JPS60202967A - 縦型ｍｏｓｆｅｔ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は縦型（ｖｅｒｔｉｃａｌ　）の金属酸化物半
導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ　）のような
縦型ＦＥＴに関するもので、更に詳しくは、この発明は
、半導体ウェハの一方の表面にソース電極とゲート電極
が設けられ、反対側の表面にドレン電極が設けられてい
る縦型二重拡散ＭＯ３ＦＥＴ（ＶＤＭＯ３）装置に関す
るものである。また、この発明は３つ乃至４つの半導体
層を有するＶＤＭ’Ｏ８装置に関するものである。

〔発明の背景〕

ＶＤＭＯ８装置は交互に導電型が異なるソース領域、基
体領域及びドレン領域が連続して配置された半導体ウェ
ハを備えている。基体領域はウェハの一方の表面に隣接
して配置され、また、ソース領域とドレン領域はこの表
面における基体領域中のチャンネル領域の長さと幅とを
画定するように配置される。チャンネル領域を覆うよう
にウェハ表面に絶縁ゲート電極が設けられる。

この装置の動作中には、ゲート電極に適当な電圧が加え
られて、チャンネル領域のウェハ表面ニ隣接する部分中
の基体領域の導電型が反転して、このウェハ表面に隣接
して反転チャンネルが形成される。チャンネル領域の残
シの部分は、この反転チャンネルに付随する空乏領域を
構成する。１つの特定の装置構造については、チャンネ
ル領域の空乏領域部分の深さは、その装置のゲート電極
に加えられる電圧の大きさによって決まシ、反転チャン
ネルによって、ソース領域とドレン領域の間に電流が流
れる。このように、装置の動作は、電子又は正孔の流れ
がゲートに加えられる電圧によって選択的に変調される
という本質的にユニポーラ（単極性）なものとして説明
される。従来のＶＤＭＯ３構造についての更に詳しい説
明が米国特許第４，１４５，７００号にある。

ＶＤＭＯ８装置のソース・基体・ドレン構造にハ、寄生
的（パラシティツク）なＮＰＮ又はＰ’Ｎ　Ｐバイポー
ラトランジスタが本質的に付随する。このような寄生ト
ランジスタが存在するとＦＥＴの性能が劣化するので、
その利得を小さくするだめの種々の試みがなされてきた
。その−例は米国特許第４，０７２，９７５号に示され
ている。この発明の構成は寄生バイポーラトランジスタ
の影響をさらにおさえるために考えられたものである。

更に、この発明の構造を用いると、突接は現象（パンチ
ヌル−）に対する保護機能を高くし、オン抵抗を低くす
ることができる。更には、この発明によれば、この発明
を実施しない同等装置の閾値電圧よりも低い閾値電圧を
持った装置を作ることができる。

〔発明の概要〕

この発明においては、半導体ウェハには、導電型が交互
に異シ、従って隣接する領域間にＰＮ接合が形成される
ソース領域、基体領域及びドレン領域が直列に形成され
ている。ウエノ１の一表面において基体領域中のチャン
ネル領域の長さと幅は、そのウェハ表面におけるソース
領域とドレン領域との間の間隔によって決まる。基体類
・域には、基体領域の導電型と同じ導電型の付加領域を
備えている。この付加領域は比較的高い平面（ａｒｅａ
ｌ　）ドーパント濃度を持ち、チャンネル領域の一部の
下側へ横方向に延びている。（尚、ここで、平面ドーパ
ント濃度とは、領域中のある２次元平面について見たド
ーパント濃度で、ある体積中のドーパント濃度と区別さ
れる。）ウエノ１の一表面にはソース電極が設けられて
おシ、対向表面にドレン電極が設けられている。

〔実施例の説明〕

第１図には従来のＮチャンネルＶＤＭＯＳ装置１０が示
されている。この装置１０は対向する第１と第２の主表
面１４と１６とを有する半導体ウエノＸ１２を含んでい
る。Ｎ型のドレン領域１８が第２の主表面１６に形成さ
れておシ、第１の主表面１４にまで延びている。典型的
には、ドレン領域１８は、第２の表面１６に隣接する平
板なＮ十型部分２０と、この平板部分２０から表面１４
マでのＮ−型ドレン延長部２２とを備えている。

第１の表面１４からウェハ１２の内部へＰ導電型の基体
領域２４が延びており、延長ドレン領域２２との境界部
において基体・ドレンＰＮ接合２６を形成する。基体領
域２４としては種々の幾何学的形状のものが用いられる
。例えば、基体・ドレンＰＮ接合２６と第１の表面１４
との交点が６角形あるいは４角形を描くようにすること
ができる。

