. Realization becomes possible.
しかしながら、前記チャンネル領域を形成しているp型
半導体層4を浅く形成し、チャンネル長を狭くすること
によって、次のような新たな問題が生ずる。However, by forming the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region shallowly and narrowing the channel length, the following new problem arises.
まず、MO8動作した際、チャンネル領域を形成してい
るp型半導体層4からドレイン領域のn型エピタキシャ
ル層2側へ空乏層が広がる。それと同時に、p型半導体
層4内にも空乏層が広がる。First, during MO8 operation, a depletion layer spreads from the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region to the n-type epitaxial layer 2 side of the drain region. At the same time, a depletion layer also spreads within the p-type semiconductor layer 4.
この空乏層は半導体層又は拡散層の濃度が低いはど広が
り易すく、又、ドレイン電圧が高いほど広がる。したが
って当然のごとく、濃度の低いドレイン領域のn型エピ
タキシャル層2側へ空乏層は多く広がる。しかしながら
、DSA構造を持つMO8型FETの場合、チャンネル
領域4はセル部分において互いに対向して形成されてい
るため、両方がら空乏層が互いに接近するように広がり
、ちょうどゲート多結晶シリコン膜6の真中付近のドレ
イン領域でぶつかり合うため、ソース・ドレイン間のブ
レークダウン電圧を大きく得るための妨げとはならない
。一方p型半導体層4側では、ドレイン電圧をどんどん
高くして行くことによって、チャンネル領域を形成して
いるp型半導体層4内の空乏層はどんどん広がり、ソー
スn中型半導体層8へ届いてしまう。これがいわゆるバ
ンチスルー現象である。この時点ですでにソース・10
42間の電圧はブレークダウンしてしまう。つまりチャ
ンネル長が狭いため空乏層がn十型半導体層8へすぐに
到達してしまうのでバルクの特性で決まるブレークダウ
ン電圧よりも小さな値でブレークダウンしてしまう。特
にチャンネル幅を長く得るためゲート多結晶シリコン膜
パターンを微細化しなければならず、それにともなって
チャンネルを構成するp型半導体層4は浅い拡散によっ
て形成する必要がある。当然ゲート多結晶シリコン膜パ
ターン間には、細くて長いパターンが形成されることに
なるため、バンチスルー現象はこのような部分に生じや
すい。This depletion layer spreads more easily when the concentration of the semiconductor layer or diffusion layer is low, and also spreads as the drain voltage becomes higher. Therefore, as a matter of course, a large amount of the depletion layer spreads toward the n-type epitaxial layer 2 side of the drain region where the concentration is low. However, in the case of an MO8 type FET having a DSA structure, since the channel regions 4 are formed to face each other in the cell portion, the depletion layers of both regions are spread close to each other, and the channel regions 4 are formed to face each other in the cell portion, so that the depletion layers of both regions are spread close to each other, and the channel regions 4 are formed to face each other in the cell portion. Since they collide in the nearby drain region, there is no obstacle to obtaining a large source-drain breakdown voltage. On the other hand, on the p-type semiconductor layer 4 side, by increasing the drain voltage higher and higher, the depletion layer in the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region expands more and more and reaches the source n-medium semiconductor layer 8. . This is the so-called bunch-through phenomenon. At this point already source 10
The voltage between 42 will break down. In other words, since the channel length is narrow, the depletion layer quickly reaches the n0 type semiconductor layer 8, resulting in breakdown at a value smaller than the breakdown voltage determined by the bulk characteristics. In particular, in order to obtain a long channel width, the gate polycrystalline silicon film pattern must be miniaturized, and accordingly, the p-type semiconductor layer 4 constituting the channel must be formed by shallow diffusion. Naturally, thin and long patterns are formed between the gate polycrystalline silicon film patterns, so the bunch-through phenomenon is likely to occur in such portions.
又、バンチスルー現象を生じにくくする一方法として、
従来のDSA MOS FETでは、セル内にp中
型半導体層3を、フォトエツチング技術によって形成し
ていた。しかしながらこの方法においては、次のような
欠点が生じて来る。まず、フォトリソグラフィ技術で、
p中型半導体層3に対して位置合せをおこなって、ゲー
ト多結晶シリコン膜6のパターンを形成するため、ゲー
ト多結晶シリコン膜6のパターンによって自己整合的に
形成されるチャンネル領域のp型半導体層4と、自己整
合的に形成されないp中型半導体層3の位置関係が不正
確となり、n十型半導体層8によって狭ばめられるp型
半導体層(チャンネル領域)4の長い部分と短い部分が
上記n中型半導体層8の下に形成される。この場合、狭
いp型半導体層4が長く形成されている部分ではバンチ
スルーが起こりやすく、逆に短い部分は高濃度p十型半
導体層3の一部がチャンネルp型半導体層4まで及びM
O8型トランジスタの特性で、しきい値電圧の値に影響
を及ぼす。又、前記位置合せをする際、合せ誤差を見込
んでパターンを形成しなければならないため、セル面積
が増加し、その分チャンネル幅が減少する欠点もある。In addition, as a method to make the bunch-through phenomenon less likely to occur,
In a conventional DSA MOS FET, a p-type medium semiconductor layer 3 is formed within the cell by photoetching technology. However, this method has the following drawbacks. First, with photolithography technology,
In order to form the pattern of the gate polycrystalline silicon film 6 by aligning with the p-type semiconductor layer 3, the p-type semiconductor layer in the channel region is formed in a self-aligned manner by the pattern of the gate polycrystalline silicon film 6. 4 and the p-type semiconductor layer 3 which is not formed in a self-aligned manner becomes inaccurate, and the long and short portions of the p-type semiconductor layer (channel region) 4 narrowed by the n0-type semiconductor layer 8 are as described above. It is formed under the n-medium semiconductor layer 8. In this case, bunch-through is likely to occur in the long narrow p-type semiconductor layer 4, and conversely, in the short part, a part of the high concentration p-type semiconductor layer 3 extends up to the channel p-type semiconductor layer 4.
This is a characteristic of O8 type transistors that affects the threshold voltage value. Furthermore, when performing the alignment, it is necessary to form a pattern taking into account alignment errors, resulting in an increase in cell area and a corresponding decrease in channel width.
又、p中型半導体層3は、フォトリソグラフィ技術で位
置合せして形成する関係上、フォトエツチング工程が多
くなり、ひいては生産性向上の妨げとなる。Furthermore, since the p-type medium semiconductor layer 3 is formed by alignment using photolithography, the number of photo-etching steps is increased, which in turn impedes productivity improvement.
さらに、チップの面積利用効率を向上し、長いチャンネ
ル幅を得るために、ゲート多結晶シリコン膜の開ロバタ
ーンを面積の大きい2個以上の拡大部と、隣接する拡大
部を連結する幅の狭い連結部とを持って構成することを
本発明者は提案している。このような半導体装置におい
ては、連結部のエツジに沿って細長くチャンネル領域が
形成されるのでチャンネル幅を長くすることができるが
、この細長いチャンネル領域で特にバンチスルーが生じ
易い欠点がある。Furthermore, in order to improve the area utilization efficiency of the chip and obtain a long channel width, the opening pattern of the gate polycrystalline silicon film is connected to two or more enlarged portions with a large area and a narrow connection connecting the adjacent enlarged portions. The present inventor proposes a structure having a section. In such a semiconductor device, since an elongated channel region is formed along the edge of the connecting portion, the channel width can be increased, but there is a drawback that bunch-through is particularly likely to occur in this elongated channel region.
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、ゲート多
結晶シリコンパターンの幅を極力等しくし、全体的なパ
ターンの微細化がおこなわれても、電流容量にしたがっ
て最適なソース電極取り出し開口部が得られるように、
さらにはソース電極取り出し開口部において特に自己整
合的に形成されたp中型半導体層3とn十型半導体層8
が金属電極膜9にて電気的に接続されることを満足し、
前記開口部の微細化を目的とし、その目的を満足するに
ともなった適切なパターン配置を可能とし、これらの効
果で得た余分な面積に有効的にチャンネル領域を形成し
、特に細長いチャンネル領域でのバンチスルー現象を防
止し、チャンネル長を狭くすることを可能とし、フォト
エツチング工程を減少させ、オン抵抗を低くし、相互フ
ンダクタンスク 、スイッチング・スピード等の素子性
能の向上やデツプ面積の縮少化を図り、生産性向上を可
能とする縦形半導体装置とその製造方法を提供するもの
である。The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and even if the width of the gate polycrystalline silicon pattern is made as equal as possible, and the overall pattern is made finer, the source electrode extraction opening can be optimized according to the current capacity. so that you can get
Furthermore, the p medium semiconductor layer 3 and the n+ type semiconductor layer 8 are formed particularly in a self-aligned manner in the source electrode extraction opening.
are electrically connected by the metal electrode film 9,
The purpose is to miniaturize the opening, and to achieve this purpose, it is possible to arrange an appropriate pattern, and to effectively form a channel region in the extra area obtained by these effects, especially in a long and narrow channel region. It is possible to prevent the bunch-through phenomenon, narrow the channel length, reduce the photo-etching process, lower the on-resistance, improve device performance such as mutual conductance, switching speed, and reduce the depth area. The purpose of the present invention is to provide a vertical semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can reduce the number of semiconductor devices and improve productivity.
(問題点を解決するための手段)
本発明による縦形半導体装置は、一導電型の半導体基体
と、この半導体基体の主面上に、第1絶縁膜を介して形
成した半導体膜または導電体膜パターンと、このパター
ンの開口内において、前記半導体基体の主面に、高不純
物濃度に形成した第1半導体層と、前記第1絶縁膜を介
して半導体膜または導電体膜パターンの一部と一部分が
重なる位置に形成した低不純物濃度の逆導電型の第2半
導体層と、前記半導体膜または導電体膜パターンの開口
内に、そのエツジに沿って均等の間隔を保つかまたはエ
ツジと同じ位置に到るまで、前記第2半導体層よりも高
不純物濃度でしかも深(形成した逆導電型の第3半導体
層と、前記第2半導体層内に、半導体膜または導電体膜
パターンの一部と一部分が重なるように形成した一導電
型の第4半導体層と、前記半導体膜または導電体膜を被
覆するように形成され、開口部を有する第2絶縁膜と、
この第2絶縁膜上に、その開口部を含むように形成した
金属電極膜とを具えることを特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) A vertical semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate of one conductivity type, and a semiconductor film or a conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film. a first semiconductor layer formed with a high impurity concentration on the main surface of the semiconductor substrate within the opening of the pattern; and a part of the semiconductor film or conductor film pattern via the first insulating film. A second semiconductor layer of the opposite conductivity type with a low impurity concentration formed at the overlapped position, and a second semiconductor layer of the opposite conductivity type with a low impurity concentration, maintained at equal intervals along the edge or at the same position as the edge, within the opening of the semiconductor film or conductor film pattern. A third semiconductor layer of an opposite conductivity type formed at a higher impurity concentration and deeper than the second semiconductor layer, and a portion of the semiconductor film or conductive film pattern within the second semiconductor layer. a fourth semiconductor layer of one conductivity type formed so as to overlap with each other; a second insulating film formed to cover the semiconductor film or the conductor film and having an opening;
A metal electrode film is provided on the second insulating film so as to include the opening.
さらに本発明の製造方法は、一導電型の第1半導体基体
の主面に、逆導電型のイオンを高い濃度で注入して第1
の半導体層を形成する工程と、前記半導体基体の主面に
第1絶縁膜を形成する工程と、
この第1絶縁膜上に半導体膜または導電体膜を形成し、
その上にマスクを形成した後このマスクを介して半導体
膜または導電体膜をアンダーエツチングして半導体膜ま
たは導電体膜パターンを形成すると同時にオーバーハン
グ状のマスクを形成する工程と、
このオーバーハング状のマスクを介して半導体基体内に
逆導電型のイオンを高濃度で深く注入し、次に前記マス
クを除去した後、半導体膜または導電体膜パターンをマ
スクとして逆導電型のイオンを低濃度で浅く注入して逆
導電型の第2半導体層を深(形成するとともに逆導電型
の°第3半導体層を浅く形成する工程と、
前記半導体膜または導電体膜パターンをマスクとして一
導電型のイオンを注入して前記第3半導体層内に一導電
型の第4半導体層を形成する工程と、
前記半導体膜または導電体膜およびその開口を覆うよう
に第2絶縁膜を形成する工程と、 この第2絶縁膜に選
択的に開口を形成して前記第1半導体層と、第4半導体
層とを部分的に露出させる工程と、
前記第2絶縁膜上に前記開口を覆うように金属電極膜を
形成する工程とを具えることを特徴とす・るものである
。Further, in the manufacturing method of the present invention, ions of an opposite conductivity type are implanted at a high concentration into the main surface of a first semiconductor substrate of one conductivity type.
forming a first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate; forming a semiconductor film or a conductive film on the first insulating film;
forming a mask thereon and then under-etching the semiconductor film or conductor film through the mask to form a semiconductor film or conductor film pattern and simultaneously forming an overhang-shaped mask; Ions of the opposite conductivity type are deeply implanted at a high concentration into the semiconductor substrate through a mask, and then, after removing the mask, ions of the opposite conductivity type are implanted at a low concentration using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask. A step of shallowly implanting a second semiconductor layer of an opposite conductivity type and shallowly forming a third semiconductor layer of an opposite conductivity type, and implanting ions of one conductivity type using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask. a step of forming a fourth semiconductor layer of one conductivity type in the third semiconductor layer by implanting a second semiconductor layer; a step of forming a second insulating film to cover the semiconductor film or the conductor film and the opening thereof; selectively forming an opening in a second insulating film to partially expose the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer; and forming a metal electrode film on the second insulating film to cover the opening. The method is characterized by comprising a step of forming.
(作用)
本発明の半導体装置においては、逆導電型の第3半導体
層は、第2半導体層よりも高不純物濃度でしかもより深
く形成されているため、セルの微細化、高集積化が可能
であるとともにバンチスルー現象も有効に防止すること
ができる。また、第2半導体層および第4半導体層を浅
く形成することによってゲート・ソース間の容量を減少
することができるとともに相互フンダクタンスクmを大
きくすることができ、スイッチング・スピードを向上す
ることができる。さらに、本発明の半導体装置において
は、所定のチップ面積内でチャンネル幅を太き(するこ
とができるとともに多結晶シリコン膜の占める面積を減
らすことによってゲート・ドレイン間容量を小さくする
ことができる。したがって大きなトレイン電流を得るこ
とができると同時に速いスイッチング・スピードを得る
ことができる。また、特に後述する実施例のように多結
晶シリコン膜パターンの開口部を、独立パターン部分を
囲む環状部分と、この環状部分の両側に対称的に位置す
る端部分と、これら環状部分と端部分とを連結する幅の
狭い連結部分とを持って構成し、このような開口部を複
数隣接する開口部の端部分がインターディジタルに配置
されるように配列することによってチッ゛プ面積の利用
効率は著しく高くなり、上述した効果がより一層効果的
に発揮されることになる。(Function) In the semiconductor device of the present invention, since the third semiconductor layer of the opposite conductivity type has a higher impurity concentration and is formed deeper than the second semiconductor layer, miniaturization and high integration of cells are possible. At the same time, the bunch-through phenomenon can also be effectively prevented. Furthermore, by forming the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer shallowly, it is possible to reduce the capacitance between the gate and the source, and also to increase the mutual fundacitance m, thereby improving the switching speed. can. Further, in the semiconductor device of the present invention, the channel width can be increased within a predetermined chip area, and the gate-drain capacitance can be reduced by reducing the area occupied by the polycrystalline silicon film. Therefore, a large train current can be obtained and at the same time a high switching speed can be obtained.In particular, as in the embodiment described later, the opening of the polycrystalline silicon film pattern is formed by forming an annular portion surrounding the independent pattern portion. The annular portion has end portions located symmetrically on both sides, and a narrow connecting portion that connects these annular portions and the end portions. By arranging the parts so that they are arranged interdigitally, the utilization efficiency of the chip area is significantly increased, and the above-mentioned effects can be exhibited even more effectively.
(実施例) 以下本発明を実施例により具体的に説明する。(Example) The present invention will be specifically explained below using examples.
第1図(a )および(b)は本発明の一実施例である
O8A MOS FETの平面図および断面図であ
り、第1図(a )では/l電極膜および絶縁膜の一部
を切欠いである。FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a cross-sectional view of an O8A MOS FET, which is an embodiment of the present invention. In FIG. 1(a), a part of the /l electrode film and insulating film are cut away. It is.
