JPS6214470A - Vertical type semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
Vertical type semiconductor device and manufacture thereofInfo
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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
導体膜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] (Industrial Application Field) The present invention relates to a vertical semiconductor film device for the purpose of switching or amplification and a manufacturing method thereof, and particularly relates to technology for miniaturization and high performance. .
(従来の技術)
MIS型半導体膜置のうち、特にMOSFET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 film devices, MOSFETs in particular were traditionally considered to be low voltage and low power devices, but with recent developments in semiconductor manufacturing technology and circuit design technology, high voltage and high power devices have been developed. It has become possible to design it, and it 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jl −G roOVe構造、■DSA(DiHus
ion Self−Alignment)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DS
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第8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 are ■offset gate structure, ■V-Groove or jl-GroOVe structure, and ■DSA (DiHus
ion Self-Alignment) structure, etc., but among these, the conventional DSA structure power MO8FET (hereinafter referred to as DS) is advantageous in terms of manufacturing technology and high performance.
FIG.
) and (b), and the cross-sectional structures in the sequential manufacturing steps are 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118)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。絶縁膜5d上に形成したソー
ス電極9はソース領域を形成するn十型半導体層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113)との両方にオーミック接触している。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 semiconductor layer 4) and an impurity diffusion (n+ type semiconductor 118) 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 insulating film 5d is in ohmic contact with both the n-type semiconductor layer 8 forming the source region and the p-type semiconductor layer 4 (or p-type semiconductor 113) forming the channel region. .
ゲート電極形状は格子状のものとストライブ状のものと
が一般的であるが、ここでは格子状のものを示す。n十
型半導体基板1がドレイン領域であり、その上にn型エ
ピタキシャル成長層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、チャンネル長114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。Generally, the gate electrode has a lattice shape or a stripe shape, and the lattice shape is shown here. An n-type semiconductor substrate 1 is a drain region, and an n-type epitaxial growth layer 2 is deposited thereon to form an n-on n-type structure. A drain electrode (not shown) 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 and passes through the channel length 114 to 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(f)を用いて従来のDSA
MOSの製造工程を説明する。0+型型半体基板1
上にn型エピタキシャル成長層2を、例えば比抵抗10
〜25Ω印、厚さ30〜60μ−に形成債、表面からp
十型半導体層3を形成する。その優、ゲート酸化Ill
5 aを約1000人の厚さに形成した様子を第9図
(a>に示す。Next, using FIG. 9 (a > to (f)), the conventional DSA
The manufacturing process of MOS will be explained. 0+ type half board 1
An n-type epitaxial growth layer 2 is formed on top with a specific resistance of 10, for example.
~25Ω mark, 30~60μ-thick bond, p from the surface
A ten-shaped semiconductor layer 3 is formed. Excellent, gate oxidation Ill
Figure 9 (a) shows how 5a was formed to a thickness of approximately 1000 mm.
次に多結晶シリコン膜6を、例えば6000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p型半導体114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, 6000 nm, selectively buttered, and ions are implanted using this polycrystalline silicon film pattern as a mask to form a p-type semiconductor 114 that will become a channel region. Form 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十型半導体層8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。Subsequently, an opening is selectively formed in a portion where an n0 type semiconductor layer 8, which will become a source region, is to be formed using photoresist using a photo-etching technique, as shown in FIG. 9(C).
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 (phospho 5ilicat
eGlass) l!5c ヲ約800OAノ厚す1.
:1ftlLりI子を第9図<8 )に示す。第8図(
b)ではこの酸化膜5bとPSGII50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.
(shown in FIG. 9(d)), and then PSG (phospho 5 ilicat) was formed thereon by CVD method.
eGlass) l! 5c 800OA thick 1.
: 1 ftlL is shown in Figure 9<8). Figure 8 (
In b), this oxide film 5b and PSGII 50 are combined to form a second
It is shown as an insulating film 5d.
次に、各種熱処理を施した模に酸化膜5bおよびPSG
膜5Cに電極取り出し開口部10aを形成し、アルミニ
ウム(fl)l極9を形成することによってソース・ド
レイン間耐圧VDSSが200〜600v程度(7)D
SA MOS FETが完成する。Next, the oxide film 5b and the PSG
By forming an electrode extraction opening 10a in the film 5C and forming an aluminum (fl) l pole 9, the source-drain breakdown voltage VDSS is approximately 200 to 600 V (7) D
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ド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 there is no accumulation of minority carriers, and high thermal stability because the drain current has a negative temperature coefficient, so they can be used as equal-power devices, but bipolar transistors 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9m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 of 9 m 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1.とし、斜め方向に隣接するセル間
での長さを12とすると、β2は1.よりもf7−倍長
くなっている。定められた面積内にn十型ソース領域8
とゲート多結晶シリコン116を多く集積するには上記
の長さλ、とJ22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BI6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1l−12とするのが望ましく、122
> fl lとすると、ぶ2−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・ゲート間容量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 is 1. If the length between diagonally adjacent cells is 12, then β2 is 1. It is f7- times longer than . n+ type source region 8 within a defined area
In order to integrate a large number of gate polycrystalline silicon 116, it is desirable that the above length λ and J22 be equal. That is, since the channel region 4 exists along the pattern edge of the gate polycrystalline silicon BI6, it is desirable to set it to 1l-12 in order to obtain a large channel width.
> fl l, the polycrystalline silicon film 6 occupies an extra area corresponding to 2-J2+. This increases the gate area and increases the drain-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
′Ift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、同一条件で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量が小さい
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 source 'Ift pole opening tends to be too large in proportion to the drain current capacity. Although miniaturization allows the formation of a large number of independent channel regions, resulting 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, even though the smaller the channel width, the smaller the current capacity, there are many electrode extraction openings in the source region formed in the cell. 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□
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。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。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 □
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. 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1!極材料として、多結晶シリコン膜
が用いられ、ソース電極A℃膜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、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、ヂ1!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/lのスト
ライブ・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AJ2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 high power DSA MOS FETs, the typical gate 1! A polycrystalline silicon film is used as the electrode material, and has a two-layer electrode structure with an insulating film interposed between it and the source electrode A°C film. 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 relationship between the length of the channel width and the wiring resistance of the gate polycrystalline silicon film pattern is determined in order to lower the on-resistance. Designing the channel width to be long increases gate resistance, which has the disadvantage of slowing down switching speed. Therefore, in the past, efforts were made to sacrifice the channel area within the chip, provide several highly conductive /l stripe patterns, and connect these to the gate polycrystalline silicon film in an effort to reduce gate resistance. Ta. However, since the gate AJ2 is a polycrystalline silicon gate with a length of several hundred to several thousand microns between the two electrodes,
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AAパターンとソ
ースAn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 a comb-shaped electrode structure in which a gate AA pattern and a source An pattern are alternately arranged on a gate polycrystalline silicon film pattern with an insulating film interposed therebetween.
