JP3211529B2 - 縦型misトランジスタ - Google Patents

縦型misトランジスタ

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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、縦型MISトランジス
に関し、微細化を図るとともに寄生バイポーラトラン
ジスタのターンオンを抑制するようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】従来のMIS型半導体装置を、二重拡散
法を用いて形成した縦型パワーMOSFETを例にとり
図4を用いて説明する。高濃度のN型基板1上には実質
的にドレイン領域として機能する低濃度のN型ドリフト
領域2が形成され、N型ドリフト領域2の表面側の所定
箇所にP型ボディ領域3が形成され、さらにP型ボディ
領域3の表面側の所定箇所に高濃度のN型ソース領域4
が形成されている。またN型ソース領域4とN型ドリフ
ト領域2の間におけるP型ボディ領域3上にゲート絶縁
膜5を介してゲート電極6が形成されている。8は層間
絶縁膜、9はソース電極である。このような縦型MOS
ふぇTには高濃度のN型ソース領域4、P型ボディ領域
3及び低濃度のN型ドリフト領域2によりN、P、N
の積層構造があるため、N型ソース領域4をエミッ
タ、P型ボディ領域3をベース、N型ドリフト領域2を
コレクタとしたNPN型のバイポーラトランジスタが寄
生的に形成される。従来は、この寄生バイポーラトラン
ジスタのベース抵抗を低減してターンオンしにくくする
ためにP型ボディ領域3の一部に高濃度のP型コンタク
ト領域7を形成し、このP型コンタクト領域7をN型ソ
ース領域4と共にソース電極9に接続している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の縦型パワーMO
SFETは高濃度のP型コンタクト領域が形成されてい
たため微細化することが難しく、その結果オン抵抗を十
分下げることができなかった。またN型ソース領域直下
のP型ボディ領域の抵抗Rが、なお寄生バイポーラトラ
ンジスタのベース抵抗として働き、P型ボディ領域を電
流が流れた場合に寄生バイポーラトランジスタがターン
オンして二次降伏等により装置破壊を招くおそれがある
という問題があった。
【0004】本発明は、このような従来の問題に着目し
てなされたもので、装置を微細化することができてオン
抵抗を十分小さくすることができ、また寄生バイポーラ
トランジスタやサイリスタのターンオンを抑えて二次降
伏等による装置破壊を防止することができる縦型MIS
トランジスタを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1に、半導体基板の一方の面側に形成
された第1導電型のボディ領域と、ボディ領域に形成さ
れた第2導電型のソース領域と、ボディ領域を間におい
てソース領域から離間して形成された第導電型のドリ
フト領域と、半導体基板の他方の面側に形成されかつド
リフト領域に接続された第導電型のドレイン領域と、
ドリフト領域とソース領域との間のボディ領域上にゲー
ト絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有する縦型
MISトランジスタであって、ソース領域の少なくとも
ボディ領域と接する一部を、ボディ領域を形成している
半導体材料よりもバンドギャップの小さい半導体材料で
形成し、かつボディ領域はソース領域のみを介して所定
の電位が印加されるようにしたことを要旨とする。
【0006】第2に、上記第1の構成において、前記ボ
ディ領域を形成している半導体材料はSiであり、前記
バンドギャップの小さい半導体材料はSiGeであり、
該SiGe以外の前記ソース領域の部分はSiであるこ
とを要旨とする。
【0007】
【作用】上記構成において、第1に、ソース領域の少な
くとも一部がボディ領域を形成している半導体材料より
もバンドギャップの小さい半導体材料で形成されること
により、ボディ領域の多数キャリアがソース領域に流れ
込む際のポテンシャルバリアをほとんどなくすことが可
能となる。この結果、ボディ領域の多数キャリアはフリ
ーにソース領域との間を行き来できるようになる。これ
により、ソース領域をエミッタ、ボディ領域をベース、
第2導電型領域をコレクタとした寄生バイポーラトラン
