TWI289356B - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
TWI289356B
TWI289356B TW095100268A TW95100268A TWI289356B TW I289356 B TWI289356 B TW I289356B TW 095100268 A TW095100268 A TW 095100268A TW 95100268 A TW95100268 A TW 95100268A TW I289356 B TWI289356 B TW I289356B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
region
gate electrode
semiconductor device
channel
channel region
Prior art date
Application number
TW095100268A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200635043A (en
Inventor
Yasuyuki Sayama
Tetsuya Okada
Makoto Oikawa
Hiroyasu Ishida
Kazunari Kushiyama
Original Assignee
Sanyo Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co filed Critical Sanyo Electric Co
Publication of TW200635043A publication Critical patent/TW200635043A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI289356B publication Critical patent/TWI289356B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873Drain regions
    • H01L29/0878Impurity concentration or distribution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/42376Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the length or the sectional shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/4238Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the surface lay-out
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

1289356 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體裝置及其製造方法,特別是關於 • 一種使Vdss耐壓提升之半導體裝置及其製造方法。 %【先前技術】 參照第1 0圖以及第11圖,並以MOSFET為例說明習知 半導體裝置及其製造方法。 如第10圖所示,在n+型的矽晶半導體基板21上層疊 鲁η型之蟲晶層22等,以設置没極區域,並於其表面設置複 數個ρ型通道區域24。於相鄰之通道區域24間的η-型蟲 晶層表面,隔介閘極絕緣膜31設置有閘極電極33。閘極 電極33的周圍係以層間絕緣膜36所被覆。另外,在通道 區域24表面設置有η+型源極區域35,並與源極電極38 接觸。 在上述所謂的平面構造的MOSFET中,較為人所熟悉的 鲁還有在相鄰之通道區域24間的η型磊晶層22表面配置雜 質濃度南於磊晶層22的η型雜質層40的技術。在耐壓為 600V的MOSFET的情況下,可使η型雜質層4〇的雜質濃度 提升到lx 1016Cnf3。