JP5498107B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
たとえば、特許文献1(特開平11−103058号公報)や特許文献2(特開昭51−147269号公報)には、基板表面にトレンチを形成したトレンチゲート構造の半導体装置が記載されている。また、特許文献3(特開2007−5568号公報)には、半導体基板上に形成されたソース、ドレイン領域間に形成されたチャネル部の幅方向に複数の突起状のシリコン領域を形成し、このシリコン領域の突起上に前記チャネル部に対向させてゲート絶縁膜およびゲート電極を配置した半導体装置が記載されている。また、このような凹凸を形成した場合、凸部の寸法を小さくすると、トランジスタ動作時に空乏層が凸部全体を覆う完全空乏化が実現し、短チャネル効果、サブスレッショルド係数が改善できる(特許文献4(特開2005−085960号公報))。このような完全空乏化により閾値の基板電位依存性が小さくなることをメリットとして適切な回路構成に利用することもできる。
一面に第1導電型のソース領域およびドレイン領域、ならびに前記ソース領域および前記ドレイン領域の間に第2導電型のチャネル領域が形成された基板と、
前記基板の前記一面の前記チャネル領域において、ゲート幅方向に断続的に深さが変化するように形成されたトレンチと、
前記基板の前記一面の前記チャネル領域において、前記トレンチの内部を埋め込むように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域の下方全面に形成されて前記チャネル領域と接し、前記ソース領域よりも前記第1導電型の不純物濃度が低い前記第1導電型の第1の低濃度領域と、
前記ドレイン領域の下方全面に形成されて前記チャネル領域と接し、前記ドレイン領域よりも前記第1導電型の不純物濃度が低い前記第1導電型の第2の低濃度領域と、
を有するトランジスタを含み、
前記第2の低濃度領域は、ゲート長方向の断面において前記第2の低濃度領域と前記チャネル領域とのPN境界線の前記トレンチ底部の角部を始点とした前記ソース領域に向けた横方向の距離をx、前記トレンチ底部の角部を始点とした下方向の距離をyとして、合計距離x+yが0.1μm以上である半導体装置が提供される。
一面に素子形成領域が形成された基板のチャネル領域にゲート幅方向に断続的に深さが変化するようにトレンチが形成された半導体装置の製造方法であって、
ゲート長方向において、前記チャネル領域が形成される領域の両側方に第1導電型の不純物イオンを注入して、前記第1導電型の第1の低濃度領域および第2の低濃度領域を形成する工程と、
前記素子形成領域の前記一面に、第2導電型の不純物イオンを注入して前記チャネル領域を形成する工程と、
前記一面の前記チャネル領域に、ゲート幅方向に断続的に深さが変化するようにトレンチを形成する工程と、
前記一面の前記チャネル領域において、前記トレンチの内部を埋め込むようにゲート電極を形成する工程と、
前記一面の前記チャネル領域の両側方に前記第1導電型の不純物イオンを注入して、前記第1の低濃度領域および前記第2の低濃度領域よりも前記第1導電型の不純物濃度が高いソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
によりトランジスタを形成する工程を含み、
前記第1の低濃度領域および前記第2の低濃度領域を形成する工程において、前記第1の低濃度領域および前記第2の低濃度領域を、それぞれ、前記ソース領域および前記ドレイン領域の下方全面に形成し、前記第2の低濃度領域を、前記トレンチの角部を覆って前記トレンチ底部の下方にまで延在するとともに、ゲート長方向の断面において前記第2の低濃度領域と前記チャネル領域とのPN境界線の前記トレンチ底部の角部を始点とした前記ソース領域に向けた横方向の距離をx、前記トレンチ底部の角部を始点とした下方向の距離をyとして、合計距離x+yが0.1μm以上となるように形成する半導体装置の製造方法が提供される。
図1は、本実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す断面図である。図2は、本実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図1(a)は、図2のA−A’断面図、図1(b)は、図2のC−C’断面図、図1(c)は、図2のB−B’断面図である。なお、構成をわかりやすくするために、図2では、各領域を線のみで示している。また、以下では、第1導電型がn型、第2導電型がp型である場合を例として示すが、逆の場合も同様とすることができる。
ここで、第2のオフセット領域107は、ゲート長方向の断面において第2のオフセット領域107とウェル104とのPN境界線130のトレンチ162底部の角部162aを始点としたソース領域112に向けた横方向の距離をx、トレンチ162底部の角部162aを始点とした下方向の距離をyとして、合計距離x+yが0.1μm以上とすることができる。
ここでは、トレンチ162の深さ、および第2のオフセット領域107の形状が異なる複数種の半導体装置100を用いて、合計距離(x+y)と、ドレイン部最大電界強度との関係を求めた。図中「a」は、トレンチ162の深さが0.4μm、「b」は、トレンチ162の深さが0.7μm、「c」は、トレンチ162の深さが1.0μmである。また、ドレイン部最大電界強度[V/cm]は、シミュレーションで、各構成におけるドレイン(ドレイン領域113および第2のオフセット領域107)近傍で、キャリアの進行方向に平行な電界の最大値である。ここで、(x+y)の値はシミュレーション(Sim)により得られた値である。
図3から図8は、本実施の形態における半導体装置100の製造手順の一例を示す工程断面図である。ここでは、図2のA−A’断面、およびB−B’断面に対応する図を示す。
なお、以下では、n型トランジスタを形成する領域の処理のみを説明する。
本実施の形態において、ソース領域112およびドレイン領域113と、チャネル領域108との間には、それぞれソース領域112およびドレイン領域113と同導電型の低濃度の第1のオフセット領域106および第2のオフセット領域107が形成されるので、トランジスタの耐圧を高くすることができる。また、本実施の形態において、ゲート電極122が形成されるトレンチ162の側方および底部の角部にわたって第1のオフセット領域106および第2のオフセット領域107が形成されるので、トランジスタの駆動能力を高く保つことができる。
図13は、本実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す断面図である。本実施の形態における半導体装置100も、図2に示したのと同様の平面構成を有する。図13(a)は、図2のA−A’断面図、図13(b)は、図2のC−C’断面図、図13(c)は、図2のB−B’断面図にそれぞれ対応する。また、本実施の形態においても、以下では、第1導電型がn型、第2導電型がp型である場合を例として示すが、逆の場合も同様とすることができる。
図18および図19は、本例における半導体装置100の製造手順を示す工程断面図である。以下、主に異なる点について説明する。ここでは、トレンチ162を形成した後に第1のオフセット領域106および第2のオフセット領域107を形成するためのイオン注入を行う点で、以上で説明した例と異なる。
102 基板
104 ウェル
106 第1のオフセット領域
107 第2のオフセット領域
108 チャネル領域
110 素子分離絶縁膜
112 ソース領域
113 ドレイン領域
114 シリサイド層
120 ゲート絶縁膜
122 ゲート電極
124 サイドウォール
126 シリサイド層
130 PN境界線
140 層間絶縁膜
150 コンタクト
154 コンタクト
157 レジスト膜
158 レジスト膜
159 レジスト膜
160 熱酸化膜
162 トレンチ
162a 角部
170 レジスト膜
172 開口
180 レジスト膜
Claims (8)
- 一面に第1導電型のソース領域およびドレイン領域、ならびに前記ソース領域および前記ドレイン領域の間に第2導電型のチャネル領域が形成された基板と、
前記基板の前記一面の前記チャネル領域において、ゲート幅方向に断続的に深さが変化するように形成されたトレンチと、
前記基板の前記一面の前記チャネル領域において、前記トレンチの内部を埋め込むように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域の下方全面に形成されて前記チャネル領域と接し、前記ソース領域よりも前記第1導電型の不純物濃度が低い前記第1導電型の第1の低濃度領域と、
前記ドレイン領域の下方全面に形成されて前記チャネル領域と接し、前記ドレイン領域よりも前記第1導電型の不純物濃度が低い前記第1導電型の第2の低濃度領域と、
を有するトランジスタを含み、
前記第2の低濃度領域は、ゲート長方向の断面において前記第2の低濃度領域と前記チャネル領域とのPN境界線の前記トレンチ底部の角部を始点とした前記ソース領域に向けた横方向の距離をx、前記トレンチ底部の角部を始点とした下方向の距離をyとして、合計距離x+yが0.1μm以上である半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1の低濃度領域は、ゲート長方向の断面において、前記第2の低濃度領域と左右対称に形成された半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記第2の低濃度領域と前記チャネル領域とのPN境界線は、前記第2の低濃度領域をイオン注入により形成することにより規定された半導体装置。 - 請求項1から3いずれかに記載の半導体装置において、
前記第1の低濃度領域と前記チャネル領域とのPN境界線は、前記第1の低濃度領域をイオン注入により形成することにより規定された半導体装置。 - 請求項1から4いずれかに記載の半導体装置において、
前記距離y:前記距離xが、1:3から3:1の間である半導体装置。 - 請求項1から5いずれかに記載の半導体装置において、
前記合計距離x+yが0.5μm以上である半導体装置。 - 一面に素子形成領域が形成された基板のチャネル領域にゲート幅方向に断続的に深さが変化するようにトレンチが形成された半導体装置の製造方法であって、
ゲート長方向において、前記チャネル領域が形成される領域の両側方に第1導電型の不純物イオンを注入して、前記第1導電型の第1の低濃度領域および第2の低濃度領域を形成する工程と、
前記素子形成領域の前記一面に、第2導電型の不純物イオンを注入して前記チャネル領域を形成する工程と、
前記一面の前記チャネル領域に、ゲート幅方向に断続的に深さが変化するようにトレンチを形成する工程と、
前記一面の前記チャネル領域において、前記トレンチの内部を埋め込むようにゲート電極を形成する工程と、
前記一面の前記チャネル領域の両側方に前記第1導電型の不純物イオンを注入して、前記第1の低濃度領域および前記第2の低濃度領域よりも前記第1導電型の不純物濃度が高いソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
によりトランジスタを形成する工程を含み、
前記第1の低濃度領域および前記第2の低濃度領域を形成する工程において、前記第1の低濃度領域および前記第2の低濃度領域を、それぞれ、前記ソース領域および前記ドレイン領域の下方全面に形成し、前記第2の低濃度領域を、前記トレンチの角部を覆って前記トレンチ底部の下方にまで延在するとともに、ゲート長方向の断面において前記第2の低濃度領域と前記チャネル領域とのPN境界線の前記トレンチ底部の角部を始点とした前記ソース領域に向けた横方向の距離をx、前記トレンチ底部の角部を始点とした下方向の距離をyとして、合計距離x+yが0.1μm以上となるように形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の低濃度領域および前記第2の低濃度領域を形成する工程において、
前記第1の低濃度領域を、ゲート長方向の断面において、前記第2の低濃度領域と左右対称に形成する半導体装置の製造方法。
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