JP5385679B2 - 横方向半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

横方向半導体デバイスおよびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5385679B2
JP5385679B2 JP2009116797A JP2009116797A JP5385679B2 JP 5385679 B2 JP5385679 B2 JP 5385679B2 JP 2009116797 A JP2009116797 A JP 2009116797A JP 2009116797 A JP2009116797 A JP 2009116797A JP 5385679 B2 JP5385679 B2 JP 5385679B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
well
sti
semiconductor device
lateral semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009116797A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009278100A (ja
Inventor
ワン ハオ
タング ング ワイ
シュ フワピン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei EMD Corp
Original Assignee
Asahi Kasei EMD Corp
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 Asahi Kasei EMD Corp filed Critical Asahi Kasei EMD Corp
Publication of JP2009278100A publication Critical patent/JP2009278100A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5385679B2 publication Critical patent/JP5385679B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01L29/7833Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
    • H01L29/7835Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's with asymmetrical source and drain regions, e.g. lateral high-voltage MISFETs with drain offset region, extended drain MISFETs
    • 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
    • H01L29/402Field plates
    • H01L29/407Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates
    • 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
    • H01L29/66Types 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
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66613Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation
    • H01L29/66621Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation using etching to form a recess at the gate location
    • 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
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66659Lateral single gate silicon transistors with asymmetry in the channel direction, e.g. lateral high-voltage MISFETs with drain offset region, extended drain MISFETs
    • 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
    • H01L29/0603Semiconductor 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 characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • H01L29/0653Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps adjoining the input or output region of a field-effect device, e.g. the source or drain region
    • 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
    • H01L29/10Semiconductor 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 not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/107Substrate region of field-effect devices
    • H01L29/1075Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1079Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/1083Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate with an inactive supplementary region, e.g. for preventing punch-through, improving capacity effect or leakage current
    • 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
    • H01L29/42356Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode

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)