藉此,具有在M0SFET導通之狀態下使 源極-汲極間電阻降低的效果(參照例如日本專利第 2622378 號)。 參照第11圖,說明上述MOSFET之製造方法。 準備在n+型矽晶半導體基板21上層疊有n—型磊晶層 22的基板,以形成汲極區域2〇。於n—型磊晶層22全面, 317775 5 1289356 離子植入n型雜質(例如磷·· p)(第11圖(A))。然後,形成 閑極氧化膜31及閘極電極33,以閘極電極33為遮罩,離 子植入p型雜質(例如硼:β)(第丨丨圖(b))。之後利用熱處 •理擴政η型雜質以及p型雜質,以形成n型雜質層4〇以及 •通道區域24。於通這區域24表面形成源極區域31 (第u 圖(C))。然後,以層間絕緣膜被覆閘極電極犯,並形成源 • 極電極(未圖示)。 [專利文獻1] • 曰本專利第2622378號公報。 【發明内容】 (發明所欲解決之課題) 在第10圖所示之MOSFET中,閘極電極33下方的汲極 區域20係在MOSFET為導通狀態時,發揮作為使電流流向 基板垂直方向的區域之作用。亦即,在導通狀態下,最好 使汲極區域20之電阻降低,因此乃在相鄰之通道區域間的 φ汲極區域20表面(以下將該區域稱之為冗部45)配置雜質 濃度高的η型雜質層40。 、 另一方面,當MOSFET為關斷狀態時,係被施加汲極― 源極電壓而形成逆偏壓,並藉由與通道區域24之卯接合 使耗盡層50擴張耗盡化,以提高耐壓。亦即,為了使汲極 區域20低電阻化,最好提高兀部45的雜質濃度。但是, 當疋部45的雜質濃度超過所需濃度時,便如第1〇圖虛線 所示,會產生使耗盡層50之擴張寬度縮小,且耐壓惡化的 問題。 317775 6 1289356 ;此外,藉由擴散所形成之通道區域24,其側面的曲率 會從底=開始變大’且在底部附近相鄰之通道區域Μ的間 隔會變寬。亦即,即使在表面附近充分夾止(pinch-off) 的耗m層50,在通道區域24之底部附近也無法充分夹止, 而產士會在通道區域24之隅角部(參照第ι〇圖之區域約 引起朋潰(breakdown)的問題。 ^另外由於在形成閘極電極前進行η型雜質層4〇的 t子弟11圖(Α)) ’在閘極電極形成中的熱處理 中,雜貝(例如鱗)會擴散開來。因此,在形成通道區域 後,通這區域24的深度容易變得比疋部45的深度淺 導致Vdss降低的問題。 (%決課題的手段) 本發明係鑑於上述課題而研創者,第卜係 -導電型半導體基板;在前述基板上層疊—導電型半 =及=域,·設在前述半導體層表面的複數 電 的通道區域;設在相鄰之前述通道區域間,具有 t :域之側面大略垂直之接合面的一導電型雜質區域,;二 别述-導電雜質區域上方的前述半導體層表面的閘^ 極;被覆前述閘極電極的絕緣膜 $ 的' 導電型的源極區域;藉此解決上=通逼區域表面 弟2,係藉由具備有:在—導電型半導體 Θ -導電型:導體層而形成汲極區域,以形成第!絕緣:: 步驟,在雨述第1絕緣膜上形成閘極電極的步驟 」^ 間極電極外側形成複數個逆導電型通道區域的^驟. 317775 7 1289356 具備有與前述通道區域之側面大略垂直之接合面的一導電 i4貝區域的步驟;在前述通道區域表面形成一導電型之 源極區域的步驟;形成用以被覆前述一導電型雜質區域上 方之刖述閘極電極的第2絕緣膜的步驟;藉此來解決上述 問題。 • 第3’係具備有:在一導電型半導體基板上層疊一導 •電型半導體層而形成波極區域,以全面形成f 1絕緣膜的 步驟’在前述第1絕緣膜上形成以預定之分離寬度分離的 籲複數個閘極電極的步驟;在前述複數之閘極電極間的前述 半導體層表面植入一導電型之雜質的步驟;在前述複數個 閘極電極外側的前述半導體層表面植入逆導電型雜質的步 驟;進行熱處理,以形成複數個通道區域、及具有與該通 道區域之側面大略垂直之接合面之一導電型雜質區域的步 驟,在刚述通道區域表面形成一導電型之源極區域的步 驟,形成用以一體被覆前述複數個閘極電極的第2絕緣膜 _的步驟;藉此來解決上述問題。 【實施方式】 •以 通道型之 MOSFEKmetal-oxide-semiconductor fleld effects transistor,金屬氧化物半導體場效電晶 _ )為例並參知弟1圖至第9圖說明本發明之實施形態。 