基体・ドレンＰＮ接合２６の内側の部分で、Ｎ十型ソー
ヌ領域２８が表面１４からウェハ１２の内部へ延びてい
る。ソース領域２８は基体領域２４との境界においてソ
ース・基体ＰＮ接合３０を形成する。第１の表面１４に
おけるソース・基体ＰＮ接合３０と基体・ドレンＰＮ接
合２６との間隔が第１の表面１４における基体２４中の
チャンネル領域３２の長さを決める。

ソース領域２８はリング状（但し、必ずしも円環状であ
る必要はない）で、基体領域２４と実質的に同じ形の周
縁形状（例えば、４角形あるいは６角形）を有している
。この周縁は基体領域２４と（第１の表面において）実
質的に同心である。ソース電極６４が第１の表面１４上
でソース領域２８に接触し、ドレン電極３６が第２の表
面１６上でＮ＋型部分２０と接触しておシ、ゲート電極
３８がゲート酸化物４０によって第１の表面１４から間
隔を置いてチャンネル領域３２の上に設けられている。

装置１０の動作中、ソース電極３４は通常はアーヌ電位
に維持され、ドレン電極３６は正電位、例えば、２０〜
２０００　Ｖ　の範囲の電位に維持される。ソースとド
レン間に電流を流させるために、ある閾値電圧よりも高
い正の電圧がゲート電極３８に加えられる。この閾値電
圧は、代表的には、約１〜５■の範囲内にある。

装置ｌＯはユニポーラＦＥＴとして動作するが、ソース
領域２８、基体領域２４及びドレン領域１８が直列であ
ることによシ、不可避的に寄生ＮＰＮバイポーラトラン
ジスタが形成されてしまう。このバイポーラトランジス
タの影響を小さくするために、装置１０にはチャンネル
領域が形成されているＰ型基体領域に隣接してＰ＋型基
体領域４２が設けられている。このＰ＋型基体領域４２
は第１の表面１４においてソース電極６４とオーム接触
している。Ｐ＋型基体領域４２を設けると寄生ＮＰＮバ
イポーラトランジスタの利得が小さくされるので、この
バイポーラトランジスタの影響が小さくなる。従来の最
適設計では、このＰ＋型基体領域４２は出来る限ｂｍ方
向（即ち、表面１４に平行な方向）に深く伸延するが、
チャンネル領域３２中には進入しないように、かつ、基
体領域２４内に中心を持つように構成されている。

Ｐ＋型基体領域４２は基体領域２４よシも縦方向に深く
延びて、延長ドレン領域２２との境界でＰ＋・Ｎ−接合
４４を形成している。基体領域２４の深さの典型的な範
囲は２〜４ミクロンであシ、Ｐ＋型領域４２の典型的な
深さの範囲は４〜８ミクロンである。Ｐ＋型領域４２と
基体領域２４との間の境界面は破線４６で示されておシ
、普通、「高低接合」と呼ばれている。

代表的には、Ｐ十型基体領域は表面１４上に配したマス
ク中の開孔を通して適当なＰ型ドーパントをドープし拡
散させて形成される。このマスク中の開孔の配置は、最
終的に形成される高低接合４６がチャンネル領域３２中
に伸延しないように選定される。第１図に、装置ｌｏ内
のＰ＋型領域４２の位置を決める開孔の位置が点線４８
で示されている。Ｐ＋型領域４２中の最高ドーパント濃
度の領域は表面１４又はその近傍に生成され、その横方
向の位置は開孔４８によって決まる。ドーパント濃度は
、この最高ドーパント濃度領域から横方向の距離と深さ
の関数として単調に減少する。

この従来構造を改良したこの発明による装置が第２図と
第３図にＮチャンネル装Ｊｉ５０と１５０として示され
ている。装置５０に対応する装置１５０　（第３図）の
部分には、装置５０に付した参照番号の前に「１」を付
して示す。説明をわかシやすくするために、両方の装置
の基本的特徴を装置５０についてのみ説明するが、その
説明は装置１５０の対応するものにもあてはまるもので
ある。装置５０と１５０の相違は、後述するように、そ
の付加領域８０と１８０の構成に関連するものである。

装置５０は第１と第２の表裏をなす主表面５４と５６を
持った半導体ウェハ５２を備えている。この発明は、第
２の表面５６に隣接するウェハ部分が比較的高い導電度
のＮ十型材料で作られて込る場合、又は比較的高い導電
度を有しＰ＋５材料で作られている場合の両方に、即ち
、３層構造と４層構造の両方に対して同様に適したもの
である。３層ＮチャンネルＶＤＭＯ８装置では、この高
導電領域（５８で示す）はＮ十型で、高導電ドレン部と
呼ぶ。

４層ＮチャンネルＶＤＭＯＳ装置では、高導電度領域５
８は第２の表面５６に隣接するＰ十型領域を備え、この
領域をアノード領域と呼ぶ。４層ＮチャンネルＶＤＭＯ
８構造においては、Ｐ十型アノード領域が全高導電度領
域５８を占めてもよく、あるいは、高導電度領域５８を
表面５６に隣接したＰ十型アノード領域（５７）とそれ
を覆うＮ十型領域（５９）とで構成してもよい。このよ
うな４層構造（°ソース・基体・ドレン・アノード）の
装置はＣＯＭＦＥＴ（ＲＣＡ社の商標）と呼ばれている
が、米国特許第４．３６４，０７３号明細書にも記載さ
れている。例示した全領域の導電型を逆にして、３層又
は４層のＰチャンネルＶＤＭＯ８装置を作ることができ
ることは理解できよう。

Ｎ−型の延長ドレン領域６ｏが高導電領域５８上に設け
られておシ、第１の表面５４まで達している。

Ｐ型基体領域６２が表面５４からウェハ中に拡がってＮ
−型延長ドレン領域６ｏとの間に基体・ドレンＰＮ接合
６４を形成している。基体領域６２の境界の内側でウェ
ハの内部に向ってＮ十型ソース領域６６が延び、基体領
域６２との境界面にソース・基体ＰＮ接合６８を形成し
ている。ソース・基体ＰＮ接合６８は表面５４から所定
の深さの位置゛に配され、基体・ドレン接合６４との間
に間隔が置かれ、第１の表面５４の近くの基体領域６２
中のチャンネル領域７０の長さを設定する。

従来装置１０の場合と同様、この発明の装置５０はその
基体領域を、例えば、６角形にし、かつ、ソース領域６
６を周縁が基体領域と実質的に同心の６角リンク形状と
することができる。しかし、以下に詳述するように、装
置５０におけるＰＮ接合の最適深さ及び各領域の導電度
は、従来装置１０と異るであろう。

第１の表面５４上において、ソースＫＪｆｉ？２カソー
ス領域６６に接触しており、またゲート絶縁物７６上の
ゲート電極７４がチャンネル領域７０を覆っている。

推奨実施例では、ゲート絶縁物７６は酸化物で構成され
ておシ、ソース電極７２は基体領域６２にも接触してい
る。ドレン電極７８が第２のウェハ表面５６で高温度領
域５８ＯＮ＋型部分に接触している。

第２図に示すように、装置５０は基体領域６２の境界内
に付加領域８０を備えている。付加領域８０は基体領域
６２と同じ導電型であるが、基体領域よシも高い平面ド
ーパント濃度を持っている。付加領域８０と基体領域６
２との間の境界は高低接合をなし、図には破線８２で示
されている。付加領域８０内での最高ドーパント濃度の
領域は第１の表面５４から実質的に均一な深さにあシ、
点線８４で示されている。

この最高ドーパント濃度領域８４はウェハ表面５４と実
質的に平行で、その最適位置はソース・基体ＰＮ接合６
８と実質的に等しい深さ、あるいは、それよりも深いと
ころにある。付加領域８０内のドーパント濃度は最高濃
度領域８４からの距離に従って単調に減少する。

ここで重要な点は、付加領域８０はチャンネル領域７０
の一部の下側を横方向に延びていることで、しかも、こ
の横方向の延長部分がチャンネル領域の下側の部分を出
来る限シ多く延びていることが望ましい。最適構成では
、付加領域８ｏはチャンネル領域７０のどの部分にも侵
入することなくこれに達する。装置５０を用いて例示す
ると、ソース領域６６は第１の表面５４から０．４ミク
ロンの深さまで延び、チャンネル領域７０の最大深さは
０．１〜０．２ミクロン、（＝Ｊ加領領域８０最高濃度
領域８４は０．４〜０．６ミクロンの深さに生じ、高低
接合８２はチャンネル領域７０の下側を横方向に０．１
〜０．５ミクロン延びている。

第３図に装置１５０によって示すように、この発明の第
２の実施例では、付加領域１８０は完全には基体領域１
６２内におさまっていない。装置１５０では、最高ドー
パント濃度の領域は、装置５０の領域８４と実質的に同
じ深さ又はそれよシ深い位置にあシ、付加領域１８０は
チャンネル領域１７０の下側全体にわたって横方向に延
びている。さらに、第３図に示すように、この実施例で
は、基体・ドレンＰＮ接会１６４の横方向の拡がりをよ
り大きくすることができる。

さらに、この発明の範囲内において、他の実施例も可能
であることは理解されよう。例えば、付加領域として、
さらに基体・ドレンＰＮ接合６４又は１６４の深さまで
延び、さらに／あるいは、第１のウェハ表面５４又は１
５４と交差するような高低接合８２又は１８２を含む付
加領域を用いることもできる。

いずれの実施例においても、付加領域８０又は１８０は
、８４又は１８４で示す領域に最高濃度が位置するよう
な適当なドーズ量（ｄｏｓ■ｅ）と電圧のイオン注入に
よって形成される。ゲート電極７４又は１７４の端部（
及びその上下の材料の端部）をイオン注入時の注入用マ
スク中の開孔位置を決めるために用いることができる。

付加領域８０と１８０の横方向への延長距離はイオン注
入のエネルギ、ドーズ量及び不純物の種類、さらに、そ
の後流きれるアニーリングの程度によって決まる。

シリコンウェハを用いた製造工程の一例を説明すると、
Ｎ−型層６０又は１６０が上に設けられた高導電度部分
５８又は１５８の形成と、ゲート絶縁物７６又は１７６
とゲート電極７４又は１７４の形成と画定に続いて、ゲ
ート電極、ゲート絶縁物及び他のマスクとして働く層に
よって覆われていないウニ／１部分を選択的にドープし
て、その後、拡散させることによシ、Ｐ型頭域６２又は
１６２を形成することができる。好ましくは、その後、
ソース領域６６又は１６６及び付加領域８０又は１８０
０両方が、ゲート電極とゲート絶縁物に設けられた同じ
開孔を通じてイオン注入を行うことによって形成される
。代表的な処理手順の主たるものは次の通りである。

（１）砒素（Ｎ型ドーパント）のイオン注入、（２）ア
ニール及び拡散、 （３）比較的深くボロン（Ｐ型ドーパント）をイオン注
入する、 （４）部分的アニール。

これの代９に、次の手順によってもよい。

（１）ホロンを比較的深くイオン注入する、（２）アニ
ール及び拡散、 （３）砒素をイオン注入、 （４）アニール。

ドーパントとしてボロンと砒素を選んだのは、砒素よシ
もポロンの方がかなシ速い速度で拡散するためである。

更に、ポロンを用いたのは、イオン注入時の浸透深度（
即ち、投影飛程）が比較的大きいからである。この投影
飛程に伴って、注入されたドーパントが注入に使用され
たマスク開孔の寸法を超えて横方向に拡がる。ポロンの
最高濃度は約ｌＯ〜１０１　の範囲内とする。

上述した方法のいずれを採用しても、Ｐ型ドーパントの
横方向の拡散がＮ型ドーパントのそれよりも大きい構造
が得られる。ソース領域と付加領域形成のだめの注入が
同じ開孔を通じて行われるので、これらの領域は自動的
に整合する。さらに注意すべきは、いずれの方法を採る
にしても、ボロンの注入後のアニールを完全に行ってし
まわないように配慮すると、残存する結晶学的欠陥が付
加領域８０又は１８０中のキャリヤ寿命と易動度とを更
に低くするように働き、また、寄生バイポーラトランジ
スタの利得を低くするような働きをするように出来るこ
とである。

装置５０と１５０は基体領域のＰ十型部分がチャンネル
領域の一部に近くかつその下側にあるために、従来装置
の場合よシも効果的に寄生バイポーラトランジスタ効果
を抑圧することができる。さらに、上述した位置に付加
領域８０又は１８０を設けたことによって、装置に対す
る突抜は保護機能が大きくなる。この周知の好ましくな
い現象である突抜は現象は、最小曲率半径のソース・基
体ＰＮ接合部分で発生する傾向がある。第１図において
、ソース・基体ＰＮ接合３０の小曲率半径部分を参照番
号「８８」を（＝Ｊして示しである。第２図と第３図で
は、小曲率半径部分はそれぞれ「９８」及び「１９８Ｊ
で示されている。これらの部分８８．９８．１９８はソ
ース領域２８．６６及び１６６の最も深い位置の近くに
ある。

突抜は電圧は小曲率半径部分に隣接する部分のＰ地濃度
（ＮＰＮ構造の場合）によって決まる。

装置５０及び１５０では、これらの部分にＰ十型付加領
域８０及び１８０が存在することにより、この部分にお
ける突抜は現象発生の可能性が小さくなる。

換言すれば、突抜は現象を生ずる電圧が高くなる。

更に、装置５０と１５０においては、突抜は電圧は基体
領域６２及び１６２中のＰ地濃度に左右されることは、
たとえあったとしても、少ししかないと考えられる。と
いうのは、基体領域の比較的低い導電度部分は、これら
の装置ではもはやソース領域の小曲率半径部分には隣接
していないためである。

従来装置１０においては、基体領域２４中のＰ地濃度は
、突抜は電圧がソース・ドレン間破壊電圧よシも大きく
なるように、あるレベルに維持される必要がある。この
発明の装置５０においては、このような制限はもはや存
在しない。従って、この発明によれば、基体領域中のＰ
５濃度はチャンネル領域７０及び１７０で低くすること
ができ、それによって、突抜は現象の発生の可能性を増
大させることなくＨ値電圧を低くすることができる。

この発明の別の可能性はソース領域に対するソース電極
の接触構造にある。従来装置１０においては、ソース領
域２８の一部が、Ｐ十型基体領域４２の形成時にＰ型不
純物によって逆ドープ（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｄｏｐｉｎｇ
；　）されてしまうが、この発明のソース領域６６及び
１６６にはそのような逆ドープは発生しない。従って、
装置５０又は１５０のソース電極７２又は１７２とソー
ス領域６６又は１６６の間の接触の抵抗は、装置１０の
ソース電極３４とソース領域２８との間の接触抵抗より
も低くなる筈である。

さらに、この発明を装置１０に実施して、従来からのＰ
十型基体領域４２と付加領域８０又は１８０との双方を
備えた装置を作ることもできる。このような装置では、
上述したようなソース電極接触抵抗を小さくする効果は
得られないかもしれないが、寄生バイポーラトランジス
タの影響の抑圧、突接は保護機能の増大、閾値電圧の低
下の可能性等の優れた効果は依然として得られよう。

この発明をＰチャンネｔｋ　Ｖ　Ｄ　Ｍ　ＯＳ装置に実
施する時は、Ｐ型ソーヌ領域ドーパントとしてポロンを
用い、Ｎ型付加領域ドーパントとして燐を用いることが
好ましい。これら２種類のドーパントの拡散速度は同じ
ようなものであるが、燐はよシ大きな投影飛程で注入す
ることができ、適切な注入装置とパラメータとを選択す
れば、所望の構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は寄生バイポーラトランジスタ効果を抑えるため
に従来からの手段を設けた従来型のＶＤＭ　Ｏ’Ｓ装置
の断面図、 第２図はこの発明を実施した３又は４層構造のＶＤＭＯ
８装置の第１の実施例の断面図、第３図はこの発明を実
施した３又は４層構造のＶＤＭ’Ｏ８装置の第２の実施
例の断面図である。 第２図において ５２・・・ウェハ、５４・・・第１の表面、５６・・・
第２の表面、６０・・・ドレン領域、６２・・・基体領
域、６６・・・ソース領域、６４．６８・・・ＰＮ接合
、７０・・・チャンネル領域、７２・・・ソース電極、
７８・・・ドレン電極、８０・・・付加領域。 特Ｈ’Ｆ出ＩＡ人　アールシーニー　コーポレーション
化　理　人　清　水　哲　ほか２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交互に導電型が異なシ、相互間にＰＮ接合を有す
   る連続するソース領域、基体領域及びドレン領域を含む
   半導体ウェハであって、上記ソース領域とドレン領域が
   互いに間隔を置いて配置されて、上記ウェハの第１の表
   面において上記基体領域中にチャンネル領域を横方向に
   限定するようにされている上記半導体ウェハと、上記ウ
   ェハの上記第１の表面に設けられたソース電極と、上記
   ウェハの反対側の表面に設けられたドレン電極とを備え
   てなり、特徴として、さらに、上記基体領域と同様の導
   電型を有し、上記基体領域よりも高い平面ドーパント濃
   度を有し、かつ、上記チャンネル領域の少くとも一部分
   の下側に横方向に延びる付加領域を備えている縦型ＭＯ
   ６ＦＥＴＯ６Ｆ