Description

本発明は、パワー金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ(MOSFET:metal-oxide-semiconductor field effect transistor)に関する。
オンとオフとの間を素早く切り替えるためには、現在の横方向ダブル拡散MOS(LDMOS:Lateral Double Diffused MOS)または拡張ドレインMOS(EDMOS:Extended Drain MOS)が必要とされる。これを達成させるためには、ゲート・ドレイン間オーバーラップ容量を最小化しなければならない。これはまた、各スイッチングサイクルの間に、ゲート端子が充電および放電されるときのゲート駆動損失を少なくする。
特に、従来のLDMOSまたはEDMOSトランジスタにおける従来のゲート/フィールドプレート構造に取って代わる直交ゲート構造が提案されている。このゲート構造は、ゲート・ドレイン間容量(ミラー容量)を減らすように設計されている。性能指数(Figure-of-Merit)、ゲート充電時間オン抵抗(Qg×Ron)は、53%改善される。dv/dt特性は、類似のデバイス構造を有する従来のEDMOSの性能より4倍高い。提案された構造もまた、シャロートレンチアイソレーション(STI)を含む標準CMOS製造プロセスと互換性を持つ。
パワー金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ(MOSFETs)は、パワーエレクトロニクス回路においては、オン状態とオフ状態とを替える場合、高周波スイッチとして用いられる。これは、デバイスの最小の電力損失によって高い負荷電力の制御を可能にする。パワーMOSFETは少数キャリヤ輸送がないため高周波で動作できるが、入力容量が性能を制限する。パワーMOSFETにおいては、フィールドプレートとして働くゲート領域とドレイン領域との間に大きな重複部分があるため、その入力容量は比較的大きい。従って、周波数特性は、通常、この入力容量の充電および放電によって制限される。
ゲート・ソース間容量(CGS)に加え、ドリフト領域上のゲート電極の重なりのため、その解析には、重要なゲート・ドレイン間容量(CGD)が含まれなければならない。
合計入力容量CISSは、以下の通りである:
ISS=CGS+CGD
入力容量が比較的高い場合、パワーMOSFETを動作させるためには比較的高いゲート電流が必要である。その結果、ゲートのスイッチング損失は、特に1MHzを超えるスイッチング周波数で大きくなる。これはゲート回路には関連せず、デバイス内での電力損失を考慮するだけであり、大きなCGDは、大きなスイッチング損失を生じることになる。
入力ゲート回路のRC充電時定数によって制限される周波数特性は、以下によって与えられる。
INPUT=1/(2πCISSG
小さいCGDを有するデバイスは、低いスイッチング損失および高いカットオフ周波数を有することが分かる。
従って、標準CMOSプロセスと互換性を持つ製造技術を用いて小さいCGDを有することを示すデバイスが必要とされている。
本発明の直交ゲート拡張ドレインMOSFET(EDMOS)構造は、低いゲート・ドレイン間容量(CGD)を提供し、その上で、標準CMOSフローと互換性を持つ製造工程を提供する。
本発明の直交ゲート拡張ドレインMOSFET(EDMOS)構造は、従来のEDMOSトランジスタと類似するが、直交ゲート構造を有し、シャロートレンチアイソレーション(STI)酸化膜領域に折り曲げられるゲート電極を有する。水平および垂直のゲート電極セグメントによりゲートが制御される。
一実施形態は、p型基板と、デバイス間を隔離するためのディープnウェルと、ソースとボディ領域のバッティングコンタクト(butting contact)とシャロートレンチアイソレーション(STI)と、STIの下に配置される表面電界緩和型(RESURF)nドリフト領域と、p型基板の基板面に平行に形成された水平ゲート電極部及び該水平ゲート電極部と断面視で垂直に交わるように形成された垂直ゲート電極部を有し、前記STIに埋め込まれたゲート電極とを備える横方向半導体デバイスを含む
プロセスの実施形態は、横方向半導体デバイスを製造する方法であって、ディープnウェル上に配置される高耐圧pウェルを形成する高耐圧(HV)pウェル・イオン注入が行われ、次に、nドリフト領域上に配置され、且つ高耐圧pウェルに隣接するSTIが形成される。続いて、STIをドライエッチングしてトレンチを形成し、高耐圧pウェル表面並びにトレンチの高耐圧pウェル側の側部及び底部にゲート酸化膜を成長させるゲート酸化が行われる。次に、ゲート酸化が行われた後、ゲート酸化膜を介して、高耐圧pウェル表面上及びトレンチの中にゲートポリシリコン膜を堆積し、ゲート・リソグラフィを用いて、ゲートポリシリコン膜からゲート電極を形成する。
本明細書において記載された特徴および効果はその全てを含んでいるわけではない。特に、図面、明細書および請求項を考慮すれば、当業者にとっては多くの付加的な特徴および効果が明らかになるであろう。さらに、主に、明細書で使用される言語が読みやすくかつ教育目的のために、また、発明の主要事項の範囲を限定しないように選択されている点に留意すべきである。