第1圖係顯示第1實施形態之M0SFET之構造的剖面 圖。该圖係顯示1個單元(cel丨)的剖面圖,該單元係配置 複數個而構成M0SFET。 M0SFET係具備有··半導體基板1 ;半導體層2 ;通道 317775 8 1289356 區域4; -導電型雜質區域14;閘極電極i3;閉 11 ,層間絕緣膜16 ;以及源極區域i 5。 、 型”晶半導體基板1上方,準備例如層疊有 型麻曰曰層2之基板’以設置汲極區域1〇。在 表面設置P型之通道區域4。通道區域4係藉由離子植曰入2 以及擴散而在蟲晶層2表面設置之複數個p型雜質區域。 此外,有時亦藉由將雜質擴散在半導體基板2而形成低 阻層1。 w於η-型蟲晶層2表面設置閘極氧化膜u,並於閉極氧 化膜11 ji配置閘極電極13c)在閘極電極13上設有層間絕 緣膜16,閘極電極13係利用閘極氧化膜u以及層卩^邑= 膜16被覆周圍。 ^ 、 構成一個單元的閘極電極13係如圖所示,以分離寬度 為Lkt之分離孔12分離為2個。經分離的閘極電極、 13b係以1個層間絕緣膜16被覆。經分離的閘極電極a 籲13b彼此的閘極寬度4為均等。閘極電極13係例如在平 面圖案中配置成條狀,而通道區域4亦在其兩側配置成條 狀。 ’、 源極區域15係設在通道區域4之高濃度的11型雜質區 域,且配置在閘極電極13下方的一部份及其外側。源極區 域15係經由層間絕緣臈16間的接觸孔CH與源極電極18 接觸。 在閘極電極13下方之η-型磊晶層2的表面,設置η 型雜質區域14。在η型雜質區域14的側面係形成與相鄰 9 317775 1289356 之通道區域4的側面大致垂直的接合面。此外,n型雜挤 區域14的底部與通道區域4的底部係位於大致相同的^ 度。 、 • 分離的閘極電極13a、13b係以對稱的方式配置在 •型雜質區域14。亦即,分離孔12的中.心線與雜質區 j 14的中心線,如一點鍊線所示係大略一致。此外,閘極 •見度Lg係在通道區域4的深度xeh以下。藉此可獲得具有 與通道區域4之侧面大致垂直之接合面,且具有與通道區 •域4同等深度的n型雜質區域14。其相關說明於後文詳 述。此外’雖省略圖示但在基板!背面形成有汲極電極。 $外,在下文中因分離之閘極電極i 3 a、! 3 b為相同的閑極 電極,故以閘極電極13a進行說明。 第1圖(B)係顯示在關斷狀態下施加汲極_源極電壓時 之耗盡層50狀態的剖面圖。其中,係省略層間絕緣膜16 以及源極電極18。 • 在本實施形態中’η型雜質區域14的側面具有與相鄰 之通道區域4的側面大致垂直的接合面,且η型雜質區域 14的底部與通道區域4的底部大致位於相同的深度。亦 Ρ,通道區域4在剖面形狀中,其端部非為具有曲率的彎 /曲形狀’且相鄰之2個通道區域4其表面附近以及底部係 =別以均等的距離隔開。此外,η型雜質區域Μ係在從兩 、'^ L道區域4延伸之耗盡層5 0夹止的條件下設置。具體 2,係設定分離之閘極電極13a的分離寬度&通道區 域/采度Xch等於0 · 15以下:1。 317775 10 1289356 藉此,η型雜質區域14㈣耗盡層5〇,會如虛線所示 :般由兩側的通道區域4擴張央止,並使耗錢5〇在基板 珠度方向(垂直方向)大致均勻地擴散。 土 •""往在通道區域的底部的彎曲部分(第1G圖的a區域) 因耗盡層之夾止不夠充分而有容易崩潰的問題,但在 施形態中可避免該問題並提升耐壓性。 只 此外’夾著閑極電極13的通道區域4的間隔係在表面 及底部形成均―’且充分地使耗盡層5G夾止,故可提古n 型雜質區域14的雜質濃度。亦即在導通狀態下 ^