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
体膜置は、n小型半導体基板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11u5a
を介して格子状に開口部を有するようにバターニングさ
れた多結晶シリコン膜6が形成され、この多結晶シリコ
ンlll6の開口内にはp型の第1半導体82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 film device having a comb-shaped electrode structure has an n-type epitaxial layer 2 grown on an n-sized semiconductor substrate 1, and has a first insulating layer 11u5a on its main surface.
A patterned polycrystalline silicon film 6 is formed so as to have openings in a lattice shape through the polycrystalline silicon film 6, and a p-type first semiconductor 82 is formed in the openings of the polycrystalline silicon Ill6.
エピタキシャル層2の主面には一部分が第1絶縁護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J15aを介して多結晶シリコン膜6と重なる
ようにn半型の第3半導体層8が形成され、多結晶シリ
コン膜6およびその開口部を被覆するように第2絶縁1
15d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Aβ電極9aおよび9bが
形成され、ソース/l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I[16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A℃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 a first insulating layer 5a.
A p-type second semiconductor layer 4 is formed so as to overlap with the polycrystalline silicon film 6 via the first insulating layer J15a, and a p-type second semiconductor layer 4 is formed so as to partially overlap with the polycrystalline silicon film 6 via the first insulating layer J15a. A half-shaped third semiconductor layer 8 is formed, and a second insulating layer 1 is formed to cover the polycrystalline silicon film 6 and its opening.
15d is formed. Striped source and gate Aβ electrodes 9a and 9b are formed on this second insulating film, and the source/l electrode 9a is connected to an opening 10a in the second insulating film 5d and an opening in the polycrystalline silicon I[16]. The gate A°C electrode 9b is connected to the polycrystalline silicon film 6 through an opening 10b formed in the second insulating film 5d. There is.
(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膜
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
ーンの優遇等を考慮して、ソースAJ211極9aとゲ
ートA(電極9bとは一定の距離を隔てなければならな
い。したがってゲート多結晶シリコン116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AJ2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116の膜厚
を大きくすれば、少し効果があるが、多結晶ジノコン躾
パターン上に形成されるソースAi電極9aあるいはゲ
ート八(電極9bが、多結晶シリコン116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。(Problems to be Solved by the Invention) The semiconductor film device having the conventional comb-shaped electrode structure shown in FIG.
Considering the preferential treatment of the pattern by isotropically etching the film thickness of the J2 electrodes 9a and 9b, the source AJ211 pole 9a and the gate A (electrode 9b) must be separated by a certain distance. If you do not increase the pattern width or increase the cell area, the source/
Electrode separation between the L electrode 9a and the gate AJ2 electrode 9b becomes extremely difficult due to photolithography, which limits miniaturization.In particular, the capacitance between the gate and the source increases, which in turn becomes a factor that hinders the improvement of switching speed. there were. On the other hand, the simplest way to lower the gate resistance is to increase the thickness of the gate polycrystalline silicon 116, which is slightly effective. 9b has a drawback that it tends to break off at the edge of the opening formed in the polycrystalline silicon 116.
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
ースn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 in the channel region and the source n+-type semiconductor layer 8.
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
ースn十型半導体18からチャンネル領域のp型半導体
WJ4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MFi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114はゲート
多結晶シリコン11!I6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。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16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500λ〜1200
人と極<薄<形成されており、したがって、当然のごと
(、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スn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O8AMO8FETの実現
が可能となる。However, when considering switching speed, the following conditions must be met. Generally, the drain current flows from the source n-type semiconductor 18 through the p-type semiconductor WJ4 in the channel region to the n-type epitaxial layer 2 in the vertical direction.
It flows to the drain region of the ten-shaped semiconductor substrate 1 and is taken out from the drain MFi on the back surface of the substrate. Therefore, the drain current flows between the p-type semiconductor layers 4 forming the channel region. Therefore, the p-type semiconductor 114 is the gate polycrystalline silicon 11! Since they are formed facing each other on both sides of I6, if the p-type semiconductor layer is formed deeply,
The flow path for the drain current becomes narrow, and the current path has a resistance valve, which in turn causes an increase in on-resistance. In addition, p forming the channel region
By forming the type semiconductor layer 4 deeply, firstly, the area overlapping with the gate polycrystalline silicon 16 increases. As is well known, the gate insulating film 5a has conventionally a thickness of 500λ to 1200λ.
Therefore, as a matter of course, the capacitance between the gate and source increases, and switching
It is obvious that this will hinder speed. Therefore, the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region is formed as shallowly as possible, and the source n-type semiconductor layer 8 is formed as shallowly as possible.
By forming the channel to be shallow, it becomes possible to realize an O8AMO8FET with a narrow channel length and a high switching speed.
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114を浅(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 114 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112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, when MO8 is operated, a depletion layer spreads from the p-type semiconductor layer 4 forming the channel region to the n-type epitaxial layer 112 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ほど広が
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21111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H4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十型半導体[18へ届いてしまう。これがい
わゆるパンチスルー現象である。この時点ですでにソー
ス・ドレイン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、パ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 as the concentration of the semiconductor layer or the diffusion layer becomes lower, and as the drain voltage becomes higher. Therefore, as a matter of course, a large amount of the depletion layer spreads to the n-type epitaxial layer 21111 in the drain region, which has a low concentration. 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 H4 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-type semiconductor [18]. . This is the so-called punch-through phenomenon. At this point, the voltage between the source and drain has already broken down. In other words, since the channel length is narrow, the depletion layer is the n+ type semiconductor layer 8.