この装置は、n十型半導体基板1上にn型エピタキシャ
ル成長層2が設けられ、このエピタキシャル層2の主面
に絶縁酸化膜(第1絶縁躾)5aを介して多結晶シリコ
ン膜(半導体膜または導電体膜)パターン6が設けられ
、このパターンの開口内のエピタキシャル層2中には逆
導電型の不純物を高濃度でドープしたp型半導体層(第
1半導体層)3が設けられている。さらにエピタキシャ
ル層2中には、前記第1絶縁膜5aを介して前記多結晶
シリコン膜パターン6の一部と部分的に重なる位置に逆
導電型の不純物を低い濃度にドープしたp型の半導体層
(第2半導体層)4が浅く設けられ、多結晶シリコン膜
パターン6の開口部には、このパターンのエツジに沿っ
て均等の間隔を保って、p型の第2半導体層4よりも不
純物濃度が高いp串型半導体層(第3半導体層)11が
p型半導体層4よりも深く形成され、該第2半導体層4
の表面であって前記第1絶縁膜5aを介して前記導電体
膜パターン6の一部と部分的に重なる位置にn十型半導
体層(第4半導体層)8が形成され、前記多結晶シリコ
ン膜パターン6を被覆するように絶縁酸化膜(第2絶縁
膜)5dが形成され、この絶縁膜上にはソース/l電極
膜(第11金属電極膜)9aが形成されている。ソース
/l電極膜9aは、絶縁膜5dに形成したセル内のソー
ス電極取り出し開口110aを経て半導体層4および8
にオーミック接続されている。In this device, an n-type epitaxial growth layer 2 is provided on an n-type semiconductor substrate 1, and a polycrystalline silicon film (semiconductor film or A conductor film) pattern 6 is provided, and a p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 3 doped with impurities of opposite conductivity type at a high concentration is provided in the epitaxial layer 2 within the opening of this pattern. Further, in the epitaxial layer 2, a p-type semiconductor layer doped with impurities of the opposite conductivity type at a low concentration is located at a position partially overlapping with a part of the polycrystalline silicon film pattern 6 via the first insulating film 5a. (Second semiconductor layer) 4 is provided shallowly, and the opening of the polycrystalline silicon film pattern 6 is doped with an impurity concentration higher than that of the p-type second semiconductor layer 4 while maintaining equal intervals along the edge of this pattern. A p-type semiconductor layer (third semiconductor layer) 11 with a high
An n0 type semiconductor layer (fourth semiconductor layer) 8 is formed on the surface of the polycrystalline silicon at a position partially overlapping with a part of the conductor film pattern 6 via the first insulating film 5a. An insulating oxide film (second insulating film) 5d is formed to cover the film pattern 6, and a source/l electrode film (eleventh metal electrode film) 9a is formed on this insulating film. The source/l electrode film 9a passes through the semiconductor layers 4 and 8 through the source electrode extraction opening 110a in the cell formed in the insulating film 5d.
Ohmically connected to.
多結晶シリコン膜パターン6で囲まれるとともにn型エ
ピタキシャル層2の表面に形成されたpコン膜6の開ロ
バターンの平面形状は、第1図<a >に示すように六
角形状の拡大部4A、4B。The planar shape of the open pattern of the p-con film 6 surrounded by the polycrystalline silicon film pattern 6 and formed on the surface of the n-type epitaxial layer 2 is a hexagonal enlarged portion 4A, as shown in FIG. 4B.
4Cと、これら3つのへ角形パターンの相隣り合う一辺
同志を結ぶ幅の狭い連結部4D、4Eによって連続的に
形成されている。ここで、水平および垂直方向に隣接す
るセルの各辺間の距離β、と、斜め方向に隣接するセル
の各辺間の距離λ2とは1、*β2となっている。また
、セルは水平方向に隣接するセルの互いに対向する両端
に位置する六角形状の拡大部4Aと4Cとの中間に垂直
方向に隣接するセルの中央の六角形状の拡大部4Bが位
置するようにずらして配冒しである。 本実施例の縦形
電界効果トランジスタにおいては、性能向上を図るため
にゲート多結晶シリコン膜パターンに工夫をこらし、チ
ャンネル幅を長くし、単位面積当りの電流容量を増すこ
とによって性能向上を図っている。このことを従来装置
との寸法関係の比較に於いて説明する。4C and narrow connecting portions 4D and 4E connecting adjacent sides of these three hexagonal patterns. Here, the distance β between each side of horizontally and vertically adjacent cells and the distance λ2 between each side of diagonally adjacent cells are 1, *β2. Further, the cells are arranged such that the central hexagonal enlarged portion 4B of the vertically adjacent cell is located between the hexagonal enlarged portions 4A and 4C located at opposite ends of the horizontally adjacent cells. This is a staggered delivery. In order to improve the performance of the vertical field effect transistor of this example, the gate polycrystalline silicon film pattern is modified, the channel width is lengthened, and the current capacity per unit area is increased. . This will be explained by comparing the dimensional relationship with a conventional device.
従来例である第8図(a )の平面図と第1図<8 )
の平面図の倍率は同一のデザインルールを採用しており
、破線で囲まれた所定面積内の縦の長さYLを120μ
mとし、横の長さXLを160μ量として設定しておく
。The plan view of FIG. 8(a), which is a conventional example, and the plan view of FIG. 1<8)
The same design rule is used for the magnification of the plan view, and the vertical length YL within the specified area surrounded by the broken line is 120μ
m, and the horizontal length XL is set as 160μ.
第8図(a )では3X4=12個のソース電極取り出
し開口部10aが存在し、1個のセルの一辺の長さLo
I (−LO2)は20μmとなっているからセル
1個のチャンネル幅(1セルの全周団長)は80μmと
なり、この破線枠内の合計チャンネル幅は960μmと
なっている。In FIG. 8(a), there are 3×4=12 source electrode extraction openings 10a, and the length of one side of one cell is Lo.
Since I (-LO2) is 20 μm, the channel width of one cell (the entire circumference of one cell) is 80 μm, and the total channel width within this broken line frame is 960 μm.
これに対し、第1図(a )ではへ角形の端部4A、4
B、4Cの直線辺の長さLo 3 ハ10μm 。On the other hand, in FIG. 1(a), the hexagonal ends 4A, 4
The length of the straight side of B and 4C is Lo 3 C 10 μm.
45°傾斜している辺LO4(=J2 / 2L’0
3)の長さは約7μmであり、連結部4D、4Eの1辺
の長さLOsは20μmとなるので、1個のセルのチャ
ンネル幅は約244μmとなり、破線内のパターン面積
での合計チャンネル幅は約1132μmとなる。このよ
うに本実施例のチャンネル幅は従来のものに比較して大
きくなり、かつその差はセル数が増加する程、あるいは
パターン面積が大きいほど大きくなる。 。45° inclined side LO4 (=J2 / 2L'0
3) The length is approximately 7 μm, and the length LOs of one side of the connecting portions 4D and 4E is 20 μm, so the channel width of one cell is approximately 244 μm, and the total channel width in the pattern area within the broken line is The width is approximately 1132 μm. As described above, the channel width of this embodiment is larger than that of the conventional one, and the difference becomes larger as the number of cells increases or as the pattern area becomes larger. .
このように本実施例によれば大幅にチャンネル幅を大き
くできる。この理由としては、斜線を有効的に用いるこ
とによって第8図(a )の平面図におけるフ、〈λ2
の関係を第1図(a )ではぶ、ΦJ22にしたためで
ある。従って、セル同志をイビッチずつ交互にずらして
配列することによって同じデザインルールにも拘わらず
全体的に中央部へセルパターン配列を集積することがで
きるわけであり、その分従来のものより多くのセルの集
積が可能となる。In this way, according to this embodiment, the channel width can be significantly increased. The reason for this is that by effectively using diagonal lines,
This is because the relationship is changed to ΦJ22, which is shown in Fig. 1(a). Therefore, by arranging the cells so that they are alternately shifted by bits, it is possible to integrate the cell pattern arrangement in the center as a whole despite the same design rule, which allows for more cells than in the conventional method. It becomes possible to accumulate
次に微細化を進めた場合、特にセルとゲート多結晶シリ
コン膜パターンを縮小化した場合、従来の半導体装置で
は数ミクロンの間隔でソース電極取り出し開口部が必要
であった。つまりソース電極取り出し開口部は、デザイ
ンルールに束縛されてしまう欠点を持っていた。これに
対し、本実施例では、ソース電極取り出し開口部の間隔
を任意に設計可能であり、しかもチャンネル幅は減少し
ない長所がある。Next, when miniaturization progresses, particularly when cell and gate polycrystalline silicon film patterns are downsized, conventional semiconductor devices require source electrode extraction openings at intervals of several microns. In other words, the source electrode extraction opening has the drawback of being constrained by design rules. On the other hand, this embodiment has the advantage that the interval between the source electrode extraction openings can be arbitrarily designed, and the channel width does not decrease.