通電阻化的目的。 I 如上所述,在本實施形態中,係在大致同一面上 通運區域4的底部以及n型雜質區域14的底部。此外 斷狀態下施加汲極—源極電壓時,係使由兩側之通道 延伸的耗盡層50在n型雜質區域14内夾止。 藉此,可後得-種讀保預定耐壓且可在導通狀態下達 鲁到低導通電阻化目的的半導體裝置。 接著’說明本發明之第2實施形態。 心2施形態1所示,藉由使閘極寬度Lg在通道區域a 的冰度u以下,即可垂直形成〇型雜質區域14盘 =在基板味度(垂直)方向均勻地夹止,即可獲得預定的 在實施形態 MOSFET。此外, 2 其 中,進一步具體說明可獲得預定耐壓的 構造係與第1圖所示構造相同,故參照 317775 11 1289356 第1圖進行說明。 在實施形態2中,係以可施壓晴以上 曰電壓、亦即可實現瞻以上之耐壓的卿Ετ為例進= 與實施形態1相同,為形成η型雜質區域14與相鄰的 通道區域4的侧面彼此大致垂直的接合面,而將閘極長度 U成通道區域4的深度u以下。此外,為使通道區域二 ㈣度與η型雜質區域14的深度相等,必須使通道區域4 與η型雜質區域14的各雜f的摻雜量成為相同程度。 將 此外’在實施形態2中’係將閘極電極13的;離寬度 η與通這區域4的深度Xchtt(LKT:Xch),設定為〇 15以 卜具體而言,係設成w-0.6//m、Xch=4//m。此外 型磊晶層2的比電阻設定在15Ω · cm至_ •⑽。 此藉由將分離寬度Lkt與通道區物深度U設成上述 i卞件,而可充分使耗盡層50失止,並獲得具有大致垂直之 .接合面的pH接合。因此,可技n 丨1 M r-, 了將n型雜質區域14的雜質濃 ^升至lx Η)%'此外,此時的通道區域 度同樣是lx 10%m-3。 亦即’在導通狀態下’因n型雜質區域14、亦即形成 ,:甩極上3正下方之電流路徑的區域(習知的冗部)的雜 、、又車乂间’故可以低電阻使電流流通,並降低肋sfET :導通電阻。另一方面在關斷狀態下,耗盡層5〇可均等擴 政於基板冰度(垂直)方向,即使在施加^猜左右的沒極— 源極間電壓時,耗盡層50亦可均句地往基板垂直方向擴 317775 12 1289356 散。亦即 mosfet 。 可提供兼備低導通電阻與高耐壓(6QGV左右)的 弟2圖係顯示分離: 係圖。使分離寬产τ Λ 與沒極—源極電壓(Vdss)之關 形成_雜質二;:生變化’並以相同條件的雜質濃度 區域14_、^Λ 評估耐壓(Vdss)。此外n型雜質 。要丄:Λ 為1.5xl〇1w 刀隹見度在LKT=0.6/Zm以下’即可充分進行耗盡層之 :巧得可實現_v耐壓的n型雜質區域14。 ,照第3圖至第9圖’並以實施形態2的情 說 明本貫施形態之M0SFET的製造方法。 "、’ 彳實施形態之半導體裝置的製造方法係包括:在一導 導體基板上層疊—導電料導體層而形成汲極區 ==全面形成第i絕緣膜的步驟;在第i絕緣膜上形成 個門寬度分離之複數個閉極電極的步驟;在複數 / °電極間的半導體層表面植人-導電型的雜質的步 称’在锻數個閘極電極外側的半導體層表面植入逆導電型 的雜質的步驟;進行熱處理’形成複數之通道區域、及具 有與通道區域之侧面大略垂直之接合面的一導電型雜質區 域的步驟’在通這區域的表面形成一導電型的源極區域的 =形辕-峨獅_狀第2絕緣膜的 f 1步驟(爹照第3圖):準備在n+型矽晶半導體基板 上層η型的磊晶層,以形成汲極區域丨〇的基板。全面 進行熱氧化(約1_。。),並根據臨界值形成厚度為例如 317775 13 1289356 10 Ο Ο A左右的閘極氧化膜11。 第2步驟(參照第4圖)··全 你k w、曲命把 口^王面堆積無摻雜的多晶矽層, 以所希望之圖案之光阻_=相㈣電率化之目的。 ^ 胰(未圖不)做為遮罩進行乾蝕 刻,以形成閘極電極13。ΜΟΜίΓτ ^ 、 ,,π UbFET的一個單元係由··分別具 有相同閘極寬度Lg,並以分離丨 離孔12为離為2個的閘極電 極13a、13b所構成。亦即,名 、 在幵v成閘極電極13的圖案的 同日守形成分離孔12,而形成分離 ’ 攻刀離的閘極電極13a、13b。分 離孔12的寬度(Lkt)例如為 ·ϋ//πι左右。此外,亦可在全 面隹積摻雜有雜質的多晶石夕後, 極13。此外,間極電極13的炱⑽進二圖案广以形成間極電 的圖案化與分離孔12的形成亦 相 刀雔的閘極電極13a、13b由於構造 相同,故以下使用閘極電極13a進行說明。 分離之閘極電極13a的閘極寬度Lg’係設成在之後所 4 =通道區域的深度以下,例如約2.—左右。 :3㈣(㈣第5圖):全面形成綠劑膜烈,並進 以露出分離孔12及其周邊。以光阻劑膜難為 二二子植广雜質糾 分離:Fi ΐΓ" 右’加連能量為12〇KeV。n型雜f係隔介 所露出之間極氧化膜Π植入η-型蟲晶層2表 的。Π,曰如圖所示在分離孔12正下方之分離寬度為仏 &猫晶層2表面區域係形成η型雜質的植入區域。 