(57)【要約】【課題】埋設導通層を備えた低オン抵抗値の横方向高電圧電界効果トランジスタ（ＨＶＦＥＴ）を提供する。【解決手段】Ｐ型基板に形成されたＮ型ウエル内にＰ型埋設層領域を設け、これをＮ型ウエル領域に形成された第１のＰ型ドレイン拡散領域によってドレイン電極に接続すると共に、ＰＭＯＳゲート領域の一端で表面から下方に延びる第２のＰ型ドレイン拡散領域にも接続し、ソース電極に接続されるＰ型ソース拡散領域でゲート領域の他端を定める。【選択図】図１
2006019759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧電界効果トランジスタ（ＨＶＦＥＴ）において、
Ｐ型基板と、
Ｐ型基板に配置されたＮ型ウエル領域と、
Ｎ型ウエル領域に配置されたＰ型ソース拡散領域と、
Ｐ型ソース拡散領域から隔置されＮ型ウエル領域に配置された第１のＰ型ドレイン拡散領域であって、チャンネル領域が第１のＰ型ドレイン拡散領域とＰ型ソース拡散領域との間のＮ型ウエル領域に定められる第１のＰ型ドレイン拡散領域と、
第１のＰ型ドレイン拡散領域から隔置されＮ型ウエル領域に配置された第２のＰ型ドレイン拡散領域であって、第２のＰ型ドレイン拡散領域は、Ｐ＋拡散領域および追加のＰ型拡散領域とを含む第２のＰ型ドレイン拡散領域と、
Ｎ型ウエル領域内に配置され、第１のＰ型ドレイン拡散領域の下から横方向に第２のＰ型ドレイン拡散領域の下まで延びるＰ型埋設層領域であって、Ｐ型埋設層領域は、ＨＶＦＥＴがオン状態のときに電流がＰ型埋設層領域を経て横方向に流れるように第１および第２のＰ型ドレイン拡散領域の両方に接続されるＰ型埋設層領域と、
チャンネル領域を覆って形成された絶縁ゲートと、
を含む前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項２】
請求項１記載のＨＶＦＥＴにおいて、さらに、
Ｐ型ソース拡散領域に接続されたソース電極と、
第２のＰ型ドレイン拡散領域に接続されたドレイン電極と、
を含む前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項３】
請求項２記載のＨＶＦＥＴにおいて、さらに、
Ｐ型ソース拡散領域に近接してＮ型ウエル領域に配置されたＮ型拡散領域を含み、Ｎ型拡散領域は、ソース電極に接続される前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項４】
請求項２記載のＨＶＦＥＴにおいて、ソース電極およびドレイン電極は、それぞれ電界板として働く横方向に広がった部分を含む前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項５】
請求項４記載のＨＶＦＥＴにおいて、さらに、
第２のＰ型ドレイン拡散領域に近接および絶縁されて配置されたドレイン電界板部材を含み、ドレイン電界板部材は、ドレイン電極の横方向に延びた部分の下に配置され、この部分と絶縁されて配置される前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項６】
請求項１記載のＨＶＦＥＴにおいて、Ｐ型埋設層領域は、複数のＰ型埋設層を含む前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項７】
請求項６記載のＨＶＦＥＴにおいて、第１のＰ型ドレイン拡散領域は、ウエル領域中を垂直方向に延び、複数のＰ型埋設層のそれぞれに接続される前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項８】
請求項７記載のＨＶＦＥＴにおいて、第２のＰ型ドレイン拡散領域は、ウエル領域中を垂直方向に延び、複数のＰ型埋設層のそれぞれに接続される前記ＨＶＦＥＴ。
【請求項９】
請求項１記載のＨＶＦＥＴにおいて、第１のＰ型ドレイン拡散領域は、基板の表面と隣り合う第１の表面を有する前記ＨＶＦＥＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、本願の譲受人に譲渡されたＲｕｍｅｎｎｉｋ等の１９９９年２月５日に出願した米国特許出願第０９／２４５，０２９号に関連し、この出願は、本願明細書において参照として組み入れられる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、半導体装置に関する。より詳細には、本発明は、シリコン基板に製造された高電圧電界効果トランジスタの構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
横方向高電圧電界効果トランジスタ（ＨＶＦＥＴ）は、高電圧接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）と直列に配置された絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）を用いて製造されている。このＩＧＦＥＴは、装置の「オン」状態電流を制御するために使用され、ＪＦＥＴは、「オフ」状態で高電圧をサポートするために使用される。このＨＶＦＥＴ構造は、高電圧でスイッチングされることができ、低いオン状態抵抗値を有し、絶縁ゲート制御を有している。更に単一の集積回路チップ上で低電圧ロジック・トランジスタの近くに有利に製造できる。
【０００４】
横方向ＨＶＦＥＴは、減少表面電界（ＲＥＳＵＲＦ）原理に従って一般に製造される。しかしながら、ＲＥＳＵＲＦ原理は、高いブレークダウン電圧を得るために、横方向ＪＦＥＴのチャネルとして働く拡張ドレイン領域中の電荷を注意深く制御する必要がある。電子なだれブレークダウンが生じる臨界電界以下に最大電界を保持するために、ＪＦＥＴチャネルでの電荷量は、典型的に約１×１０１２ｃｍ−２の最大値に制限される。ＨＶＦＥＴが「オン」状態にあるときに、ＪＦＥＴチャネルの抵抗値は、ＨＶＦＥＴのオン状態抵抗値の大きな部分を構成する。従って、ＪＦＥＴ中の最大電荷についての制限もまた装置の最小固有オン抵抗値を決定する。
【０００５】
拡張ドレイン領域の導電型と反対の導電型の頂部層と共に拡張ドレイン領域を有するＨＶＦＥＴは、米国特許第４，８１１，０７５号に開示されている。この米国特許第４，８１１，０７５号は、頂部層が装置のオン抵抗値の同程度の減少を伴って導電層の電荷をほぼ２倍にすることを教示する。この頂部層もまた拡張ドレインが高電圧をサポートしているときにＪＦＥＴ導電領域を空乏化するのを助ける。
【０００６】
この概念を一層拡大する上で、米国特許第５，４１１，９０１号は、相補形高電圧トランジスタでのＪＦＥＴの導電部分として反対導電型頂部層を用いることを教示する。しかしながら、１つの欠点は、この相補形装置の構造が高電圧機能を達成するために追加の処理を必要とすることである。更に、相補形装置のオン抵抗値は、頂部領域に対する電荷要求（例えば、約１×１０１２ｃｍ−２）によって制限される。他の困難性は、頂部層が往々シリコン表面の酸化に先立って形成され、これは追加の処理を導入してしまうことである。
【０００７】
ＪＦＥＴの導電領域での全体電荷を一層増大し、かつ、オン抵抗値を減少するために、米国特許第５，３１３，０８２号は、２つのＪＦＥＴチャネルが平行して配列されるようなＨＶＦＥＴ構造を教示する。３つの別々の打ち込みおよび拡散ステップがＮ型導電頂部層、Ｐ型中間層およびＮ型導電底部層を有するＨＶＦＥＴを形成する必要がある三重拡散プロセスが開示されている。交互の導電型のこれら多数の層は、打ち込みを行い、次いで拡散を行い、半導体基板にドーピングすることによって作成される。米国特許第５，３１３，０８２号は、また、三層拡張ドリフト領域に追加の層を付加することによって形成される相補形高電圧トランジスタ（すなわち、Ｐチャネル装置）をも記載している。
【０００８】
この従来技術のアプローチの１つの欠点は、各連続した層が対応領域の導電型を充分に補って変化するために先行する層よりも高い表面濃度を持たなければならないことである。表面からのドーパントの拡散は、層間で適切な電荷バランスを維持することを極めて困難にする。更に、埋設層およびドレイン拡散領域間の大きくドーピングしたＰ−Ｎ接合は、装置のブレークダウン電圧を低下する。濃度もまた各層内の自由キャリアの移動度を低下しようとし、それによってＨＶＥＦＴのオン抵抗値を悪化する。相補形装置を形成するために必要な追加の層は、製造プロセスを複雑にする。
【０００９】
相補形ＣＭＯＳ装置を製造するための一般的なプロセスとの互換性があるＰチャネルＭＯＳ装置の設計は、米国特許第５，８９４，１５４号に記載されている。
【実施例】
【００１０】
以下、本発明の一実施例の高電圧電界効果トランジスタを説明する。このＨＶＦＥＴは、低い固有オン抵抗値を有し、かつ低電圧ロジック装置と共に同一のチップ上に相補形横方向ＨＶＦＥＴと容易に集積化され得る。以下の説明において、本発明の完全な理解を与えるために材料形式、ドーピング・レベル、構造的特徴、処理ステップ等のような多くの特定の詳細が述べられる。半導体技術の当業者には、本発明がこれら詳細の多くを持たずに実施され得ることが理解される。他の例では、周知の要素、技術およびプロセス・ステップは、本発明が不明確にならないように詳細には記載されなかった。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例に従ったＰチャネルＨＶＦＥＴ装置構造の横断面側面図である。（図中の要素は、描写的であり、明瞭化のため実寸では描かれてはいないことも理解されるべきである。）Ｎチャネル・トランジスタが図示の拡散領域の全てに反対導電型を用いることによって実現され得る。図１の装置は、ゲート２２（例えば、ポリシリコンからなる）と二酸化ケイ素あるいは他の適切な誘電性絶縁材料からなるゲート絶縁層３０と軽くドーピングしたＰ型基板領域１０中に設けられた下層のＮ型ウエル領域１２とを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＥＦＴ）を含んでいる。ゲート２２の真下のＮ型ウエル領域１２の区域は、トランジスタのＩＧＥＦＴチャネル領域３１である。この実施例において、ゲート領域は、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）であり、ＩＧＥＦＴは、ＰＭＯＳトランジスタである。
【００１２】
チャネル領域３１は、一端でＰ＋ソース拡散領域１９によって他端でＰ型拡散領域１６によって定められ、これはＮ型ウエル１２の基板表面から下方に延びる。横方向高電圧ＰチャネルＦＥＴがＰＭＯＳ装置とＮ型ウエル領域１２へのＰ型ドーパント（例えば、ホウ素）の高エネルギ打ち込みによって形成されたＰ型ＪＦＥＴトランジスタとの直列接続によって形成される。この高エネルギ打ち込みは、Ｐ型埋設層１４を形成し、これはＰ型拡散領域１６に接続される。埋設層１４は、Ｐ型ＪＦＥＴ装置の拡張ドレインの導電部分を構成する。Ｐ型埋設領域１４の電荷は、この実施例でほぼ２×１０１２ｃｍ−２であり、伝統的な装置より約５０％低いオン抵抗値となる。
【００１３】
Ｐ型拡散領域１６のドーピングは、この領域がオフ状態において比較的に低電圧（＜１００Ｖ）で完全に空乏化され得るように選択されるということは当業者には認められる。これは、領域１６がオフ状態では高電圧（〜７００Ｖ）をサポートするためにトランジスタの能力を妨げないようにする。
【００１４】
ソース電極２９は、Ｐ＋ソース拡散領域１９への電気接続を与える。同様に、ドレイン電極２８は、Ｐ＋ドレイン拡散領域１８に接続する。ドレイン拡散領域１８およびソース拡散領域１９は、同一の打ち込みステップを用いて形成されてもよい。ドレイン拡散領域１８と埋設層１４との間の電気接続は、Ｐ型拡散領域１７により確立される。領域１７は、同一の処理ステップを用いてＰ型拡散領域１６と同時に形成されてもよいことを理解される。別形態として、Ｐ＋ドレイン拡散領域１８は、Ｐ型埋設層１４まで基板表面から垂直方向下方に延びるように形成されてもよい。
【００１５】
それぞれのソースおよびドレイン電極２９および２８は、多数の広く使われている金属または金属合金で構成されてもよい。ソース電極２９は、ゲート２９の上方を延びるように示され、かつ、それから絶縁されており、その際、それは電界板として働くことを留意される。同様に、ドレイン電極２８は、ドレイン拡散領域１８の上に配置され、かつ、それに近傍するポリシリコン電界板部材２３の上方を延びる。電界板は、表面電界を減少し、基板の空乏の有効半径を増大し、それによってトランジスタのブレークダウン電圧を増大するように働く。
【００１６】
図１の実施例において、Ｎ＋拡散領域２０は、Ｐ＋ソース拡散領域１９に近接して配置される。拡散領域２０は、Ｎ型ウエル領域１２への良好な電気接続を与えるので、寄生バイポーラ効果に対する装置の敏感さを減少する。
【００１７】
図１のＰチャネルＨＶＦＥＴがオン状態にあるときには、電流は、ソース拡散領域１９からＩＧＦＥＴチャネル領域３１次いでＰ型領域１６、１４および１７を介してＰ＋ドレイン拡散領域１８に流れる。上記のように、Ｐ型埋没領域１４の電荷は、従来のＰチャネル装置よりほぼ２倍大きい。このため、拡張ドレイン領域の抵抗値は、従来の装置の約１／２に減少される。
【００１８】
オフ状態においては、Ｐ型拡散領域１６、Ｐ型埋設層領域１４およびＮ型ウエル領域１２は、自由キャリアから共通に空乏化される。
【００１９】
図１に示される装置構造の重要な長所は、それが相補形、高電圧ＮチャネルＦＥＴを作るために使用される同一のプロセスを用いて構成されることである。１つの例を挙げると、このようなプロセスは、本願明細書に組み入れられたＲｕｍｅｎｎｉｋ等の米国特許出願の図１１ａ〜１１ｉに示され、関連した説明が行われている。重要なことは、Ｐ型領域１６の追加以外同一のマスキング層が両装置に対して使用され得るため追加の処理の複雑性が導入されないことである。
【００２０】
ＮチャネルＨＶＦＥＴを製造するための上述のプロセスに従って、同一のシリコン基板上に相補形装置を製造することは、ＰチャネルおよびＮチャネル装置に関連したそれぞれのＮ型ウエル領域を分離することによって達成される。Ｐチャネル装置のＰ型埋設層領域１４を形成するために使用されるマスキング層は、Ｎチャネル装置構造の埋設層領域を同時に形成するために使用される。Ｎチャネル装置においては、このＰ型埋設層は、単一の導電性Ｎ型ウエルをＪＦＥＴトランジスタの並列の導電性ドリフト領域に分割する。並列に加えられて、各導電性領域は、ＨＶＦＥＴ構造のオン抵抗を減少する。
【００２１】
一例として、図３は、同一のＰ型基板１０上に互いに近接して製造された高電圧ＰＭＯＳおよびＮＭＯＳトランジスタを示す。ＰＭＯＳ装置のＮ型ウエル１２を形成するために使用される同一の処理ステップもＮＭＯＳ装置のＮ型ウエル５２を製造するために使用されてもよいことを特記する。同様に、ＰＭＯＳ装置の埋設層１４およびＮＭＯＳ装置の埋設層７４は、同一のステップを用いて形成されてもよい。同一の処理ステップで形成可能なＰＭＯＳおよびＮＭＯＳ装置の他の抵抗は、それぞれＰ＋領域１９および６９と、Ｎ＋領域２０および７０と、ゲート酸化物領域３０および８０とを含んでいる。
【００２２】
例えば、図１のＰ型拡散領域１６は、ＮチャネルおよびＰチャネル装置のＰ型埋設層領域を形成する打ち込みステップの前あるいは後に形成されてもよい。一例として、拡散領域１６は、Ｎ型ウエル１２の形成に引き続く基板へのホウ素の打ち込みで形成されてもよい。プロセスが電界酸化物層を形成するためのステップを随意に選択して含むならば、Ｐ型拡散領域１６は、従来の処理技術を用いて、電界酸化物成長の前あるいはその後にＮ型ウエル１２に形成されてもよい。
【００２３】
図２は、本発明の別態様の実施例を示し、これはＮ型ウエル領域１２に分散された複数の垂直方向に積み重ねられたＰ型埋設層領域１４ａ〜１４ｃを具備する。典型的な処理シーケンスにおいて、全ての埋設層を定めるために単一の打ち込みマスクが使用される。次いで、高エネルギ打ち込みが埋設層領域１４ａ、１４ｂおよび１４ｃを形成するために使用される。図２の装置構造は、チャンネル３１の一端を定めるＰ型拡散領域２６を含んでいる。拡散領域２６は、基板表面から下方に延び、埋設層領域１４ａ〜１４ｃのそれぞれと電気的接続を行う。同様に、Ｐ型拡散領域２７は、Ｐ＋ドレイン拡散領域１８から垂直方向下方に延び、埋設層領域１４ａ〜１４ｃのそれぞれと接続する。個別のＰ型領域２７を形成せずに、ドレイン拡散領域１８の下の埋設層領域１４のそれぞれへの接続がＰ＋ドレイン拡散領域１８を基板表面から垂直方向下方に埋設層領域１４ａ〜１４ｃとの接続を行うための充分な深さまで単純に延ばすことによって達成されてもよい。
【００２４】
このようにして、図２のＨＶＦＥＴにおいて空間的に隔てられたＰ型埋設層領域１４は、並列導電路を与える。それぞれの埋設層領域１４の電荷を制御することによって、高電圧をサポートするＰチャネル装置の能力が悪化されない。更に、上述の教示によれば、それぞれの追加導電層は、追加の２×１０１２ｃｍ−２の電荷に寄与し、装置のオン抵抗値を一層低下させる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による高電圧電界効果トランジスタ（ＨＶＦＥＴ）装置構造の一実施例の横断面側面図。
【図２】本発明に従って作られたＨＶＦＥＴの他の実施例の横断面側面図である。
【図３】本発明に従って同一の基板上に作られた相補形ＨＶＦＥＴの横断面側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  Ｐ型基板領域
１２  Ｎ型ウエル領域
１４、１４ａ〜１４ｃ  Ｐ型埋設領域
１６  Ｐ型拡散領域
１７  Ｐ型拡散領域
１８  Ｐ＋ドレイン拡散領域
１９  Ｎ＋ソース拡散領域
２０  Ｎ＋拡散領域
２２  ゲート
２３  ポリシリコン電界板部材
２８  ドレイン電極
２９  ソース電極
３０  ゲート絶縁層
３１  ＩＧＥＦＴチャネル領域
５２  Ｎ型ウエル
６９  Ｐ＋領域
７０  Ｎ＋領域
７４  埋設層
８０  ゲート酸化物領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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