Since the voltage reaches the voltage immediately, the voltage breaks down 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 punch-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小
型半導体B3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113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16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WJ4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11i8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MO8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U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。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。In addition, as a method to make the bunch-through phenomenon less likely to occur,
In the conventional DSA MOS FET, a p-sized semiconductor B3 is formed within the cell by photoetching technology. However, this method has the following drawbacks. First, with photolithography technology,
In order to align with the p-type semiconductor 113 and form the pattern of the gate polycrystalline silicon film 6, the p-type semiconductor WJ4 in the channel region is formed in a self-aligned manner by the pattern of the gate polycrystalline silicon 16; The positional relationship of the p-type semiconductor layer 3 that 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 n-type semiconductor layer 8 become the n-type semiconductor layer 3. It is formed under 11i8. In this case, bunch-through is likely to occur in the part where the narrow p-type semiconductor layer 4 is formed long, and conversely, in the short part, a part of the highly doped p-type semiconductor layer 3 reaches the channel p-type semiconductor layer 4 and MO8 type A transistor characteristic that affects the threshold voltage value. Furthermore, when performing the alignment U, it is necessary to form a pattern taking alignment errors into consideration.
Another drawback is that the cell area increases and the channel width decreases accordingly. 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。このような半導体膜置におい
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パンチスルーが生じ
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 film arrangement, an elongated channel region is formed along the edge of the connecting portion, so that the channel width can be increased, but there is a drawback that punch-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、
ざらにはソース電極取り出し開口部において符に自己整
合的に形成されたp中型半導体層3とn中型半導体!f
18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
互コンダクタンス9m1スイツチング・スピード等の素
子性能の向上やチッ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膜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
Roughly speaking, the p medium semiconductor layer 3 and the n medium semiconductor layer are formed in a self-aligned manner in the source electrode extraction opening! f
18 is electrically connected by the metal electrode film 9, the purpose is to miniaturize the aperture, it is possible to arrange an appropriate pattern in accordance with the purpose, and to obtain benefits from these effects. This effectively forms a channel region in the extra area, prevents the bunch-through phenomenon especially in elongated channel regions, makes it possible to narrow the channel length, reduces the photo-etching process, lowers the on-resistance, The present invention provides a vertical semiconductor film device and a method for manufacturing the same, which can improve device performance such as mutual conductance, switching speed, etc., reduce chip area, 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膜置は、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、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逆導電型の第1半導
体層と、この第1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1半導
体層よりも低不純物81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 film arrangement according to the present invention includes a semiconductor substrate of one conductivity type, and a semiconductor film or conductor formed on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film. a film pattern, and a film pattern of an opposite conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate within the opening of the pattern at a position where the film pattern partially overlaps with a part of the semiconductor film or conductor film pattern via the first insulating film. a second semiconductor layer of one conductivity type formed in the first semiconductor layer so as to partially overlap with a part of the semiconductor film or conductor film pattern; a third semiconductor layer of the opposite conductivity type formed in the opening with a lower impurity concentration of 81 degrees and deeper than the first semiconductor layer, at equal intervals along the edge or until reaching the same position as the edge; , a second insulating film formed to cover the semiconductor film or the conductive film and having an opening;
A metal electrode film is provided on the second insulating film so as to include the opening.
ざ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、Wg1絶am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・のイオンを低濃度で深く注入して逆導電型の
第3半導体層を深く形成する工程と、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高濃度で浅く注入して逆導電型の
第1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1半導体層内に一導電
型の第2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半導体層および第2半導体
冶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′R極躾
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
。Roughly speaking, the manufacturing method of the present invention includes the steps of forming a Wg1 film on the main surface of a first semiconductor substrate of one conductivity type, forming a semiconductor film or a conductor film on this first insulating film, and then forming a semiconductor film or a conductive film on the first insulating film. forming a mask, and then under-etching the semiconductor film or conductive film through this mask to form a semiconductor film or conductive film pattern, and at the same time forming an overhang-like mask; A step of deeply implanting ions of the opposite conductivity type into the semiconductor substrate at a low concentration through the semiconductor substrate to form a third semiconductor layer of the opposite conductivity type deeply, and after removing the mask, forming a semiconductor film or conductor film pattern. A step of shallowly implanting ions of the opposite conductivity type at a high concentration using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask to form a shallow first semiconductor layer of the opposite conductivity type; and implanting ions of one conductivity type using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask. forming a second semiconductor layer of one conductivity type in the first semiconductor layer; forming a second insulating film to cover the semiconductor film or the conductor film and its opening; selectively forming an opening in the film to partially expose the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; forming a metal 'R' electrode on the second insulating film to cover the opening; It is characterized by comprising a process.
〈作用)
本発明の半導体膜置においては、逆導電型の第3半導体
層は、第1半導体層よりも低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
であるとともにパンチスルー現象も有効に防止すること
ができる。また、第1半導体層および第2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コンダクタンス9m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、本発明の半導体膜置において
は、所定のチップ面積内でチャンネル幅を大きくするこ
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・ドレイン間容重を小さくする
ことができる。<Function> In the semiconductor film device of the present invention, the third semiconductor layer of the opposite conductivity type has a lower impurity concentration and is formed deeper than the first semiconductor layer, so that miniaturization and high integration of cells can be achieved. Not only is this possible, but also the punch-through phenomenon can be effectively prevented. Further, by forming the first semiconductor layer and the second semiconductor layer shallowly, the capacitance between the gate and the source can be reduced, the mutual conductance 9m can be increased, and the switching speed can be improved. Furthermore, in the semiconductor film device of the present invention, the channel width can be increased within a predetermined chip area, and the volume between the gate and drain can be reduced by reducing the area occupied by the polycrystalline silicon film.
したがって大きなド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。Therefore, a large drain current can be obtained and at the same time a fast switching speed can be obtained.
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。In particular, as in the embodiment described later, the opening of the polycrystalline silicon film pattern is divided into an annular portion surrounding the independent pattern portion, an end portion located symmetrically on both sides of this annular portion, and the annular portion and the end portion. By arranging a plurality of such apertures so that the end portions of adjacent apertures are arranged interdigitally, the utilization efficiency of the chip area can be significantly improved. As a result, 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
DSA MOS FETの平面図および断面図であ
り、第1図(a )ではAλ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 a DSA MOS FET which is an embodiment of the present invention. In FIG. 1(a), part of the Aλ electrode film and insulating film are cut away. be.
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、このエピタキシャル層2の主面
に絶縁酸化膜(第1絶縁Iり 5aを介して多結晶シリ
コンgl(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3が設けられている。さらにエピタキシャルWj2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1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1半導体層4よりも不純物濃度
が低いp−型半導体Il!(第3半導体層)11がp型
半導体層4よりも深く形成され、p型の第1半導体W4
4の表面であって前記第1絶縁躾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2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八ぶ電
極膜(金属電橋i1り9が形成されている。ソースAJ
2W1極1119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を軽で第1および第2半
導体B4および8にオーミック接続されている。In this device, an n-type epitaxy cell growth layer 2 is provided on an n-type semiconductor substrate 1, and an insulating oxide film (a polycrystalline silicon GL (semiconductor film A p-type semiconductor layer 3 doped with impurities of the opposite conductivity type at a high concentration is provided in the epitaxial layer 2 within the opening of this pattern. , a p-type semiconductor layer (a first semiconductor layer) doped with impurities of the opposite conductivity type at a low concentration is formed at a position partially overlapping with a part of the polycrystalline silicon film pattern 6 via the first insulating film 5a. 4) are formed shallowly in the openings of the polycrystalline silicon film pattern 6, with equal intervals maintained along the edges of the pattern, and p-type semiconductor layers having a lower impurity concentration than the p-type first semiconductor layer 4. The semiconductor Il! (third semiconductor layer) 11 is formed deeper than the p-type semiconductor layer 4, and the p-type first semiconductor W4
An n0-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 8 is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 4 at a position partially overlapping with a part of the conductive film pattern 6 via the first insulating layer 5a. An insulating oxide film (second insulating film) 5d is formed to cover the silicon film pattern 6, and a source eight electrode film (metallic bridge i19) is formed on this insulating film.
The 2W1 pole 1119 is ohmically connected to the first and second semiconductors B4 and 8 through the source electrode extraction opening 10a in the cell formed in the insulating film 5d.
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型半導体層4の
パターン、すなわち、多結晶シリコン116の開ロバタ
ーンの平面形状は、第1図<a >に示すように八角形
状の拡大部4A、4B。The planar shape of the pattern of the p-type semiconductor layer 4 surrounded by the polycrystalline silicon film pattern 6 and formed on the surface of the n-type epitaxial layer 2, that is, the open pattern of the polycrystalline silicon 116, is shown in FIG. As shown, octagonal enlarged portions 4A and 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J21と、斜め方向に隣接するセ
ルの各辺間の距離J22とは(、÷f!、2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八角形状の拡大部4Aと4Cとの中
間に垂直方向に隣接するセルの中央の八角形状の拡大部
4Bが位置するようにずらして配置しである。4C and narrow connecting portions 4D and 4E connecting adjacent sides of these three hexagonal patterns. Here, the distance J21 between each side of horizontally and vertically adjacent cells and the distance J22 between each side of diagonally adjacent cells are (,÷f!,2.Also, the cell are arranged so that the central octagonal enlarged portion 4B of the vertically adjacent cell is located between the octagonal enlarged portions 4A and 4C located at opposite ends of the horizontally adjacent cells. It is.
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。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(a )
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Y、を120μ
mトシ、横(7)fflすXLヲ160μmとして設定
しておく。A plan view of the conventional example in Fig. 8 (a) and Fig. 1 (a)
The same design rule is used for the magnification of the plan view of
Set the width (7) and XL as 160 μm.
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
+ (=LO2)は20μ鴎となっているからセル1
個のチャンネル幅(1セルの全周聞良)は80μ醜とな
り、この破線枠内の合計チャンネル幅は960μ−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.
+ (=LO2) is 20μ, so cell 1
The channel width (total sound quality of one cell) is 80μ, and the total channel width within this broken line frame is 960μ.
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LO3は10μm45°傾斜し
ている辺1o 4 (−(T / 2LO3)の長さ
は約7μ−であり、連結部4D、4Eの1辺の長さLO
sは20μmとなるので、1個のセルのチャンネル幅は
約244μ−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1132μ−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。On the other hand, in FIG. 1(a), the hexagonal ends 4A, 4
The length of the straight side LO3 of B and 4C is 10 μm. The length of the side 1o 4 (-(T/2LO3)) which is inclined at 45° is approximately 7 μ-, and the length of one side of the connecting portions 4D and 4E is LO
Since s is 20 μm, the channel width of one cell is approximately 244 μ−, and the total channel width in the pattern area within the broken line is approximately 1132 μ−. In this way, the channel width of this embodiment is larger than that of the conventional one,
Moreover, 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f+<A2
の関係を第1図(a)ではf + * f 2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, f+<A2 in the plan view of Fig. 8(a).
This is because the relationship is set to f + * f 2 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、従来の半導体膜置で
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, especially when cell and gate polycrystalline silicon film patterns are downsized, conventional semiconductor film layouts 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軸を
大きくし、スイッチング・スピードの^連化、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 By appropriately arranging the drain current, it is possible to obtain a large drain current, increase the mutual conductance axis in the large current region, increase the switching speed, reduce the on-resistance, and further reduce the chip area. The optimal pattern has been applied to reduce the size 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−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−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−型半
導体!l!111から等間隔でチャンネル領域のp型半
導体層4が形成ぎれることになる。よってQ−型半導体
層11の位置合せずれによるチャンネル領域の濃度の変
化によるしきい値電圧の不均一性が防止できる。したが
って、パンチ・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
シリコン膜6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、さら
にこのp型半導体層4にともなってソースn+型半導体
層8も浅くすることによって相互コンダクタンス9mも
大きくすることが可能である。そしてチャンネル[とな
るp型半導体層4と、ンースn十型半導体層8とは浅い
接合(S hal lowJunction )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 the gate polycrystalline silicon film 6 (or channel region) is Since it is formed in the center of the cell in a self-aligned manner, it is a p-type semiconductor! l! The p-type semiconductor layer 4 of the channel region is formed at equal intervals from 111. Therefore, it is possible to prevent non-uniformity of the threshold voltage due to a change in the concentration of the channel region due to misalignment of the Q-type semiconductor layer 11. Therefore, the punch-through phenomenon can also be prevented, and the p-type semiconductor layer 4 can be formed shallowly so that it partially overlaps the gate polycrystalline silicon film 6 formed on the extremely thin gate oxide film 5a. Since the area of the p-type semiconductor layer 4 is small, the capacitance between the gate and the source is reduced, and the source n+-type semiconductor layer 8 is also made shallow along with the p-type semiconductor layer 4, thereby increasing the mutual conductance 9m. It is possible. Since the p-type semiconductor layer 4, which becomes the channel, and the n-type semiconductor layer 8 form a shallow junction (Shal low Junction), the drain current flow path (n-type epitaxial Layer 2) is expanded, 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
でのパンチスルー現象も、p型半導体層4よりも深く形
成したp−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. Punch-through phenomenon can also be effectively prevented by forming the p-type semiconductor layer 11 deeper than the p-type semiconductor layer 4.
本発明では、このようにチャンネル領域を構成するp型
半導体層4は、細長く形成されているパターン連結部4
D、4Eにおいてもソースn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、パンチ・スル
ー現象による低耐圧化を防止するために、チャンネル領
域よりも空乏層が広がりにくく、低濃度で深いρ−型型
半体体層11形成している。そして、このp−型半導体
層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。この
ことは生産性を高めるために大いに有効である。In the present invention, the p-type semiconductor layer 4 constituting the channel region has a pattern connecting portion 4 formed in an elongated manner.
In D and 4E, the depletion layer is also formed in a self-aligned manner in the center of the cell directly under the source n-type semiconductor layer 8, and the depletion layer is wider than the channel region in order to prevent a decrease in breakdown voltage due to the punch-through phenomenon. A deep ρ-type half layer 11 is formed with a low concentration and a low concentration. Since this p-type semiconductor layer 11 is formed in a self-aligned manner, the number of photo-etching steps is reduced by one compared to the conventional one. This is very effective for increasing productivity.
第2図(a)、(b)および(C)は本発明のざらに他
の実施例であるO3A MOS FETの平面図、
および斜視断面図いあり、第2図<a )ではAj21
極膜を切欠いてあり、第2図(C)ではへβ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 O3A MOS FET which is another embodiment of the present invention;
and a perspective cross-sectional view, Aj21 in Fig. 2<a)
The electrode film is cut out, and in FIG. 2(C), the β electrode film and the second insulating film are cut out.
この装置は、n中型半導体膜置基板1上にn型エピタキ
シャル成長ll!li2が設けられ、この第1半導体1
!i2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1s(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
中型半導体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!(第1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′a度が低いp−型
半導体層(第3半導体層)11がp型半導体ll!4よ
りも深く形成され、11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小型半導体I
I(第2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
>56が形成され、この絶縁膜上にはソースA11!極
膜(第1金属m#1膜)9aとゲートAぶ電極膜(第2
金ffi′Fi極膜)9bとがストライブ状に形成され
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部10aを経て半導
体層3および8にオーミック接続され、第2/IM@極
膜9bは、絶縁膜5dに形成したゲート金m電橿取り出
し開口部10cを経て模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。多結晶シリコン模パター
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て画成されるセ
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12Cと、環状部分とこれら端部分とを連
結する連結部分12Dおよび12Eとから構成されてい
る。端部分12Bおよび12G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。This device performs n-type epitaxial growth on a medium-sized semiconductor film substrate 1! li2 is provided, and this first semiconductor 1
! An insulating oxide film (polycrystalline silicon 1s (semiconductor film or conductor film) pattern 6 via a first insulating film>5a) is provided on the main surface of i2, and a reverse conductive film is formed in the epitaxial layer 2 within the opening of this pattern. p doped with a high concentration of type impurities
A medium-sized semiconductor 3 is provided. Further, in the opening of the polycrystalline silicon film pattern 6, a p-type semiconductor of the opposite conductivity type is located at a position partially overlapping with a part of the polycrystalline silicon film pattern 6 via the first insulating film 5a. (first semiconductor layer) 4 is provided in the opening of the polycrystalline silicon film pattern 6, with equal intervals maintained along the edge of the pattern, and with a higher degree of impurity than the p-type semiconductor layer 4. The low p-type semiconductor layer (third semiconductor layer) 11 is a p-type semiconductor ll! 4, and is formed at a position on the surface of the 11 semiconductor layer 4 and partially overlaps with a part of the semiconductor film or conductor film pattern 6 via the first insulating film 5a.
I (second semiconductor layer) 8 is formed, an insulating oxide film (second insulating film>56 is formed to cover the polycrystalline silicon film pattern 6, and on this insulating film, a source A11! electrode film ( the first metal m#1 film) 9a and the gate electrode film (second metal m#1 film) 9a;
Gold ffi'Fi electrode film) 9b is formed in a stripe shape. The source/l electrode film 9a is ohmically connected to the semiconductor layers 3 and 8 through the source electrode extraction opening 10a in the cell formed in the insulating film 5d, and the second/IM@electrode film 9b is formed in the insulating film 5d. The gate electrode is connected to the polycrystalline silicon film pattern 6 through the metal conductor extraction opening 10c as illustrated. The polycrystalline silicon model pattern 6 consists of a continuous lattice-like portion 6a and an independent island-like portion 6b, and the planar shape of the cell defined by these portions is an annular portion 12A surrounding the independent portion 6b. , two end portions 12B and 12C formed symmetrically with respect to the annular portion, and connecting portions 12D and 12E that connect the annular portion and these end portions. The contour shape of the end portions 12B and 12G 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 also be octagonal, for example,
It can also be circular.
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12[3
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
れど隣接する端部分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 A is aligned, and the annular portions 12A of one row and the annular portions 12A of an adjacent row are shifted in pitch from each other, and the sequential end portions 12[3 of the rows are aligned.
and 12C, with the sequential end portions 12C and 12B of adjacent columns interdigitated. 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Aぶ電極を構成する第2AJ2電極119bは第
2絶縁膜5dにあけたゲート電極取り出し開口部10b
を経て多結晶シリコンパターンの島状の独立部分6b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絶縁膜5d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6
aと独立部分6bとは第2AJ2電極II 9 bを介
して相互接続されている。このように、本例では第1/
l電極1119aと第2AA電極1119b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ブ状に配
列されており、ソース八β電極を構成する第1八2電極
膜9aの幅はゲートAλ電極を構成する第2AI電極1
19bよりも広くなっている。The second AJ2 electrode 119b constituting the gate electrode is the gate electrode extraction opening 10b formed in the second insulating film 5d.
The continuous portion 6a of the polycrystalline silicon film pattern is connected to the island-shaped independent portion 6b of the polycrystalline silicon pattern through the opening 10c formed in the second insulating film 5d at an intermediate position between the adjacent independent portion. It is connected to the. That is, the continuous portion 6 of the polycrystalline silicon film pattern
a and the independent portion 6b are interconnected via the second AJ2 electrode II 9 b. In this way, in this example, the first/first
The number of the l electrode 1119a and the second AA electrode 1119b is about ten or more.
The width of the 182nd electrode film 9a forming the source 8β electrode is the same as that of the 2nd AI electrode 1 forming the gate Aλ electrode.
It is wider than 19b.
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ざらに長くすることができる。す
なわち、ゲート電極構造は、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AJ2電極膜9
bで接続した構成としている。一方、ソース/l電極膜
は、セル内部の端部分12B、 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十型
半導体層8とを表面で露出させて第1AJ2’l極11
19a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 part 6a and an island-like independent part 6b, so that the channel width can be made roughly longer than in the above-mentioned embodiment. can do. That is, the gate electrode structure has a continuous mesh-like part and a plurality of independent parts surrounded by the mesh-like part, and these parts are covered with the second AJ2 electrode film 9 having excellent conductivity.
The configuration is such that they are connected at b. On the other hand, the source/l electrode film includes, at the end portions 12B and 12C inside the cell, the p-type semiconductor layer 3 that is electrically in contact with the p-type semiconductor layer 4 that constitutes the channel region, and the n-type semiconductor layer 3 that constitutes the source region. The first AJ2'l pole 11 is formed by exposing the ten-type semiconductor layer 8 on the surface.
19a.
そしてこれらの第1および第2のAJ2電極膜9aおよ
び9bは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 AJ2 electrode films 9a and 9b are alternately arranged in a comb shape. In this way, the gate polycrystalline silicon pattern has a continuous mesh structure,
The greatest feature of this embodiment is that the source electrode and the gate electrode are made of a metal film such as AJ2 having excellent conductivity in a comb shape by forming an independent multi-structure.
次に第3図(a )〜(メ)を参照して本発明の半導体
膜置の一実施例であるO8A MOS FETを製
造する本発明の製造方法について説明する。Next, a manufacturing method of the present invention for manufacturing an O8A MOS FET, which is an embodiment of the semiconductor film device of the present invention, will be described with reference to FIGS.
ま/、n型不純物を高い濃度に含むn十型半導体基板1
上にそれよりも低い濃度で、比抵抗が例えば10〜20
Ω−1のn型エピタキシャル層2を35〜45μmの厚
さに形成し、このエピタキシャル層の主面にp小型半導
体!!i3を選択的に形成し、さらにその表面に例えば
厚さ1000人程度0ゲート酸化1115aを形成した
様子を第3図(a )に示す。/ n-type semiconductor substrate 1 containing a high concentration of n-type impurities
At a lower concentration than above, the resistivity is, for example, 10 to 20.
An n-type epitaxial layer 2 of Ω-1 is formed to a thickness of 35 to 45 μm, and a p-type small semiconductor is formed on the main surface of this epitaxial layer! ! FIG. 3(a) shows a state in which the i3 is selectively formed and a zero gate oxide 1115a having a thickness of, for example, about 1000 layers is formed on the surface thereof.
続いて、多結晶シリコン膜6をたとえば厚さ8000人
程形0し、さらにその上にCVD法にてPSG膜21を
例えば約1.5μmの厚さに形成した様子を第3図(b
)に示す。Next, a polycrystalline silicon film 6 is formed to a thickness of, for example, about 8,000 μm, and a PSG film 21 is formed on it to a thickness of, for example, about 1.5 μm using the CVD method, as shown in FIG. 3(b).
).
次にフォトレジストアを用いたフォトエツチング技術に
よって多結晶シリコン膜6およびPSG[121を選択
的にバターニングする。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。そ
の優前記オーバーハング状のフォトレジストアをマスク
として低濃度のn型不純物11aを200〜400KC
Vまたは1000Ke Vに達する高い加速エネルギー
で深くイオン注入する。この様子を第3図(C)に示す
。Next, the polycrystalline silicon film 6 and PSG [121] are selectively patterned by a photoetching technique using photoresist. Incidentally, at this time, the polycrystalline silicon film 6
In this step, Freon-based isotropic dry etching is performed using the photoresist as a mask, and the polycrystalline silicon film is underetched to the inside of the photoresist edges to form the photoresist in an overhang shape. Using the overhang-like photoresist as a mask, a low concentration of n-type impurity 11a is applied at 200 to 400 KC.
Deep ion implantation with high acceleration energies reaching V or 1000 Ke V. This situation is shown in FIG. 3(C).
その後、熱処理を例えばN2と02ガス雰囲気中で行な
い、n型不純物を低濃度で含むp−型半導体層11と、
厚さが、例えば500〜700人と薄い酸化膜22を形
成した様子を第3図(d)に示す。After that, heat treatment is performed in, for example, an N2 and 02 gas atmosphere, and the p-type semiconductor layer 11 containing a low concentration of n-type impurities is formed.
FIG. 3(d) shows how a thin oxide film 22 having a thickness of, for example, 500 to 700 layers is formed.