光5 Γ 4步驟(I照第6圖):再次形成光阻劑膜抑,利用 政衫至少留下被覆於分離孔12上的光阻劑膜PR。在2 317775 14 1289356 個閘極電極13外側的n_衫晶層2表面離子植人p型的 雜質(例如硼:B)。在此,p型雜質與第3步驟之n型雜質 的摻雜量係設定為相同程度。例如,離子植入硼時,係= 加速能量:8GKeV、摻雜量:2x WW的條件下進行。此 外,夾著閘極電極13之兩側的n—型磊晶層2表面係形 型雜質的植入區域。 第5步驟(參照第7圖):進行熱處理(115〇。匸、丨別分 鐘),擴散η型雜質以及p型雜質,而在夹著閘極電極^ 的兩側形成通道區域4,並在分離孔12的下方形成n 質區域14。 〃 由分離孔12植入的η型雜質係在擴散至基板深度(垂 直)方向的同時亦擴散至橫(水平)方向。亦^藉由使分離 之閘極電極13a的閘極長度Lg成為通道區域4的深度l 以下’而可使η型雜質區域14的側面與相鄰之通道區域4 =面形成大致垂直的接合面。此外,在第4步驟的條件 ::由離子植入,η型雜質區域14的底部與通道區域4的 底部會擴散至大致相同的深度。 匕外°又疋刀離見度Lkt :通道區域4的深度xch等於 .15以下小具體而言,L㈣^,^仏。藉此, 即可在η型雜質區域14内充分使耗盡層夾止。 相_2,由於可抑制通道區域4之底部附近的崩潰,故 並二i知方式更能夠提高η型雜質區域14的雜質濃度, 亚減低導通時之電流路徑的電阻。 依照特性使通道區域4之深度Xeh形成更深的深度 317775 15 1289356 時,可更進一步進行擴散。藉此,雖备 ㈣雖會使η型雜質區域14 的見度產生變化,但只要在施加^時仍在夹止範圍内便 不會產生問題。 第6步驟(參照第8圖):利用新的光阻_pR形成露 出部分通這區域4的遮罩’並離子植人N型雜f (例如石申:
As)。設定植入能量約l00KeV左右,並設定摻雜量約k l〇15cm_2 左右。(第 8 圖(A))。 之後’利用 CVD(chemical vapor dep〇si1:i〇n,化學 籲氣相沈積)法全面堆積作為層間絕緣膜之pSG(汕⑽汕⑽此 Silicate Glass,燐酸矽化物玻璃)等的絕緣膜16,。利用 成膜時的熱處理(1 000°C未滿、60分鐘左右),擴散n型雜 質,以形成源極區域15(第8圖(B)) 〇 亦 第7步驟(參照第9圖):以新的光阻劑膜(未圖示)做 為遮罩並蝕刻絕緣膜16,,並於留下層間絕緣膜16的同 時,形成接觸孔CH。層間絕緣膜16係一體被覆n型雜質 籲區域I4上所分離的閘極電極。 、 之後,全面形成阻障金屬層(未圖示),藏鑛紹合金以 形成20000至50000人左右的膜厚。進行合金化熱處理, 形成經圖案化為所希望形狀的源極電極18,以獲得第1圖 所示之最後構造。 以上,本發明之實施形態係以n通道型M〇SFET為例進 行說明,但導電型相反之p通道型M0SFET亦可以相同方式 貫施。此外本發明未限於上述形態,只要是在一導電型半 導體基板1之下方配置逆導電型半導體層之以絕緣閘極刑 317775 16 1289356 之雙極電晶體之 IGBT(Insuiated Gate Bip〇lar
Transistor,絕緣閘極雙極電晶體)為首的絕緣閘極型的半 導體tl件,即可以相同方式實施並獲得相同效果。 (發明之效果) • 根據本發明,第卜可藉由設置η型雜質區域,形成 通道區域的側面與11型雜質區域大略垂直的接合面。因 此,通道區域的間隔會在表面附近與底部附近形成大致等 間隔。此外’以令從兩侧之通道區域延伸之耗盡層成為夹 籲止的條件(雜質濃度以及寬度)下形成η形雜質區域,亦可 使耗盡層在通道區域底部附近充分夾止。藉此,可避免通 道區域之隅角部(第1〇圖的區域a)的崩潰。 具體而言,在藉由將通道區域的深度Xch,設成丨個單 元所分離之閘極電極的閘極長度^以上,而形成通道區域 的擴散步驟中,可設置具有與通道區域的側面垂直的接合 面,且與通道區域具同等深度的n型雜質區域。 • 此外,藉由使分離之閘極電極的分離寬度Lkt:通道區 域深度Xch.等於0.6以下:4,可形成與通道區域形成垂直 接合面的η型雜質區域,且可使心雜質區域的寬度形成 耗盡層在該區域内夾止的寬度。