ジスタがターンオンすることがなくなる。さらに、ボデ
ィ領域はソース領域のみを介して所定の電位が印加され
るようしたため、ソース領域がボディコンタクト領域と
しての機能も持つようになるのでボディコンタクト領域
の形成が不要となって装置の微細化が可能となる。
【0008】第2に、具体的には、ボディ領域を形成し
ている半導体材料はSi、バンドギャップの小さい半導
体材料はSiGeとして、SiGe以外のソース領域の
部分はSiとすることにより、Siを基板材料としてソ
ース領域の部分に例えばGeのイオン注入を行うという
製法により、ソース領域のみをバンドギャップの小さい
半導体材料とするという構成を容易に実現することが可
能になる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の第1実施例を示す図である。本
実施例は縦型パワーMOSFETに適用されている。な
お、図1において前記図5における部材及び部位と同一
ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重
複した説明を省略する。図1(a)に示すように、本実
施例では高濃度のボディコンタクト領域がなく、また高
濃度のN型ソース領域10は少なくともソース電極9に
接している部分がP型ボディ領域3を形成している半導
体材料よりもバンドギャップの小さい半導体材料で形成
されている。具体的には、後述するようにP型ボディ領
域3等はSiで形成され、バンドギャップの小さい半導
体材料にはGeSiが用いられている。
【0010】図1(b)は、同図(a)におけるX−X
部分のN型ソース領域10とP型ボディ領域3のエネル
ギーバンド図である。Ef はフェルミ準位、Ec は伝導
帯、Ev は価電子帯である。N型ソース領域10のバン
ドギャップを小さくし、P型ボディ領域3の不純物濃度
を低くすることによってN型ソース領域10とP型ボデ
ィ領域3の価電子帯(ソース領域がP型の場合は伝導
帯)を等しくすることができる。このときパワーMOS
FETの閾値を調整する必要があればP型ボディ領域3
の表面部分(図1(a)中の点線部分)のみの不純物濃
度を高くすればよい。
【0011】次に、上述のように構成された縦型パワー
MOSFETの作用を説明する。本実施例では、図1
(b)から分るように、P型ボディ領域3の多数キャリ
アである正孔がN型ソース領域10に流れ込む際のポテ
ンシャルバリアを無くすことが可能となる。この結果、
P型ボディ領域3の多数キャリアはフリーにN型ソース
領域10との間を行き来できるようになる。これによ
り、高濃度のN型ソース領域10をエミッタ、P型ボデ
ィ領域3をベース、低濃度のN型ドリフト領域2をコレ
クタとした寄生バイポーラトランジスタがターンオンす
ることがなくなる。また、N型ソース領域10が、図5
の従来例の場合のコンタクト領域としても働くのでコン
タクト領域の形成が不要となって装置の微細化が可能に
なる。したがってパワーMOSFETのオン抵抗を十分
小さくすることが可能となる。さらに、本実施例の構造
には、前記図5に示したようなベース抵抗Rが存在しな
いので、このことによっても寄生バイポーラトランジス
タのターンオンを抑えることができる。このように寄生
バイポーラトランジスタがターンオンできないのでパワ
ーMOSFETが二次降伏したり熱暴走したりすること
がない。
【0012】縦型パワーMOSFETをSi基板上に形
成した場合のソース領域10におけるバンドギャップの
小さい半導体材料としては、SiGe合金がある。図2
は、この場合の縦型パワーMOSFETの製造方法例を
示している。まず、高濃度のN型Si基板1上に低濃度
のN型Siドリフト領域2、P型ボディ領域3、N型ソ
ース領域10、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6を形成す
る。次いで、N型ソース領域10のバンドギャップを小
さくするためにGeのイオン注入を行い、N型ソース領
域10をSiGe合金とする(図2(a))。次に層間
絶縁膜8を形成し、最後にソース電極9を形成する(図
2(b))。
【0013】図1(c)は、本実施例におけるエネルギ
ーバンドの他の構成例を示す。同図に示すようにエネル
ギーバンドを調整しても、P型ボディ領域3の多数キャ
リアがN型ソース領域10の前面でポテンシャルバリア
を感じることなく、フリーに行き来することができる。