通常のガウス型ブレーナ拡散は縦方向拡散長と比較して
横方向の拡散長はおよそ20%短いとされているととも
にフォトレジストアのオーバーハングをインプラマスク
として高加速エネルギーで不純物を注入しているため、
p−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膜
6のエツジまでは到達しないように形成される。In normal Gaussian Brehner diffusion, the lateral diffusion length is said to be approximately 20% shorter than the vertical diffusion length, and impurities are implanted with high acceleration energy using the photoresist overhang as an implant mask. For,
The p-type semiconductor layer 11 has a lateral diffusion length that is short compared to the vertical diffusion length, and is therefore formed so as not to reach the edge of the polycrystalline silicon film 6.
その侵、ゲートのしきい値電圧を決定するn型不純物イ
オンを打込み熱処理をおこない、p型半導体l!!4を
形成した様子を第3図(e )に示す。In this process, n-type impurity ions, which determine the threshold voltage of the gate, are implanted and heat treated to form a p-type semiconductor l! ! 4 is shown in FIG. 3(e).
次いでn型不純物イオンを高濃度で選択的に注入し、さ
らにCVD法に:rcVD−3i 02 lll5Cを
約50000程度形成した模、熱処理を行なってn十型
半導体層8を拡散形成した様子を第3図(f)に示す。Next, n-type impurity ions were selectively implanted at a high concentration, and about 50,000 rcVD-3i02ll5C were formed using the CVD method, and then heat treatment was performed to form an n0-type semiconductor layer 8 by diffusion. This is shown in Figure 3(f).
なお、第2図(b)では酸化膜5b とcVD−8i
02 膜5c を合わせて絶縁膜5dとして示しである
。In addition, in FIG. 2(b), the oxide film 5b and cVD-8i
02 film 5c is collectively shown as an insulating film 5d.
その模、各領域の電極取り出し開口部10aを形成した
後、たとえば厚さ約3.5μm程度のAn金属膜9を形
成して半導体膜置を完成した様子を第3図(、’)に示
す。For example, after forming electrode extraction openings 10a in each region, an An metal film 9 with a thickness of about 3.5 μm is formed to complete the semiconductor film arrangement, as shown in Fig. 3(,'). .
本実施例においては、p中型半導体層3の深さを10μ
−とし、p型半導体層4の深さを0.5〜1μmとし、
p−型半導体層11の深さを1〜2μmとする。In this example, the depth of the p medium semiconductor layer 3 is 10 μm.
-, the depth of the p-type semiconductor layer 4 is 0.5 to 1 μm,
The depth of the p-type semiconductor layer 11 is set to 1 to 2 μm.
尚、本実施例において、第3図(C)で、p型イオン1
1aを注入してp−型半導体層11を形成した後、多結
晶シリコン116をエツチングして、該多結晶シリコン
膜のパターンウッジを後退させても良い。In this example, in FIG. 3(C), p-type ion 1
1a to form the p-type semiconductor layer 11, the polycrystalline silicon 116 may be etched to set back the pattern wedge of the polycrystalline silicon film.
第4図は、本発明らよるさらに他の実施例であり、第4
図<a)は平面図、(b)はA−Al1で切った断面図
であり、第4図<a >ではAn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をしてい
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(工ぼ八角形の環状部分12Aと、
その両側に対象的に配置した同じくほぼ八角形の端部分
128,120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、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
。FIG. 4 shows still another embodiment according to the present invention.
FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along A-Al1, and FIG. 4A shows the An 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, in the pattern area per unit area,
This is the structure with the longest channel width. 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 octagonal annular portion 12A.
As shown in FIG. 2, it is composed of substantially octagonal end portions 128, 120 arranged symmetrically on both sides, and narrow connecting portions 12D, 12E that connect the annular portion with these end portions. It is only different from the example described above,
Since the other configurations are the same, no further explanation will be given.
第5図〜第7図は本発明の半導体膜置のさらに他の実施
例におけ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示すものである。第5
図に示す実施例では、八角形状の端部4Fおよび4Gの
間を幅の狭い連結部4H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、でい6図に示す実施例で
は六角形状の端部41a3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図に示ず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
のをイビッチずつずらして!Sil!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
低いp″型型半体体層11自己整合的にn型半導体層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 film arrangement of the present invention. Fifth
In the embodiment shown in the figure, the octagonal end portions 4F and 4G are connected by a narrow connecting portion 4H, which are arranged at different pitches. Further, in the embodiment shown in FIG. 6, the hexagonal end portions 41a3 and 4J are connected by a narrow connecting portion 4, and the hexagonal end portions 41a3 and 4J are shifted by one inch. Furthermore, in the embodiment not shown in FIG. 7, the rectangular end portions 4L and 4M are connected by a narrow connecting portion 4N, which is shifted by one bit! Sil! It is location. In the embodiments shown in FIGS. 5 to 7, the p'' type half layer 11 with a low impurity concentration is self-aligned with the n type semiconductor layer 4.
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等の高融点金属や、モリブデンシリサ
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。また、上述した実施例では多
結晶シリコン膜パターンの開口部にp十型半導体層3を
形成したが、これは省くこともできる。ざらに、上述し
た例では縦形電界効果トランジスタのうち、特にDSA
MO8型半導体膜置としたが、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ベース、セルパターンを
エミッタとするバイポーラ型半導体膜置に応用すること
もできる。さらにまた、上述の実施例ではDSA−MO
SFETとしたが、たとえばV溝またはU溝型MO8F
ET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U溝を形成してチャンネル領域を形成することもで
きる。ざ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5IT(静Ti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.
, Ti, Cr, or a high melting point metal such as molybdenum silicide, nickel silicide, or platinum silicide. Further, the conductivity types of the n-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer may be opposite. Further, in the above-described embodiment, the p-type semiconductor layer 3 is formed in the opening of the polycrystalline silicon film pattern, but this can be omitted. Roughly speaking, in the above example, among the vertical field effect transistors, especially the DSA
Although the MO8 type semiconductor film 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. It can also be applied to a bipolar type semiconductor film device used as an emitter. Furthermore, in the above embodiment, the DSA-MO
SFET, but for example, V-groove or U-groove MO8F
It can also be applied to ET. In this case, a channel region can be formed by forming a V-groove or a U-groove in the polycrystalline silicon film pattern itself or its edge portion. In the embodiment briefly 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, since a field limiting ring can be formed by the present invention, it is also applicable to other 5ITs (static Ti-induced transistors) of DSA-FETs.