藉此,即可獲得6〇〇ν以上 的汲極-源極間電壓Vdss。此外,由於在通道區域底部附近 亦可i充分3夹止,故可將η型雜質區域的雜質濃度提高至1 X 10 cm為止,而貫現導通狀態下之低電阻化以及關斷狀 態下之耐壓的提升。 第2,形成閘極電極後進行n型雜質區域的離子植入, 317775 17 1289356 在形成通道區域的擴散步驟中形成n形雜所 — 可避免受到形成閘極電極中之熱處理的影^ 4 °,此, 制η型雜質區域的深度。 β且更各易控 • &外’猎由控制通道區域與η型雜質區域的摻、旦 可將該等底部形成為大致均等的深度。例士 ’ $ Μ, •中離子植入删(加速能量:8〇KeV、接雜量;1 2χ 區域 ,,在η«質區域中離子植人鱗(加速能量:i2GiJm雜 並以崎的熱處理形成時,即可 鲁大致均等的深度。此時,雖然n型雜質區域會形成 f術更高的濃度(lxl(TW左右),但因耗盡層會在基板 冰度^垂直)方向均勻地夾止,故可獲得預定之耐壓。例如, 在本貝施形悲中,當型蠢晶層的比電阻p在上5 ω ·⑽ 至20Ω ·㈣時,可獲得6〇〇v以上的汲極-源極間耐壓。 【圖式簡單說明】 第1圖係說明本發明之半導體裝置之(人)剖面圖、(B) 剖面圖。 第2圖係說明本發明之半導體裝置的特性圖。 第3圖係說明本發明之半導體裝置之製造方法的剖面 圖〇 圖 第4圖係說明本發明之半導體裝置之製造方法的剖面 第5圖係說明本發明之半導體裝置之製造方法的剖面 第β圖係說明本發明之半導體裝置之製造方法的剖面 18 317775 !289356
第7圖係說明本發明之半導體裝置之製造方法的剖 圖。 第8圖(A)及(B)係說明本發明之半導體裝置之製造方 法的剖面圖。 第9圖係說明本發明之半導體裝置之製造方法的剖面 圖。 第10圖係說明習知半導體裝置之製造方法的剖面圖 第11圖(A)至(C)係說明習知半導體裝置之製造方法 的剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 n+型半導體基板 2 η-型磊晶層(汲極區域)
4 通道區域 10 11 閘極氧化膜 12 13、 13a、13b閘極電極 14 15 源極區域 16 18 源極電極 21 22 η型蟲晶層( >及極區域) 24 通道區域 31 33 閘極電極 35 36 層間絕緣膜 38 40 η型雜質層 45 50 耗盡層 CH >及極區域 分離孔 η型雜質區域 層間絕緣膜 η+型半導體基板 閘極氧化膜 源極電極 源極電極 7Γ部 接觸孔 317775 19 1289356
Lg 閘極寬度 Lkt 分離寬度 Vdss 汲極-源極間電壓 Xch 通道區域深度 20 317775

Claims (1)

1289356 十、申請專利範圍: 1· 一種半導體裝置,係具備有·· 一導電型半導體基板; 在别述基板上層疊一導電型半導體層的汲極區域,· 。又在成述半導體層表面的複數個逆導電型通道區 域; 設在相鄰之前述通道區域間,且具有與該通道區域 之側面大略垂直之接合面的一導電型雜質區域; 。又在釗述一導電雜質區域上方的前述半導體層表 面的閘極電極; 被復刚述閘極電極的絕緣膜;以及 汉在則述通道區域表面的一導電型的源極區域。 .如申請專利範圍第丨項之半導體裝置,其中,前述一導 電型雜質區域的底部與前述通道區域的底部係位於大 致相同的深度。 3.如申請專利範圍項之半導體裝置,其中,由 2緣版所被覆的前述閘極電極,係以财之分離寬度 破/刀雔為稷數個,且彼此具有同一閘極寬度。 4·如申請專利範圍第3項之半導: 智m如、, 貝 <牛¥脰裝置,其中,前述閘極 見度係在W述通道區域的深度以下。 5·如申請專利範圍第3項之半 罟 、, 官;$:命义、+、2 4 干V體衣置,其中,丽述分離 見度與刖述通道區域深度的比為〇·ΐ5以 6·如申請專利範圍第i項之半·。 態下施加沒極-源極電_,¥;;^:十其中,,在關斷狀 ㈢使由用j述通道區域擴散 317775 21 1289356 到前述一導電雜質區域的耗盡層夾止。 7·種半導體裝置之製造方法,係具備有: 在一導電型半導體基板上層疊一導電型半導體層 •而形成2極區域,以形成第1絕緣膜的步驟; . 