JP2003318396A - 縦型mosfetとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
を増大させずにセルサイズを小型化した縦型MOSFE
Tとその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板1に設けられたトレンチ型の
ゲート6,7,8で囲まれた領域にユニットセルが構成
され、当該ユニットセル内にベース層9及びソース層1
0が形成され、当該ユニットセルの中央に基板の表面側
からソース層及びベース層にわたってトレンチ型のコン
タクト12,17が形成され、基板の表面にコンタクト
につながるソース電極18が形成され、基板の裏面にド
レイン電極19が形成されているUMOSFETにおい
て、コンタクトはベース層の不純物濃度のピーク深さと
異なる深さに形成され、コンタクトの底部にはベースコ
ンタクト層14が形成される。
Description
た縦型MOSFETに関し、特にU字型のトレンチ溝に
ゲート電極を形成したMOSFET(UMOSFET)
とその製造方法を提供するものである。
T)は、パワーエレクトロニクス分野で用いられるデバ
イスである。応用機器により数10〜数100Vの耐電
圧(ドレイン・ソース間耐圧:BVdss)が要求され
るとともに、オン時(動作時)の抵抗(オン抵抗:Ro
n)低減による低消費電力対応、寄生容量・寄生抵抗の
低減による高速動作対応、過酷な動作環境における破壊
対量の向上、及びそれら諸特性間のトレードオフ改善
が、技術トレンドとなっている。
するためには、縦型MOSFET構造における各抵抗成
分をそれぞれ低減することが必要である。従来からある
Nチャネル二重拡散型MOSFET(DMOSFET)
の場合、オン抵抗Ronの構成成分は式(1)で示され
ることが、Power Semiconductor Devices(1996年,PWSPU
BLISH COMPANY) に記述されている。 Ron=R(N+)+R(CH)+R(A)+R(J)+R(D)+R(S)… (1) ここで、R(N+)はN+ ソース層、R(CH)はチャ
ネル領域、R(J)は寄生ジャンクションFET領域、
R(D)はドレインドリフト層、R(S)はシリコン基
板領域におけるそれぞれの抵抗成分である。ただし、実
際は、R(N+)、R(A)は他の抵抗成分と比べると
寄与が小さいことがわかっている。
てオン抵抗が低減できることから製品化が増えてきてい
る、U字型のトレンチ溝にゲート電極を形成したMOS
FET(UMOSFET)では、構造上R(J)が存在
せず、式(1)を重要な項のみにすると、式(2)のよ
うに表すことができる。 Ron≒R(CH)+R(D)+R(S)…(2) 実際は、チップレイアウトに依存するソースAl(アル
ミニウム)抵抗、実装時のボンディングワイヤー抵抗な
どが製品レベルでは存在するが、チップレベルでの規格
化された性能比較においては、式(2)の成分で議論さ
れることが多い。
す。R(CH)は、並列に接続されるMOSFETセル
の小型化を図ることで、単位面積あたりの電流密度を向
上させることができるので、結果として低減することが
可能となる。R(D)は、通常シリコン基板上に成長さ
せたエピタキシャル層をドリフト層として用いるため、
このエピタキシャル層を薄くするか、不純物濃度を高く
することで低減が可能となる。ただし、同時に耐圧を維
持する工夫が不可欠となる。R(S)はシリコン基板を
薄くするか、不純物濃度を高くすることで低減が可能と
なる。比較的使用電圧の高い応用分野(例えば100V
以上)では、R(D)の占める割合が非常に大きいのに
大して、比較的使用電圧の低い応用分野(例えば100
V以下)では、R(CH)とR(D)がともに支配的と
なり、さらに低い電圧ではR(CH)の占める割合が一
番大きくなってくる。
H)を低減する手法であるセルの小型化については様々
な構造・製法が提案されているが、例えば、電気学会研
究会資料EDD−90−52、IEEE Transaction on El
ectron Devicees,Vol.41,No.5 には、トレンチ溝をゲー
ト電極にしたUMOSFET構造に加え、ソース拡散層
にも溝を形成してW(タングステン)を埋め込んだソー
スコンタクト構造により、セルピッチ3〜4μmを実現
した技術が提案されている。この技術を用いたUMOS
FETの構造の一例を、図10の断面図により説明す
る。
1表面に形成されたN- 型エピタキシャル層402表面
に、P型ベース層409、N+ 型ソース層410が形成
され、P型ベース層409を貫通してN- 型エピタキシ
ャル層402に達するトレンチ溝内には、ゲート酸化膜
407及びポリシリコン408が埋め込まれている。ゲ
ート電極となるポリシリコン408上には選択酸化(L
OCOS)による酸化膜411が形成され、トレンチゲ
ート間にはN+ 型ソース層410を貫通してP型ベース
層409に達するコンタクトホール412が形成されて
いる。コンタクトホール412直下にはP+ 型ベースコ
ンタクト層414が形成され、またコンタクトホール4
12内部には選択CVDによるW417が埋め込まれ、
酸化膜20及びW417上に、Alからなるソース電極
418が形成されている。またN + 型シリコン基板40
1の裏面にはCr−Ni−Ag(クロム・ニッケル・
銀)からなるドレイン電極419が形成されている。
フアラインでソースコンタクト領域が決定でき、さらに
P+ 型ベースコンタクト層414もそのコンタクトとセ
ルフアラインで形成することができるため、2回のマス
クを必要とするフォトリソグラフィ工程が不要となるこ
とである。そのため、パターンずれを考慮することなく
トレンチゲート・コンタクト間隔を設計でき、結果とし
てセルの小型化が可能となる。また、Wを埋め込むこと
でコンタクト幅を小さくすることも可能としている。そ
の一方で、問題点としては、トレンチ溝内のポリシリコ
ン及びゲート酸化膜は、実際には表面に凹凸が残るた
め、LOCOS形成自体が困難であるか、または厚さ制
御が困難であることが挙げられる。また、通常のLOC
OSのバーズビークは、ほぼ厚さと同等の長さに形成さ
れるため、トレンチゲート・コンタクト間隔に制限が生
じる。また、Wの選択CVDにはTi(チタン)、Mo
(モリブデン)等による下地パターンが必要であり、こ
の形成にフォトリソグラフィ工程が必要となってしま
う。
posium On Power Semiconductor Devices and ICs(1999
年) にも前述と同様なUMOSFETのソースコンタク
ト部において、高温プロセス(〜500℃)によりアル
ミニウムを埋め込んだ構造が示されていて、セルピッチ
が従来構造の1/2になることが記述されている。ま
た、特開2000−223708号公報にも、このアル
ミニウム埋め込み構造と同様なUMOSFET構造及び
製造方法が示されている。この技術を用いたUMOSF
ETの構造を、図11の断面図により説明する。図11
において、N+ 型シリコン基板501表面に形成された
N- 型エピタキシャル層502表面に、P型ベース層5
09、N+ 型ソース層510が形成され、P型ベース層
509を貫通してN- 型エピタキシャル層502に達す
るトレンチ溝内には、ゲート酸化膜507及びポリシリ
コン508が埋め込まれている。ゲート電極となるポリ
シリコン508上には層間酸化膜511が形成され、ト
レンチゲート間にはN+ 型ソース層510を貫通してP
型ベース層509に達するコンタクトホール512が形
成されている。コンタクトホール512直下にはP+ 型
ベースコンタクト層514が形成され、コンタクトホー
ル512内部には層間酸化膜511上にまで延在するT
iW(チタンタングステン)516が堆積され、その表
面上にはAlからなるソース電極518が形成されてい
る。またN+ 型シリコン基板501の裏面にはドレイン
電極519が形成されている。
ル512の側面でN+ 型ソース層510とのコンタクト
を、また、コンタクトホール512の底面でP+ 型ベー
スコンタクト層514とのコンタクトを、すなわちP型
ベース層509とコンタクトを取ることができるため、
P+ 型ベースコンタクト層514を形成するフォトリソ
グラフィ工程が不要となることである。しかしながら、
問題点としては、Al形成に高温プロセスを用いる場
合、特殊な工程が必要になることと、例えば通常の10
0〜300℃程度でのAlスパッタの場合はカバレッジ
が悪く、コンタクトホールが小さいとボイド(「す」)
ができてしまい、十分に埋め込みができないため、結局
コンタクト幅の設計に制限がかかるということが挙げら
れる。また、どうにか埋め込めたにしても、Alカバレ
ッジが悪いと表面形状が凸凹になり、チップレイアウト
に依存するソースAl抵抗の増大が懸念される。
及び図11の構造では利点がある一方で前述したような
問題点も残されており、さらに、両者に共通の問題点と
しては、P+ 型コンタクト層をコンタクトホール底部に
形成する際、横方向への拡散によりチャネル部の不純物
濃度が高くなるため、しきい値電圧(Vt)が増加する
という問題があることである。このVtを増加させない
ためには、トレンチゲート・コンタクト間隔を広く取る
必要があり、結果としてセルの小型化ができなくなる。
また、コンタクトホールの側面でN+ ソースのコンタ
クトを取るため、側面では表面より不純物濃度が低下す
るためにコンタクト抵抗の増大が懸念される。すなわ
ち、式(1)の説明で、他の抵抗成分と比べると寄与が
小さいとされるR(N+)が無視できなくなり、Ron
の増加につながってしまうことになる。
のUMOSFETにおいて、ソース層とベース層にも溝
を形成するトレンチコンタクト構造を用いる場合におい
て、Vtやソース抵抗を増大させずにセルサイズを小型
化した縦型MOSFETとその製造方法を提供するもの
である。
設けられたトレンチ型のゲートで囲まれた領域にユニッ
トセルが構成され、当該ユニットセル内にベース層及び
ソース層が形成され、当該ユニットセルの中央に基板の
表面側からソース層及びベース層にわたってトレンチ型
のコンタクトが形成され、基板の表面にコンタクトにつ
ながるソース電極が形成され、基板の裏面にドレイン電
極が形成されているUMOSFETにおいて、コンタク
トはベース層の不純物濃度のピーク深さと異なる深さに
形成され、かつコンタクトの底部にベースコンタクト層
が形成されていることを特徴とする。
トの深さdと、同じく半導体基板の表面からのベース層
の不純物濃度のピークの深さzとの間には、d≦z−
0.1μmまたはd≧z+0.1μmの関係を有する。
また、コンタクトの側壁にはベースコンタクト層が形成
されていない。なお、コンタクトの底面及び側壁には金
属シリサイドが形成されていることが好ましい。また、
コンタクト内には金属が埋設されて表面が平坦化され、
この平坦化された表面上にソース電極が形成されてその
表面が平坦化される。さらに、コンタクトは表面から裏
面側に向けて開口寸法が徐々に低減するテーパ状に形成
される。
造方法において、ソース層及びベース層にトレンチ型の
コンタクトを形成するためのコンタクトホールをベース
層の不純物濃度のピーク深さと異なる深さに形成した
後、当該コンタクトホールの内面に酸化膜を形成し、当
該酸化膜を介して前記コンタクトホールの底面に不純物
をイオン注入してベースコンタクト層を形成することを
特徴とする。
側に向けて開口寸法が徐々に低減するテーパ状に形成す
る。また、当該コンタクトホールの底面に対して垂直方
向、あるいは垂直方向から若干傾いた角度方向からイオ
ン注入する。また、コンタクトホールの底面及び側壁に
金属シリサイドを形成する工程を含むことが好ましい。
さらに、コンタクトホールを形成した後、当該コンタク
トホール内に金属を埋設し、かつ当該金属の表面を平坦
化した後にソース電極を形成する工程を含むことが好ま
しい。
ス層の不純物濃度のピーク深さと異なる深さに形成する
ことで、コンタクトの底面に形成されるベースコンタク
ト層の不純物によるチャネル部への影響を抑制し、Vt
を増大させずにセルサイズを小型化することができる。
また、コンタクトの側壁にベースコンタクト層が存在し
ないため、ソース層抵抗を増加させることはない。さら
に、ソース電極の表面を平坦化することが可能になり、
ボンディング抵抗を低減することが可能になる。
参照して説明する。図1及び図2は、本発明の実施例を
説明するための、UMOSFETチップにおけるセルの
平面図である。図1(a)は複数個の四角形セルを行列
配置した場合、図1(b)は同じ四角形セルの行方向の
配列位置を相違させて行列配置した場合、また、図2
(a)は六角形セルを配置した場合、図2(b)は細長
いセルを列方向に配置した場合の例を示している。各図
のセルにおいて、セルの構成単位であるユニットセル1
01,201,301はゲート電極が形成されるトレン
チ106,206,306によって便宜的に分離して定
義することができる。各ユニットセル101,201,
301の中央にはコンタクトホール112,212,3
12が配置されるが、形状は四角形、六角形、八角形、
円形など、どれであっても良く、コンタクトホールが十
分小さい場合は、フォトリソグラフィの解像力にもよる
が、角が取れてほぼ円形になる。また、各図のセルのい
ずれにおいても、A−A’線での断面構造は同様とな
り、その詳細な断面構造を図3に示す。
面図であり、N+ 型シリコン基板1表面に形成されたN
- 型エピタキシャル層2表面に、P型ベース層9、N+
型ソース層10が形成され、P型ベース層9を貫通して
N- 型エピタキシャル層2にするトレンチ6内には、ゲ
ート酸化膜7及びポリシリコン8が埋め込まれている。
ゲート電極となるポリシリコン8上には層間酸化膜11
が形成され、隣接するトレンチゲート間にはN+ 型ソー
ス層10を貫通してP型ベース層9に達する所要深さの
コンタクトホール12が形成されている。コンタクトホ
ール12直下にはP+ 型ベースコンタクト層14が形成
されている。コンタクトホール12内には層間酸化膜1
1上にまで延在するバリアメタル16が堆積され、その
表面上のコンタクトホール12の直上部分にはW17が
埋め込まれ、さらにその表面上にはソース電極18が形
成されている。またN+ 型シリコン基板1の裏面にはド
レイン電極19が形成されている。
に接続された図には表れないゲート電極にVt以上の電
圧が印加されると、トレンチ6の側壁に接するP型ベー
ス層9が反転してチャネルとなり、ドレイン電流が流れ
る。詳細に説明すると、オン時の電流経路には、ソース
電極18、W17、バリアメタル16、シリサイド1
5、ソース層10、前記チャネル領域、N- 型エピタキ
シャル層2、N+ 型シリコン基板1、ドレイン電極19
が存在する。また、オフ時(ゲート電極に電圧を加えな
い状態)は、ドレイン電極19とソース電極18間に高
電圧をかけることが可能で、主としてN- 型エピタキシ
ャル層2とP型ベース層9のPN接合に空乏層が形成さ
れ、耐圧を越えるとブレークダウンしてアバランシェ電
流がドレイン・ソース間に流れる。
方法を説明するための工程断面図である。まず、図4
(a)に示すように、N+ 型シリコン基板1表面に、N
- 型エピタキシャル層2を成長させる。N+ 型シリコン
基板1は結晶面{100}で、As(ヒ素)が1E19
〜8E19/cm3 ドープされたものが好ましく、その
厚さは、例えば6インチ径ウェハの場合600〜700
μmである。N- 型エピタキシャル層2の厚さと不純物
濃度は、MOSFETの耐圧やオン抵抗特性によって決
定する必要があるが、例えば、P(リン)が2E16/
cm3 程度ドープされた、厚さ約5μmの層とする。
り厚さ10〜50nmの酸化膜(SiO2 )3を形成
後、CVDにより厚さ100〜200nmの窒化膜(S
i3 N 4 )4及び厚さ100〜200nmの酸化膜5を
堆積し、これら複合膜をフォトリソグラフィ技術により
パターニングする。その後それら複合膜をマスクにして
シリコンエッチングを行い、N- 型エピタキシャル層2
にトレンチ6を形成する。このトレンチ6の深さ、幅、
隣接トレンチ間の距離は、MOSFETの耐圧やオン抵
抗特性を左右するため、最適な寸法とする必要がある
が、後で形成する不純物拡散層の形成状態ともかかわり
があり、ある程度の自由度もある。トレンチ幅は、今日
の微細加工技術では0.5μm以下とすることが可能で
ある。トレンチ深さは、N- 型エピタキシャル層2の厚
さより浅く、後で形成するP型ベース層より深いことが
好ましく、例えば1〜1.5μm程度とする。また、ト
レンチ6の底面に対するトレンチ6側壁の角度(テーパ
角度)は90°以下とすることが望ましい。
膜をエッチングにより除去した後、トレンチ6の開口部
コーナー及び底部コーナーを丸める。この丸めの方法と
しては、例えば特開平10−223891号公報に記載
されているように、酸素雰囲気、約1100℃でシリコ
ン表面に犠牲酸化膜を成長した後、これをエッチング除
去する方法や、例えば、Proceedings of International
Symposium On PowerSemiconductor Devices and ICs(2
000年) に記述されているような、水素雰囲気、約95
0℃で熱処理を行う方法がある。
より厚さ10〜100nmのゲート酸化膜7をN- 型エ
ピタキシャル層2表面及びトレンチ6内部に形成後、C
VDによりポリシリコン8を堆積する。ポリシリコン8
をトレンチ内に十分に埋め込むため、その厚さはトレン
チ6の開口幅以上にする必要があり、例えばトレンチ6
の開口幅が0.35μmの場合、0.35〜0.7μm
の厚さとする。トレンチ6の丸め処理によっては、トレ
ンチ6の開口幅が大きくなることを考慮している。ま
た、ポリシリコン8はゲート電極として用いられるた
め、低抵抗であることが好ましく、堆積後にPやAs拡
散を行い高濃度N型にするか、それら不純物をドープし
ながら堆積する方法が用いられる。
コン8をエッチバックして、トレンチ6内部にのみ残る
ように形成する。ただし、MOSFETチップ構造にお
いては、ポリシリコン6によるゲート電極の引出しが必
要であり、セル領域外の場所では図には表れないがフォ
トリソグラフィによるパターニングが必要である。続い
て、B(ボロン)またはBF2 (弗化ボロン)イオンの
注入及び酸素雰囲気あるいは窒素雰囲気での熱処理を行
い、トレンチ6よりも浅い深さでP型ベース層9を形成
する。例えば、Bイオンを、30〜80keVのエネル
ギー、5E12〜5E13/cm2 のドーズ量で注入
し、1100〜1150℃、数10分の熱処理を行うこ
とで、0.5〜1.5μm程度の深さに形成することが
できる。さらにP型ベース層9の表面には、Asイオン
の注入及び窒素雰囲気での熱処理を行い、N+ 型ソース
層10を形成する。例えば、Asイオンを、30〜10
0keVのエネルギー、1E15〜5E16/cm2 の
ドーズ量で注入し、800〜900℃、数分〜数10分
の熱処理を行うことで、0.1〜0.5μm程度の深さ
に形成することができる。なお、BまたはAsのイオン
注入前には、ゲート酸化膜7がシリコン表面に残ってい
るが、イオン注入条件に合わせ、酸化膜の付け直し(厚
さを変えるなど)を行っても良い。
より0.5〜1μmの厚さで層間酸化膜11を堆積す
る。層間酸化膜としては、TEOS(テトラエトキシシ
ラン)ガスを用いたSiO2 やBPSG(ボロンリンケ
イ酸ガラス)が一般的である。次に、図5(c)に示す
ように、フォトリソグラフィーによりパターニングを行
い、層間酸化膜11のエッチングを行い、連続してN+
型ソース層10を貫通してP型ベース層9まで達する深
さにシリコンをエッチングして、コンタクトホール12
を形成する。ここで、シリコン表面からコンタクトホー
ル12の底部までの深さdは、図3(b)に示したX−
X’線でのP型ベース層9の不純物濃度プロファイルに
よるピーク深さzとの関係において、当該ピーク深さz
と異なる深さにすることが好ましい。特に、d≦z−
0.1μmまたはd≧z+0.1μmとすることが好ま
しい。
て、図7(a)に示すように、シリコン表面であるN+
型ソース層10表面とコンタクトホール12のなすテー
パ角度θ1は、θ1<90°、また、コンタクトホール
12の底部と側壁のなすテーパ角度θ2は、θ2<90
°であることが望ましい。これは、後でソース電極また
はそれに接続される材料を埋め込む際のカバレッジを考
慮してのことであり、θ1,θ2ともに小さい程、埋め
込みは容易となる。ただし、θ1,θ2が小さ過ぎる
と、逆に埋め込み材料にボイドができたり、また、トレ
ンチ6とコンタクトホール12の間隔が狭くなりゲート
・ソース間ショートが起きやすくなるなどの弊害がある
ため、その点では、θ1>80°、θ2>80°が許容
範囲となる。
より酸化膜13を5〜30nmの厚さで堆積後、BF2
イオンの注入を及び窒素雰囲気での熱処理による活性化
を行い、P+型ベースコンタクト層14をコンタクトホ
ール12の底部下に形成する。この時、熱処理をかけす
ぎると、不純物が横方向と下方向に拡散が進み、P+型
ベースコンタクト層が拡がってしまうため、イオンの活
性化に必要な最小限の熱処理時間、温度に抑える必要が
ある。例えば、BF2 イオンを、15〜80keVのエ
ネルギー、5E14〜5E15/cm2 のドーズ量で注
入し、800〜900℃、数分〜数10分の熱処理、ま
たは900〜1050℃、数秒〜数10秒のRTA(Ra
pid Thermal Anealling)を行う。
(a)に示すように、スパッタによりTiとTiN(窒
化チタン)からなるバリアメタル16を堆積した後、C
VDによりW17を堆積する。W17の厚さは、コンタ
クトホール12の開口幅以上にする。次に、図6(b)
に示すように、W17をエッチバックしてコンタクトホ
ール12内にプラグ状に残す。次に、図6(c)に示す
ように、スパッタによりAlSi(アルミシリコン)ま
たはAlSiCu(アルミ銅シリコン)を堆積し、ソー
ス電極18を形成する。ソース電極18の厚さはAlS
iまたはAlSiCuの抵抗成分を減らすためには厚い
ほど好ましく、実際には4〜6μm程度に形成する。A
lSiまたはAlSiCuは、MOSFETチップ構造
において、ソース電極19以外に、ポリシリコン8に接
続するゲート電極としても使用されるため、セル領域外
の場所でフォトリソグラフィーによるパターニング及
び、エッチングが必要である(図示無し)。続いて、表
面保護膜として、PSGや窒化膜などのカバー材を堆積
して、ボンディング領域の形成などのためフォトリソグ
ラフィーによるパターニング及び、エッチングを行う
(図示無し)。最後にN +シリコン基板1の裏面を所望
の厚さ分だけ研削し、数種のメタルを蒸着することでド
レイン電極19を形成する。
ホール12の基板表面からの深さdをP型ベース層9の
不純物濃度ピークの基板表面からの深さzとは異なる深
さに形成することで、すなわち、前述のように深さdを
不純物濃度ピーク深さzに対し、d≦z−0.1μmま
たはd≧z+0.1μmとしているので、コンタクトホ
ール12の底部に形成したベースコンタクト用の不純物
拡散層14が熱処理により下方向及び横方向に拡がって
いる場合でも、Vtに影響を与えるチャネル部の不純物
濃度ピークをほとんど変えることなく、ゲート電極とし
てのトレンチ6とコンタクトホール12との間隔を詰め
ることが可能になり、セルサイズの小型化に有効とな
る。なお、本発明者の実験によれば、ある耐圧をもつM
OSFETにおいては、d=z−0.1μm、あるいは
d=z+0.1μmにおいて好ましい結果が得られてい
る。MOSFETの耐圧が相違する場合には深さdは変
化するが、前記範囲内に設定することで好ましい結果が
得られている。因みに、コンタクトホール12の深さd
がP型ベース層9の不純物濃度ピーク深さzに対して前
述の範囲以外の深さにあると、特に、トレンチ6とコン
タクトホール12との間隔が狭い場合にはベースコンタ
クト用の不純物拡散層14の拡散により不純物濃度ピー
クが高くなり、チャネル部での不純物濃度に影響を与
え、Vtを増加させてしまうことになる。
N+ 型ソース層10の深さよりも深く形成することが必
要であり、特に、ソース層10の底部の不純物濃度が逆
導電型であるP型ベース層9に打ち消されてソース抵抗
R(N+)が上昇する懸念があるため、ソース層10の
深さ+0.1μm程度よりも深く形成することが好まし
い。また、深さdは最大でP型ベース層9とN- 型エピ
タキシャル層2の接合部まで深く形成することが可能で
あるが、当該接合部とコンタクトホール12の底部との
間隔がソース・ドレイン間耐圧に関係するために、当該
接合部の深さよりも0.3μm程度浅く形成することが
好ましい。
トホール12のテーパ角度θ2、コンタクトホール12
内に不純物をイオン注入する際に形成する酸化膜厚t、
注入するイオンの飛程(Rp+ΔRp)の関係が、(R
p+ΔRp)<t/cos(θ2)となるようにして製
造を行っているため、前述のようにコンタクトホール1
2をP型ベース層9内に所要の深さで形成した場合にお
いても、コンタクトホール12の側壁にベースコンタク
ト用の不純物拡散層14が存在することはなく、ソース
コンタクト抵抗の増大を抑制し、オン抵抗の増大を抑制
することが可能である。すなわち、コンタクトホール1
2の側壁にソース拡散層14の一部が拡散していると、
ソースコンタクト抵抗が増大し、オン抵抗の増大を招い
てしまう。また、このようなコンタクトホール12の側
壁に拡散している不純物はチャネル部へ拡散され、Vt
を増加させる原因となる。
クトホール12内にW17がプラグとして埋設され、そ
の上でソース電極18が形成されているため、最終的に
ソース電極18の表面が平坦に形成されている。そのた
め、ソース電極18の抵抗成分が低減可能になるととも
に、平坦な表面のソース電極18は、当該表面に対して
施されるワイヤボンディングやクリップボンディングに
おいて接触面積を大きくでき、実装後の全体でのオン抵
抗を低減することができる。また、表面に凹凸のあるソ
ース電極では形成困難なバンプ接続によるチップ実装も
可能となる。
(c)の工程で形成したコンタクトホール12における
テーパ角が、90°>θ2>80°の場合、その直後の
工程の後形成する酸化膜13の厚さをt、BF2 イオン
の注入角度を0°、注入エネルギーに対するイオンの飛
程(分散を含む)を(Rp+ΔRp)とすると、(Rp
+ΔRp)<t/cos(θ2)となるように、それぞ
れを設定すればよい。例えば、θ2>80°、t=10
nmの時、コンタクトホール12の側壁酸化膜13の垂
直方向の厚さは最大で約57.6nmとなるので、注入
エネルギー45KeVであれば、(Rp+ΔRp)≒
(36+17)=53nmのため、側壁にはイオン注入
されない
あり、図1及び図2のA−A’線に相当する箇所の断面
図である。図8において、図3(a)と等価な部分には
同一符号を付して詳細な説明は省略する。この第2の実
施形態では、コンタクトホール12の底面及び側壁、す
なわちP型ベース層9及びN+ 型ソース層10に接する
部分にシリサイド層15を設けたことが第1の実施形態
と異なる特徴である。
部の断面図である。第1の実施形態と同じ工程の図4
(a)〜図5(c)の工程を行い、さらに、図5(d)
に示したように、酸化膜13を通して、Asを1E14
〜3E14/cm2 程度のドーズ量で注入し、コンタク
トホール12に接するN+ 型ソース層10、P+ 型ベー
スコンタクト層14、P型ベース層9の表面を非晶質化
する。その後、酸化膜13はエッチングにより除去す
る。ここでは、コンタクトホール12の底部はもとよ
り、側壁も非晶質化することが重要であり、図7(b)
を参照すると、コンタクトホール12におけるテーパ角
度をθ2、酸化膜13の厚さをt、Asイオンの注入角
度をλとすると、(Rp+ΔRp)>t/sin(λ)
となるように、それぞれを設定する。例えば、θ2<9
0°、t=10nm、λ>10°の時、コンタクトホー
ル12の側壁酸化膜13の垂直方向の厚さは約57.6
nmとなるので、注入エネルギー100KeVであれ
ば、(Rp+ΔRp)≒(47+15)=62nmのた
め、側壁にAsイオン注入される。また、Asイオンは
コンタクトホール12の側壁全体に注入するため、回転
させながら注入する。
によりTiを堆積し、RTAによりシリコンとTiをシ
リサイド反応させ、余剰Tiをエッチング除去すること
により、シリサイド(チタンシリサイド)15を形成す
る。一連のシリサイド化プロセスは、例えば0.35μ
mの設計ルールのLSIプロセスで用いられる一般的な
手法で実現できる。なお、Tiのカバレッジを良くする
ためにCVDを用いる方法もある。しかる後、図9
(b)〜図9(d)に示した工程によりUMOSFET
を完成させる。この工程は第1の実施形態の図6(a)
〜(c)に示した工程と同じであるので、詳細な説明は
省略する。
ル12の底面及び側壁にはシリサイド15が形成されて
いるので、第1の実施形態に比較して当該シリサイド1
5によりコンタクトホール12の側壁におけるソースコ
ンタクト抵抗の増大を抑制することができる。また、コ
ンタクトホール12の深さdを第1の実施形態と同様の
深さに形成し、かつコンタクトホール12の側壁にベー
スコンタクト層14が存在してないことにより、さらに
ソース電極18の表面が平坦化されていることにより、
それぞれ第1の実施形態と同様に、Vtに影響を与える
ことなくセルサイズの小型化に有効となり、また、実装
用ボンディングでの接触面積を大きくして、実装後の全
体でのオン抵抗を低減し、かつバンプ接続によるチップ
実装も可能となる等の作用効果が得られる。
ネル型MOSFET構造について示したが、導電型を逆
にすることでPチャネル型MOSFET構造についても
実施可能であることは言うまでもない。また、本発明に
おけるUMOSFETのトレンチは必ずしもU字型であ
る必要はなく、これに近い形状のV字型、矩形型であっ
ても同様に適用できることは言うまでもない。
FETの、コンタクトの深さをベース層の不純物濃度の
ピーク深さとは異なる深さに形成することで、コンタク
トの底面に形成されるベースコンタクト層の不純物によ
るチャネル部への影響を抑制し、Vtを増大させずにセ
ルサイズを小型化することができる。また、コンタクト
の側壁にベースコンタクト層が存在しないため、ソース
層抵抗を増加させることはない。さらに、ソース電極の
表面を平坦化することが可能になり、ボンディング抵抗
を低減することが可能になる。
ウト図である。
る。
A’線に沿う断面図と、本図のX−X’線に沿う不純物
の濃度プロファイル図である。
図のその1である。
図のその2である。
図のその3である。
す模式断面図である。
A’線に沿う断面図である。
面図である。
断面図である。
断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 半導体基板に設けられたトレンチ型のゲ
ートで囲まれた領域にユニットセルが構成され、当該ユ
ニットセル内にベース層及びソース層が形成され、当該
ユニットセルの中央に基板の表面側から前記ソース層及
びベース層にわたってトレンチ型のコンタクトが形成さ
れ、前記基板の表面に前記コンタクトにつながるソース
電極が形成され、前記基板の裏面にドレイン電極が形成
されている縦型MOSFETにおいて、前記コンタクト
は前記ベース層の不純物濃度のピーク深さと異なる深さ
に形成され、かつ前記コンタクトの底部にベースコンタ
クト層が形成されていることを特徴とする縦型MOSF
ET。 - 【請求項2】 前記半導体基板の表面からの前記コンタ
クトの深さdと、同じく前記ベース層の不純物濃度のピ
ークの深さzとの間に、d≦z−0.1μmまたはd≧
z+0.1μmの関係があることを特徴とする請求項1
に記載の縦型MOSFET。 - 【請求項3】 前記コンタクトの側壁には前記ベースコ
ンタクト層が形成されていないことを特徴とする請求項
1または2に記載の縦型MOSFET。 - 【請求項4】 前記コンタクト内には金属が埋設されて
表面が平坦化され、この平坦化された表面上に前記ソー
ス電極が形成されてその表面が平坦化されていることを
特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の縦型M
OSFET。 - 【請求項5】 前記コンタクトの底面及び側壁には金属
シリサイドが形成されていることを特徴とする請求項1
ないし4のいずれかに記載の縦型MOSFET。 - 【請求項6】 前記コンタクトは表面から裏面側に向け
て開口寸法が徐々に低減するテーパ状に形成されている
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の
縦型MOSFET。 - 【請求項7】 半導体基板に設けられたトレンチ型のゲ
ートで囲まれた領域にユニットセルが構成され、当該ユ
ニットセル内にベース層及びソース層が形成され、当該
ユニットセルの中央に基板の表面側から前記ソース層及
びベース層にわたってトレンチ型のコンタクトが形成さ
れ、前記基板の表面に前記コンタクトにつながるソース
電極が形成され、前記基板の裏面にドレイン電極が形成
されている縦型MOSFETの製造方法において、前記
トレンチ型のコンタクトを形成するためのコンタクトホ
ールを前記ベース層の不純物のピークの深さとは異なる
深さまで形成した後、当該コンタクトホールの内面に酸
化膜を形成し、前記酸化膜を介して前記コンタクトホー
ルの底面に不純物をイオン注入してベースコンタクト層
を形成することを特徴とする縦型MOSFETの製造方
法。 - 【請求項8】 前記コンタクトホールは表面から裏面側
に向けて開口寸法が徐々に低減するテーパ状に形成する
ことを特徴とする請求項7に記載の縦型MOSFETの
製造方法。 - 【請求項9】 前記当該コンタクトホールの底面に対し
て垂直方向、あるいは垂直方向から若干傾いた角度方向
からイオン注入することを特徴とする請求項8に記載の
縦型MOSFETの製造方法。 - 【請求項10】 前記コンタクトホールの底面及び側壁
に金属シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とす
る請求項7ないし9のいずれかに記載の縦型MOSFE
Tの製造方法。 - 【請求項11】 前記コンタクトホールを形成した後、
当該コンタクトホール内に金属を埋設し、かつ当該金属
の表面を平坦化した後にソース電極を形成することを特
徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の縦型M
OSFETの製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002121979A JP4004843B2 (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | 縦型mosfetの製造方法 |
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Publications (2)
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