(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
であるばかりでなく、チャンネル長を狭めてもパンチ・
スルー現象が起こらず、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p型半
導体層およびソースn中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
れにとも偽って、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jも小さくするこ
とが可能である。(Effects of the Invention) As described above, to summarize the effects of the present invention, not only can the channel width be made longer and the on-resistance lower, but even if the channel length is narrowed, it is possible to
The through phenomenon does not occur, a high breakdown voltage between the source and drain is obtained, and by forming the channel p-type semiconductor layer and the source n-medium semiconductor layer shallowly, the capacitance between the source and gate can be reduced. Accordingly, the pattern width of the gate polycrystalline silicon film can be reduced, and since the area of the gate polycrystalline silicon film is also reduced, the capacitance j between the gate and drain can also be reduced.
このようにチャンネル領域が狭いことから相互コンダク
タンス9m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。Because the channel area is narrow, the transconductance is large (9 m), 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
膜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
体膜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 )〜(メ)は本発明による縦形半導体膜置
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・・・n十型半導体基板
2・・・n型エピタキシャル層
3・・・p十型半導体層
4・・・p型半導体層(第1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 6a・・・連続部分6b・・・独立部分
8・・・n小型半導体層(第2半導体層)9 a ・・
・第1AJ2′R極R9b−・・第2AJ2電極躾10
a 、 10b 、 10c ・・・開口部11・・・
p−型半導体層(第3半導体層)12A・・・環状部分
12B、 12G・・・端部分120、12E
・・・連結部分
4A〜4C,4F、4G、41.4J、41゜4M・・
・拡大部
4[)、 4E、 48. 4に、 4N・・・
連結部特許出願人 ティーディーケイ株式会社、、
−、、、、、、、、、、−1−。
第2図
(C)
第3図
(a)
n
第9図
(a)
第9図
(d)
(e)
第9図
(f)FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of a vertical semiconductor film device according to the present invention, and FIGS. 2(a), (b), and (C) are A plan view sectional view and a perspective sectional view showing the configuration of another embodiment of the vertical semiconductor film 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 modifications of the cell pattern. A plan view showing an example, FIGS. 8(a) and (b) are a plan view and a cross-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 another example of the conventional vertical field effect transistor. be. 1...n-type semiconductor substrate 2...n-type epitaxial layer 3...p-type semiconductor layer 4...p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 5a...first
Insulating film 5d...Second insulating film 6...Polycrystalline silicon film 6a...Continuous portion 6b...Independent portion 8...n Small semiconductor layer (second semiconductor layer) 9a...
・1st AJ2′R pole R9b-・2nd AJ2 electrode control 10
a, 10b, 10c...opening 11...
p-type semiconductor layer (third semiconductor layer) 12A... annular portion 12B, 12G... end portion 120, 12E
...Connection parts 4A to 4C, 4F, 4G, 41.4J, 41°4M...
- Enlarged section 4[), 4E, 48. 4, 4N...
Connecting Department Patent Applicant: TDC Co., Ltd.
-,,,,,,,,,,-1-. Figure 2 (C) Figure 3 (a) n Figure 9 (a) Figure 9 (d) (e) Figure 9 (f)
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、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
成した逆導電型の第1半導体層と、この第1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
ジに沿つ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1半導体層よりも低不純物濃度でし
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1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1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、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低濃度で深く注入して
逆導電型の第3半導体層を深く形成する工程と、 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高
濃度で浅く注入して逆導電型の第1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1半導体
層内に一導電型の第2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半導体層および第2半導体層を部分的に露出さ
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 of an opposite conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate at a position that partially overlaps with a part of the semiconductor film or conductor film pattern with the first insulating film interposed therebetween; a second semiconductor layer of one conductivity type formed so as to partially overlap with a part of the semiconductor film or conductor film pattern; A third semiconductor layer of an opposite conductivity type formed deeper and with a lower impurity concentration than the first semiconductor layer and covering the semiconductor film or the conductive film so as to maintain a gap or reach the same position as the edge. What is claimed is: 1. A vertical semiconductor device comprising: a second insulating film which is formed in the second insulating film and has an opening; and a metal electrode film formed on the second insulating film so as to include the opening. 2. The planar shape of the first semiconductor layer surrounded by the semiconductor film or conductor film pattern is made 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 first 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 insulating film on the main surface of a first semiconductor substrate of one conductivity type; forming a semiconductor film or a conductive film on the first insulating film, and forming a mask thereon; A step of under-etching the semiconductor film or conductive film through this mask to form a semiconductor film or conductive film pattern and simultaneously forming an overhang-like mask; forming a third semiconductor layer of the opposite conductivity type deeply by deeply implanting ions of the opposite conductivity type at a low concentration; a step of shallowly implanting ions at a high concentration to form a first semiconductor layer of an opposite conductivity type; and implanting ions of one conductivity type into the first semiconductor layer using the semiconductor film or conductor film pattern as a mask. a step of forming a second semiconductor layer of one conductivity type on the semiconductor film or the conductor film and a step of forming a second insulating film so as to cover the opening thereof;
selectively forming an opening in an insulating film to partially expose the first semiconductor layer and the second 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:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60152552A JPS6214470A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Vertical type semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60152552A JPS6214470A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Vertical type semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6214470A true JPS6214470A (en) | 1987-01-23 |
Family
ID=15542957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60152552A Pending JPS6214470A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Vertical type semiconductor device and manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6214470A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0349238A (en) * | 1989-07-18 | 1991-03-04 | New Japan Radio Co Ltd | Manufacture of vertical double diffusion mos transistor |
-
1985
- 1985-07-12 JP JP60152552A patent/JPS6214470A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0349238A (en) * | 1989-07-18 | 1991-03-04 | New Japan Radio Co Ltd | Manufacture of vertical double diffusion mos transistor |
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