在别述第1絶緣膜上形成閘極電極的步驟; 在岫述閘極電極外側形成複數個逆導電型通道區 - 域的步驟; 形成具備有與前述通道區域之側面大略垂直之接 響合面的一導電型雜質區域的m 在刖連通道區域&面形成一I電型之源極區域的 步驟;以及 形成用以被覆前述一導電型雜質區域上方之前述 閘極電極的第2絕緣膜的步驟。 8. 一種半導體裝置之製造方法,係具備有: 在&電型半導體基板上層疊一導電型半導體層 •而形成=極區域,以全面形成第i絕緣膜的步驟; 在4述第1絕緣膜上形成以預定之分離寬度分離 的複數個閘極電極的步驟; 在前述複數個閘極電極間的前述半導體層表面植 入一導電型之雜質的步驟; 在前述複數個閘極電極外側的前述半導體層表面 植入逆導電型雜質的步驟; s " 進仃熱處理,以形成複數個通道區域、及具有與該 通道區域之側面大略垂直之接合面之一導電型雜質區以 317775 1289356 域的步驟; y述it m域表面形成—導電型之源極區 步驟;以及 ‘ 絡开/成用以一體被覆前述複數個閘極電極的第2絕 緣膜的步驟。 :9.:申J青專利範圍第8項之半導體裝置之製造方法,其 以下〕埏閘極電極之閑極寬度係在前述通道區域的深度 •申:專T圍第7項或第8項之半導體裝置之製造方 笙、、中’前述一導電型雜質區域與前述通 寺之雜質濃度。 J 申^專利範圍第1G項之半導體裝置之製造方法,其 刚述導電型雜質區域的雜質濃度係lx l〇ncnf3 左右。 申二專利圍第8項之半導體裝置之製造方法,其 4攻刀離見度與前述通道區域深度的比為5以 * · 1 〇 13·=*專利範圍第7項或第δ項之半導體裝置之製造方 域:中’刖述一導電型雜質區域的底部與前述通道區 或的底部係形成大致相同的深度。 申=專利範圍第8項之半導體裝置之製造方法,其 15如申源極區域係藉由離子植入以及擴散而形成。 法^專利範圍第7項或第8項之半導體裝置之製造方 "中’係在前述閑極電極形成後進行用以形成前述 317775 23 1289356 一導電型雜質區域的雜質 16 ·如申士主奎立f松 、、子植入。 明專利乾圍第第7項或第8 方法,其中,前付、一道+ 頁之+V體裝置之製造 能下於Λ"、电型雜質區域係形成,在關斷狀 二汲極-源極電壓時,從前述通道區域擴散之耗 盡層會夾止的寬度。 、匕'擴政之耗
317775 24
TW095100268A 2005-03-17 2006-01-04 Semiconductor device and manufacturing method thereof TWI289356B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005077570 2005-03-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200635043A TW200635043A (en) 2006-10-01
TWI289356B true TWI289356B (en) 2007-11-01

Family

ID=36589356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW095100268A TWI289356B (en) 2005-03-17 2006-01-04 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1703567A3 (zh)
CN (1) CN100536166C (zh)
TW (1) TWI289356B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102737990A (zh) * 2011-04-12 2012-10-17 北大方正集团有限公司 处理半导体器件的方法、装置和系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3448138B2 (ja) * 1995-10-05 2003-09-16 株式会社日立製作所 半導体装置の製造方法
