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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023170953
(43)【公開日】2023-12-01
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 29/78 20060101AFI20231124BHJP
   H01L 29/12 20060101ALI20231124BHJP
   H01L 21/28 20060101ALI20231124BHJP
   H01L 21/336 20060101ALI20231124BHJP
【FI】
H01L29/78 652B
H01L29/78 653C
H01L29/78 652C
H01L29/78 652T
H01L21/28 301S
H01L21/28 301B
H01L29/78 652K
H01L29/78 652D
H01L29/78 301D
H01L29/78 301P
H01L29/78 301V
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022083080
(22)【出願日】2022-05-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス&ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人iX
(72)【発明者】
【氏名】菊池 健二
(72)【発明者】
【氏名】可知 剛
(72)【発明者】
【氏名】馬場 祥太郎
【テーマコード(参考)】
4M104
5F140
【Fターム(参考)】
4M104AA01
4M104AA03
4M104AA04
4M104AA05
4M104BB02
4M104BB03
4M104BB14
4M104BB19
4M104BB22
4M104BB23
4M104BB25
4M104CC01
4M104DD36
4M104DD37
4M104DD84
4M104FF13
4M104GG09
4M104GG18
5F140AA02
5F140AB03
5F140AC23
5F140AC24
5F140BA01
5F140BA02
5F140BA06
5F140BA07
5F140BA16
5F140BB04
5F140BC15
5F140BD05
5F140BD07
5F140BD09
5F140BE07
5F140BF04
5F140BF43
5F140BF53
5F140BG28
5F140BH03
5F140BH05
5F140BH08
5F140BH30
5F140BH47
5F140BH49
5F140BJ05
5F140BJ07
5F140BJ08
5F140BJ15
5F140BJ17
5F140BK09
5F140CD04
5F140CD08
(57)【要約】
【課題】消費電力を低減可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第1電極と、n形の第1半導体領域と、p形の第2半導体領域と、n形の第3半導体領域と、ゲート電極と、第2電極と、を備える。第1半導体領域は、第1電極の上に設けられている。第2半導体領域は、第1半導体領域の上に設けられ、第1コンタクト領域を含む。第3半導体領域は、第2半導体領域の一部の上に設けられている。第3半導体領域は、第2コンタクト領域を含む。第2コンタクト領域における第1元素の濃度は、第1コンタクト領域における第1元素の濃度よりも低い。第1元素は、金及び白金属元素からなる群より選択された少なくとも1つである。ゲート電極は、ゲート絶縁層を介して第2半導体領域と対面する。第2電極は、第2半導体領域及び第3半導体領域の上に設けられ、第1コンタクト領域及び第2コンタクト領域と接する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極と、
前記第1電極の上に設けられたn形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられ、第1コンタクト領域を含むp形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の一部の上に設けられ、金及び白金属元素からなる群より選択された少なくとも1つである第1元素の濃度が前記第1コンタクト領域よりも低い第2コンタクト領域を含むn形の第3半導体領域と、
ゲート絶縁層を介して前記第2半導体領域と対面するゲート電極と、
前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域の上に設けられ、前記第1コンタクト領域及び前記第2コンタクト領域と接する第2電極と、
を備えた半導体装置。
【請求項2】
前記第1コンタクト領域は、前記第1元素のシリサイドを含む、請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第2電極は、金属を含み、
前記第2コンタクト領域は、前記金属のシリサイドを含む、請求項2記載の半導体装置。
【請求項4】
前記ゲート電極は、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向に垂直な第2方向において、前記ゲート絶縁層を介して前記第2半導体領域と対面する、請求項1記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1半導体領域の中に絶縁層を介して設けられた導電部をさらに備えた、請求項4記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第1半導体領域は、
前記第2方向において、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層を介して対面する第1領域と、
前記第1領域よりも下方に位置する第2領域と、
を含み、
前記第1領域における前記第1元素の濃度は、前記第2領域における前記第1元素の濃度よりも高い、請求項4記載の半導体装置。
【請求項7】
前記ゲート電極は、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向において、前記ゲート絶縁層を介して前記第2半導体領域と対面する、請求項1記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第1元素は、白金である、請求項1~7のいずれか1つに記載の半導体装置。
【請求項9】
第1電極と、
前記第1電極の上に設けられたp形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられ、第1コンタクト領域を含むn形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の一部の上に設けられ、金及び白金属元素からなる群より選択された少なくとも1つである第1元素の濃度が前記第1コンタクト領域よりも高い第2コンタクト領域を含むp形の第3半導体領域と、
ゲート絶縁層を介して前記第2半導体領域と対面するゲート電極と、
前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域の上に設けられ、前記第1コンタクト領域及び前記第2コンタクト領域と接する第2電極と、
を備えた半導体装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET)などの半導体装置は、電力変換等の用途に用いられる。半導体装置の消費電力は、小さいことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2021-27229号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、消費電力を低減可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係る半導体装置は、第1電極と、n形の第1半導体領域と、p形の第2半導体領域と、n形の第3半導体領域と、ゲート電極と、第2電極と、を備える。前記第1半導体領域は、前記第1電極の上に設けられている。前記第2半導体領域は、前記第1半導体領域の上に設けられ、第1コンタクト領域を含む。前記第3半導体領域は、前記第2半導体領域の一部の上に設けられている。前記第3半導体領域は、第2コンタクト領域を含む。前記第2コンタクト領域における第1元素の濃度は、前記第1コンタクト領域における前記第1元素の濃度よりも低い。前記第1元素は、金及び白金属元素からなる群より選択された少なくとも1つである。前記ゲート電極は、ゲート絶縁層を介して前記第2半導体領域と対面する。前記第2電極は、前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域の上に設けられ、前記第1コンタクト領域及び前記第2コンタクト領域と接する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1図1は、第1実施形態に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図2図2(a)及び図2(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図3図3(a)及び図3(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図4図4(a)及び図4(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図5図5は、第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図6図6は、第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図7図7(a)及び図7(b)は、第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図8図8は、第1実施形態の第2変形例に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図9図9は、第1実施形態の第3変形例に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図10図10は、第2実施形態に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図11図11は、第3実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下の説明及び図面において、n、n、n及びp、p、pの表記は、各不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」及び「-」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「-」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。これらの表記は、それぞれの領域にp形不純物とn形不純物の両方が含まれている場合には、それらの不純物が補償しあった後の正味の不純物濃度の相対的な高低を表す。
【0008】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
第1実施形態に係る半導体装置は、MOSFETである。図1に示すように、第1実施形態に係る半導体装置100は、n形のドリフト領域1(第1半導体領域)、p形のベース領域2(第2半導体領域)、n形のソース領域3(第3半導体領域)、n形のドレイン領域4、ゲート電極10、ドレイン電極21(第1電極)、及びソース電極22(第2電極)を備える。なお、図1では、ソース電極22が破線で示されている。
【0009】
実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。ドレイン電極21からドリフト領域1に向かう方向をZ方向(第1方向)とする。Z方向と直交する一方向をX方向(第2方向)とする。X方向及びZ方向と直交する方向をY方向とする。また、ここでは、ドレイン電極21からドリフト領域1に向かう方向を「上」と呼び、これと反対の方向を「下」と呼ぶ。これらの方向は、ドレイン電極21とドリフト領域1との相対的な位置関係に基づく方向であり、重力の方向とは無関係である。
【0010】
ドレイン電極21は、半導体装置100の下面に設けられている。ドレイン領域4は、n形であり、ドレイン電極21の上に設けられ、ドレイン電極21と電気的に接続されている。ドリフト領域1は、ドレイン領域4の上に設けられている。
【0011】
ドリフト領域1は、ドレイン領域4を介してドレイン電極21と電気的に接続されている。ベース領域2は、ドリフト領域1の上に設けられている。ソース領域3は、ベース領域2の一部の上に設けられている。
【0012】
ゲート電極10は、ゲート絶縁層11を介してベース領域2と対面している。半導体装置100では、ゲート電極10が、X方向において、ドリフト領域1の一部、ベース領域2、及びソース領域3とゲート絶縁層11を介して対面している。
【0013】
ソース電極22は、ベース領域2及びソース領域3の上に設けられ、ベース領域2及びソース領域3と電気的に接続されている。ゲート電極10とソース電極22との間には、ゲート絶縁層11が設けられ、ソース電極22は、ゲート電極10と電気的に分離されている。
【0014】
ベース領域2は、ソース電極22と接するコンタクト領域2a(第1コンタクト領域)を含む。ソース領域3は、ソース電極22と接するコンタクト領域3a(第2コンタクト領域)を含む。
【0015】
コンタクト領域2aは、金及び白金属元素からなる群より選択された少なくとも1つである第1元素を含む。白金属元素は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、及び白金からなる群より選択された少なくとも1つである。コンタクト領域2aにおける第1元素の濃度は、コンタクト領域3aにおける第1元素の濃度よりも高い。コンタクト領域3aは、第1元素を含まなくても良い。すなわち、コンタクト領域3aにおける第1元素の濃度は、ゼロであっても良い。
【0016】
コンタクト領域2aに加えて、ドリフト領域1が第1元素を含んでも良い。例えば、ドリフト領域1は、X方向においてゲート電極10と並ぶ第1領域1aと、第1領域1aよりも下方に設けられた第2領域1bと、を含む。第2領域1bは、Z方向においてドレイン電極21とゲート電極10との間に位置する。第1領域1aは、第1元素を含む。第1領域1aにおける第1元素の濃度は、第2領域1bにおける第1元素の濃度よりも高い。第2領域1bは、第1元素を含まなくても良い。すなわち、第2領域1bにおける第1元素の濃度は、ゼロであっても良い。
【0017】
コンタクト領域2aは、第1元素のシリサイドを含んでも良い。また、コンタクト領域3aは、ソース電極22に含まれる金属元素のシリサイドを含んでも良い。コンタクト領域3aは、第1元素のシリサイドを含まない。
【0018】
ベース領域2、コンタクト領域2a、ソース領域3、コンタクト領域3a、及びゲート電極10のそれぞれは、Y方向に延び、X方向において複数設けられている。ソース電極22は、複数のベース領域2及び複数のソース領域3の上に設けられ、複数のベース領域2及び複数のソース領域3と電気的に接続されている。
【0019】
半導体装置100の動作を説明する。
ソース電極22に対してドレイン電極21に正の電圧が印加された状態で、ゲート電極10に閾値以上の電圧が印加される。これにより、ベース領域2にチャネル(反転層)が形成され、半導体装置100がオン状態となる。電子は、チャネルを通ってソース電極22からドレイン電極21へ流れる。ゲート電極10に印加される電圧が閾値よりも低くなると、ベース領域2のチャネルが消滅し、半導体装置100がオフ状態になる。
【0020】
半導体装置100の各構成要素の材料の一例を説明する。
ドリフト領域1、ベース領域2、ソース領域3、及びドレイン領域4は、半導体材料を含む。半導体材料は、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、又はガリウムヒ素などである。これらの材料の中では、シリコンが好ましい。半導体材料としてシリコンが用いられる場合、n形不純物として、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物として、ボロンを用いることができる。
【0021】
ゲート電極10は、ポリシリコンを含む。ゲート絶縁層11は、絶縁材料を含む。例えば、ゲート絶縁層11は、酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸窒化シリコンを含む。ドレイン電極21及びソース電極22は、チタン、アルミニウム、銅などの金属を含む。
【0022】
図2(a)~図4(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
まず、n形半導体層4xを含む半導体基板を用意する。n形半導体層4xの上に、半導体材料のエピタキシャル成長により、n形半導体層1xを形成する。図2(a)に示すように、反応性イオンエッチング(RIE)によってn形半導体層1xの一部を除去し、n形半導体層1xに開口OP1を形成する。開口OP1は、Y方向に延び、X方向において複数形成される。
【0023】
開口OP1の内面及びn形半導体層1xの上面に沿って、熱酸化により絶縁層11xを形成する。化学気相堆積(CVD)より、絶縁層11xの上に、導電層を形成する。ケミカルドライエッチング(CDE)又はウェットエッチングにより、導電層の上面を後退させる。これにより、図2(b)に示すように、開口OP1の内部に、ゲート電極10が形成される。
【0024】
形半導体層1xの上面に、p形不純物及びn形不純物を順次イオン注入し、p形半導体領域2x及びn形半導体領域3xを形成する。CVDにより、p形半導体領域2x及びn形半導体領域3xの上に、絶縁層11yを形成する。図3(a)に示すように、RIEによって絶縁層11yの一部を除去し、絶縁層11yに開口OP2を形成する。p形半導体領域2xとn形半導体領域3xの一部と、が開口OP2を通して露出する。
【0025】
図3(b)に示すように、絶縁層11yの上にマスクMを形成する。例えば、マスクMは、フォトレジストであり、フォトリソグラフィにより所定の形状に加工される。マスクMは、金属材料又は絶縁材料を含むハードマスクであっても良い。マスクMは、絶縁層11yの表面及びn形半導体層1xの上面に沿って形成されても良い。n形半導体領域3xは、マスクMにより覆われる。p形半導体領域2xの少なくとも一部は、マスクMに覆われていない。
【0026】
マスクMによってn形半導体領域3xが覆われた状態で、p形半導体領域2xに第1元素を供給する。第1元素は、イオン注入又はスパッタリングによりp形半導体領域2xに供給される。第1元素の供給により、p形半導体領域2xの上面にシリサイド層2yが形成される。シリサイド層2yは、第1元素のシリサイドを含む。また、熱処理により、n形半導体層1xに第1元素が拡散していく。
【0027】
一例として、エピタキシャル成長されるn形半導体層1xの厚さは、13μmである。開口OP1の深さは、2μmである。p形半導体領域2xの厚さは、1.5μmである。熱処理による拡散後、p形半導体領域2xの上面から約3μmの深さにおいて、第1元素の濃度は、1.0×1017/cm-3である。p形半導体領域2xの上面から6μmの深さにおいて、第1元素の濃度は、1.0×1016/cm-3である。
【0028】
マスクMを除去する。図4(a)に示すように、p形半導体領域2x、シリサイド層2y、及びn形半導体領域3xの上に、スパッタリングにより、金属層22x~22zを順次形成する。金属層22xは、チタンを含む。金属層22yは、金属層22xの上に設けられ、窒素及びチタンを含む。金属層22zは、金属層22yの上に設けられ、アルミニウムを含む。金属層22zは、さらに銅を含んでも良い。金属層22xのチタンとn形半導体領域3xとが反応し、シリサイド層3yが形成される。n形半導体層4xが所定の厚さになるまで、n形半導体層4xの下面を研削する。アルミニウムのスパッタリングにより、図4(b)に示すように、n形半導体層4xの下面に金属層21xを形成する。以上により、半導体装置100が製造される。
【0029】
図4(b)に示すn形半導体層1xは、図1に示す半導体装置100のドリフト領域1に対応する。p形半導体領域2xは、ベース領域2に対応する。シリサイド層2yは、コンタクト領域2aに対応する。n形半導体領域3xは、ソース領域3に対応する。シリサイド層3yは、コンタクト領域3aに対応する。n形半導体層4xは、ドレイン領域4に対応する。絶縁層11x及び11yは、ゲート絶縁層11に対応する。金属層21xは、ドレイン電極21に対応する。金属層22x~22zは、ソース電極22に対応する。
【0030】
実施形態の利点を説明する。
半導体装置100のスイッチング損失を低減するためには、半導体領域が第1元素を含むことが好ましい。半導体領域が第1元素を含む場合、キャリアが発生してから消失するまでのキャリアライフタイムがより短くなる。例えば、半導体装置100がターンオフした際、半導体領域に蓄積されたキャリアがより早く消滅し、半導体装置100のスイッチング時間が短縮される。これにより、半導体装置100のスイッチング損失が低下し、半導体装置100の消費電力が低下する。
【0031】
特に、コンタクト領域2aが第1元素である白金を含む場合、ベース領域2とソース電極22との間の正孔に対するショットキー障壁が低下する。これにより、ベース領域2とソース電極22との間の電気抵抗が低下し、半導体装置100の消費電力がさらに低下する。
【0032】
一方、コンタクト領域3aが第1元素を含む場合、半導体装置100の特性が低下しうる。例えば、第1元素がソース領域3に含まれる半導体とソース電極22に含まれる金属との反応を阻害し、ソース領域3とソース電極22との間の電気抵抗が増大する。特に、第1元素が白金である場合、半導体材料及び白金が互いに反応して凝集する。凝集して形成されたシリサイドが、ソース領域3に含まれる半導体とソース電極22に含まれる金属とのシリサイドの形成を阻害し、電子に対するショットキー障壁を増加させる。
【0033】
この課題について、実施形態に係る半導体装置100では、コンタクト領域3aにおける第1元素の濃度が、コンタクト領域2aにおける第1元素の濃度よりも低い。コンタクト領域3aにおける第1元素の濃度が相対的に低いことで、半導体装置100の特性の低下を抑制できる。例えば、第1元素のシリサイドが形成されず、ソース領域3とソース電極22との間の電気抵抗の増加が抑制される。また、コンタクト領域2aにおける第1元素の濃度が相対的に高いことで、キャリアのライフタイムを短縮でき、半導体装置100のスイッチング損失を低減できる。
【0034】
第1実施形態によれば、半導体装置100の特性の低下を抑制しつつ、半導体装置100のスイッチング損失を低減できる。
【0035】
コンタクト領域2aは、第1元素のシリサイドを含むことが好ましい。コンタクト領域2aが第1元素のシリサイドを含む場合、ベース領域2とソース電極22との間での正孔に対する電気抵抗がさらに低下する。これにより、半導体装置100の消費電力を低減できる。
【0036】
コンタクト領域3aは、ソース電極22に含まれる金属のシリサイドを含むことが好ましい。コンタクト領域3aがシリサイドを含む場合、ソース領域3とソース電極22との間での電子に対する電気抵抗がさらに低下する。これにより、半導体装置100の消費電力を低減できる。
【0037】
ベース領域2に加えて、ドリフト領域1も第1元素を含むことが好ましい。ドリフト領域1が第1元素を含むことで、半導体装置100のより広い領域で、より早くキャリアを消滅させることができる。これにより、半導体装置100のスイッチング損失をさらに低減できる。例えば、第1領域1aにおける第1元素の濃度は、第2領域1bにおける第1元素の濃度よりも高い。第1領域1aは、X方向においてゲート電極10同士の間に位置する。
【0038】
(第1変形例)
図5及び図6は、第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図5及び図6に示した第1変形例に係る半導体装置110は、導電部15をさらに含む。導電部15は、絶縁層16を介して、ドリフト領域1中に設けられている。導電部15の少なくとも一部は、ゲート電極10よりも下方に位置する。
【0039】
導電部15は、Y方向に延び、X方向において複数設けられている。例えば、導電部15のY方向における端部は、上方に向けて引き上げられ、ソース電極22と接している。導電部15は、ゲート電極10とは電気的に分離されている。
【0040】
又は、導電部15は、ゲート電極10と接しており、ゲート電極10と電気的に接続されていても良い。この場合、導電部15は、ソース電極22とは電気的に分離される。
【0041】
また、半導体装置110では、ソース電極22の一部がベース領域2に向けて延びている。ソース電極22の当該一部は、ベース領域2の中に位置し、X方向においてベース領域2の一部及びソース領域3の一部と並んでいる。
【0042】
コンタクト領域2aは、コンタクト領域3aよりも下方に位置している。例えば図5に示すように、コンタクト領域2aは、ベース領域2とソース電極22との境界に沿って、X方向に広がっている。図6に示すように、コンタクト領域2aは、より広い範囲に設けられても良い。具体的には、コンタクト領域2aの一部がX方向に沿って設けられ、コンタクト領域2aの別の一部がX方向に傾斜した方向に沿って設けられても良い。
【0043】
ドリフト領域1について、第1領域1aは、X方向においてゲート電極10及び導電部15と並ぶ。第2領域1bは、第1領域1aよりも下方に設けられ、Z方向においてドレイン電極21と導電部15との間に位置する。第1領域1aにおける第1元素の濃度は、第2領域1bにおける第1元素の濃度よりも高い。
【0044】
図7(a)及び図7(b)は、第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図2(a)に示す工程と同様の工程を実行し、n形半導体層1xに開口OP1を形成する。このとき、図2(a)に示す例よりも深い開口OP1を形成する。開口OP1内に、絶縁層16x、導電部15、絶縁層11x、ゲート電極10を形成する。図3(a)に示す工程と同様の工程を実行し、p形半導体領域2x、n形半導体領域3x、絶縁層11yなどを形成する。その後、開口OP2を形成する際、絶縁層11yの一部に加えて、n形半導体領域3xの一部及びp形半導体領域2xの一部を除去する。これにより、図7(a)に示すように、p形半導体領域2xに達する開口OP2が形成される。
【0045】
図7(b)に示すように、絶縁層11yの上にマスクMを形成する。n形半導体領域3xは、マスクMにより覆われる。p形半導体領域2xの少なくとも一部は、マスクMに覆われていない。
【0046】
イオン注入又はスパッタリングにより、p形半導体領域2xに第1元素を供給する。例えば、Z方向に平行な方向からのイオン注入、又は粒子の直進性の高いロングスロースパッタリングなどにより、開口OP2底部のp形半導体領域2xの一部にシリサイド層2yを形成できる。
【0047】
Z方向に対して傾斜した方向からの斜め回転イオン注入、又はロングスロースパッタリングに比べて粒子の直進性の低い通常のスパッタリングが行われても良い。この場合、開口OP2の側面下部にも第1元素が供給される。この結果、図6に示すように、X方向に傾斜した方向に沿ってコンタクト領域2a(シリサイド層)が形成される。
【0048】
図7(b)の後の工程は、図4(a)及び図4(b)と同様である。以上の工程により、第1変形例に係る半導体装置110が製造される。
【0049】
半導体装置110がオフ状態に切り替わると、ソース電極22に対してドレイン電極21に印加される正電圧が増大していく。導電部15が設けられる場合、導電部15とドレイン電極21との間の電位差により、ドリフト領域1と絶縁層16との界面からドリフト領域1に向けて空乏層が広がる。この空乏層の広がりにより、半導体装置110の耐圧を高めることができる。又は、半導体装置110の耐圧を維持したまま、ドリフト領域1におけるn形不純物濃度を高め、半導体装置110のオン抵抗を低減できる。
【0050】
(第2変形例)
図8は、第1実施形態の第2変形例に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
第2変形例に係る半導体装置120は、半導体装置110と比べて、異なるベース領域2の構造を有する。
【0051】
半導体装置120において、ベース領域2は、コンタクト領域2aに加えて、高濃度領域2bを含む。高濃度領域2bのp形不純物濃度は、他の領域のp形不純物濃度よりも高い。例えば、コンタクト領域2aのシリサイドは、高濃度領域2bとソース電極22との間に位置する。
【0052】
高濃度領域2bが設けられることで、ベース領域2とソース電極22との間の電気抵抗をさらに低減できる。これにより、半導体装置120の消費電力をさらに低減できる。
【0053】
(第3変形例)
図9は、第1実施形態の第3変形例に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
半導体装置100~120では、ゲート電極10が半導体領域の中に設けられ、ベース領域2がX方向においてゲート絶縁層11を介してゲート電極10と対面している。図9に示した第3変形例に係る半導体装置130では、ゲート電極10が半導体領域の上に設けられ、ベース領域2がZ方向においてゲート絶縁層11を介してゲート電極10と対面している。図示した例では、ゲート電極10は、Z方向において、ゲート絶縁層11を介してドリフト領域1の一部及びソース領域3の一部とさらに対面している。
【0054】
各半導体領域とゲート電極10との位置関係を除き、半導体装置130の構造、動作は、半導体装置100の構造、動作と同様である。例えば、ベース領域2及びソース領域3は、ソース電極22と接するコンタクト領域2a及び3aをそれぞれ含む。コンタクト領域3aにおける第1元素の濃度は、コンタクト領域2aにおける第1元素の濃度よりも低い。
【0055】
半導体装置130においても、半導体装置100と同様に、半導体装置130の特性の低下を抑制しつつ、半導体装置130のスイッチング損失を低減できる。
【0056】
(第2実施形態)
図10は、第2実施形態に係る半導体装置を示す斜視断面図である。
図10に示した第2実施形態に係る半導体装置200は、半導体装置100と比べると、各半導体領域の導電形が反転している。具体的には、半導体装置200は、p形のドリフト領域1(第1半導体領域)、n形のベース領域2(第2半導体領域)、p形のソース領域3(第3半導体領域)、p形のドレイン領域4、ゲート電極10、ドレイン電極21(第1電極)、及びソース電極22(第2電極)を備える。
【0057】
第1実施形態に係る半導体装置100~130では、オン状態のときに、電子がソース電極22からドレイン電極21へ流れる。これに対して、半導体装置200では、オン状態のときに、正孔がソース電極22からドレイン電極21へ流れる。すなわち、半導体装置100~130がN形のMOS(NMOS)であるのに対して、半導体装置200はP形のMOS(PMOS)である。
【0058】
ベース領域2及びソース領域3は、それぞれコンタクト領域2a及び3aを含む。ただし、半導体装置200では、コンタクト領域3aにおける第1元素の濃度が、コンタクト領域2aにおける第1元素の濃度よりも高い。コンタクト領域2aにおける第1元素の濃度は、ゼロであっても良い。
【0059】
p形のソース領域3のコンタクト領域3aにおける第1元素の濃度が相対的に高いことで、ライフタイムを短縮でき、半導体装置200のスイッチング損失を低減できる。第1元素が白金である場合、ソース領域3とソース電極22との間の正孔に対するショットキー障壁が低下し、半導体装置200の消費電力がさらに低下する。
【0060】
また、コンタクト領域2aにおける第1元素の濃度が相対的に低いことで、半導体装置200の特性の低下を抑制できる。例えば、ベース領域2とソース電極22との間の電気抵抗の増加が抑制される。
【0061】
第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、半導体装置200の特性の低下を抑制しつつ、半導体装置200のスイッチング損失を低減できる。
【0062】
第2実施形態に係る半導体装置に対して、第1実施形態の各変形例に係る構造を適用することも可能である。例えば、半導体装置200は、半導体装置110と同様に、導電部15を含んでも良い。半導体装置120と同様に、ベース領域2は、よりn形不純物濃度が高い高濃度領域を含んでも良い。半導体装置130と同様に、ゲート電極10が半導体領域の上に設けられ、ベース領域2がZ方向においてゲート絶縁層11を介してゲート電極10と対面していても良い。
【0063】
(第3実施形態)
図11は、第3実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
第3実施形態に係る半導体装置300は、図11に示すように、NMOS領域310、配線322~324、PMOS領域330、配線342~344、絶縁部350、及び絶縁層352を含む。半導体装置300は、相補型MOS(CMOS)構造を含む。
【0064】
NMOS領域310は、p形半導体領域311、n形半導体領域312、n形半導体領域313、及びゲート電極314を含む。n形半導体領域312及び313は、p形半導体領域311の上に設けられている。n形半導体領域313は、n形半導体領域312から離れている。p形半導体領域311の一部は、n形半導体領域312と313との間に位置する。ゲート電極314は、ゲート絶縁層315を介して、p形半導体領域311の前記一部、n形半導体領域312の一部、及びn形半導体領域313の一部と対面している。
【0065】
例えば、p形半導体領域311からゲート電極314に向かう方向は、Z方向に平行である。n形半導体領域312からn形半導体領域313に向かう方向は、X方向に平行である。
【0066】
配線322は、n形半導体領域312の上に設けられ、n形半導体領域312と電気的に接続されている。配線323は、n形半導体領域313の上に設けられ、n形半導体領域313と電気的に接続されている。配線324は、ゲート電極314の上に設けられ、ゲート電極314と電気的に接続されている。配線322~324は、互いに電気的に分離されている。
【0067】
形半導体領域312の電位とn形半導体領域313の電位とが異なる状態で、ゲート電極314に閾値以上の電圧が印加される。これにより、p形半導体領域311の前記一部にチャネルが形成され、NMOS領域310がオン状態となる。電子が、チャネルを通って、n形半導体領域312とn形半導体領域313の一方から他方へ流れる。
【0068】
PMOS領域330は、n形半導体領域331、p形半導体領域332、p形半導体領域333、及びゲート電極334を含む。p形半導体領域332及び333は、n形半導体領域331の上に設けられている。p形半導体領域333は、p形半導体領域332から離れている。n形半導体領域331の一部は、p形半導体領域332と333との間に位置する。ゲート電極334は、ゲート絶縁層335を介して、n形半導体領域331の前記一部、p形半導体領域332の一部、及びp形半導体領域333の一部と対面している。
【0069】
配線342は、p形半導体領域332の上に設けられ、p形半導体領域332と電気的に接続されている。配線343は、p形半導体領域333の上に設けられ、p形半導体領域333と電気的に接続されている。配線344は、ゲート電極334の上に設けられ、ゲート電極334と電気的に接続されている。配線342~344は、互いに電気的に分離されている。
【0070】
形半導体領域332の電位とp形半導体領域333の電位とが異なる状態で、ゲート電極334に閾値以上の電圧が印加される。これにより、n形半導体領域331の前記一部にチャネルが形成され、PMOS領域330がオン状態となる。正孔が、チャネルを通って、p形半導体領域332とp形半導体領域333の一方から他方へ流れる。
【0071】
絶縁部350は、NMOS領域310の少なくとも一部とPMOS領域330の少なくとも一部との間に設けられ、n形半導体領域313とp形半導体領域332との間に位置している。絶縁部350は、LOCal Oxidation of Silicon(LOCOS)などで形成され、NMOS領域310とPMOS領域330とを電気的に分離している。
【0072】
絶縁層352は、NMOS領域310、PMOS領域330、及び絶縁部350の上に設けられている。配線322~324及び配線342~344は、絶縁層352中をZ方向に延びている。
【0073】
NMOS領域310及びPMOS領域330の各半導体領域は、半導体材料を含む。半導体材料としては、シリコンが好ましい。ゲート電極314及び334は、ポリシリコンを含む。ゲート絶縁層315、ゲート絶縁層335、絶縁部350、及び絶縁層352は、酸化シリコンなどの絶縁材料を含む。配線322~324及び配線342~344は、金属を含む。例えば、各配線は、チタン層、窒化チタン層、及びタングステン層の積層構造を有する。
【0074】
形半導体領域312は、配線322と接するコンタクト領域312aを含む。n形半導体領域313は、配線323と接するコンタクト領域313aを含む。p形半導体領域332は、配線342と接するコンタクト領域332aを含む。p形半導体領域333は、配線343と接するコンタクト領域333aを含む。
【0075】
コンタクト領域332a及び333aは、第1元素を含む。コンタクト領域332a及び333aのそれぞれにおける第1元素の濃度は、コンタクト領域312a及び313aのそれぞれにおける第1元素の濃度よりも高い。コンタクト領域312a及び313aのそれぞれにおける第1元素の濃度は、ゼロであっても良い。
【0076】
例えば、コンタクト領域312aは、配線322に含まれる金属のシリサイドを含む。コンタクト領域313aは、配線323に含まれる金属のシリサイドを含む。コンタクト領域332a及び333aのそれぞれは、第1元素のシリサイドを含む。
【0077】
コンタクト領域332a及び333aのそれぞれにおける第1元素の濃度が相対的に高いことで、p形半導体領域332と配線342との間の電気抵抗及びp形半導体領域333と配線343との間の電気抵抗を低減できる。半導体装置300の消費電力を低減できる。
【0078】
また、コンタクト領域312a及び313aのそれぞれにおける第1元素の濃度が相対的に低いことで、半導体装置300の特性の低下を抑制できる。例えば、n形半導体領域312と配線322との間の電気抵抗及びn形半導体領域313と配線323との間の電気抵抗の増加が抑制される。
【0079】
第3実施形態によれば、半導体装置300の特性の低下を抑制しつつ、半導体装置300の消費電力を低減できる。
【0080】
以上で説明した各実施形態の各半導体領域における不純物濃度及び第1元素の濃度については、例えば、二次イオン質量分析(SIMS)により測定することが可能である。複数の領域の第1元素の濃度は、エネルギー分散型X線分析(EDX)を用いて比較することも可能である。
【0081】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0082】
1:ドリフト領域、 1a:第1領域、 1b:第2領域、 1x:n形半導体層、 2:ベース領域、 2a:コンタクト領域、 2b:高濃度領域、 2x:p形半導体領域、 2y:シリサイド層、 3:ソース領域、 3a:コンタクト領域、 3x:n形半導体領域、 3y:シリサイド層、 4:ドレイン領域、 4x:n形半導体層、 10:ゲート電極、 11:ゲート絶縁層、 11x,11y:絶縁層、 15:導電部、 16,16x:絶縁層、 21:ドレイン電極、 21x:金属層、 22:ソース電極、 22x~22z:金属層、 100~130,200,300:半導体装置、 310:NMOS領域、 311:p形半導体領域、 312,313:n形半導体領域、 312a,313a:コンタクト領域、 314:ゲート電極、 315:ゲート絶縁層、 322~324:配線、 330:PMOS領域、 331:n形半導体領域、 332,333:p形半導体領域、 332a,333a:コンタクト領域、 334:ゲート電極、 335:ゲート絶縁層、 342~344:配線、 350:絶縁部、 352:絶縁層、 M:マスク、 OP1,OP2:開口
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11