【0014】図3には、本発明の第2実施例を示す。本
実施例は、IGBTに適用されている。IGBTは、第
1実施例の縦型MOSFETに対して、その基板領域を
高濃度のP型基板11に代えた構成になっている。IG
BTに適用した場合には、前記第1実施例の作用、効果
以外に次のような作用効果を得ることができる。即ち、
IGBT構造の場合には、P型基板11−N型ドリフト
領域2−P型ボディ領域3−N型ソース領域10からな
るサイリスタが寄生的に形成される。この寄生サイリス
タがターンオンするとIGBTがラッチアップ状態にな
って制御不能になる。これに対しN型ソース領域10の
バンドギャップを小さくした本実施例のIGBTの場合
は第1実施例で寄生バイポーラトランジスタがターンオ
ンできないのと同じ理由で寄生サイリスタもターンオン
することができず、したがってIGBTがラッチアップ
することはない。
【0015】
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
1に、ボディ領域の表面側に形成されたソース領域の少
なくとも一部をそのボディ領域を形成している半導体材
料よりもバンドギャップの小さい半導体材料で形成した
ため、ボディ領域の多数キャリアがソース領域に流れ込
む際のポテンシャルバリアをほとんどなくすことが可能
となり、この結果、ボディ領域の多数キャリアがフリー
にソース領域との間を行き来できるようになって寄生バ
イポーラトランジスタやサイリスタがターンオンするこ
とが無くなり、二次降伏等による装置破壊を防止するこ
とができる。更に、ボディ領域はソース領域のみを介し
て所定の電位が印加されるようしたため、ソース領域が
ボディコンタクト領域としての機能も持つようになるの
でボディコンタクト領域の形成が不要となって装置の微
細化が可能となり、オン抵抗を十分に小さくすることが
できる。
【0017】第2に、ボディ領域を形成している半導体
材料はSi、バンドギャップの小さい半導体材料はSi
Geとして、SiGe以外のソース領域の部分はSiと
したため、Siを基板材料としてソース領域の部分に例
えばGeのイオン注入を行うことにより、ソース領域の
みをバンドギャップの小さい半導体材料とする構成を容
易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るMIS型半導体装置の第1実施例
を示す縦断面図及びエネルギーバンド図である。
【図2】上記第1実施例の製造工程の一例を示す工程図
である。
【図3】本発明の第2実施例を示す縦断面図である。
【図4】従来の縦型パワーMOSFETの縦断面図であ
る。
【符号の説明】
2 ドリフト領域(第2導電型領域) 3 ボディ領域 5 ゲート絶縁膜 6 ゲート電極 10,17 ソース領域
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 27/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一方の面側に形成された第
    1導電型のボディ領域と、 該ボディ領域に形成された第2導電型のソース領域と、 前記ボディ領域を間において前記ソース領域から離間し
    て形成された第導電型のドリフト領域と、 前記半導体基板の他方の面側に形成されかつ前記ドリフ
    ト領域に接続された第導電型のドレイン領域と、 前記ドリフト領域と前記ソース領域との間のボディ領域
    上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有
    する縦型MISトランジスタであって、 前記ソース領域の少なくともボディ領域と接する一部
    を、ボディ領域を形成している半導体材料よりもバンド
    ギャップの小さい半導体材料で形成し、かつボディ領域
    はソース領域のみを介して所定の電位が印加されるよう
    にしたことを特徴とする縦型MISトランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記ボディ領域を形成している半導体材
    料はSiであり、前記バンドギャップの小さい半導体材
    料はSiGeであり、該SiGe以外の前記ソース領域
    の部分はSiであることを特徴とする請求項1記載の縦
    型MISトランジスタ。
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