JPH10335643A (ja) * 1997-06-05 1998-12-18 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
DE19902749C2 (de) * 1999-01-25 2002-02-07 Infineon Technologies Ag Leistungstransistoranordnung mit hoher Spannungsfestigkeit
JP2001119025A (ja) * 1999-10-21 2001-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体素子およびその形成方法
JP3906105B2 (ja) * 2002-03-29 2007-04-18 株式会社東芝 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1703567A2 (en) 2006-09-20
CN1835249A (zh) 2006-09-20
EP1703567A3 (en) 2008-07-02
CN100536166C (zh) 2009-09-02
TW200635043A (en) 2006-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI364110B (en) High voltage semiconductor devices
JP5862660B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
TW494481B (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5630926B2 (ja) 半導体装置
JP4861544B2 (ja) Mosゲート電力装置
TWI377671B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
TWI353025B (en) Semiconductor structure with improved on resistanc
TWI269444B (en) Semiconductor device and process
JP4192281B2 (ja) 炭化珪素半導体装置
JP2007227746A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2003324196A (ja) 縦型mosfetとその製造方法
TWI229941B (en) High voltage metal-oxide semiconductor device
JP2009088005A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH03232276A (ja) 半導体装置の製造方法
US20180308943A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2001077354A (ja) 縦型絶縁ゲート半導体装置
US8133788B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR101960547B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP2001127285A (ja) 縦型電界効果トランジスタ
JP2007067447A (ja) 縦型超接合半導体素子
JPS6344768A (ja) 電界効果型トランジスタ及びその製造方法
JP6005903B2 (ja) 半導体装置の製造方法
TWI289356B (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004207492A (ja) 半導体素子の製造方法
JP2006332232A (ja) 半導体装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees