(57)【要約】スーパージャンクション構造のパワートランジスタ及びその製造方法を開示する。スーパージャンクション構造のパワートランジスタは、第１ドーピングタイプの第１基板エピタキシャル層（２００）と、第１基板エピタキシャル層（２００）の上に設けられる第１ドーピングタイプの第２基板エピタキシャル層（２０１）とを備え、第１基板エピタキシャル層（２００）内に第１ドーピングタイプのドレイン領域及び複数の第２ドーピングタイプの柱状エピタキシャルドーピング領域（２０２）が形成され、第２基板エピタキシャル層（２０１）内に複数のトレンチが設けられ、トレンチに複合ゲート構造が形成され、隣接するトレンチの間の第２基板エピタキシャル層（２０１）内に第２ドーピングタイプのボディ領域（２０７）が設けられ、ボディ領域（２０７）内に第１ドーピングタイプのソース領域（２０８）が設けられる。２層構造の基板エピタキシャル層を採用し、柱状エピタキシャルドーピング領域（２０２）よりも数が多い複合ゲート構造を形成させ、より多くの電流チャネルを形成することができ、オン抵抗を低減することができる。それと同時に、第２基板エピタキシャル層（２０１）のドーピング濃度を第１基板エピタキシャル層（２００）のドーピング濃度よりも大きくすることにより、ブレークオーバ電圧を向上させることができる。また、複合ゲート構造により、ゲートとドレインとの間の重なる面積を減少させ、ゲートとドレインとの間の容量を低減させ、スイッチング速度を加速させた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ドーピングタイプの第１基板エピタキシャル層と、前記第１基板エピタキシャル層の上に設けられる第１ドーピングタイプの第２基板エピタキシャル層とを備え、前記第１基板エピタキシャル層に第１ドーピングタイプのドレイン領域及び複数の第２ドーピングタイプの柱状エピタキシャルドーピング領域が形成され、前記第２基板エピタキシャル層に複数のトレンチが設けられ、前記トレンチに複合ゲート構造が形成され、隣接する前記トレンチの間の第２基板エピタキシャル層に第２ドーピングタイプのボディ領域が設けられ、前記ボディ領域に第１ドーピングタイプのソース領域が設けられる、スーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項２】
前記第２基板エピタキシャル層における複合ゲート構造の数は、前記第１基板エピタキシャル層の柱状エピタキシャルドーピング領域の数よりも多い、請求項１に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項３】
前記複合ゲート構造は、前記柱状エピタキシャルドーピング領域の上、及び前記隣接する柱状エピタキシャルドーピング領域の間の第１基板エピタキシャル層の上に順に設けられる、請求項２に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項４】
前記第２基板エピタキシャル層のドーピング濃度は、前記第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きい、請求項１に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項５】
前記トレンチは、同じ方向の第１トレンチと、開口が前記第１トレンチの底部に位置する第２トレンチとを含み、前記複合ゲート構造がゲート、ゲート酸化層、スプリットゲート及びフィールド酸化層を含み、前記ゲート酸化層が前記第１トレンチの内面に設けられ、前記ゲートが前記第１トレンチの対向する側壁に設けられて前記ゲート酸化層を覆い、前記フィールド酸化層が前記ゲートの対向する表面及び前記第２トレンチの内面に設けられ、前記スプリットゲートが前記フィールド酸化層で囲まれた収容空間内に設けられる、請求項１に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項６】
前記第１トレンチの幅は前記第２トレンチの幅よりも大きい、請求項５に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項７】
前記スプリットゲートは導電層を介して前記ソース領域に接続される、請求項５に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項８】
前記第１ドーピングタイプはＰ型ドーピングであり、前記第２ドーピングタイプはＮ型ドーピングである、請求項１に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項９】
前記第１ドーピングタイプはＮ型ドーピングであり、前記第２ドーピングタイプはＰ型ドーピングである、請求項１に記載のスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【請求項１０】
第１基板エピタキシャル層に複数の柱状エピタキシャルドーピング領域を形成させることと、
前記第１基板エピタキシャル層の上に第２基板エピタキシャル層を形成させることと、
前記第２基板エピタキシャル層の上にハードマスク層を形成させ、前記ハードマスク層をエッチングしてハードマスク層の開口を形成させることと、
前記第２基板エピタキシャル層に複数の第１トレンチを形成させるように前記第２基板エピタキシャル層をエッチングすることと、
前記第１トレンチの内面にゲート酸化層を形成させることと、
前記第１トレンチの対向する側壁にゲートを形成させることと、
露出したゲート酸化層をエッチングし、前記第２基板エピタキシャル層をエッチングして第２トレンチを形成させることと、
前記第２トレンチの内面と前記ゲートの対向する表面を覆ってフィールド酸化層を形成させ、前記フィールド酸化層で囲まれた収容空間内にスプリットゲートを形成させることと、
前記第２基板エピタキシャル層にボディ領域を形成させ、前記ボディ領域にソース領域を形成させることと、
前記第１基板エピタキシャル層の底部にドレイン領域を形成させることと、
を含む、スーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記第１トレンチを形成させる際に、形成される第１トレンチの幅が前記ハードマスク層の開口の幅よりも大きくなるように、横方向のエッチングを増加させる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２基板エピタキシャル層の第１トレンチの数は、前記第１基板エピタキシャル層の柱状エピタキシャルドーピング領域の数よりも多い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２基板エピタキシャル層と前記第１基板エピタキシャル層は、ドーピングタイプが同じであり、且つ、前記第２基板エピタキシャル層のドーピング濃度は、前記第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きい、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パワー半導体の技術分野に関し、例えば、スーパージャンクション構造のパワートランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパージャンクション構造のパワートランジスタは、基板エピタキシャル層に複数の柱状エピタキシャルドーピング領域が形成され、柱状エピタキシャルドーピング領域と基板エピタキシャル層は逆のドーピングタイプを有し、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのブレークオーバ電圧を向上させるために、柱状エピタキシャルドーピング領域と基板エピタキシャル層との間は、キャリアが互いに消滅しやすい。関連技術において、スーパージャンクション構造のパワーデバイスの製造方法は、基板エピタキシャル層に複数の溝を形成しておき、溝内に柱状エピタキシャルドーピング領域を形成するように基板エピタキシャル層材料の成長を行い、その後、柱状エピタキシャルドーピング領域の先端にボディ領域を形成し、ボディ領域にソース領域を形成する。関連技術の欠点は、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのオン抵抗を一定に保持すると、該スーパージャンクション構造のパワートランジスタのブレークオーバ電圧は継続的に向上することができず、基板エピタキシャル層の厚さを高めることによりブレークオーバ電圧を改善しようとすると、該スーパージャンクション構造のパワートランジスタのオン抵抗が大きくなることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本開示は、２層構造の基板エピタキシャル層を備え、第１基板エピタキシャル層にスーパージャンクション構造が形成され、第２基板エピタキシャル層に複合ゲート構造が形成されるスーパージャンクション構造のパワートランジスタ及びその製造方法を提供し、関連技術におけるスーパージャンクション構造のパワートランジスタではブレークオーバ電圧の改善とオン抵抗の低減の両立を実現できないという課題を解決した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１ドーピングタイプの第１基板エピタキシャル層と、前記第１基板エピタキシャル層の上に設けられる第１ドーピングタイプの第２基板エピタキシャル層とを備え、前記第１基板エピタキシャル層に第１ドーピングタイプのドレイン領域及び複数の第２ドーピングタイプの柱状エピタキシャルドーピング領域が形成され、前記第２基板エピタキシャル層に複数のトレンチが設けられ、前記トレンチに複合ゲート構造が形成され、隣接する前記トレンチの間の第２基板エピタキシャル層に第２ドーピングタイプのボディ領域が設けられ、前記ボディ領域に第１ドーピングタイプのソース領域が設けられるスーパージャンクション構造のパワートランジスタ。
【０００５】
ここで、前記第２基板エピタキシャル層における複合ゲート構造の数は、前記第１基板エピタキシャル層の柱状エピタキシャルドーピング領域の数よりも多い。
【０００６】
ここで、前記複合ゲート構造は、前記柱状エピタキシャルドーピング領域の上、及び前記隣接する柱状エピタキシャルドーピング領域の間の第１基板エピタキシャル層の上に順に設けられる。
【０００７】
ここで、前記第２基板エピタキシャル層のドーピング濃度は、前記第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きい。
【０００８】
ここで、前記トレンチは、同じ方向の第１トレンチと、開口が前記第１トレンチの底部に位置する第２トレンチとを含み、前記複合ゲート構造がゲート、ゲート酸化層、スプリットゲート及びフィールド酸化層を含み、前記ゲート酸化層が前記第１トレンチの内面に設けられ、前記ゲートが前記第１トレンチの対向する側壁に設けられて前記ゲート酸化層を覆い、前記フィールド酸化層が前記ゲートの対向する表面及び前記第２トレンチの内面に設けられ、前記スプリットゲートが前記フィールド酸化層で囲まれた収容空間内に設けられる。
【０００９】
ここで、前記第１トレンチの幅は前記第２トレンチの幅よりも大きい。
【００１０】
ここで、前記スプリットゲートは導電層を介して前記ソース領域に接続される。
【００１１】
ここで、前記第１ドーピングタイプはＰ型ドーピングであり、前記第２ドーピングタイプはＮ型ドーピングであり、または、前記第１ドーピングタイプはＮ型ドーピングであり、前記第２ドーピングタイプはＰ型ドーピングである。
【００１２】
第１基板エピタキシャル層に複数の柱状エピタキシャルドーピング領域を形成させることと、
前記第１基板エピタキシャル層の上に第２基板エピタキシャル層を形成させることと、
前記第２基板エピタキシャル層の上にハードマスク層を形成させ、前記ハードマスク層をエッチングしてハードマスク層の開口を形成させることと、
前記第２基板エピタキシャル層に複数の第１トレンチを形成させるように、前記第２基板エピタキシャル層をエッチングすることと、
前記第１トレンチの内面にゲート酸化層を形成させることと、
前記第１トレンチの対向する側壁にゲートを形成させることと、
露出したゲート酸化層をエッチングし、前記第２基板エピタキシャル層をエッチングして第２トレンチを形成させることと、
前記第２トレンチの内面および前記ゲートの対向する表面を覆うようにフィールド酸化層を形成させ、前記フィールド酸化層で囲まれた収容空間内にスプリットゲートを形成させることと、
前記第２基板エピタキシャル層にボディ領域を形成させ、前記ボディ領域にソース領域を形成させることと、
前記第１基板エピタキシャル層の底部にドレイン領域を形成させることと、
を含むスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法。
【００１３】
ここで、前記第１トレンチを形成させる際に、形成される第１トレンチの幅が前記ハードマスク層の開口の幅よりも大きくなるように、横方向のエッチングを増加させる。
【００１４】
ここで、前記第２基板エピタキシャル層の第１トレンチの数は、前記第１基板エピタキシャル層の柱状エピタキシャルドーピング領域の数よりも多い。
【００１５】
ここで、前記第２基板エピタキシャル層と前記第１基板エピタキシャル層のドーピングタイプは同じであり、且つ、前記第２基板エピタキシャル層のドーピング濃度は、前記第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きい。
【発明の効果】
【００１６】
本開示に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタ及びその製造方法は、２層構造の基板エピタキシャル層を採用した。ここで、第１基板エピタキシャル層に柱状エピタキシャルドーピング領域を形成させ、第２基板エピタキシャル層に柱状エピタキシャルドーピング領域よりも数が多い複合ゲート構造を形成させることができ、より多くの電流チャネルを形成することができ、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのオン抵抗を低減した。それと同時に、第２基板エピタキシャル層の濃度を第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きくすることにより、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのブレークオーバ電圧を向上させることができる。また、第２基板エピタキシャル層においてトレンチ構造を掘り込んでゲートとスプリットゲートを自己整合的に実現することにより、ゲートとドレインとの間の重なる面積を減少させ、ゲートとドレインとの間の容量を低減させ、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのスイッチング速度を加速させた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの断面構造を示す模式図である。
【図２】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法のフローを示す模式図である。
【図３】別の実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法のフローを示す模式図である。
【図４】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法におけるステップ１０に示す構造模式図である。
【図５】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法におけるステップ２００１に示す構造模式図である。
【図６】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法におけるステップ２００２に示す構造模式図である。
【図７】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法におけるステップ２００３に示す構造模式図である。
【図８】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法におけるステップ２００４に示す構造模式図である。
【図９】一実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法におけるステップ３０に示す構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本実施例における図面を参照しながら本開示を説明する。
【００１９】
本開示に使用される「有する」、「備える」及び「含む」のような用語は、１つまたは複数の他の要素またはその組み合わせの存在または追加を除外するものではない。それと同時に、本開示の実施形態を説明するために、明細書の図面に示された模式図では、本開示に係る層と領域の厚さを拡大し、且つ、示された図形の大きさは実際の寸法を示すものではない。明細書の図面は模式的なものであり、本開示の範囲を限定するものではない。明細書に示される実施例は明細書の図面に示す領域の特定形状に限定されるものではなく、得られた形状において製造によるばらつき等を有するものを含み、例えば、エッチングにより得られる曲線は通常曲がっているまたは丸みを帯びているという特点を有するが、本実施例ではいずれも矩形で表示される。
【００２０】
スーパージャンクション構造のパワートランジスタは、セル領域と終端領域とを備える。ここで、セル領域は低オン抵抗を取得するためのものであり、終端領域はセル領域の縁部のセルの耐圧を向上させるためのものである。終端領域はスーパージャンクション構造のパワートランジスタにおける汎用の構造であり、製品の要求に応じて異なる設計構造を有し、本実施例ではスーパージャンクション構造のパワートランジスタの終端領域の構造について説明を展開しない。本実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタ構造とは、スーパージャンクション構造のパワートランジスタにおけるセル領域の構造である。
【００２１】
図１は、本実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの断面構造を示す模式図である。図１に示すように、該スーパージャンクション構造のパワートランジスタは、第１ドーピングタイプの第１基板エピタキシャル層２００と、第１ドーピングタイプの第２基板エピタキシャル層２０１とを備える。ここで、該第１基板エピタキシャル層２００の先端から第１基板エピタキシャル層２００内に向かって、第１基板エピタキシャル層２００の不純物と電荷バランスを取る複数の第２ドーピングタイプの柱状エピタキシャルドーピング領域２０２が設けられる。
【００２２】
第１基板エピタキシャル層２００の材質はシリコンであってもよい。
【００２３】
本実施例に係る第１ドーピングタイプと第２ドーピングタイプは、ドーピングタイプが逆となり、すなわち、第１ドーピングタイプがＮ型ドーピングであれば、第２ドーピングタイプはＰ型ドーピングであり、第１ドーピングタイプがＰ型ドーピングであれば、第２ドーピングタイプはＮ型ドーピングである。
【００２４】
第１基板エピタキシャル層２００内の柱状エピタキシャルドーピング領域２０２の数については、本実施例において２つのみが示されているが、柱状エピタキシャルドーピング領域２０２の数は製品の設計要求に応じて決定されることができる。
【００２５】
図１に示すように、第２基板エピタキシャル層２０１が第１基板エピタキシャル層２００の上に設けられ、該第２基板エピタキシャル層２０１の先端から第２基板エピタキシャル層２０１内に向かって、複数のトレンチが開設され、該トレンチに複合ゲート構造が形成され、該複合ゲート構造はゲート２０４、ゲート酸化層２０３、スプリットゲート２０６及びフィールド酸化層２０５を含む。本実施例において、前記トレンチは、同じ方向の上部トレンチと、開口が上部トレンチ底部に位置する下部トレンチとを含む。ここで、ゲート酸化層２０３が上部トレンチの内面に設けられ、ゲート２０４が上部トレンチの対向する側壁に設けれてゲート酸化層２０３を覆い、フィールド酸化層２０５がゲート２０４の対向する表面および下部トレンチの内面に設けられ、スプリットゲート２０６がフィールド酸化層２０５で囲まれた収容空間内に設けられる。
【００２６】
オプションとして、スプリットゲート２０６の上面はゲート２０４の上面よりも低い。
【００２７】
デバイスのゲート構造と製造プロセスを最適化するために、上部トレンチの幅は下部トレンチの幅より大きくてもよい。
【００２８】
第２基板エピタキシャル層２０１の材質については、第１基板エピタキシャル層２００の材質と一致してもよいが、一致しなくてもよい。本実施例において、第２基板エピタキシャル層２０１のドーピング濃度は第１基板エピタキシャル層２００のドーピング濃度よりも大きい。このように、デバイスのブレークオーバ電圧を向上させることができる。
【００２９】
第２基板エピタキシャル層２０１内の複合ゲート構造については、本実施例において、複合ゲート構造の数が第１基板エピタキシャル層２００内の柱状エピタキシャルドーピング領域２０２の数よりも多い。このように、デバイスの電流チャネルの数を増加し、デバイスのオン抵抗を低減することができる。複合ゲート構造の位置については、第２基板エピタキシャル層２０１内の柱状エピタキシャルドーピング領域２０２の上、及び隣接する２つの柱状エピタキシャルドーピング領域２０２の間の第１基板エピタキシャル層２００の上に設けてもよい。
【００３０】
図１に示すように、第２基板エピタキシャル層２０１内に、第２ドーピングタイプのボディ領域２０７がさらに設けられ、該ボディ領域２０７が隣接する複合ゲート構造の間に設けられ、ボディ領域２０７内に第１ドーピングタイプのソース領域２０８が設けられる。本実施例において、図１に示すように、ボディ領域２０７の底部と上部トレンチの底部は同一平面にあり、すなわち、該平面の上にゲート酸化層２０３、ゲート２０４、フィールド酸化層２０５及びスプリットゲート２０６が同時に存在する。下部トレンチは該平面よりも低く、該平面の下にフィールド酸化層２０５及びスプリットゲート２０６が同時に存在するが、ゲート酸化層２０３及びゲート２０４は存在しない。
【００３１】
本実施例において、図１に示すように、第１基板エピタキシャル層２００の底部に第１ドーピングタイプのドレイン領域２１０が設けられる。
【００３２】
スーパージャンクション構造のパワートランジスタに、電気的に遮蔽する役割を果たす絶縁誘電体層（図示せず）をさらに備え、該絶縁誘電体層の内部に接触孔が設けられ、接触孔内に金属層が充填されてオーミック接触を形成する。これは関連技術中の汎用構造であり、本実施例では説明を省略する。
【００３３】
オプションとして、本実施例において、スプリットゲート２０６とソース領域２０８は、金属層（すなわち、導電層）を介して接続される。
【００３４】
本実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタは、２層構造の基板エピタキシャル層を採用した。ここで、第１基板エピタキシャル層に柱状エピタキシャルドーピング領域を形成させ、第２基板エピタキシャル層に柱状エピタキシャルドーピング領域よりも数が多い複合ゲート構造を形成させることができ、より多くの電流チャネルを形成することができ、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのオン抵抗を低減した。それと同時に、第２基板エピタキシャル層の濃度を第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きくなるように設定し、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのブレークオーバ電圧を向上させることができる。また、第２基板エピタキシャル層においてトレンチ構造を掘り込んでゲートとスプリットゲートを自己整合的に実現することにより、ゲートとドレインとの間の重なる面積を減少させ、ゲートとドレインとの間の容量を低減させ、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのスイッチング速度を加速させた。
【００３５】
本実施例は、スーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法をさらに提供する。図２に示すように、該方法は以下のステップを含む。
【００３６】
ステップ１０において、図４に示すように、第１基板エピタキシャル層２００内の先端から第１基板エピタキシャル層２００内に向かって、複数の柱状エピタキシャルドーピング領域２０２を形成させる。
【００３７】
上記プロセスは、以下のステップを含み。第１基板エピタキシャル層２００の表面にハードマスク層を形成させるステップ。該ハードマスク層が通常は酸化物−窒化物−酸化物（Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ、ＯＮＯ）の構造であり、第１基板エピタキシャル層２００表面に順に積層された第１酸化層、第２窒化層、及び第３酸化層を含む。上記ステップの後に、フォトリソグラフィープロセスにより柱状エピタキシャルドーピング領域２０２の所属する溝の位置を定義し、溝におけるハードマスク層を除去し、エッチング後の残留ハードマスク層をマスクとして第１基板エピタキシャル層２００をエッチングし、それにより、第１基板エピタキシャル層２００内に複数の溝を形成させるステップ。最後に、溝内に基板エピタキシャル層材料の成長を行い、平坦化処理を行って柱状エピタキシャルドーピング領域２０２を形成させるステップ。
【００３８】
本実施例において、第１基板エピタキシャル層２００のドーピングタイプは第１ドーピングタイプであり、柱状エピタキシャルドーピング領域２０２のドーピングタイプは第２ドーピングタイプである。ここで、第１ドーピングタイプと第２ドーピングタイプは、ドーピングタイプが逆となり、オプションとして、該第１ドーピングタイプがＮ型で、第２ドーピングタイプがＰ型である。
【００３９】
ステップ２０において、第１基板エピタキシャル層２００の上に第２基板エピタキシャル層２０１を形成させ、第２基板エピタキシャル層２０１の先端から第２基板エピタキシャル層２０１内に向かって、複数のトレンチを形成させ、該トレンチに複合ゲート構造を形成させる。該ステップ２０は、図３に示すように、以下のステップを含んでもよい。
【００４０】
ステップ２００１において、図５に示すように、第１基板エピタキシャル層２００の上に第２基板エピタキシャル層２０１を形成させ、第２基板エピタキシャル層２０１の先端から第２基板エピタキシャル層２０１内に向かって、エッチングを行って複数の第１トレンチを形成させる。
【００４１】
ここで、第２基板エピタキシャル層２０１のドーピングタイプと第１基板エピタキシャル層２００は、いずれもドーピングタイプが第１ドーピングタイプである。オプションとして、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのブレークオーバ電圧を向上させるために、第２基板エピタキシャル層２０１のドーピング濃度は第１基板エピタキシャル層２００のドーピング濃度よりも大きい。
【００４２】
一実施例において、上記第１トレンチを形成させるプロセスは、第２基板エピタキシャル層２０１の上にハードマスク層３００を形成させてから、ハードマスク層３００をエッチングし、ハードマスク層３００内にハードマスク層３００の開口を形成させ、最後に、ハードマスク層３００をマスクとし、第２基板エピタキシャル層２０１をエッチングして複数の第１トレンチを形成させるステップを含む。本実施例において、プラズマエッチングとウエットエッチングとを組み合わせる方法、または垂直なプラズマエッチングと傾斜したプラズマエッチングとを組み合わせる方法を採用し、横方向のエッチングを増加させることにより、該第１トレンチの幅をハードマスク層３００の開口の幅よりも大きくさせる。
【００４３】
オプションとして、フォトマスクブランクスを調節することにより、第２基板エピタキシャル層２０１内に形成される第１トレンチの数を第１基板エピタキシャル層２００内に形成される柱状エピタキシャルドーピング領域２０２の数よりも多くさせ、それにより後続に形成される複合ゲート構造の数を増加させ、デバイスの電流チャネルの数を増加し、デバイスのオン抵抗を低減することができる。
【００４４】
ステップ２００２において、図６に示すように、酸化工程を行い、第１トレンチの内面にゲート酸化層２０３を形成させた後に、第１導電性フィルムを堆積してエッチバックし、第１トレンチの対向する側壁にゲート２０４を形成させる。
【００４５】
ステップ２００３において、図７に示すように、ハードマスク層３００をマスクとし、第１トレンチの両側のゲート２０４間に露出したゲート酸化層２０３をエッチングするとともに、第１トレンチの下に位置する第２トレンチを形成するように下方の第２基板エピタキシャル層２０１をエッチングし続ける。
【００４６】
本実施例において、第１トレンチ（すなわち、上部トレンチ）の幅は第２トレンチ（すなわち、下部トレンチ）の幅よりも大きい。
【００４７】
ステップ２００４において、図８に示すように、１層の絶縁フィルムを堆積し、第２トレンチの内面とゲート２０４の対向する表面を覆うようにフィールド酸化層２０５を形成させ、その後、第２導電性フィルムを堆積してエッチバックし、フィールド酸化層２０５で囲まれた収容空間内にスプリットゲート２０６を形成させてから、フィールド酸化層２０５及びハードマスク層３００をエッチングする。
【００４８】
ステップ３０において、図９に示すように、第２基板エピタキシャル層２０１内の隣接する第１トレンチ間にイオン注入を行ってボディ領域２０７を形成させ、フォトリソグラフィープロセスでソース領域２０８の位置を定義し、その後、該ボディ領域２０７内において、ボディ領域２０７とドーピングタイプが逆のイオン注入を行ってソース領域２０８を形成させる。
【００４９】
本実施例において、該ソース領域２０８のドーピングタイプは、第１基板エピタキシャル層２００及び第２基板エピタキシャル層２０１と同じ第１ドーピングタイプであり、ボディ領域２０７のドーピングタイプは第２ドーピングタイプである。オプションとして、該ボディ領域２０７の底部と第１トレンチの底部は同一水平面にある。
【００５０】
最後に、形成された構造をカバーし、絶縁誘電体層を堆積させる。該絶縁誘電体層の材質はシリカガラス、ボロンリンシリカガラス、またはリンシリカガラスであってもよい。その後、フォトリソグラフィープロセスで接触孔の位置を定義し、その後、前記絶縁誘電体層をエッチングして接触孔を形成させ、第２ドーピングタイプのイオン注入を行って金属層を堆積してオーミック接触を形成させてから、前記金属層をエッチングしてソース電極及びゲート電極を形成させるとともに、金属層を介してスプリットゲート２０６とゲート電極２０４とを接続させる。その後、第１基板エピタキシャル層２００内に第１ドーピングタイプのドレイン領域を形成させ、金属層を堆積してドレイン電極を形成させる。
【００５１】
本実施例に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタの製造方法は、２層構造の基板エピタキシャル層を製造し、第２基板エピタキシャル層に第１基板エピタキシャル層の柱状エピタキシャルドーピング領域よりも数が多い複合ゲート構造を形成させることにより、より多くの電流チャネルを形成し、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのオン抵抗を低減することができる。それと同時に、第２基板エピタキシャル層のドーピング濃度を第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きくなるように設定することにより、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのブレークオーバ電圧を向上させる。また、第２基板エピタキシャル層にトレンチ構造を掘り込んでゲートとスプリットゲートを自己整合的に実現することにより、ゲートとドレインとの間の重なる面積を減少させ、ゲートとドレインとの間の容量を低減させ、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのスイッチング速度を加速させた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本開示に係るスーパージャンクション構造のパワートランジスタ及びその製造方法は、２層構造の基板エピタキシャル層を採用した。ここで、第１基板エピタキシャル層に柱状エピタキシャルドーピング領域を形成させ、第２基板エピタキシャル層に柱状エピタキシャルドーピング領域よりも数が多い複合ゲート構造を形成させることができ、より多くの電流チャネルを形成することができ、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのオン抵抗を低減した。それと同時に、第２基板エピタキシャル層の濃度を第１基板エピタキシャル層のドーピング濃度よりも大きくすることにより、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのブレークオーバ電圧を向上させることができる。また、第２基板エピタキシャル層にトレンチ構造を掘り込んでゲートとスプリットゲートを自己整合的に実現することにより、ゲートとドレインとの間の重なる面積を減少させ、ゲートとドレインとの間の容量を低減させ、スーパージャンクション構造のパワートランジスタのスイッチング速度を加速させた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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