(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向に変化のある大きさと、横方向に変化のある形状と、横方向に変化のある間隔と、のうちの少なくとも１つをもつ複数の表面要素を半導体材料の表面上に画定すること、
要素領域あたり単一量のドーパント材料で、前記表面要素下の前記半導体材料の複数の部分にドーピングすることであって、前記ドーパント材料が、ｐ型ドーパント材料またはｎ型ドーパント材料のうちの１つを含む、ドーピングすること、及び、
前記表面下の前記半導体材料内で前記ドーパント材料を広げて、前記表面下の前記半導体材料内における横方向チャネルにおけるドレイン先端領域におけるドーパント材料の２つの横の次元における横方向の勾配を提供すること、
を含む、横型半導体トランジスタ装置を製造する方法。
【請求項２】
前記複数の表面要素を画定することが、複数の表面の縞、または、複数の表面のマトリックスセル、の少なくとも１つを画定することを含む、
請求項１の方法。
【請求項３】
前記複数の表面の縞、または、前記複数の表面のマトリックスセル、のうちの前記少なくとも１つは、イオンビーム注入マスクまたは拡散マスクの１つにおける開口を含み、及び、前記半導体材料の前記複数の部分の前記ドーピングは、前記開口を通して前記ドーパント材料を注入することと、または拡散することとの１つを含む、
請求項２の方法。
【請求項４】
前記開口が、前記表面要素を画定し、前記表面要素上へのドーパントビームまたはイオンビームの１つが、前記半導体材料の前記表面を貫いて前記ドーパント材料を注入し、及び、前記イオンビーム注入マスクまたは前記拡散マスクの前記１つが、前記ドーパントビームまたは前記イオンビームの前記１つをふるいにかける、
請求項３の方法。
【請求項５】
前記横型半導体トランジスタ装置が、ＢＪＴ、ＪＦＥＴ、またはＭＯＳＦＥＴの１つであり、
前記横方向チャネルにおける複数のドープされた領域の各々における前記ドーパント材料の量は、前記複数のドープされた領域の前記各々における局所的なドーパント濃度により画定される、
請求項１の方法。
【請求項６】
前記複数のドープされた領域が、前記横型半導体トランジスタ装置のソース電極とドレイン電極との間における放射状ドリフト領域に形成される、
請求項５の方法。
【請求項７】
前記横型半導体トランジスタ装置の前記ドレイン電極の最も近くにおける局所的なドーパント濃度が、前記横型半導体トランジスタ装置の前記ソース電極の最も近くにおける局所的なドーパント濃度より大きい、
請求項６の方法。
【請求項８】
前記横型半導体トランジスタ装置の前記ドレイン電極の最も近くにおける前記局所的なドーパント濃度が、一様な濃度の領域を形成し、及び、前記横型半導体トランジスタ装置の前記ソース電極の最も近くにおける前記局所的なドーパント濃度が、前記ソース電極に向かうドーパントの放射状の勾配により、前記ドレイン電極の最も近くにおける前記局所的なドーパント濃度に比べて低い、
請求項７の方法。
【請求項９】
前記横型半導体トランジスタ装置が、高電圧スイッチング装置であり、前記横型半導体トランジスタ装置の前記ドレイン電極の最も近くにおける前記局所的なドーパント濃度が、約２５％であり、及び、前記ソース電極の最も近くにおける前記局所的なドーパント濃度が、約５％である、
請求項８の方法。
【請求項１０】
材料の表面上に形成されたマスク層を使用して、前記表面の複数の区画部分を表面要素として画定することであって、
前記表面要素が、中間調勾配に従った横方向に変化のある密度の開口セルを含む複数の表面のマトリックスセルをもたらすように並べられ、
前記複数の表面のマトリックスセルが、前記中間調勾配に従って複数の中間調領域をもたらすように並べられ、
前記複数の中間調領域における各領域が、前記複数の表面のマトリックスセルにおいて異なる密度の前記開口セルを含み、
前記複数の中間調領域における第１の領域が、第１の密度の前記開口セルを含み、
前記複数の中間調領域における第２の領域が、第２の密度の前記開口セルを含み、
前記複数の中間調領域における第３の領域が、第３の密度の前記開口セルを含み、
前記第１の密度が、前記第２の密度より大きく、
前記第２の密度が、前記第３の密度より大きい、
画定することと、
要素領域あたり単一量のドーパント材料で、前記表面要素下の前記材料の複数の部分にドーピングすることと、
前記表面下の前記材料内で前記ドーパント材料を広げて、前記表面下の前記材料内における前記ドーパント材料の横方向の勾配を提供することと、
半導体デバイスを生成するように前記材料にソース電極とドレイン電極とを形成することであって、
前記材料が、半導体材料であり、
前記半導体デバイスの前記ドレイン電極の最も近くにおける局所的なドーパント濃度が、前記半導体デバイスの前記ソース電極の最も近くにおける局所的なドーパント濃度より大きく、
前記第１の領域が、前記ドレイン電極の最も近くに配設され、
前記第３の領域が、前記ソース電極の最も近くに配設され、
前記第２の領域が、前記第１の領域と前記第３の領域との間に配設される、
前記ソース電極と前記ドレイン電極とを形成することと、
を含み、
前記複数の表面のマトリックスセルにおける前記開口セルの密度が、前記ドレイン電極から前記ソース電極まで放射状に減少する、
方法。
【請求項１１】
第４の密度の前記開口セルを含む前記複数の中間調領域における第４の領域をさらに含み、
前記第４の領域が、前記第３の領域と前記第２の領域との間に横方向に配設され、
前記第４の密度が、前記第２の密度未満であり、前記第３の密度より大きい、
請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２０１４年１１月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／０８４，５２０号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、概して、半導体などの材料の横方向に勾配のあるドーピングに関する。
【０００３】
材料には、それらに所望の性質を与える不純物がドープされ得る。例えば、結晶格子における電荷担体（すなわち、電子または正孔）の数を増やす不純物を導入することにより、真性の単結晶シリコンの導電率が高められ得る。この場合、電子の数を増やす不純物が、ｎ型ドーパントと呼ばれるのに対し、正孔の数を増やす不純物は、ｐ型ドーパントと呼ばれる。
【０００４】
横方向に変化する技術を使用して材料に不純物を導入することが、多くの場合、便利であり、この横方向に変化する技術では、より大きな表面における選択された部分に侵入した不純物（または他の化学種）により、より大きなバルクの選択された領域が、選択的にドープされる。より大きな表面における選択された部分のすぐ下の領域では、ドーパント濃度が比較的大きくなるのに対し、選択された部分から横方向に離れた領域では、ドーパント濃度が比較的小さいか、または、ゼロにもなる。ドーパントが表面に侵入する技術の例は、拡散及び注入を含む。このような技術では、より大きな表面における選択された部分は、例えば、マスキング技術、ビーム集束、並びに／またはこれら及び他の技術の組み合わせを使用して、画定され得る。
【０００５】
これらの技術は、幅広く利用されているにもかかわらず、材料の横方向に勾配のあるドーピングによって所望の性質を達成することについては、問題を残したままである。例えば、マスクの開口を通して材料表面に侵入するドーパントは、開口から離れるように、材料内の縦方向及び横方向の両方に拡散（従って縦方向及び横方向の両方のドーピング勾配を生成）し得、これらの勾配は、ドーパント／材料の組み合わせの物理的性質により制約される。特定の横方向のドーピング勾配を達成することにおいて、設計者の可能性が損なわれる。
【０００６】
ドーパント／材料の組み合わせの物理的性質に制約されない、横方向のドーピング勾配を達成する能力の向上による利益を享受することとなる装置の一種は、半導体装置（例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＦＥＴ、抵抗器、など）である。例えば、高電圧スイッチング装置の多くでは、オン抵抗（Ｒｄｓｏｎ）及び絶縁破壊電圧（ＶＢＶ）が、多くの場合、設計要求と競合する。例えば、ドリフト領域の長さの減少に伴って、オン抵抗（Ｒｄｓｏｎ）及び絶縁破壊電圧（ＶＢＶ）の両方が、概ね減少する。ある必要性に応じてスイッチング装置を最適化することは、他の必要性において不利益をもたらす。
【０００７】
従来、複数のチャネルが存在するにもかかわらず絶縁破壊電圧を改善するため、オフ状態において複数の導電チャネルを空乏状態にする埋め込み層が使用されてきた。さらに、縦型装置では、ＶＢＶを過度に損なわずにＲｄｓｏｎを改善するため、ドリフト領域において縦方向に勾配のあるドーピングが使用されてきた。
【発明の概要】
【０００８】
材料の横方向に勾配のあるドーピングの新しい工程が説明されている。この工程は、ドーパント／材料の組み合わせの物理的性質によって制約されない横方向のドーピング勾配を達成するため、種々の材料（例えば、半導体を含む）と共に使用され得る。多くの場合に有益であるが、高電圧スイッチング装置の場合、このような横方向のドーピング勾配を使用して、絶縁破壊電圧とオン抵抗との競合する設計要求の調和をとることにより、より質の高い横型装置が生成され得る。実際、いくつかの事例において、新しい工程は、単一のマスキング及び不純物導入ステップを使用して、種々の横方向のドーパント勾配を有する構造及び装置（トランジスタ、抵抗器など）を（単一のウエハに）形成するために使用され得る。
【０００９】
以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が説明され、図において、別段の指定がない限り、異なる図の中の同様の参照番号は、同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、横方向に勾配のあるドーピング濃度が存在する、例示的な横型スイッチング装置（縦断面）の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは表面からの縦方向距離に対するドーパント濃度の変化を示すグラフであり、その表面を通してドーパントが拡散される。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ドーパント／材料の組み合わせの物理的性質によって制約されない例示的な横方向のドーピング勾配の場合の、横方向距離（すなわち、ソースとドレインとの間）に対する横方向のドーピング分布の概略的な例である。ドーピング濃度は、立方センチメートル（１／ｃｍ３）あたりで表され、距離は、マイクロメートル（μｍ）で表される。ドーパント／材料の組み合わせの物理的性質により制約される、横方向のドーピング勾配を有する装置のドーピングも描かれている。
【図３Ａ】図３Ａは、略長方形の縞状の開口をもつ例示的なドーピングマスクの概略図である。ドレイン付近でドーパント濃度がより大きくなるように、ドレインに向かって略長方形の縞の幅が増加する（Ｗ５＞Ｗ４＞Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１）。
【図３Ｂ】図３Ｂは、略台形の縞をもつ、他の実施形態の例示的なドーピングマスクの概略図である。本実施形態において、各開口の幅は、ソース側でのＷ１からドレインでのＷ５まで連続的に増加する。
【図４Ａ】図４Ａは、ドーパントの拡散（または注入）に対して露出された同じ幅のマスク開口をもつ半導体ブロックの、例示的な縦断面である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、マスク下の領域に広がり、すべての隣接したマスク開口からのドーパント濃度の重ね合わせ効果をもたらし得る、図４Ａのマスク開口を通して拡散されたドーパントの、例示的なグラフ／曲線である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、２つの異なる幅をもつドーピングマスクの縞を使用して形成される、例示的な一様なドーピング分布形状のグラフである。
【図４Ｄ】図４Ｄは、ピッチの異なるドーピングマスクの縞を使用して形成される、例示的な横方向に勾配のあるドーピング分布形状のグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、ドレイン電圧降下に対するドレイン伝導電流のＶ−Ｉグラフである。ドリフト領域にドーパントの勾配のある分布をもつ装置／トランジスタの、オン状態（オン抵抗Ｒｄｓｏｎを示す）における特性ボルト−アンペア（Ｖ−Ｉ）グラフが、一様なドーパント分布をもつ大きさの類似したトランジスタと比較される。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ソースからドレインまでの距離に対する横方向電界分布の概略図である。
【図６】図６は、中間調形成技術に基づく、例示的なマトリックスセルの概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、例示的なマトリックスセルのグループの概略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６の中間調形成マスク例を使用した、ドリフト領域に勾配のあるドーピングの例示的な概観を示す。これは、ドレインからソースまでのドーピング勾配を示す。
【図８】図８は、一様な濃度の領域（ドレイン付近）に加えて放射状に線形の勾配をもつ、中間調形成技術を使用して形成される、横方向に勾配のあるドーピングがなされたドレイン−チップセルの、横方向の二次元の図の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面中の複数の図にわたって、対応する参照符号が、対応する構成要素を示す。当業者は、図中の要素が、簡潔かつ明確であるように描かれていること、及び、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解するだろう。例えば、本発明の様々な実施形態をより理解しやすくするため、図中のいくつかの要素の寸法が、他の要素より誇張されている場合がある。さらに、本発明に係るこれらの様々な実施形態の図が見づらくならないように、市販に適した実施形態で有用または必要な、一般的だがよく理解されている要素は、多くの場合、描かれていない。
【００１２】
以下の説明では、本発明を十分に理解できるように、多くの具体的な詳細事項が記載されている。しかし、本発明を実施する際に、具体的な詳細事項が使用される必要はないことが、当業者には明らかであろう。他の例では、本発明が理解しにくくならないように、よく知られた材料または方法は、詳細には説明されていない。
【００１３】
本明細書中での、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「例（ｏｎｅ  ｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ）」についての言及は、実施形態または例に関連して説明されている特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な場所における、「一実施形態において（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態において（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「例（ｏｎｅ  ｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ）」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態または例を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１以上の実施形態または例において、任意の適切な組み合わせ及び／または部分的組み合せで組み合わされてもよい。特定の特徴、構造または特性は、説明されている機能を提供する集積回路、電子回路、結合論理回路、または他の適切な構成要素に含まれていてもよい。加えて、本明細書と共に提供される図が、当業者への説明を目的としていること、及び、図面が、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないことが理解される。
【００１４】
本出願では、材料の横方向に勾配のあるドーピングについて、様々な技術が説明されている。横方向のドーピング勾配は、ドーパント／材料の組み合わせの物理的性質によって制約されない。これは、多くの状況で有用である。例えば、高電圧スイッチング装置において、ドリフト領域でドーパント濃度が二次元で（横方向に）空間的に変化している横型装置が、形成され得る。ドリフト領域におけるドーパント濃度の横方向の特徴的な変化は、高電圧装置の絶縁破壊電圧とオン抵抗率との間のトレードオフの調和をとるために使用され得る。
【００１５】
横方向の一次元または二次元のいずれかにおいて横方向に勾配のあるドーピングの様々な実施態様が、説明されている。いくつかの実施態様において、様々な所定の開口幅及びピッチをもつ縞が適用される。縞は、開口の段階的なステップ変化がある長方形、または、開口幅が連続的に変化している台形のいずれかであってもよい。縞は、ドーピングが横方向に勾配をもつようにする。
【００１６】
他の実施態様において、ドーピング工程は、写真ピクセルシェーディングで使用されるのと同様の中間調形成工程を使用する。これらの実施態様は、ドーパント濃度勾配の微細な分布及び制御を可能にする。
【００１７】
ドリフト領域ドーピングの特徴的な変化は、高電圧装置（例えば、ＭＯＳトランジスタ、ＢＪＴ、ＪＦＥＴ、抵抗器、及び／または他の装置）の絶縁破壊電圧及びオン抵抗率を調整するために使用されてもよい。横方向に勾配のあるドーピングは、高電圧装置を形成する既存の処理手順と両立でき、単一または複数のマスキング及びドーパント導入ステップにより実現され得る。
【００１８】
図１は、横方向に勾配のあるドーピング濃度が内部に存在する、例示的な横型スイッチング装置の縦断面の概略図である。図示された実施態様において、横型スイッチング装置は、横型ＭＯＳＦＥＴ１００であり、横型ＭＯＳＦＥＴ１００において、拡散されたドーパントの濃度がドリフト領域内でソースからドレインに向けて横方向に増加する。横型ＭＯＳＦＥＴ１００は、基板１５０の上方に画定されたソース１１０、ゲート１２０、及びドレイン１３０を含む。ゲート１２０は、ソース１１０とドレイン１２０との間の電流の伝導を制御する。ＭＯＳＦＥＴ１００において、ソース１１０とドレイン１３０との間の伝導経路は、第１の部分と第２の部分との両方を含む。第１の部分は、「ＩＧＦＥＴチャネル」または「ＭＯＳＦＥＴチャネル」と呼ばれ得、ゲート１２０及び介在するゲート酸化物１２４の下方に配設される。第２の部分は、「ドリフト領域」または「ＪＦＥＴチャネル」と呼ばれ得、図示された実施態様において、Ｎウェル１６０内で横方向に延在した２つのＮ型領域（１６１及び１６２）によって形成される。特に、第１の横方向に延在したＮ型領域１６１は、表面に隣接した第１の横方向に延在したＰ型ドープ領域（すなわち、Ｐ型表面領域１４０）と、Ｎウェル１６０内に埋め込まれた第２の横方向に延在したＰ型ドープ領域（すなわち、Ｐ型埋め込み領域１４５）との間に配設される。第２の横方向に延在したＮ型領域１６２は、領域１４５と基板１５０のＰ型ドープ部との間に配設される。領域１４０、１４５、及び基板１５０は、特定のバイアス電圧条件の下で、一緒になって、Ｎ型領域１６１及び１６２を空乏状態にすることとなる。
【００１９】
図示されたＭＯＳＦＥＴ１００において、ソース１１０は、ソース１１０付近の電界の大きさを低減させるソースフィールドプレート１１２に接続されている。図示されたＭＯＳＦＥＴ１００において、ゲート１２０は、比較的、ソース１１０の近くに配設されており、ゲートフィールドプレート１２２に接続されている。ドレイン１３０は、表面の層１１５によってソース１１０から横方向に隔離されている。図示されたＭＯＳＦＥＴ１００において、ドレイン１３０は、ドレインフィールドプレート１３５に接続されている。
【００２０】
動作中、ＭＯＳＦＥＴ１００がオフ状態のとき、ドレイン１３０とソース１１０との間に高電圧が印加され得る。これに伴う電界は、ドレイン１３０、ソース１１０、及びゲート１２０付近で比較的大きい。最も一般的には、ドレイン端子は、高電圧ノードに接続され、ドレイン１３０の近くで最大の電界が観測される。この高電界値は、部分放電及び局所的な絶縁破壊に関する弱点をもたらす。場合によっては、これは、ドレイン１３０とソース１１０との間で大きな絶縁破壊（完全な破壊）を引き起こし得る。
【００２１】
ドリフト領域内の横方向に変化のあるドーパント濃度は、電界を作り変えて、より一様な電界分布を提供するために使用され得る。横方向に勾配のあるドーピング濃度は、単独で使用されるか、または、例えば、電極フィールドプレートまたは埋め込みフィールドプレートを含んだ、電界を成形するのに使用される他の技術と組み合わせて使用され得る。図２Ａのグラフに示されるように、断面ＢＢ’１０８におけるＮウェル内の横方向ドーピング濃度は、断面ＡＡ’１０５におけるＮウェルの横方向ドーピング濃度とは異なり得る。一例において断面ＢＢ’１０８におけるドレインの近くの横方向ドーピング濃度は、断面１０５におけるソース側の横方向ドーピング濃度より大きいものとなり得る。従って、ドリフト領域におけるこのような横方向に変化のあるドーパント分布は、ドリフト領域のドーパント分布が一様な装置と比べて、絶縁破壊電圧を高くすること、及び、装置のオン抵抗を下げることにより、性能を向上させることとなる。
【００２２】
図２Ａは、表面（この表面を通してドーパントが拡散された）からの縦方向距離に対するドーパント濃度の変化を示すグラフ２００である。グラフ２００は、横軸２１０及び縦軸２２０を含む。横軸２１０に沿った位置は、装置の表面から下方に向かう縦方向距離（すなわち、深さ）を示す。横軸２１０に沿った位置は、ラベルｄ１、ｄ２、ｄ３、…で区切られる。縦軸２２０に沿った位置は、１立方センチメートルあたりのドーピング濃度（１／ｃｍ３）を示す。縦軸２２０に沿った濃度は、ラベルｃ１、ｃ２、ｃ３、…で区切られる。ＭＯＳＦＥＴ１００（図１）などの実施態様において、位置２１１は、Ｎウェル１６０の上面を表し、Ｎウェル１６０の深さ（すなわち、図１のＤＮｗｅｌｌ１６４）は、一例において、約１０μｍである。
【００２３】
曲線ＡＡ’２０５及びＢＢ’２０８は、２つの異なる断面における、表面からの深さの関数としての拡散されたドーパント濃度を表す。第１のものは、切断線ＡＡ’（図１）に沿って得られ、ソース１１０により近い。第２のものは、切断線ＢＢ’（図２）に沿って得られ、ドレイン１３０により近い。グラフＡＡ’２０５及びＢＢ’２０８は、縦方向において、ドーパント濃度の非直線状の減少を示す。ドレイン１３０により近いＢＢ’に沿ったドーパント濃度は、ソース１１０により近いＡＡ’に沿ったドーパント濃度より大きい。
【００２４】
図２Ｂは、例示的な装置における、横方向距離（すなわち、ソースとドレインとの間）に対するドーピング分布の例示的なグラフ２６０である、そのうちの１つは、ドーパント／材料の組み合わせの物理的性質によって制約されない、横方向に勾配のあるドーピング勾配を含む。グラフ２６０は、横軸２３０及び縦軸２４０を含む。横軸２３０に沿った位置は、装置のソースとドレインとの間の横方向距離を示す。横軸２４０に沿った位置は、ラベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、…で区切られる。縦軸２４０に沿った位置は、１立方センチメートルあたりのドーピング濃度（１／ｃｍ３）を示す。縦軸２４０に沿った濃度は、ラベルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、…で区切られる。例示的な１立方センチメートルあたりのドーピング濃度の数値が、縦軸２４０に沿って含まれている。ＭＯＳＦＥＴ１００（図１）などの実施態様において、ゼロ位置２３１は、Ｎウェルのソース側を表す（すなわち、図１のゲート１２０直下）。図示された実施態様において、Ｎウェルに沿った横方向距離（例えば、図１の長さＬＮｗｅｌｌ  １６５）は、約６５μｍである。
【００２５】
グラフ２６０は、実線の曲線２５０Ｂ及び一点鎖線のグラフ２５０Ａを含む。実線の曲線２５０Ｂは、ドリフト領域において横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置の、横方向距離に対するドーピング濃度を表す。一点鎖線のグラフ２５０Ａは、ドリフト領域においてドーパントの略一様な横方向濃度をもつ装置の、横方向距離に対するドーピング濃度を表す。曲線２５０Ａ及び２５０Ｂの両方において、それぞれの装置のソース側付近の両方で、ドーパント濃度が、ドレインに向かって、ほぼゼロから比較的大きい一様なレベル（２５２Ａまたは２５２Ｂ）まで急激に増加する。ソースからの横位置Ｌｋ２３２では、曲線２５０Ａ、２５０Ｂで、ドーパント濃度の分布の傾向が異なる。ドリフト領域において略一様なドーパント濃度をもつ例示的な装置（すなわち、一点鎖線の曲線２５０Ａで示される装置）において、ドーパント濃度は、位置Ｌｋ２３２とドレインとの間のどの横位置でも、ドリフト領域に沿って略一定のまま留まる。
【００２６】
ドリフト領域において横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ例示的な装置（すなわち、実線の曲線２５０Ｂで示される装置）において、Ｎウェルのソース側付近の平らな横ばいのレベル２５２Ｂ（すなわち、Ｌｋ２３２の左）は、同じ位置で、略一様なドーパント濃度をもつ装置のドーパント濃度より小さい。しかし、位置Ｌｋ２３２のソース側において、装置内のドーパント濃度は、ソースからの距離に応じて増加する。所望の装置特性を達成するため、単位長さあたりの特定の増加量及びドーパント濃度が選択され得る。ソースからの位置Ｌｘ２３３（「交点２５５」と呼ばれる）において、横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置のドーパント濃度は、略一様なドーパント濃度をもつ装置のドーパント濃度より大きい。横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置のドーパント濃度は、ドレイン端２３８で最大レベル２５８に達する。
【００２７】
このようなドリフト領域における積分されたドーパント濃度は、装置の性能と絶縁破壊電圧とを規定する重要なパラメータである。２５０Ａ及び２５０Ｂで示される２つの例示的な装置の性能の意味のある比較のため、それらのドリフト領域における積分されたドーパント濃度は、同じでなければならない。言い換えると、装置の性能の意味のある比較のため、２つのグラフ２５０Ａ及び２５０Ｂの下の面積は、同じでなければならない。
【００２８】
図３Ａ及び３Ｂは、例えば、注入または拡散工程を使用した、横方向に勾配のあるドーパント濃度のために使用され得る、２つのドーピングマスクの概略図である。
【００２９】
図３Ａは、略長方形の縞状の開口をもつ例示的なドーピングマスクの概略図である。略長方形の縞の横幅は、ソース付近で比較的小さくてもよく、及び、ドレイン付近で比較的大きくてもよい。このようなマスクが注入または拡散工程で使用される場合、各断面における単位面積あたりのドーパントの拡散は、次第に増加し、ドレイン付近のドーパント濃度は、ソース付近より大きい。いくつかの実施態様において縞状の開口の間のピッチ（すなわち、Ｗ３２０）は、一様に保たれてもよい。一例において、マスク領域３１０は、それぞれ、幅Ｗ１  ３２１、Ｗ２  ３２２、Ｗ３  ３２３、Ｗ４  ３２４及びＷ５  ３２５の、略長方形の縞状の開口３１１、３１２、３１３、３１４及び３１５を有する。ドレイン３０５により近い各縞の幅は、ソース３０１により近い各縞の幅より大きい（すなわち、Ｗ５＞Ｗ４＞Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１）。より幅の広い縞は、ドーパントがより大きな表面領域に侵入すること、及び、下方にある材料のより大きな表面領域にドープすることを可能にする。この領域が、このような直接的なドーピングが発生しない表面領域（すなわち、マスクされた表面領域）と合わせて考慮されると、面積あたりのドーパント濃度が、ドリフト領域にわたって段階的に増加するように見える。いくつかの実施態様において、縞状の開口のピッチＷ３２０が、一定に維持され得、ステップは、ステップの寸法が一様な階段に近似し得る。他の実施態様において、ドリフト領域において横方向に勾配のあるドーパント分布は、等幅だが不定ピッチで間隔をおいた略長方形の縞状の開口により達成され得る。
【００３０】
図３Ｂは、略台形の縞をもつ例示的なドーピングマスクの概略図である。本実施形態において、各開口の幅は、ソースにより近い位置よりも、ドレインにより近い位置でより大きい。図示された実施態様において、マスク領域３５０のマスク開口３６０Ａ及び３６０Ｂは、同一の略台形の形状及び寸法をもつ。ソース側の幅の各々（すなわち、Ｗ１  ３６１Ａ／Ｂ、Ｗ２  ３６２Ａ／Ｂ、Ｗ３  ３６３Ａ／Ｂ）は、隣接するドレイン側の幅（すなわち、Ｗ４  ３６４Ａ／Ｂ、Ｗ５  ３６５Ａ／Ｂ）より狭い。
【００３１】
図４Ａ及び図４Ｂのグラフは、拡散マスク４１０の開口４１２を通り、スクリーン酸化物４２０を通り抜けた、例示的な横方向のドーパントの拡散、及び、ドーパントの拡散を受けた後の様々な時点における、表面下の横方向の層内で分布したドーパント濃度の広がり（混合）を示す。図４Ａに、拡散マスク４１０の、同じ幅ｗ４１６をもつマスク開口４１５が示されているが、マスク開口４１５は、例えば、図３Ａまたは図３Ｂに示したように異なる幅であってもよい。ドーパントへの曝露４１２を伴う表面領域（幅「ｗ」４１６と想定される）を通して、ドーパント粒子は、横層１  ４２５と表示された横層に伝達されて広がる。図２Ａに示すように、表面からより深い層においてドーパント濃度が弱まる（減少）ことを考慮すると、マスク（表面）下の各導電横層において、ドーパント濃度の分布グラフの概形は、同じ形状に保たれることが理解される。
【００３２】
グラフ図４Ｂは、時間及び環境条件（例えば、温度及び半導体化学種の構造／材料）に基づいてドーパントの横方向の拡散を近似することにより、ドーパントの拡散の概念を示す。示されるように、半導体内の様々な横方向における、ドーパントの拡散／浸透及びドーパント原子の横方向の広がりは、次のパラメータを考慮して決定され得る：
λ＝２√Ｄ・ｔ  （式１）
式中、「Ｄ」は、拡散係数（一定）であり、「ｔ」は、ドーパントがシリコン基板内に到達（浸透）した後の時間である。パラメータ「λ」は、ガウス曲線上でドーパント濃度がそのピーク値の１／ｅ倍まで減少する、ドーパントの拡散源からの仮想的な横方向距離を表す。各化学種の拡散係数Ｄは、炉または熱チャンバで拡散工程が実行されるときの温度の関数である。
【００３３】
横方向におけるドーパント粒子の流束Ｊは、勾配として規定される：
Ｊ＝−Ｄ・∂Ｃ／∂ｘ  （式２）
式中、「Ｄ」は、拡散係数であり、「Ｃ」は、横方向の単位長さあたりのドーパント原子の数を表す、本開示の他のグラフで説明されるものと同じドーパントの横方向濃度であり、「ｘ」は、表面における拡散源からの横方向距離である。
【００３４】
時間に対する粒子束の変化率は、フィックの第２法則により発散として定義される：
∂Ｃ／∂ｔ＝Ｄ・∂２Ｃ／∂ｘ２  （式３）
ドーパント濃度のグラフにおいて表面で一定の濃度Ｎ０を維持し得る無限のドーパントの拡散源は、相補誤差関数により導かれる：
Ｃ（ｘ，ｔ）＝Ｃ０・ｅｒｆｃ［ｘ／２√Ｄ・ｔ］＝Ｃ０・ｅｒｆｃ［ｘ／λ］  （式４）
誤差関数ｅｒｆ（ｘ）は、次式で示される：
ｅｒｆ（ｘ）＝２／√π∫ｅｘｐ（−ｘ２）・ｄｘ  （式５）
及び、相補誤差関数は、次式で定義される：
ｅｒｆｃ（ｘ）＝［１−ｅｒｆ（ｘ）］  （式６）
その一方で、有限なドーパントの拡散源の場合、表面濃度Ｃ０は、時間の経過に伴って変化する：
Ｃ０（ｔ）＝Ｑ／√πＤ・ｔ  （式７）
式中、「Ｑ」は、源の総ドーパント量である。
ドーパント濃度のグラフは、ガウスプロファイルにより導かれる：
Ｃ（ｘ，ｔ）＝Ｃ０（ｔ）・ｅｘｐ［−（ｘ／２√Ｄ・ｔ）２］＝Ｃ０（ｔ）・ｅｘｐ［−（ｘ／λ）２］  （式８）
【００３５】
拡散マスク４１０の各拡散マスク開口４１５（幅ｗ４１６をもつ）に関する図４Ｂに示すグラフには、半導体（例えば、シリコン）基板内にドーパントの浸透がなされた後の各時間「ｔ」における、有限な拡散源に対する横方向分布グラフがある。言い換えると、図４Ｂは、マスク開口４１５の中央（ｏ１、ｏ２またはｏ３  ４３２）からの距離に関する例示的なガウスグラフを示す。縦軸４４０は、基板（例えば、シリコン）内へのドーパントの到達後の各時間と、マスク開口４１５の中央からの各距離ｘと、に関するドーパント濃度を表す。第１の矩形グラフ４４２は、λ＝０となる、時間ｔ１＝０におけるものである。第２のグラフ４４４は、パラメータλ＝２√（Ｄ・ｔ２）＝ｗ／２と表される、時間ｔ２におけるものである。同様に、第３のグラフ４４６は、パラメータλ＝２√（Ｄ・ｔ３）＝２ｗと表される、時間ｔ３におけるものである。
【００３６】
高温工程（例えば、炉内または熱チャンバ内）におけるドーパントの拡散は、工程をより速め、ドーパントの浸透深さをより深くし得る。有限なドーパントの拡散源の場合、かつ、拡散またはドーパント源への曝露が有限時間である場合、拡散マスク開口間のドーパント濃度の周期的な変化は、隣接するマスク開口間のピッチ長に応じて決まる。この工程が、縞の幅が０．８μｍである場合における点線グラフで示された図４Ｃのグラフ４６５Ｂにおけるドーパント濃度の分布の周期的な変化を、縞の幅が０．５μｍである場合における実線グラフで示されたグラフ４６５Ａの滑らかなドーパント濃度と比較して、説明する。他の条件が依然同じである場合、マスク開口の微細な分布が、より滑らかなドーパント濃度の分布をもたらし得る。
【００３７】
図４Ｃは、２つの異なる幅をもつドーピングマスクの縞を使用して形成される例示的な一様なドーピング分布形状のグラフである。グラフは、縦方向のｙ軸４６０及び横方向のｘ軸４５０を含む。縦方向のｙ軸４６０は、ドーパント濃度を表す。横方向のｘ軸４５０は、ソースからのマスクの縞の横方向距離を表す。図示された実施態様では、例示のみを目的として、ｘ軸４５０に沿った位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５及びＬ６が、０〜１００μｍの対応する数値と関連付けられる。同様に、縦軸４６０に沿った値ｃ１、ｃ２、ｃ３、…は、例示のみを目的として、１立方センチメートルあたりのドーパント濃度の数値０．０Ｅ００〜２．０Ｅ＋１５と関連付けられる。
【００３８】
図４Ｃのグラフは、実線の曲線４６５Ａ及び点線の曲線４６５Ｂを含む。実線の曲線４６５Ａは、０．５μｍ幅の、拡散マスクの縞状の開口の場合における、ソースからの横方向距離の関数としてのドーパント濃度を表す。点線の曲線４３０Ｂは、０．８μｍ幅の、マスクの縞状の開口の場合における、ソースからの横方向距離の関数としてのドーパント濃度を表す。曲線４６５Ａ、４６５Ｂの両方で、縞間のピッチ値が、一定である。
【００３９】
実線の曲線４６５Ａは、ソース端付近で急峻な立ち上がりを示し、ドレイン端までドリフト領域に沿って比較的滑らかなドーパント濃度形状を示す。ドーパント濃度は、ドレイン端付近で減少する。対称的に、点線の曲線４６５Ｂは、ドリフト領域に沿ってドーパント濃度の顕著な変動を示す。しかし、ドリフト領域全体のドーパント濃度は、曲線４３０Ａ、４６５Ｂにおいて同じである。
【００４０】
図４Ｄは、２つの異なる幅をもつドーピングマスクの縞を使用して形成される、例示的な横方向に勾配のあるドーピング分布形状のグラフである。グラフは、縦方向のｙ軸４８０及び横方向のｘ軸４７０を含む。縦方向のｙ軸４８０は、ドーパント濃度を表す。横方向のｘ軸４７０は、ソースからの、マスクの縞の横方向距離を表す。図示された実施態様において、ｘ軸４７０に沿った位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５及びＬ６は、例示のみを目的として、対応する数値０〜１００μｍと関連付けられる。同様に、縦軸４６０に沿った値ｃ１、ｃ２、ｃ３、…は、「１単位あたりの」ドーパント濃度の正規化された無次元値と関連付けられる。１単位あたりの値を求めるため、その位置における実際のドーパント濃度が、ドリフト領域全体の平均ドーパント濃度で除算される。例示のみを目的として、１単位あたり０〜１．６という１単位あたりの数値が含まれる。
【００４１】
図４Ｄのグラフは、実線の曲線４８５Ａ及び点線の曲線４８５Ｂを含む。実線の曲線４８５Ａは、マスクの縞状の開口間のピッチ幅が３μｍである場合における、ソースからの横方向距離の関数としてのドーパント濃度を表す。点線の曲線４８５Ｂは、マスクの縞状の開口間のピッチ幅が５μｍである場合における、ソースからの横方向距離の関数としてのドーパント濃度を表す。
【００４２】
実線の曲線４８５Ａは、ドリフト領域の大部分において、ソース端付近での比較的低い１単位あたりの値から、比較的大きい１単位あたりの値まで、非直線状だが、ほぼ連続的な立ち上がりを示す。しかし、ソース付近で、実線の曲線４８５Ａは、比較的低い１単位あたりの値に戻る。対称的に、点線の曲線４８５Ｂは、ドリフト領域に沿ったドーパント濃度形状において顕著な変動を示す。しかし、両方の曲線４８５Ａ、４８５Ｂで、ドリフト領域全体の平均ドーパント濃度は、同じである。
【００４３】
図５Ａは、ドリフト領域に勾配のあるドーパント濃度を含むトランジスタと、ドリフト領域に一様なドーパント分布をもつ大きさの類似したトランジスタとの両方の場合の、オン状態における、ドレイン電圧降下に対するドレイン伝導電流のＶ−Ｉ（ボルト−アンペア）グラフである。このＶ−Ｉグラフは、ドレイン電流が装置を通るときの、装置のオン抵抗に起因した、ドレインの順方向電圧降下を示す。
【００４４】
図５Ａのグラフは、横方向のｘ軸５１０及び縦方向のｙ軸５２０を含む。横方向のｘ軸５１０は、オン状態中のドレイン電圧を表す。図示された範囲において、ドレイン電圧は、ゼロ５０１〜ＶＤ１０の範囲である。図示された実施態様において、ｘ軸５１０に沿った位置ＶＤ１、ＶＤ２、…及びＶＤ１０は、例示のみを目的として、対応する数値０〜１０Ｖと関連付けられる。縦方向のｙ軸５２０は、マイクロメートルあたりのアンペア（Ａ／μｍ）という単位で、特定のドレイン電流を表す。図示された実施態様において、縦方向のｙ軸５２０に沿った位置ＩＤ１、ＩＤ２、…、ＩＤ７は、例示のみを目的として、対応する数値０．０Ｅ＋００〜６．０Ｅ＋−０５Ａ／μｍと関連付けられる。
【００４５】
図５Ａのグラフは、さらに、曲線５３０Ａ、５３０Ｂ、及び５４５の集合を含む。曲線５３０Ａは、オン状態中の、ドリフト領域に沿って一様なドーパント濃度をもつ装置のボルト−アンペア（Ｖ−Ｉ）特性を表す。曲線５３０Ｂは、ドリフト領域において横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置のボルト−アンペア（Ｖ−Ｉ）特性を表す。装置は、同じ大きさである。
【００４６】
示されるように、ｘ軸に沿った順方向電圧降下の各値について、横方向に勾配のあるドーパント濃度（５３０Ｂ）をもつ装置を通る伝導電流は、一様なドーパント濃度（５３０Ａ）をもつ装置を通る伝導電流より大きな値をもつ。言い換えると、ドレイン電流値の全範囲について、横方向に勾配のあるドーピング（５３０Ｂ）がなされた装置の順方向電圧降下は、一様なドーパント濃度（５３０Ａ）をもつ装置の順方向電圧降下未満である。これは、より小さなオン抵抗と、横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置の性能向上とをもたらす。
【００４７】
図５Ａでは、横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置における伝導電流の増加が、点線５４５で図示される。伝導電流のパーセントでの増加が、右側の点線の縦軸５４０に示されている。装置の伝導電流の増加は、装置のオン抵抗（ＲｄｓＯＮ）の改善の結果としてもたらされる。軸５１０に沿ったドレインの順方向電圧降下の例示的な数値について、伝導電流において約１３．５％という最大の増加が観測され得る。伝導電流のこの増加は、ドリフト領域に一様なドーパント濃度をもつ、大きさの類似した装置と比べて、勾配のあるドーパント濃度をもつ装置のオン抵抗の８８％の減少に対応する。
【００４８】
図５Ｂは、ソースからドレインまでの距離に対する横方向電界分布の概略図である。このグラフは、ドリフト領域に一様なドーパント分布をもつ装置に比べて、ドリフト領域において横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置が、ソースとドレインとの間の横方向電界（Ｖ／ｃｍ）のより一様な分布をもたらすことを示す。
【００４９】
図５Ｂは、横方向のｘ軸５５０及び縦方向のｙ軸５６０を含む。横方向のｘ軸５５０は、ゼロ距離５５１にあるソースからドレイン端５５８に向かう横方向距離を表す。図示された実施態様において、横方向のｘ軸５５０に沿った位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、…Ｌ７は、マイクロメートル（μｍ）で表された対応する数値と関連付けられ、約８０マイクロメートルというドレインからソースまでの全長ＬＤＳを示す。この長さ及び具体的な数値は、例示のみを目的としている。この点で、ドリフト領域の長さは、装置の定格を定め、一例において、約６０〜７０μｍであり得る。ゼロ距離５５１は、ソース端を表し、ドレイン端は、右側の線５５８により示される。
【００５０】
縦方向のｙ軸５６０は、横方向電界を表す。図示された実施態様において、縦方向のｙ軸５６０に沿った位置Ｅ１、Ｅ２、…Ｅ５は、例示のみを目的として、センチメートルあたりのボルト（Ｖ／ｃｍ）で表された電界の例示的な数値と関連付けられる。
【００５１】
図５Ｂのグラフは、実線の曲線５８０及び一点破線の曲線５７０を含む。実線グラフ５８０は、ドリフト領域において勾配のあるドーパント濃度をもつ装置の場合の、ソースとドレインとの間の電界の横方向分布を示す。一点破線グラフ５７０は、ドリフト領域において一様なドーパント濃度をもつ装置の場合の、ソースとドレインとの間の電界の横方向分布を示す。両方の曲線５７０、５８０において、ソース付近（すなわち、ゼロ位置５５１付近）の電界は、比較的小さい。ゲート端付近５５３で、電界が、それぞれの局大値５７１、５８１まで立ち上がる。しかし、ソースからさらに遠ざかり、ゲートを越えてドレインに向かって（すなわち、ドリフト領域に沿って）、一様なドーパント濃度をもつ装置（一点破線グラフ５７０）は、複数のピーク及び谷（例えば、５７２、５７３、及び５７４）を示すのに対し、横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置（実線グラフ５８０）は、比較的より一様な電界をもつ。横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置が、依然、ドリフト領域の電界形状にいくつかの局所変動（例えば、５８２、５８３、及び５８４）を示し得るとはいえ、電界分布は、目立ったピークを示さない。比較的平坦な電界分布は、オフ状態でドレインに高電圧が印加されたときの、局所的な絶縁破壊の危険性を低減する。
【００５２】
横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ装置の場合の曲線５８０と、ドレイン付近において一様なドーパント濃度をもつ装置の場合の曲線５７０との比較も、ドレイン付近における高ドーパント濃度パターンが局所電界を低減し得ること、を裏付ける。これは、示されるように、ドレイン端５５８での、より小さく、従って、より安全な電界の低下をもたらす。
【００５３】
後述のように、拡散ドーピングマスクの製造における、中間調形成技術の例示的な使用が、図６〜８に示される。中間調形成の例は、拡散ドーピングマスク上の様々な異なるマトリックスパターンを使用した拡散マスク開口の非常に微細な有限要素の利点を提供する。この例示的な処理工程は、ドリフト領域において一様なドーパント分布と勾配のあるドーパント分布とのいずれかに使用され得るマスク開口構成を提供する。例えば、一例において、横方向に変化のある大きさと、横方向に変化のある形状と、横方向に変化のある間隔との少なくとも１つを有する表面要素として、表面の複数の区画部分が材料の表面に画定される。これにより、表面要素の下の材料の複数の部分が、要素領域あたり単一量のドーパント材料でドープされ得る、そして、ドーパント材料は、ドープされた後、表面下の材料内に広がり、表面下の材料に、ドーパント材料の横方向の勾配を提供し得る。表面の複数の区画部分が、複数の表面の縞または複数の表面のマトリックスセルの少なくとも１つに適用され得ることが理解される。複数の表面の縞または表面のマトリックスセルは、表面の複数の区画部分にわたって配設された、イオンビーム注入マスクまたは拡散マスクの開口により画定され得る。材料の複数の部分のドーピングは、ドーパントビームまたはイオンビームを使用して開口を通してドーパント材料を注入または拡散させて、材料内にドーパントを浸透及び注入させることにより実現され得る。従って、開口が表面要素を画定し、その表面要素上へのドーパントビームまたはイオンビームの１つが材料の表面を貫いてドーパント材料を注入することにより、イオンビーム注入マスクまたは拡散マスクが、ドーパントビームまたはイオンビームをふるいにかける。
【００５４】
従って、高い性能を提供するように設計された装置において、本発明の教示に従って中間調形成技術を使用して提供される、ドリフト領域における勾配のあるドーパント濃度は、ドリフト領域において滑らかに混合されたドーパント分布の勾配を提供するのに役立ち得る。一例において、説明された中間調形成技術で使用される微細なマスク開口を提供するように生成されるマトリックスパターンは、コンピュータソフトウェアを使用してデジタル的に提供される。
【００５５】
説明のため、図６は、本発明の教示による中間調形成技術に従って配設された、例示的なマトリックスセルの概略図である。図示された例において、中間調形成は、表面の比較的小さな区画部分が単一の「色調」（すなわち、単色または一定の濃淡）を帯びて、複数の色調をもつ比較的大きな像、または、連続的な色調をも擬態する技術である。区画部分は、略正方形であるが、点、三角形、及び／または他の幾何学的形状が使用されてもよい。区画部分の大きさと、区画部分の形状と、区画部分の間隔との１以上を横方向に変化させることにより、区画された単一の色調の部分が、複数の色調または連続的な色調をもつより大きな領域に見えるので、横方向の勾配の効果が形成される。
【００５６】
本明細書に記載される「中間調形成」ドーピングでは、表面の区画部分は、例えば、注入、拡散、または他のマスク及び／若しくはビーム集束における比較的小さな開口により画定され得る。単一のドーパントの「色調」（または単位面積あたりのドーパント材料の量）は、その部分の表面に侵入して、下方の材料内に直接ドープする。図４Ａ〜４Ｂで説明されるように、隣接したマスク開口で直接ドープされる部分から、ドーパントの拡散の、いくらかの横方向の混合または重ね合わせが起こることとなり、各位置のドーパント濃度は、すべての隣接したマスク開口からのドーパントの拡散の重ね合わせ効果であることが理解される。ドーピングマスクのマトリックスパターンの最適設計により、装置のドリフト領域における一様な、または所望のドーパント濃度の勾配をもたらすように、ドーパント濃度が制御され得る。横方向の連続的なまたは非連続的な勾配の効果が得られるように、直接ドープされる部分を提供するマスク開口の大きさ、形状または間隔が、横方向に変化してもよい。
【００５７】
横方向の勾配の効果は、比較的大きな領域にわたり発生し、複数のドープされた部分を含むので、本明細書で提供されるドーパント濃度は、隣接したマスク開口からのドーパント濃度の重ね合わせ効果を含んでおり、各重ね合わせ領域にわたって効果的に平均化され、または混合されている。従って、連続的または非連続的な横方向の勾配の効果は、ドープされた部分と、それらの部分からのドーパントの横方向の拡散との両方の大きさに比べて、比較的大きな領域にわたり発生する。これらの領域は、必然的に複数のドープされた部分を含む。言い換えると、所与の領域において、個々のドープされた部分の粒度は、無視される。その代わり、複数のドーパント部分を含む領域にわたる、ドーパント濃度の重ね合わせ効果が提供される。
【００５８】
一般的に、連続的または非連続的に横方向に勾配のある領域におけるドープされた部分の間隔は、おおよそドープされた部分自体の大きさとなる。例えば、以下でさらに説明するように、周辺領域にわたって重ね合わせされたドーパント濃度６．２５％は、一様な正方形にドープされた部分を使用して達成され得、この一様な正方形にドープされた部分は、それらの最も隣接したものから、その正方形にドープされた部分の辺の長さの約４倍の距離だけ離れている。ドーパント濃度２５％は、一様な正方形にドープされた部分を使用して達成され得、この一様な正方形にドープされた部分は、それらの最も隣接したものから、その正方形にドープされた部分の辺の長さの約２倍の距離だけ離れている。もちろん、例えば、様々な配置及び一様さでドープされた部分に対して、領域平均化されたドーパント濃度とドープされた部分の間隔との同様の関係を計算することが可能である。
【００５９】
これらのパーセント表記のドーパント濃度（及び、本明細書に記載される、事実上すべてのパーセント表記のドーパント濃度）は、近似にすぎないことに留意されたい。この点で、上方に位置する表面に侵入する材料により直接ドープされた領域は、正確に計算され得るが、このようなドーパントは、一般的に、直接ドープされた領域からある程度、横方向に離れる方向に拡散することとなる。このような横方向の拡散の程度及び効果は、ドーパント及び基板材料の性質、処理条件、及び時間を含むいくつかのパラメータの関数である。そのため、以下に説明されるパーセント表記のドーパント濃度は、横方向の拡散を説明するものではなく、近似にすぎない。
【００６０】
図６では、例示的ないくつかの考え得るドーパント濃度の区画が、２ｘ２または３ｘ３セルのマトリックスにより図示される。黒セルは、拡散、注入、及び／またはビーム集束によりドーパントが基材の表面を貫き得る、ドープされる領域を表す。従って、いくつかの実施態様において、マトリックスは、拡散マスクまたは注入マスク上の領域に対応し得る。一例において、ドリフト領域に沿ったドーパント濃度の様々な変化は、ドーパントを表面中に拡散するための選択的な開口セルをもつマトリックスマスクにより生成され得る。例えば、１０以上のこのようなマトリックス、例えば、１００以上のこのようなマトリックス、または何千ものこのようなマトリックスをもつ拡散及び注入マスクが、形成され得る。
【００６１】
２ｘ２マトリックス６１０は、１つの開口セル６１２をもち、マトリックスの領域にわたって局所的な２５％のドーパント濃度を形成するために使用され得る。２ｘ２マトリックス６２５における２つの開口セル６２７は、マトリックスの領域にわたって局所的な５０％のドーパント濃度を形成するために使用され得る。２ｘ２マトリックス６３０における３つの開口セル６３２は、マトリックスの領域にわたって局所的な７５％のドーパント濃度を形成するために使用され得る。
【００６２】
３ｘ３マトリックス６３５は、１つの開口セル６３７をもち、３ｘ３マトリックス６４０は、２つの開口セル６４２をもち、３ｘ３マトリックス６４５は、３つの開口セル６４７をもち、３ｘ３マトリックス６５０、６５５は、それぞれ、４つの開口セル６５２または６５７をもち、３ｘ３マトリックス６６０は、５つの開口セル６６２をもち、３ｘ３マトリックス６６５は、６つの開口セル６６７をもち、３ｘ３マトリックス６７０は、７つの開口セル６７２をもち、及び３ｘ３マトリックス６７５は、８つの開口セル６７７をもつ。これらのマトリックスは、それらのそれぞれのマトリックスの領域にわたって、１１．１％、２２．２％、３３．３％、４４．４％、５５．５％、６６．６％、７７．７％、及び８８．８％といった局所的なドーパント濃度を形成するために使用され得る。
【００６３】
より大きな大きさマトリックス、及び／または、より複雑なマトリックス構造を使用することにより、ドーパント濃度の変形例における、別の種々のドーパント濃度及び微細なステップが達成され得る。さらに、多数のこのようなマトリックスが、表面上で互いに隣接して配設された場合、ドリフト領域または他の基板において、複数の色調をもつ、または、さらには連続的な色調を近似した大きな領域が形成され得る。
【００６４】
図７Ａは、中間調形成技術に従って配設されたマトリックスセルの例示的なグループ７１０、７２０、７３０、７４０の概略図である。図７Ａのグループ７１０、７２０、７３０、７４０の各々が、排他的に、同じ局所的なドーパント濃度をもつ複数のマトリックスセルを含む。従って、グループ７１０、７２０、７３０、７４０の各々が、グループの複数の要素マトリックスの領域にわたるドーパント濃度と同じだけの、グループに覆われた領域にわたって平均化されたドーパント濃度をもつ。図示された実施態様において、グループの複数の要素マトリックスの領域にわたるドーパント濃度は、約６％から２５％までの範囲である。様々なマトリックスを使用して他のドーパント濃度が達成され得るので、これが必ずしもあてはまるわけではない。
【００６５】
図示された実施態様において、各グループのマトリックスセルは、同一であり、同様に配設される。これが必ずしもあてはまるわけではない。例えば、図６のマトリックス６５０及び６５５などの、例えば、回転された同一のマトリックス、または、同一の局所的に平均化されたドーパント濃度をもつ異なるマトリックスが、１つのグループに含まれ得、結果として得られるグループは、依然、グループにより覆われる領域にわたって同じドーパント濃度をもつこととなる。
【００６６】
図７Ａでは、マトリックスグループ７１０は、単一の開口セルをもつ３６個の同一の４ｘ４のマトリックスを含む。その結果、マトリックスグループ７１０とその要素である４ｘ４のマトリックスとの両方が、１／１６＝６．２５％というドーパント濃度をもつ。マトリックスグループ７２０は、各々が２つの開口セルをもつ同一の４ｘ４のマトリックスを含む。その結果、マトリックスグループ７４０とその要素である４ｘ４のマトリックスとの両方が、１／８＝１２．５％というドーパント濃度をもつ。マトリックスグループ７３０は、各々が２つの開口セルをもつ同一の２ｘ３のマトリックスを含む。その結果、マトリックスグループ７３０とその要素である２ｘ３のマトリックスとの両方が、１／６＝１６．６％というドーパント濃度をもつ。マトリックスグループ７４０は、各々が単一の開口セルをもつ同一の２ｘ２のマトリックスを含む。その結果、マトリックスグループ７６０とその要素である２ｘ２のマトリックスとの両方が、１／４＝２５％というドーパント濃度をもつ。
【００６７】
図７Ｂに示すように、これらの例示的なマトリックスグループは、例えば、勾配のあるドーパント濃度をもつ横型装置のドリフト領域構造で使用され得る。一例において、図７Ａの勾配のあるドーピング分布形状は、ＭＯＳＦＥＴ装置に使用され得、そのＭＯＳＦＥＴ装置において、元のＰ型埋め込み領域及びドリフト領域の特徴は、中間調勾配に置き換えられる。本例において、ドレイン領域７６７は、一様な２５％という中間調濃度をもつ。しかし、ドリフト領域内では、ドレインの周りにおいて、中間調パターンが、直線状の勾配で放射状に、ソース領域７６２の位置に対応する放射状距離における、５％まで減少する。このソース位置の放射状距離を超えたドリフト領域では、ドーピング濃度の勾配が、中間調パターンの濃度５％で一定に保たれる。一定の濃度５％であるこの延在領域は、ドレイン先端部における電界の緩和をもたらし、他のパッド／端子へのドレインの簡単な接続を提供し得る。
【００６８】
図７Ｂの概略図は、一次元において、すなわち、ページの左側と右側との間で、横方向に勾配のあるドーパント密度をもつ、例示的な中間調形成された基板を示す。特に、基板は、チャネルで分離された、それぞれのソース領域（７５２、７６２または７７２）及びドレイン領域（７５７、７６７または７７７）と、横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつドリフト領域（７５３〜７５５、７６６または７７６）と、を各々が含む半導体装置７５０、７６０及び７７０の部分である。
【００６９】
第１の例示的な装置７５０では、チャネル及びドリフト領域（７５３〜７５５）が、４つの異なる中間調領域７５３、７５４、７５５、７５７を含む。各領域７５３、７５４、７５５、７５７が、同じ配向とされた同一のマトリックスのグループを含む。個々の領域７５３、７５４、７５５，７５７の各々の中での局所的なドーパント濃度は、一様であるが、ドリフト領域全体における装置のドーパント濃度は、横方向に勾配のあるままである。言い換えると、各領域７５３、７５４、７５５、７５７内の一様な局所的な平均ドーパント濃度にもかかわらず、ドーパント濃度は、より大きな寸法規模（例えば、ソース領域とドレイン領域との間隔の寸法規模）で横方向に勾配がある。
【００７０】
図示された実施態様において、領域７５３は、３つのうちでソース領域に最も近く、最も小さな局所的なドーパント濃度をもつ。例えば、領域７５３は、その全体が図７Ａのマトリックスグループ７１０により覆われ得、約６％という局所的なドーパント濃度をもつ。領域７５４は、領域７５３のドレイン側に配設され、領域７５３より大きな局所的なドーパント濃度をもつ。例えば、領域７５４は、図７Ａのマトリックスグループ７２０により、その全体が覆われ得、１２．５％という局所的なドーパント濃度をもつ。領域７５５は、領域７５４のドレイン側に配設され、領域７５４より大きな局所的なドーパント濃度をもつ。例えば、領域７５５は、その全体が図７Ａのマトリックスグループ７３０により覆われ得、１６．６％という局所的なドーパント濃度をもつ。
【００７１】
領域７５７は、領域７５５のドレイン側に配設され、領域７５５より大きな局所的なドーパント濃度をもつ。例えば、領域７５７は、その全体が図７Ａのマトリックスグループ７４０により覆われ得、２５％という局所的なドーパント濃度をもつ。一般的に、領域７５７は、領域７５３、７５４、７５５より広い領域をもつこととなる。領域７５７の、より広い領域及び比較的大きな局所的なドーパント濃度が、ドレイン付近に、比較的小さな電界を提供する。
【００７２】
第２の例示的な装置７６０において、チャネル及びドリフト領域は、中間調領域７６６及び７６７を含む。領域７６６は、様々な配向の様々な異なるマトリックスを含む。領域７６６内で、ソース領域７６２により近いマトリックスは、より小さな局所的なドーパント濃度をもつ。ドレイン領域により近いマトリックスは、より大きな局所的なドーパント濃度をもつ。マトリックスは、チャネルの中央付近に配設され、ドリフト領域は、中程度のドーパント濃度をもつ。個々のマトリックスは、ほぼ連続的な勾配を近似した横方向の勾配を達成するように配設される。従って、領域７６６は、理想的に連続的な横方向の勾配を使用して計算された図５Ａ〜５Ｂの、ドーパント濃度の理想的な連続的な様相をほぼ達成している。
【００７３】
領域７６７は、領域７６６のドレイン側に配設され、領域７６６より大きな局所的なドーパント濃度をもつ。例えば、領域７６７は、その全体が図７Ａのマトリックスグループ７４０により覆われ得、２５％のドーパント濃度をもつ。
【００７４】
第３の例示的な装置７７０において、チャネル及びドリフト領域７７６は、様々な中間調領域７７６を含む。個々の領域の各々における局所的なドーパント濃度は、一様であるが、装置のドリフト領域におけるドーパント濃度は、横方向に勾配のあるままである。
【００７５】
局所的な区域（すなわち、７５３／７５４／７５５／７５７または７６６／７６７）の幅をより小さくした装置のドリフト領域では、局所的な平均ドーパント濃度が横方向に勾配をもつ寸法規模は、より小さくなり、図５Ａ〜５Ｂの理想的な連続的な様相に、より近く近似されることとなる。
【００７６】
図８は、２つの横の次元、すなわち、ページの左側と右側との間、及びページ上部と底部との間において、横方向に勾配のあるドーパント濃度をもつ、例示的な装置８００の中間調形成された基板の概略図である。２つの横の次元におけるこのような横方向の勾配は、例えば、横型半導体装置のドレイン先端領域で必要とされる。図示された基板は、半導体装置８００のチャネル及びドリフト領域８１２、８１４、８１６である。チャネル及びドリフト領域は、それぞれのソース側８１６からドレイン側８１２まで延在する。
【００７７】
図８の例において、チャネル及びドリフト領域における、横方向に勾配のあるドーパント濃度またはドーピング勾配８１４／８１５は、同じ配向とされた同一のマトリックスの複数のグループにより達成される。同一のマトリックスのグループが、必ずしも同じ大きさというわけではなく、各グループが、必ずしも同じ表面領域を占めるわけではない。その代わり、一様でない形状をもつ同一のマトリックスのグループが、所望の横方向の勾配を達成するように配設され得る。
【００７８】
チャネル及びドリフト領域内には、同じ配向とされた同一のマトリックスの別個の領域があってもよい。しかし、チャネル及びドリフト領域は、様々な配向の様々な異なるマトリックスをさらに含んでいてもよい。個々のマトリックスは、装置のドリフト領域にわたる、ほぼ連続的な勾配を近似した横方向の勾配を達成するように配設される。
【００７９】
例示された本発明の実施形態の上記の説明は、要約で説明されている事項を含め、網羅的であることも、本発明を開示されている形態そのものに限定することも意図していない。本発明の特定の実施形態及び例は、本明細書で例示を目的として説明されているが、本発明の範囲内で当業者が認識することとなる様々な変形が可能である。
【００８０】
前述の詳細な説明を考慮して、本発明にこれらの変更がなされ得る。後述の請求項で使用される用語は、本発明を明細書に開示されている特定の実施形態に限定するように解釈されてはならない。むしろ、本発明の範囲は、後述の請求項により完全に定義されるべきであり、確立された請求項の解釈の原則に従って解釈されなければならない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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