以上のことから、本実施例では、定められたチップ面積
内でチャンネル幅を大きくできるように適切なゲート多
結晶シリコン膜パターンが得られ、このゲート多結晶シ
リコン膜パターンの開口部に相当するセルを適切に配置
することによって大きなドレイン電流を得ることが可能
となり、しかも大電流領域での相互コンダクタンスクm
を大きくし、スイッチング・スピードの高速化、あるい
はオン抵抗の低減化、さらには、チップ面積の縮小化を
図り、生産性向上を可能とする最適パターンを施したも
のである。From the above, in this example, an appropriate gate polycrystalline silicon film pattern is obtained so that the channel width can be increased within a defined chip area, and the cells corresponding to the openings of this gate polycrystalline silicon film pattern are It is possible to obtain a large drain current by appropriately arranging the
The optimum pattern is applied to increase the switching speed, reduce the on-resistance, reduce the chip area, and improve productivity.
次にセルパターンの中央にチャンネル領域を構成するp
型半導体層4よりも深いp小型半導体層11を自己整合
的に形成してなるため、正確で微細なセルが可能である
。そして、スイッチング・スピードやオン抵抗の性能を
向上させるため、チャンネル長を可能なかぎり狭ばめて
も、上記p十型半導体層11が深く、そしてゲート多結
晶シリコン膜6(あるいはチャンネル領域)に対して自
己整合的にセル中心部に形成されているため、p小型半
導体層11から等間隔でチャンネル領域のp型半導体1
14が形成されることになる。よってp中型半導体71
11の位置合せずれによるチャンネル領域の濃度の変化
によるしきいl[圧の不均一性が防止できる。したがっ
て、バンチスルー現象も防止することができ、前記p型
半導体層4を浅く形成することができるから極めて薄い
ゲート酸化膜5a上に形成されているゲート多結晶シリ
コンj16と部分的に重なるp型半導体層4の面積が少
ないため、ゲート・ソース間の容量を減少させ、ざらに
このp型半導体層4にともなってソーメロ十型半導体層
8も浅くすることによって相互フンダクタンス9mも大
きくすることが可能である。そしてチャンネル領域とな
るp型半導体層4と、ソーメロ十型半導体層8とは浅い
接合(S hal low Jun−ction )
を構成しているためチャンネル領域とチャンネル領域間
のドレイン電流の流通路(n型エピタキシャル層2)は
広がり、その分ゲート多結晶シリコン膜パターン幅の縮
少が可能である。Next, configure the channel region in the center of the cell pattern.
Since the p-type semiconductor layer 11, which is deeper than the p-type semiconductor layer 4, is formed in a self-aligned manner, accurate and fine cells can be formed. In order to improve switching speed and on-resistance performance, even if the channel length is narrowed as much as possible, the p-type semiconductor layer 11 is deep and close to the gate polycrystalline silicon film 6 (or channel region). Since it is formed in the center of the cell in a self-aligned manner with respect to the p-type semiconductor layer 11, the p-type semiconductor layer 11 in the channel region
14 will be formed. Therefore, p medium semiconductor 71
It is possible to prevent non-uniformity in the threshold l [pressure] due to a change in concentration in the channel region due to misalignment of the threshold voltage 11. Therefore, the bunch-through phenomenon can also be prevented, and since the p-type semiconductor layer 4 can be formed shallowly, the p-type semiconductor layer 4 partially overlaps with the gate polycrystalline silicon layer 16 formed on the extremely thin gate oxide film 5a. Since the area of the semiconductor layer 4 is small, the capacitance between the gate and the source can be reduced, and by making the Sormelo-type semiconductor layer 8 shallower along with the p-type semiconductor layer 4, the mutual fundance 9m can also be increased. It is possible. Then, the p-type semiconductor layer 4, which becomes the channel region, and the Soumero-decade semiconductor layer 8 form a shallow junction (Shal low Jun-ction).
Because of this structure, the drain current flow path (n-type epitaxial layer 2) between the channel regions is widened, and the width of the gate polycrystalline silicon film pattern can be reduced accordingly.
したがって特にチャンネル幅を長く形成するために、ゲ
ート多結晶シリコン膜パターンの開口部(セル)を細く
、長いパターン配列として細長いチャンネル領域を形成
するのが好適であり、このような細長いチャンネル領域
でのバンチスルー現象も、p型半導体層4よりも深く形
成したp小型半導体層11によって有効に防止できる。Therefore, in order to particularly form a long channel width, it is preferable to make the openings (cells) of the gate polycrystalline silicon film pattern narrow and form a long and narrow channel region as a long pattern arrangement. The bunch-through phenomenon can also be effectively prevented by the p-sized semiconductor layer 11 formed deeper than the p-type semiconductor layer 4.
一本発明では、このようにチャンネル領域を構成するp
型半導体R4は、細長く形成されているパターン連結部
4D、4Eにおいてもソーメロ十型半導体層8の直下で
セルの中央に自己整合的に形成されており、バンチスル
ー現象による低耐圧化を防止するために、チャーンネル
領域よりも空乏層が広がりにくく、高濃度で深いp小型
半導体層11を形成している。そして、このp十型半導
体[11を自己整合的に形成しているため、従来のもの
と比べてフォトエツチング工程が1回少なくて済む。According to the present invention, p
The type semiconductor R4 is formed in a self-aligned manner at the center of the cell directly under the Sormelo-type semiconductor layer 8 even in the elongated pattern connecting portions 4D and 4E, and prevents a decrease in breakdown voltage due to the bunch-through phenomenon. Therefore, the depletion layer is less likely to spread than in the channel region, forming a highly doped and deep p-type small semiconductor layer 11. Since this p-type semiconductor [11] is formed in a self-aligned manner, the number of photo-etching steps is reduced by one compared to the conventional one.
このことは生産性を高めるために大いに有効である。This is very effective for increasing productivity.
第2図(a)、(b)および(C)は本発明のさらに他
の実施例であるO8A MOS FETの平面図、
および斜視断面図であり、第2図(a)ではAβ電極膜
を切欠いてあり、第2図(C)ではA1電極膜と第2絶
縁膜を切欠いである。FIGS. 2(a), (b) and (C) are plan views of an O8A MOS FET which is still another embodiment of the present invention,
and a perspective cross-sectional view, in which the Aβ electrode film is cut away in FIG. 2(a), and the A1 electrode film and the second insulating film are cut away in FIG. 2(C).
この装置は、n十型半導体基板1上にn型エビタキシセ
ル成長層2が設けられ、この第1半導体層2の主面に絶
縁酸化膜(第1絶縁膜)5aを介して多結晶シリコン膜
(半導体膜または導電体膜)パターン6が設けられ、こ
のパターンの開口内のエピタキシャル層2中には逆導電
型の不純物を高濃度でドープしたp十型半導体層(第1
半導体層)3が設けられている。また、多結晶シリコン
膜パターン6の開口部には、前記第1絶縁膜5aを介し
て前記多結晶シリコン膜パ、ターン6の一部と部分的に
重なる位置に逆導電型であるp型の半導体層(第2半導
体層)4が設けられ、多結晶シリコン膜パターン6の開
口部には、該パターンのエツジに沿って均等の間隔を保
って、p型の半導体層4よりも不純物濃度が高いp十型
半導体層(第3半導体層)11がρ型半導体層4よりも
深く形成され、第2半導体層4の表面であって前記第1
絶縁膜5aを介して前記半導体膜または導電体膜パター
ン6の一部と部分的に重なる位置にn中型半導体層(第
4半21体層)8が形成され、前記多結晶シリコン膜パ
ターン6を被覆するように絶縁酸化膜(第2絶縁膜>5
6が形成され、この絶縁膜上にはソースAn電極膜(第
1金屈電極膜)9aとゲートΔぶ電極膜(第2金属電極
膜>9bとがストライプ状に形成されている。ソースA
J電極膜9aは、絶縁膜5dに形成したセル内のソース
電極取り出し開口部10aを経て第1および第4半導体
層3および8にオーミック接続され、第2/1電極膜9
bは、絶縁1115dに形成したゲート金属電極取り出
し開口部を経て後述するように多結晶シリコン膜パター
ン6に接続されている。多結晶シリコン膜パターン6は
格子状に連続する部分6aと、独立した島状の部分6b
とより成り、これらの部分によっ工画成されるセルの平
面形状は、独立部分6bを囲む環状部分12Aと、この
環状部分に対して対称的に形成した2個の端部分12B
および12Gと、環状部分とこれら端部分とを連結する
連結部分12[)および12Eとから構成されている。In this device, an n-type epitaxy cell growth layer 2 is provided on an n-type semiconductor substrate 1, and a polycrystalline silicon film ( A semiconductor film or conductor film) pattern 6 is provided in the epitaxial layer 2 within the opening of this pattern.
A semiconductor layer) 3 is provided. Further, in the opening of the polycrystalline silicon film pattern 6, a p-type film of the opposite conductivity type is placed at a position partially overlapping with a part of the polycrystalline silicon film pattern 6 through the first insulating film 5a. A semiconductor layer (second semiconductor layer) 4 is provided in the opening of the polycrystalline silicon film pattern 6 with impurity concentration higher than that of the p-type semiconductor layer 4, with equal intervals maintained along the edge of the pattern. A high p-type semiconductor layer (third semiconductor layer) 11 is formed deeper than the ρ-type semiconductor layer 4, and is located on the surface of the second semiconductor layer 4 and
An n medium semiconductor layer (fourth half layer) 8 is formed at a position partially overlapping with a part of the semiconductor film or conductive film pattern 6 via the insulating film 5a, and the polycrystalline silicon film pattern 6 is An insulating oxide film (second insulating film>5
6 is formed, and on this insulating film, a source An electrode film (first metal electrode film) 9a and a gate Δb electrode film (second metal electrode film>9b) are formed in a stripe shape.
The J electrode film 9a is ohmically connected to the first and fourth semiconductor layers 3 and 8 through a source electrode extraction opening 10a in the cell formed in the insulating film 5d, and is connected to the second/first electrode film 9.
b is connected to the polycrystalline silicon film pattern 6 as described later through a gate metal electrode extraction opening formed in the insulator 1115d. The polycrystalline silicon film pattern 6 has a continuous lattice-like portion 6a and an independent island-like portion 6b.
The planar shape of the cell defined by these parts is an annular part 12A surrounding the independent part 6b, and two end parts 12B formed symmetrically with respect to this annular part.
and 12G, and connecting portions 12[) and 12E that connect the annular portion and these end portions.
端部分12Bおよび12Cの輪郭形状は2の整数倍の多
角形、本例では4角形とし、環状部分12Aの輪郭形状
も2の整数倍の多角形、本例では4角形とする。これら
端部分および環状部分の形状は4角形に限定されるもの
ではなく、たとえば8角形とすることもできるし、円形
とすることもできる。The contour shape of the end portions 12B and 12C is a polygon that is an integral multiple of 2, in this example a quadrilateral, and the contour shape of the annular portion 12A is also a polygon that is an integral multiple of 2, which is a quadrilateral in this example. The shapes of these end portions and the annular portion are not limited to quadrangles, but may be octagonal or circular, for example.
本例では、第2図(a )に示すように、環状部分12
Aが整列するように複数個のセルを配列するとともに成
る列の環状部分12Aと隣接する列の環状部分12Aと
は互に坏ピッチずらし、成る列の順次の端部分12Bお
よび12Cの間に隣接する列の順次の端部分12Cおよ
び12Bが入り込むようにインターディジタルに配列す
る。この場合、成る端部分12Bに注目した場合、これ
と隣接する端部分12C1連結部分12Eおよび環状部
分12Aまでの距離はすべてほぼ等しくなるように構成
する。In this example, as shown in FIG. 2(a), the annular portion 12
A plurality of cells are arranged so that the cells A are aligned, and the annular portions 12A of one row and the annular portion 12A of the adjacent row are shifted in pitch from each other, and adjacent between the sequential end portions 12B and 12C of the row. The sequential end portions 12C and 12B of the columns are arranged interdigitally to interleave. In this case, when focusing on the end portion 12B, the distances from the adjacent end portion 12C1 to the connecting portion 12E and the annular portion 12A are all approximately equal.
ゲート金属電極を構成する第2A℃電極It! 9 b
は第2絶縁膜5dにあけたゲート電極取り出し開口部1
0bを経て多結晶シリコンパターンの島状の独立部分6
bに接続されているとともに隣接する独立部分との中間
位置において第2絶縁JII5dにあけた開口部10c
を経て多結晶シリコン膜パターンの連続部分6aに接続
されている。すなわち、多結晶シリコン膜パターンの連
続部分6aと独立部分6bとは第2AJ2電極膜9bを
介して相互接続されている。このように、本例では第1
八β電極膜9aと第2八β電極膜9bとは十数〜二十数
ミクロンの間隔をもって交互にストライプ状に配列され
ており、ソースAぶ電極を構成する第1A7電極膜9a
の幅はゲート金属電極を構成する第2AA電極膜9bよ
りも広くなっている。The second A°C electrode It! constituting the gate metal electrode! 9 b
is the gate electrode extraction opening 1 made in the second insulating film 5d.
Island-shaped independent portion 6 of polycrystalline silicon pattern via 0b
An opening 10c is connected to the second insulating JII5d at an intermediate position between the adjacent independent part and the opening 10c.
It is connected to the continuous portion 6a of the polycrystalline silicon film pattern through. That is, the continuous portion 6a and the independent portion 6b of the polycrystalline silicon film pattern are interconnected via the second AJ2 electrode film 9b. In this way, in this example, the first
The 8th β electrode film 9a and the 2nd 8th β electrode film 9b are alternately arranged in stripes with intervals of ten to twenty microns, and the first A7 electrode film 9a constituting the source Ab electrode
The width is wider than that of the second AA electrode film 9b constituting the gate metal electrode.
上述したように、本実施例では多結晶シリコン膜パター
ン6を、メツシュ状の連続部分6aと、島状に独立した
部分6bとをもって構成することによりチャンネル幅を
前述した実施例よりもさらに長くすることができる。す
なわち、ゲート電橋構造は、連続したメツシュ状の部分
と、これによって囲まれる独立した部分を複数個配置し
、これらの部分を導電性に優れた第2のAI2電極!!
9bで接続した構成としている。一方、ソース電極構造
は、セル内部の端部分128.12Cにおいて、チャン
ネル領域を構成するp型半導体層4に電気的に接してい
るp十型半導体層3と、ソース領域を構成するn中型半
導体層8とを表面で露出させて第1Aβ電極膜9aと接
続した構成としている。As described above, in this embodiment, the polycrystalline silicon film pattern 6 is configured with a mesh-like continuous portion 6a and an island-like independent portion 6b, so that the channel width is made longer than in the above-mentioned embodiment. be able to. In other words, the gate bridge structure has a continuous mesh-like part and a plurality of independent parts surrounded by this, and these parts are connected to the second AI2 electrode with excellent conductivity. !
9b is connected. On the other hand, the source electrode structure includes, at an end portion 128.12C inside the cell, a p-type semiconductor layer 3 electrically in contact with a p-type semiconductor layer 4 constituting a channel region, and an n-medium semiconductor layer constituting a source region. The layer 8 is exposed at the surface and connected to the first Aβ electrode film 9a.
そしてこれらの第1および第2のAぶ電極膜9aおよび
9bG、lt櫛状に交互に配置している。このように、
ゲート多結晶シリコンパターンを連続したメツシュ構造
と、独立したマルチ構造とすることによって、ソース電
極とゲート電極を導電性の優れたAJ2等の金属膜で櫛
状に構成していることが本実施例の最大の特徴である。These first and second A-shaped electrode films 9a and 9bG are arranged alternately in a comb shape. in this way,
In this example, the gate polycrystalline silicon pattern has a continuous mesh structure and an independent multi-structure, and the source electrode and gate electrode are formed in a comb-shape using a metal film such as AJ2 with excellent conductivity. This is its biggest feature.
次に第3図(a )〜(「)を参照して第2図に示す本
発明の半導体装置の一実施例であるDSAMO8FET
を製造する本発明の製造方法について説明する。Next, referring to FIGS. 3(a) to 3('), the DSAMO8FET which is an embodiment of the semiconductor device of the present invention shown in FIG.
The manufacturing method of the present invention will be explained.
まず、n型不純物を高い濃度に含むn生型半導体基板1
上にそれよりも低い濃度のn型エピタキシャル層2を形
成し、このエピタキシャル層の主面にp十型半導体層3
を選択的に形成し、さらにその表面に例えば厚さ500
人程磨りゲート酸化膜5aを形成した様子を第3図(a
)に示す。続いて、ノンドープの多結晶シリコン膜6
をたとえば厚さ1000人程形人程、フォトレジストア
を用いたフォトエツチング技術によって選択的にパター
ニングする。尚、この際多結晶シリコン膜6には、フォ
トレジストアをマスクとしてフレオン系の等方ドライエ
ツチングを施こし、フォトレジストのエツジよりも内方
まで多結晶シリコン膜をアンダーエツチングしてフォト
レジストをオーバーハング状に形成する。First, an n-type semiconductor substrate 1 containing a high concentration of n-type impurities
An n-type epitaxial layer 2 with a concentration lower than that is formed above, and a p-type semiconductor layer 3 is formed on the main surface of this epitaxial layer.
is selectively formed, and the surface is further coated with a thickness of, for example, 500 mm.
Figure 3 (a) shows how the gate oxide film 5a is formed by polishing.
). Next, a non-doped polycrystalline silicon film 6 is formed.
is selectively patterned to a thickness of, for example, about 1,000 dolls by photo-etching technology using photoresist. At this time, the polycrystalline silicon film 6 is subjected to Freon-based isotropic dry etching using the photoresist as a mask, and the polycrystalline silicon film is under-etched to the inside of the edges of the photoresist. Form into an overhang shape.
その後前記オーバーハング状のフォトレジスト7をマス
クとして高濃度のp型不純物11aを200〜300K
eVの加速エネルギーで深くイオン注入する。この様子
を第3図(b)に示す。After that, using the overhang-shaped photoresist 7 as a mask, a high concentration p-type impurity 11a is applied at a temperature of 200 to 300K.
Deep ion implantation is performed with acceleration energy of eV. This situation is shown in FIG. 3(b).
続いてフォトレジストアを酸素プラズマにて除去した後
、例えば1200℃で熱処理して低濃度のp型不純物4
aを40KeV〜70KeVの加速エネルギーで浅くイ
オン注入する。この様子を第3図(C)に示す。Subsequently, after removing the photoresist with oxygen plasma, heat treatment is performed at, for example, 1200°C to form a low concentration p-type impurity 4.
A is shallowly ion-implanted with an acceleration energy of 40 KeV to 70 KeV. This situation is shown in FIG. 3(C).
その模、熱処理を行なって第2p型半導体層4と、第3
p十型半導体層11を形成した様子を第3図(d)に示
す。このようにして形成されたp生型半導体層11はフ
ォトレジストアのオーバーハングをインプラマスクとし
、p型半導体層4は多結晶シリコン膜6をインプラマス
クとしているため、p生型半導体層11は縦方向の拡散
長と比較して横方向の拡散長は広がらず短く、したがっ
て多結晶シリコンII6のエツジまでは到達しないが、
p型半導体層4はエツジを僅かに越えて形成されるので
、このエツジに沿って幅の狭いp型半導体層4が正確に
形成される。In this case, heat treatment is performed to form the second p-type semiconductor layer 4 and the third p-type semiconductor layer 4.
FIG. 3(d) shows how the p-type semiconductor layer 11 is formed. The p-type semiconductor layer 11 formed in this way uses the overhang of the photoresist as an implant mask, and the p-type semiconductor layer 4 uses the polycrystalline silicon film 6 as an implant mask. Compared to the vertical diffusion length, the lateral diffusion length does not spread and is short, so it does not reach the edge of polycrystalline silicon II6, but
Since the p-type semiconductor layer 4 is formed slightly beyond the edge, the narrow p-type semiconductor layer 4 is precisely formed along this edge.
その後、熱処理をおこない、極く簿い酸化膜5bを形成
したあと、CVD法にてPSGl15cを約5000人
程度形成した後、n中型半導体層8をたとえば1050
℃の熱処理にて拡散形成した様子を第3図(e)に示す
。なお、第2図(b )では酸化膜5bとPSG膜5C
を合わせて絶縁膜5dとして示しである。その後、各領
域の電極取り出し開口部10aおよび10bを形成した
後、たとえば厚さ約4μ−程度のA℃金属膜9aおよび
9bを形成して半導体装置を完成した様子を第3図(f
”)に示す。Thereafter, heat treatment is performed to form a very thin oxide film 5b, and then about 5,000 layers of PSGl 15c are formed by the CVD method.
FIG. 3(e) shows the state of diffusion formation by heat treatment at .degree. In addition, in FIG. 2(b), the oxide film 5b and the PSG film 5C
These are collectively shown as an insulating film 5d. Thereafter, after forming electrode extraction openings 10a and 10b in each region, A°C metal films 9a and 9b having a thickness of, for example, approximately 4 μm are formed to complete the semiconductor device, as shown in FIG. 3(f).
”).
本実施例においては、p十型第1半導体層3の深さを1
0μmとし、p型用2半導体層4の深さを0.5〜1μ
mとし、p十型第3半導体層11の深さを1〜2μmと
する。In this embodiment, the depth of the p-type first semiconductor layer 3 is set to 1
0 μm, and the depth of the p-type 2 semiconductor layer 4 is 0.5 to 1 μm.
m, and the depth of the p-type third semiconductor layer 11 is set to 1 to 2 μm.
尚、本実施例において、第3図(b )で、p+型イオ
ン3aの注入後、多結晶シリコン膜6をエツチングして
、該多結晶シリコン膜のパターンエツジを後退させても
良い。In this embodiment, as shown in FIG. 3(b), after the p+ type ions 3a are implanted, the polycrystalline silicon film 6 may be etched to set back the pattern edge of the polycrystalline silicon film.
第4図は、本発明によるさらに他の実施例であり、第4
図<a >は平面図、(b )はA−A線で切った断面
図であり、第4図(a)ではA℃電極膜の全部を除去し
て示しである。ゲート多結晶シリコン膜パターン幅を一
定にするため、セル形状に斜線を用い、多くのセルを集
積することによって、チャンネル幅を長く工夫している
。そのため、単位面積当りのパターン面積において、最
もチャンネル幅の長い構造である。本実施例において前
例と同じ部分には同じ符号を付けて示す。本例では多結
晶シリコン膜パターンの連続部分6aによって囲まれる
セルの平面形状をほぼへ角形の環状部分12Aと、その
両側に対称的に配置した同じくほぼ六角形の端部分12
B、12Cと、環状部分とこれら端部分とを連結する幅
の狭い連結部分12D。FIG. 4 shows still another embodiment according to the present invention.
FIG. 4(a) is a plan view, and FIG. 4(b) is a cross-sectional view taken along the line A--A. FIG. 4(a) shows the A.degree. C. electrode film completely removed. In order to keep the gate polycrystalline silicon film pattern width constant, the channel width is made longer by using diagonal lines in the cell shape and integrating many cells. Therefore, this structure has the longest channel width in terms of pattern area per unit area. In this embodiment, the same parts as in the previous example are denoted by the same reference numerals. In this example, the planar shape of the cell surrounded by the continuous portion 6a of the polycrystalline silicon film pattern is an approximately hexagonal annular portion 12A, and end portions 12A, which are also approximately hexagonal, and are arranged symmetrically on both sides of the annular portion 12A.
B, 12C, and a narrow connecting portion 12D that connects the annular portion and these end portions.
12Eから構成されている点が第2図に示した実施例と
相違しているだけであり、その他の構成は同様であるの
で、これ以上説明はしない。The only difference from the embodiment shown in FIG. 2 is that it is constructed from 12E, and the other constructions are the same, so no further explanation will be given.
第5図〜第7図は本発明の半導体装置のさらに他の実施
例におれる多結晶シリコン膜パターン6で囲まれたn型
半導体層4のパターンの平面形状を示すものである。第
5図に示す実施例では、六角形状の端部4Fおよび4G
の間を幅の狭い連結部4日で連結したものを坏ピッチず
つずらして配置しである。また、第6図に示す実施例で
は六角形状の端部4Iおよび4Jの間を幅の狭い連結部
4にで連結したものをイビッチ′ずつずらして配置して
いる。さらに、第7図に示す実施例では四角形状の端部
4Lおよび4Mの間を幅の狭い連結部4Nで連結したも
のを坏ピッチずつずらして配置している。これら、第5
〜7図に示す実施例においても、不純物濃度が高いp十
型第3半導体層11が自己整合的にp型第2半導体層4
よりも深く形成されている。また、隣接するセル間の間
隔も互いにほぼ等しいので、限られた面積の中で長いチ
ャンネル幅が得られている。5 to 7 show the planar shape of a pattern of an n-type semiconductor layer 4 surrounded by a polycrystalline silicon film pattern 6 in still another embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 5, hexagonal end portions 4F and 4G
The connecting parts are connected by 4 narrow connecting parts, which are arranged at different pitches. Further, in the embodiment shown in FIG. 6, the hexagonal end portions 4I and 4J are connected to each other by a narrow connecting portion 4, and the hexagonal end portions 4I and 4J are arranged in a staggered manner. Further, in the embodiment shown in FIG. 7, the rectangular end portions 4L and 4M are connected by a narrow connecting portion 4N, and are arranged at different pitches. These, the fifth
In the embodiments shown in FIGS. 7 to 7 as well, the p-type third semiconductor layer 11 with a high impurity concentration forms the p-type second semiconductor layer 4 in a self-aligned manner.
It is formed deeper than the Furthermore, since the spacing between adjacent cells is approximately equal to each other, a long channel width can be obtained within a limited area.
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、幾
多の変更や変形を加えることができる。The present invention is not limited to the embodiments described above, but can be modified and modified in many ways.
例えば上述した実施例ではゲート電極材料を多結晶シリ
コンとしたがこれに限られるものではなく、Mo、Ni
、Ti、Cr等の高m点金gや、−E 1,1ブデンシ
リサイド、ニッケルシリサイド、白金シリサイド等の高
融点金属でもよい。また、n型半導体層とn型半導体層
の導電型は反対としてもよい。さらに、上述した例では
縦形電解効果トランジスタのうち、特にDSA MO
8型半導体装置としたが、これに限定されるものではな
く、ゲート多結晶シリコン膜パターンをエミッタ、セル
パターンをベースとするかまたはこの逆にゲート多結晶
シリコン膜パターンをペース、セルパターンをエミッタ
とするバイポーラ型半導体装置に応用することもできる
。さらにまた、上述の実施例ではDSA−MOS F
ETとしたが、たとえばV溝またはU溝型MO8FET
にも応用することができる。その場合多結晶シリコン膜
パターンそのものまたはそのエツジ部分にV溝あるいは
り溝を形成してチャンネル領域を形成することもできる
。さらに上述した実施例ではパワートランジスタとした
が、高周波トランジスタやパワースイッチングトランジ
スタとすることもできる。特に高耐圧トランジスタにお
いては、フィールド・リミッティング・リングを本発明
によって形成可能であるから、DSA−FETの他の5
IT(静電誘導トランジスタ)にも適用可能である。For example, in the above-described embodiment, the gate electrode material was polycrystalline silicon, but it is not limited to this, and may include Mo, Ni, etc.
, Ti, Cr, etc., or high melting point metals such as -E 1,1 butene silicide, nickel silicide, and platinum silicide. Further, the conductivity types of the n-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer may be opposite. Furthermore, in the above example, among the vertical field effect transistors, especially the DSA MO
Although an 8-type semiconductor device is used, the present invention is not limited to this, and the gate polycrystalline silicon film pattern may be used as the emitter and the cell pattern as the base, or vice versa, the gate polycrystalline silicon film pattern may be used as the base and the cell pattern may be used as the emitter. It can also be applied to bipolar semiconductor devices. Furthermore, in the above embodiment, DSA-MOS F
ET, but for example, V-groove or U-groove MO8FET
It can also be applied to In this case, the channel region can be formed by forming a V-groove or a groove in the polycrystalline silicon film pattern itself or its edge portion. Further, in the embodiments described above, a power transistor is used, but a high frequency transistor or a power switching transistor may also be used. Particularly in high voltage transistors, field limiting rings can be formed according to the present invention.
It is also applicable to IT (static induction transistor).
(発明の効果)
以上のごとく、本発明による効果をまとめると、チャン
ネル幅を長く形成でき、オン抵抗を低くすることが可能
であるばかりでな(、チャンネル長を狭めてもパンチ・
スルー減少が起こらず、ソー“ス・ドレイン間のブレー
クダウン電圧の高いものが得られ、かつチャンネルn型
半導体層およびソースn生型半導体層を浅く形成するこ
とで、ソース・ゲート間容量を小さくし、それにともな
ってゲート多結晶シリコン膜のパターン幅を縮少でき、
それにともなって、ゲート多結晶シリコン膜の面積が減
少することからゲート・ドレイン間の容量も小さくする
ことが可能である。(Effects of the Invention) As described above, the effects of the present invention can be summarized as follows: Not only can the channel width be made longer and the on-resistance lower (but also the punch resistance can be reduced even if the channel length is narrowed).
A high breakdown voltage between the source and drain can be obtained without reducing throughput, and the capacitance between the source and gate can be reduced by forming the channel n-type semiconductor layer and the source n-type semiconductor layer shallowly. As a result, the pattern width of the gate polycrystalline silicon film can be reduced.
Along with this, since the area of the gate polycrystalline silicon film is reduced, the capacitance between the gate and the drain can also be reduced.
したがってチャンネル領域が狭いことから相互コンダク
タンスクmが大きく、これがひいてはスイッチング・ス
ピードの向上を可能とし、高耐圧素子で、スイッチング
・スピードが速く、しかもオン抵抗の低い大電力MO8
型トランジスタを生産性の優れた製造方法にて提供でき
る。Therefore, since the channel area is narrow, the transconductance m is large, which in turn makes it possible to improve the switching speed.
type transistors can be provided by a highly productive manufacturing method.
第1図(a )および(b)は本発明による縦形半導体
装置の一実施例の構成を示す平面図および断面図、
第2図(a>、(b)および(c )は本発明の縦形半
導体装置の他の実施例の構成を示す平面図、断面図およ
び斜視断面図、
第3図(a )〜(「)は本発明による縦形半導体装置
の製造方法の一実施例の順次の製造工程における構成を
示した断面図、
第4図(a )および(b)は同じくそのさらに他の実
施例の構成を示す平面図および断面図、第5図〜第7図
はセルパターンの変形例を示す平面図、
第8図(a )および(b)は従来の縦形電界効果トラ
ンジスタの構成を示す平面図および断面図、第9図(a
)〜(f )は同じくその順次の製造工程における構
成を示す断面図、
第10図(a )および(b)は従来の縦形電界効果ト
ランジスタの他の例の構成を示す平面図および断面図で
ある。
1・・・口+型半導体基板
2・・・n型エピタキシャル層
3・・・p串型半導体層(第1半導体層)4・・・p型
半導体層(第2半導体層)5a・・・第1絶縁膜
5d・・・第2絶縁膜6・・・多結晶シリコン膜 6
a・・・連続部分6b・・・独立部分
8・・・n生型半導体層(第4半導体層)9a・・・第
1Affi電極膜 9b・・・第2A℃電極膜10a
、 10b 、 10c −=−開口部11・・・p
串型半導体層(第3半導体M)12A・・・環状部分
12B、 12C・・・端部分12D、 12E
・・・連結部分
4A〜40.4F、4G、41.4J、41゜4M・・
・拡大部
4D、 4E、 41−1. 4に、 4N・・
・連結部第9図
(a)
第9図
(d)
(e)FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a sectional view showing the structure of an embodiment of a vertical semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2(a) and (c) are vertical semiconductor devices according to the present invention. A plan view, a cross-sectional view, and a perspective cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the semiconductor device, and FIGS. 4(a) and 4(b) are plan views and sectional views showing the structure of still other embodiments, and FIGS. 5 to 7 show modified examples of the cell pattern. 8(a) and 8(b) are a plan view and a sectional view showing the structure of a conventional vertical field effect transistor, and FIG. 9(a)
) to (f) are sectional views showing the structure in the same sequential manufacturing process, and FIGS. 10(a) and 10(b) are a plan view and a sectional view showing the structure of other examples of conventional vertical field effect transistors. be. 1... Mouth + type semiconductor substrate 2... N type epitaxial layer 3... P skew type semiconductor layer (first semiconductor layer) 4... P type semiconductor layer (second semiconductor layer) 5a... First insulating film
5d...Second insulating film 6...Polycrystalline silicon film 6
a...Continuous portion 6b...Independent portion 8...N native semiconductor layer (fourth semiconductor layer) 9a...First Affi electrode film 9b...Second A° C. electrode film 10a
, 10b, 10c -=-opening 11...p
Skewer-shaped semiconductor layer (third semiconductor M) 12A... annular portion
12B, 12C... end portions 12D, 12E
...Connection parts 4A to 40.4F, 4G, 41.4J, 41°4M...
- Enlarged portions 4D, 4E, 41-1. 4, 4N...
・Connection part Fig. 9(a) Fig. 9(d) (e)
Claims (1)
に、第1絶縁膜を介して形成した半導体膜または導電体
膜パターンと、このパターンの開口内において、前記半
導体基体の主面に、高不純物濃度に形成した第1半導体
層と、前記第1絶縁膜を介して半導体膜または導電体膜
パターンの一部と一部分が重なる位置に形成した低不純
物濃度の逆導電型の第2半導体層と、前記半導体膜また
は導電体膜パターンの開口内に、そのエッジに沿って均
等の間隔を保つかまたはエッジと同じ位置に到るまで、
前記第2半導体層よりも高不純物濃度でしかも深く形成
した逆導電型の第3半導体層と、前記第2半導体層内に
、半導体膜または導電体膜パターンの一部と一部分が重
なるように形成した一導電型の第4半導体層と、前記半
導体膜または導電体膜を被覆するように形成され、開口
部を有する第2絶縁膜と、この第2絶縁膜上に、その開
口部を含むように形成した金属電極膜とを具えることを
特徴とする縦形半導体装置。 2、前記半導体膜または導電体膜パターンで囲まれた前
記第4半導体層の平面形状を、2の整数倍の多角形また
は円形の拡大部と、隣接する拡大部の間を連結する幅の
狭い連結部とを以って構成したことを特徴とする特許請
求の範囲1記載の縦形半導体装置。 3、前記第4半導体層の拡大部を八角形状とし、2個以
上の隣接する拡大部の対向する辺間を連結部で連結した
ことを特徴とする特許請求の範囲2記載の縦形半導体装
置。 4、前記半導体膜または導電体膜パターンは、互いに連
続したパターン部分と、パターン開口部内に位置する独
立したパターン部分とを有し、これら連続パターン部分
と独立パターン部分とを前記金属電極膜を介して相互接
続したことを特徴とする特許請求の範囲1、2または3
記載の縦形半導体装置。 5、一導電型の第1半導体基体の主面に、逆導電型のイ
オンを高濃度で注入して第1の半導体層を形成する工程
と、 前記半導体基体の主面に第1絶縁膜を形成 する工程と、 この第1絶縁膜上に半導体膜または導電体 膜を形成し、その上にマスクを形成した後、このマスク
を介して半導体膜または導電体膜をアンダーエッチング
して半導体膜または導電体膜パターンを形成すると同時
にオーバーハング状のマスクを形成する工程と、 このオーバーハング状のマスクを介して半 導体基体内に逆導電型のイオンを高濃度で深く注入し、
次に前記マスクを除去した後、半導体膜または導電体膜
パターンをマスクとして逆導電型のイオンを低濃度で浅
く注入して逆導電型の第2半導体層を深く形成するとと
もに逆導電型の第3半導体層を浅く形成する工程と、 前記半導体膜または導電体膜パターンをマ スクとして一導電型のイオンを注入して前記第3半導体
層内に一導電型の第4半導体層を形成する工程と、 前記半導体膜または導電体膜およびその開 口を覆うように第2絶縁膜を形成する工程と、この第2
絶縁膜に選択的に開口を形成して 前記第1半導体層と、第4半導体層とを部分的に露出さ
せる工程と、 前記第2絶縁膜上に前記開口を覆うように 金属電極膜を形成する工程とを具えることを特徴とする
縦形半導体装置の製造方法。[Claims] 1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a semiconductor film or conductive film pattern formed on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and within an opening of this pattern, A first semiconductor layer formed with a high impurity concentration on the main surface of the semiconductor substrate, and a low impurity concentration layer formed at a position where a portion of the semiconductor film or conductor film pattern partially overlaps with the first insulating film interposed therebetween. a second semiconductor layer of opposite conductivity type and the opening of the semiconductor film or conductor film pattern, maintaining equal intervals along the edge thereof or until reaching the same position as the edge;
A third semiconductor layer of an opposite conductivity type formed with a higher impurity concentration and deeper than the second semiconductor layer, and a third semiconductor layer formed in the second semiconductor layer so as to partially overlap with a part of the semiconductor film or conductor film pattern. a fourth semiconductor layer of one conductivity type; a second insulating film formed to cover the semiconductor film or the conductor film and having an opening; 1. A vertical semiconductor device comprising: a metal electrode film formed on a metal electrode film; 2. The planar shape of the fourth semiconductor layer surrounded by the semiconductor film or the conductor film pattern is formed into a polygonal or circular enlarged portion that is an integral multiple of 2 and a narrow width that connects adjacent enlarged portions. 2. The vertical semiconductor device according to claim 1, further comprising a connecting portion. 3. The vertical semiconductor device according to claim 2, wherein the expanded portion of the fourth semiconductor layer has an octagonal shape, and opposing sides of two or more adjacent expanded portions are connected by a connecting portion. 4. The semiconductor film or conductor film pattern has a mutually continuous pattern portion and an independent pattern portion located within the pattern opening, and these continuous pattern portions and independent pattern portions are connected via the metal electrode film. Claim 1, 2 or 3 characterized in that the invention is interconnected with each other.
The vertical semiconductor device described above. 5. Forming a first semiconductor layer by implanting ions of the opposite conductivity type at a high concentration into the main surface of a first semiconductor substrate of one conductivity type; and forming a first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate. A step of forming a semiconductor film or a conductor film on the first insulating film, forming a mask thereon, and then under-etching the semiconductor film or conductor film through this mask to form a semiconductor film or a conductor film. A process of forming an overhang-like mask at the same time as forming a conductor film pattern, and deeply implanting ions of the opposite conductivity type into the semiconductor substrate at a high concentration through the overhang-like mask.
Next, after removing the mask, ions of the opposite conductivity type are shallowly implanted at a low concentration using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask to form a deep second semiconductor layer of the opposite conductivity type, and a second semiconductor layer of the opposite conductivity type is implanted deeply. a step of forming a shallow third semiconductor layer; and a step of implanting ions of one conductivity type using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask to form a fourth semiconductor layer of one conductivity type in the third semiconductor layer. , a step of forming a second insulating film to cover the semiconductor film or conductor film and the opening thereof;
selectively forming an opening in an insulating film to partially expose the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer; and forming a metal electrode film on the second insulating film to cover the opening. A method for manufacturing a vertical semiconductor device, comprising the steps of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60131996A JPS61290768A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Vertical type semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60131996A JPS61290768A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Vertical type semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61290768A true JPS61290768A (en) | 1986-12-20 |
Family
ID=15071113
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP60131996A Pending JPS61290768A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Vertical type semiconductor device and manufacture thereof |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61290768A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02238635A (en) * | 1989-03-10 | 1990-09-20 | Toshiba Corp | Manufacture of mos-semiconductor device |
EP1093168A2 (en) | 1999-10-13 | 2001-04-18 | Shindengen Electric Manufacturing Company, Limited | Field-effect transistor |
-
1985
- 1985-06-19 JP JP60131996A patent/JPS61290768A/en active Pending
Cited By (4)
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