図1(a)は、MOSターンオン波形の簡略化されたグラフを示す。図1(b)は、MOSターンオフ波形の簡略化されたグラフを示す。 パワーMOSFETの等価回路を例示する簡略化されたブロック図である。 従来のEDMOSトランジスタの断面図である。 本発明の一実施形態によって構成された直交ゲートEDMOSトランジスタ構造を例示する断面立面図である。 図5(a)は、標準CMOS製造プロセスを表す簡略化されたフローチャートである。図5(b)は、本発明の一実施形態による直交ゲート製造プロセスを表す簡略化されたフローチャートである。 本発明の一実施形態によって構成された直交ゲートEDMOSトランジスタ構造を製造するための複数の簡略化された処理工程を例示する断面立面図である。 本発明の一実施形態によって構成されたCGD減少の比較を例示するグラフである。 本発明の一実施形態によって構成されたBVおよび特定のオン抵抗対距離Aを例示するグラフである。 発明の一実施形態によって構成されたゲート充電の比較を例示するグラフである。
図1(a)および1(b)は、MOSターンオン波形およびターンオフ波形の簡略化したグラフ100をそれぞれ示す。ターンオン遅延時間tonは、ドレイン電流の導通が開始する前の、デバイスの入力容量を充電するのにかかる時間である。同様に、ターンオフ遅延時間toffは、デバイスがオフに切り替えられた後に、容量を放電するのにかかる時間である。ターンオン遅延時間は、以下および図1Aに表すように、fd105と、trill0と、tfvll5との合計に等しい。
on=fd+tri+tfv
ここで、
Figure 0005385679
Figure 0005385679
Figure 0005385679
ターンオフ遅延時間は、以下および図1(b)に表すように、ts120と、trvl25と、tfil35との合計に等しい。
off=tS+trv+tfi
ここで、
Figure 0005385679
Figure 0005385679
Figure 0005385679
小さいCGD値は、速いターンオン時間およびターンオフ時間を生じることが分かる。
ピークダイオードリカバリーは、許容されたドレイン・ソース電圧(VDS)の最大の上昇率、すなわちdv/dt特性として定義される。この率を上回ると、ゲート・ソース端末にかかる電圧は、デバイスの閾値電圧より高くなり、デバイスを電流導通モードにし、一定の条件下で壊滅的な故障が生じる。dv/dt誘導されたターンオンの1つの機構は、ゲート・ドレイン間容量(CGD)のフィードバック動作によってアクティブになる。
図2は、パワーMOSFETの等価回路200の簡略化したブロック図であり、電流通路I1205を示す。電圧の傾斜がデバイスのドレイン210およびソース215端末間に、電圧の傾斜が見られると、電流I1205は、ゲート・ドレイン容量CGD225によって、ゲート抵抗RG220を通って流れる。回路内の合計抵抗は、RG220であり、これを横切る電圧降下は以下に与えられる。
GS=I1・RG=RG・CGD・dv/dt
ゲート電圧VGS230がデバイスの閾値電圧Vthを上回ると、デバイスは、導通状態になる。
従って、この機構のdv/dt特性は、以下によって設定される。
dv/dt=Vth/(RG・CGD
以上のように、小さいCGD225値により、大きいdv/dt特性が生じるので、従って、パワーMOSFETはより信頼性が高くなることが明らかである。
図3は、ゲートEDMOSトランジスタ構造305を描写する従来のEDMOSトランジスタ300の断面立面図を例示する。RESURFのnドリフト領域310は、シャロートレンチアイソレーション(STI)315の下にあり、n+領域330はドレイン335の真下にある。従来のゲートトランジスタは、水平ゲート電極305を備えている。ボディ領域340およびソース345の端末はそれぞれ、p+領域350およびn+領域355の上にある。ディープnウェル320は、p基板360とHVのpウェル365との間にある。
図4は、本発明の一実施形態によって構成された直交ゲートEDMOSトランジスタ構造400を例示する断面立面図である。直交ゲート電極405は、ゲート・ドレイン間のオーバーラップ容量(CGD)を減少させる。このデバイスは、0.18μmで30VのHV−CMOSプロセスで行われる。同じ電圧およびサイズを有する既知のEDMOSデバイスと比較して、75%のCGD減少が観察される。性能指数(Figure-of-Merit)は、53%ほど改善される。一実施形態では、STIの深さは0.35μm、垂直ゲートの幅は0.2μm、およびゲート酸化膜の厚さは12.5nmである。
直交ゲートEDMOS構造の実施形態は、このゲート構造によって従来のEDMOSトランジスタ(図3)と異なる。RESURFの概念は、高い降伏電圧と特定のオン抵抗(Ron,sp)との間の最適化されたトレードオフを実現するために用いられる。RESURFは、Adriaan W.Ludikhuizeによる刊行物 “A Review of RESURF Technology”,International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs(ISPSD),pp11―18,2000、および、Mohamed Imamらの“Design and Optimization of Double−RESURF High−Voltage Lateral Devices for a Manufacturable Process”,IEEE Transactions on Electron Devices,VOL.50,NO.7,July 2003,その全体を参照することにより本明細書に含まれる。
図4を参照すると、nドリフト領域410は、シャロートレンチアイソレーション(STI)415の下に配置される。直交ゲートトランジスタは、STI415酸化膜領域に折り畳まれるゲート電極405を備える。水平および垂直ゲート電極部は、ゲートを制御するために用いられる。RESURFのnドリフト領域410によって、直交ゲートEDMOSトランジスタは従来のEDMOSトランジスタと同じ降伏電圧を有することができる。ゲート電極405とnドリフト・ドレイン領域410との重複部分は、ゲート電極の厚みだけであるので、全体のゲート・ドレイン容量CGDは、著しく減少する。
ディープnウェル420は、高エネルギーイオン注入法によって形成され、隣接するデバイスとの間の隔離のために用いられる。さらに、ディープnウェル420をもつnチャネルEDMOSトランジスタは、浮動ソース電位を必要とする他の応用と同様にハイサイド・ドライバとしても用いられることができる。直交ゲートEDMOSは、0.18μmのCMOS製造技術と互換性を持つように設計される。ゲート構造は、STI製造工程の一部として容易に組み込むことができる。その製作方法を以下に説明する。
図5(a)および5(b)は、製造プロセスの簡略化されたフローチャート500である。図5(a)は、標準CMOS製造プロセスを表す簡約されたフローチャートであり、一方、図5(b)は、本発明の一実施形態による直交ゲート製造プロセスを表す簡約されたフローチャートである。
p型基板は、図5(a)の工程505で設けられる。次に、工程510において、フィールド酸化膜およびアクティブ領域のリソグラフィが行われ、続いて、工程520においてSTIアニーリングが行われる。次に、工程530のゲート・リソグラフィが行われ、次に、工程540のゲート酸化が行われる。次に、ポリシリコン堆積およびアニーリング542が行われる。次に、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)酸化膜堆積、および工程545のコンタクト形成が行われ、次に、工程550のメタライゼーションが行われる。
図5(b)の一実施形態では、直交ゲートEDMOS製造プロセスは、0.18μmのCMOS技術に基づいている。この技術は、同一基板上に高耐圧デバイス(30Vのn型およびp型EDMOSトランジスタ)と標準CMOSとをともに搭載する。標準CMOSデバイスに割り当てられる熱処理量は、既知のプロセス条件と同じように設計される。これにより、標準CMOSデバイスの電気的特性は、変わらない。製造工程は、標準CMOSのフローと互換性を持つ。プロセスモジュールは、基本的なCMOS技術から追加または削除することができる任意の工程となるように設計される。
開始ウエハは、1×1015cm-3のドーピング濃度を有する<100>方位のp型ウエハである。図5Aと同様に、工程510では、フィールド酸化膜およびアクティブ領域のリソグラフィが行われる。さらに、図5Bの実施形態では、工程515は、HVのpウェル・イオン注入を行う。この後、工程520において、図5(a)および図5(b)に共通である、STIアニーリングが続く。次に、この実施形態は、工程525において、nドリフト・イオン注入を行う。ゲート・リソグラフィ530の共通工程の後に、図5(b)の実施形態では、垂直ゲート形成535が続く。ゲート酸化540の共通工程の後に、ポリシリコン堆積、エッチングおよびドーピング・アニーリング542の共通工程、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)酸化膜堆積およびコンタクト形成545、および工程550のメタライゼーションが続く。
製造プロセスの初めに、酸化膜の厚い層を形成するためにフィールド酸化が行われ、続いて、工程510のアクティブ・リソグラフィが続き、工程510において、デバイス領域を定めるために酸化膜エッチングも行われる。HVのpウェルのイオン注入515の形成の後、STI堆積およびアニーリング520、およびディープnドリフト・イオン注入525が行われる。HVのpウェル・イオン注入された不純物は、STIアニーリング520の際、一緒に活性化され得る。nドリフト・イオン注入525は、STIアニーリング520の後に行われる。その理由は、RESURFの条件が、nドリフト・ドーズ量および接合深さを慎重に制御する必要があるからである。次に、ゲート・リソグラフィ530、エッチング535、ゲート酸化540、ポリシリコン堆積、ポリシリコン・エッチング、およびドーピング・アニーリング542が行われ、ゲート電極を形成する。
STIアニーリングの後、nドリフト・イオン注入工程が行われると、工程は、交代順序で行われてもよいことに注意されたい。
図6は、本発明の一実施形態によって構成された直交ゲートEDMOSトランジスタ構造を製造するための複数の処理工程600を例示する断面立面図である。直交ゲート製造プロセスフローは、以下の工程(a)−(f)の通りである。工程(a)は、STI605形成の直後(図5(b)の工程525の後)の構造を表す。それはまた、nドリフト領域610およびHVのpウェル615を示す。工程(b)は、フォトレジスト620による直交ゲート・リソグラフィを表す(図5(b)の工程535も)。工程(c)のドライエッチングは、トレンチ625を形成する(図5(b)の工程535も)。工程(d)では、ゲート酸化630が、HVpウェル615表面およびSTI605トレンチ底部に沿って、トレンチ625内で、および、nドリフト領域610およびHVpウェル615の上面で成長する(図5(b)の工程540も)。工程(e)は、STI605に加えて、トレンチ625の中およびゲート酸化膜630上へのゲートポリシリコン635の堆積を表す。工程(f)では、ゲート・リソグラフィが用いられる。次に、従来のゲート・マスクが用いて、直交ゲート電極全体を画定する。その後、TEOSの厚い層間レベル酸化膜堆積、コンタクト・リソグラフィ、酸化膜エッチングと続き、コンタクト・ウィンドウを形成する(図5(b)の工程545)。最後に、メタライゼーションがチップ表面を被覆し、EDMOS用のコンタクトを形成する(図5(b)の工程550)。これらの工程から、垂直ゲート形成は、追加のマスク(図6(b)参照)および追加のエッチング工程(図6(c)参照)を必要とすることが分かる。
STIアニーリングの後に、nドリフト・イオン注入工程が行われると、工程は、交代順序で行われてもよいことに注意されたい。
図7は、本発明の一実施形態に対するVDSの比較の機能として、CGDの減少を例示するグラフ700である。曲線705は、従来のゲートEDMOSのCGDを示す。曲線710は、直交ゲート(OG)EDMOSのCGDを示す。
図8は、本発明の一実施形態によって構成された距離Aに対するBVおよび特定オン抵抗(Ron,sp)を例示するグラフ800である。直交EDMOSトランジスタの特定オン抵抗は、種々の横方向チャネル長A(図4の425)に対してシミュレーションされているが、その一方で、他の全てのパラメータを一定に保っている。Aによって寄与されるチャネル抵抗は、0.1μm当たり2mΩ・mm2である。
図9は、本発明の一実施形態によって構成される、OG−EDMOS905と従来のEDMOS910との間のゲート充電を比較するためのシミュレーションデータを例示するグラフ900である。CGDの減少は、ドレイン電圧のdv/dtに対して、より速いスイッチング速度とより高い許容度とを導く。Qgの減少は、より低いゲート・スイッチング損失を生じる。
BV分析は、nドリフト領域がRESURF状態にある限り、降伏電圧が単純な関係、すなわち、
BV=Elat・Ldrift, Elat=10−15V/μm
に従う。ここで、Ldriftは、ドリフト領域の長さである。
on分析は、Ron,sp=Rsh・L2 drift,Rsh=4−5kΩ/sqを与え、これは、シート抵抗である。
RESURF状態は、単一のRESURF状態に対して、nドリフト領域のドーズ量が約1×1012cm-2である。
直交ゲートは、一般的な降伏電圧に対して使用してもよい。30Vを超える降伏電圧EDMOSに対しては、ドリフト領域長は、直交ゲート領域の近傍を除いては増加されるべきで、その臨界電界は、依然として同じ10−15V/μmに保たれる。従って、OG−EDMOSは、Ron,spを低く保ちながら、いかなる降伏電圧EDMOSに対しても作用することができる。
本発明の実施形態の前述の説明は、図示および説明のために提供されてきた。本発明を開示された緻密な形態に包含されたり限定したりすることは、意図するものではない。この開示を考慮して、多くの改良および変形が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されることはなく、むしろ本願明細書に追加される請求項によって限定されることを意図している。
210…ドレイン,215…ソース,220…ゲート抵抗,225…ゲート・ドレイン容量,230…ゲート・ソース容量,305…水平ゲート電極,310…nドリフト,315…STI,320…ディープnウェル,330,355…n+領域,335…ドレイン,340…本体,345…ソース,350…p+領域,360…p基板,365…pウェル,405…ゲート電極,410…nドリフト,420…ディープnウェル,425…距離,610…nドリフト,615…HVpウェル,620…フォトレジスト,635…,640…直交ゲート

Claims (4)

  1. 横方向半導体デバイスであって、
    p型基板と、
    デバイス間を隔離するためのディープnウェルと、
    ソースとボディ領域のバッティングコンタクトと、
    シャロートレンチアイソレーション(STI)と、
    前記STIの下に配置される表面電界緩和型(RESURF)nドリフト領域と、
    前記p型基板の基板面に平行に形成された水平ゲート電極部及び該水平ゲート電極部と断面視で垂直に交わるように形成された垂直ゲート電極部を有し、前記STIに埋め込まれたゲート電極と、
    を備えた横方向半導体デバイス。
  2. 高耐圧pウェルをさらに備え、
    前記ディープnウェルは、前記p型基板と前記高耐圧pウェルとの間に配置される請求項1に記載の横方向半導体デバイス。
  3. 前記nドリフト領域は、前記STIの端部まで形成されている請求項1又は請求項2に記載の横方向半導体デバイス。
  4. 請求項2に記載の横方向半導体デバイスを製造する方法であって
    前記ディープnウェル上に配置される前記高耐圧pウェルを形成する高耐圧pウェル・イオン注入工程と
    前記nドリフト領域上に配置され、且つ前記高耐圧pウェルに隣接する前記STIを形成するSTI形成工程と
    前記STIをドライエッチングしてトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
    前記高耐圧pウェル表面並びに前記トレンチの該高耐圧pウェル側の側部及び底部にゲート酸化膜を成長させるゲート酸化工程と、
    前記ゲート酸化膜を介して、前記高耐圧pウェル表面上及び前記トレンチの中にゲートポリシリコン膜を堆積するゲートポリシリコン膜堆積工程と、
    ゲート・リソグラフィを用いて、前記ゲートポリシリコン膜から前記ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
    含むことを特徴とする横方向半導体デバイスを製造する方法。
JP2009116797A 2008-05-16 2009-05-13 横方向半導体デバイスおよびその製造方法 Expired - Fee Related JP5385679B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US5383008P 2008-05-16 2008-05-16
US61/053,830 2008-05-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009278100A JP2009278100A (ja) 2009-11-26
JP5385679B2 true JP5385679B2 (ja) 2014-01-08

Family

ID=41315332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009116797A Expired - Fee Related JP5385679B2 (ja) 2008-05-16 2009-05-13 横方向半導体デバイスおよびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8357986B2 (ja)
JP (1) JP5385679B2 (ja)

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101531882B1 (ko) * 2008-12-31 2015-07-06 주식회사 동부하이텍 반도체 소자 및 그 제조 방법
US8754497B2 (en) * 2009-05-27 2014-06-17 Texas Instruments Incorporated Strained LDMOS and demos
US8461621B2 (en) * 2010-03-09 2013-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and apparatus of forming bipolar transistor device
JP5479245B2 (ja) * 2010-07-01 2014-04-23 株式会社東芝 半導体装置
KR101245935B1 (ko) 2010-07-09 2013-03-20 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자 및 그 제조방법
US9105721B2 (en) 2010-07-09 2015-08-11 Magnachip Semiconductor, Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9362398B2 (en) * 2010-10-26 2016-06-07 Texas Instruments Incorporated Low resistance LDMOS with reduced gate charge
US8536648B2 (en) 2011-02-03 2013-09-17 Infineon Technologies Ag Drain extended field effect transistors and methods of formation thereof
CN102169903B (zh) * 2011-03-22 2013-05-01 成都芯源***有限公司 Ldmos器件
JP2013069861A (ja) 2011-09-22 2013-04-18 Toshiba Corp 半導体装置
US9306546B2 (en) * 2012-02-06 2016-04-05 Finisar Corporation Integrated power supply for fiber optic communication devices and subsystems
CN102610649B (zh) * 2012-04-10 2014-09-10 中国科学院微电子研究所 高可靠ldmos功率器件
US9209683B2 (en) * 2012-06-01 2015-12-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure and method for a switched circuit device
CN103633139B (zh) * 2012-08-23 2018-03-13 联华电子股份有限公司 高压金属氧化物半导体晶体管元件
US8729631B2 (en) * 2012-08-28 2014-05-20 United Microelectronics Corp. MOS transistor
US8704304B1 (en) 2012-10-05 2014-04-22 United Microelectronics Corp. Semiconductor structure
US9799762B2 (en) 2012-12-03 2017-10-24 Infineon Technologies Ag Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device
JP6381067B2 (ja) 2013-03-19 2018-08-29 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US8969962B2 (en) * 2013-05-07 2015-03-03 Macronix International Co., Ltd. Single poly plate low on resistance extended drain metal oxide semiconductor device
CN104167432B (zh) * 2013-05-20 2017-02-08 上海华虹宏力半导体制造有限公司 射频ldmos器件的边缘隔离结构及制造方法
US8994103B2 (en) 2013-07-10 2015-03-31 United Microelectronics Corp. High voltage metal-oxide-semiconductor transistor device and manufacturing method thereof
US9287404B2 (en) 2013-10-02 2016-03-15 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device with lateral FET cells and field plates
US9306058B2 (en) 2013-10-02 2016-04-05 Infineon Technologies Ag Integrated circuit and method of manufacturing an integrated circuit
US9224854B2 (en) * 2013-10-03 2015-12-29 Texas Instruments Incorporated Trench gate trench field plate vertical MOSFET
US9401399B2 (en) 2013-10-15 2016-07-26 Infineon Technologies Ag Semiconductor device
CN104701366A (zh) * 2013-12-05 2015-06-10 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Ldmos晶体管及其形成方法
JP6279346B2 (ja) 2014-02-27 2018-02-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN104900694A (zh) * 2014-03-03 2015-09-09 无锡华润上华半导体有限公司 横向扩散金属氧化物半导体器件及其制造方法
US9520367B2 (en) * 2014-08-20 2016-12-13 Freescale Semiconductor, Inc. Trenched Faraday shielding
JP6341802B2 (ja) * 2014-08-21 2018-06-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US9443958B2 (en) * 2014-10-06 2016-09-13 United Microelectronics Corp. High voltage metal-oxide-semiconductor transistor device and method of forming the same
KR102272382B1 (ko) * 2014-11-21 2021-07-05 삼성전자주식회사 반도체 소자
CN106033777A (zh) * 2015-03-20 2016-10-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Ldmos器件及其形成方法
JP6509665B2 (ja) 2015-07-23 2019-05-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP6710627B2 (ja) * 2016-12-20 2020-06-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP6837384B2 (ja) * 2017-05-23 2021-03-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
CN107452718B (zh) * 2017-07-14 2019-10-29 成都华微电子科技有限公司 低天线效应的集成电路以及降低集成电路天线效应的方法
CN107910357A (zh) * 2017-10-24 2018-04-13 东南大学 一种低导通电阻功率半导体器件
DE102017130223B4 (de) 2017-12-15 2020-06-04 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit elektrisch parallel geschalteten planaren Feldeffekttransistorzellen und zugehöriger DC-DC-Wandler
US10297290B1 (en) * 2017-12-29 2019-05-21 Micron Technology, Inc. Semiconductor devices, and related control logic assemblies, control logic devices, electronic systems, and methods
JP7040976B2 (ja) * 2018-03-29 2022-03-23 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置
CN110729190B (zh) * 2018-07-16 2024-02-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件及其制作方法、电子装置
JP7265470B2 (ja) 2019-12-24 2023-04-26 株式会社東芝 半導体装置
TWI748346B (zh) * 2020-02-15 2021-12-01 華邦電子股份有限公司 多閘極之半導體結構及其製造方法
CN113838906B (zh) * 2020-06-23 2024-01-09 芯恩(青岛)集成电路有限公司 Ldmos晶体管及其制备方法
CN114078707A (zh) * 2020-08-21 2022-02-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法
CN114649396B (zh) * 2020-12-17 2023-08-29 和舰芯片制造(苏州)股份有限公司 一种ldmos器件及其制备方法
CN112736124B (zh) * 2020-12-28 2023-10-27 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Esd保护器件
CN112909095B (zh) * 2021-01-21 2024-03-19 上海华虹宏力半导体制造有限公司 Ldmos器件及工艺方法
US20220293729A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Field effect transistor including a downward-protruding gate electrode and methods for forming the same
CN113206145B (zh) * 2021-04-22 2022-08-05 电子科技大学 改善热载流子注入的功率半导体器件
US11955514B2 (en) 2021-06-01 2024-04-09 Globalfoundries U.S. Inc. Field-effect transistors with a gate structure in a dual-depth trench isolation structure
CN114068675A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 大连海事大学 一种双极***栅增强型功率晶体管
CN114548013B (zh) * 2022-03-15 2024-07-23 华北电力大学 一种碳化硅mosfet开通延时计算方法及其应用
CN114496925B (zh) * 2022-04-01 2022-07-01 晶芯成(北京)科技有限公司 半导体结构及其制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0335533A (ja) * 1989-07-03 1991-02-15 Seiko Epson Corp 半導体装置の製造方法
US5640034A (en) * 1992-05-18 1997-06-17 Texas Instruments Incorporated Top-drain trench based resurf DMOS transistor structure
JP3400301B2 (ja) * 1997-03-17 2003-04-28 株式会社東芝 高耐圧半導体装置
JP2002314065A (ja) * 2001-04-13 2002-10-25 Sanyo Electric Co Ltd Mos半導体装置およびその製造方法
JP3644438B2 (ja) * 2002-04-09 2005-04-27 株式会社デンソー 半導体装置及びその製造方法
JP4062045B2 (ja) * 2002-10-11 2008-03-19 富士電機デバイステクノロジー株式会社 半導体集積回路装置の製造方法
JP4479276B2 (ja) * 2004-02-25 2010-06-09 株式会社デンソー 横型mosトランジスタの製造方法
US7087959B2 (en) * 2004-08-18 2006-08-08 Agere Systems Inc. Metal-oxide-semiconductor device having an enhanced shielding structure
JP2006245093A (ja) * 2005-03-01 2006-09-14 Renei Kagi Kofun Yugenkoshi 高電圧デバイス並びに静電気保護回路用高電圧デバイス
JP4906281B2 (ja) * 2005-03-30 2012-03-28 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 半導体装置
US8080848B2 (en) * 2006-05-11 2011-12-20 Fairchild Semiconductor Corporation High voltage semiconductor device with lateral series capacitive structure
JP5431637B2 (ja) * 2006-09-29 2014-03-05 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 半導体装置
JP2008182106A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Denso Corp 半導体装置
US7888732B2 (en) * 2008-04-11 2011-02-15 Texas Instruments Incorporated Lateral drain-extended MOSFET having channel along sidewall of drain extension dielectric
JP2009302450A (ja) * 2008-06-17 2009-12-24 Sharp Corp 半導体装置およびその製造方法
US7851857B2 (en) * 2008-07-30 2010-12-14 Freescale Semiconductor, Inc. Dual current path LDMOSFET with graded PBL for ultra high voltage smart power applications

Also Published As

Publication number Publication date
US8357986B2 (en) 2013-01-22
US20090283825A1 (en) 2009-11-19
JP2009278100A (ja) 2009-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5385679B2 (ja) 横方向半導体デバイスおよびその製造方法
US20180102427A1 (en) Single structure cascode device
US8907394B2 (en) Insulated gate semiconductor device having shield electrode structure
TWI509798B (zh) 用於形成具多通道之屏蔽閘極溝槽場效電晶體(fet)的結構及方法
US7719053B2 (en) Semiconductor device having increased gate-source capacity provided by protruding electrode disposed between gate electrodes formed in a trench
US10181523B2 (en) Transistor structure with improved unclamped inductive switching immunity
US9082846B2 (en) Integrated circuits with laterally diffused metal oxide semiconductor structures
US20150214335A1 (en) Vertical dmos transistor
US11705485B2 (en) LDMOS transistors with breakdown voltage clamps
US8269263B2 (en) High current density power field effect transistor
US8803205B2 (en) Transistor with controllable compensation regions
US8674436B2 (en) Lateral double diffusion metal-oxide semiconductor device and method for manufacturing the same
WO2019186126A1 (en) Power semiconductor device with a double gate structure
EP2939272A1 (en) Adaptive charge balanced mosfet techniques
US20110095359A1 (en) Field Boosted Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor
US10573744B1 (en) Self-aligned, dual-gate LDMOS transistors and associated methods
US10355132B2 (en) Power MOSFETs with superior high frequency figure-of-merit
JP2001102569A (ja) 半導体デバイス
JP2014165293A (ja) Field−MOSFETおよびその製造方法
Antoniou et al. Interface charge trapping and hot carrier reliability in high voltage SOI SJ LDMOSFET
Ludikhuize Lateral 10-15 V DMOST with very low 6 mohm. mm/sup 2/on-resistance
TW202322400A (zh) 半導體裝置
CN117425965A (zh) 碳化硅半导体装置
KR20060066193A (ko) 고전압 트랜지스터 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120509

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130618

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130619

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130816

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131001

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131004

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees