(57)【要約】【課題】ゲート酸化膜を厚くすることなく低オン抵抗を実現することができる縦型パワーＭＯＳＦＥＴを提供する。【解決手段】裏面にドレイン電極２を設けた基板１の表面に酸化膜層３を介装してエピタキシャル層４が設けられ、エピタキシャル層４の表面にボディ層５が設けられ、ボディ層５の一部にソース領域７が設けられると共にソース領域７に挟まれる位置に基板１に接触しないように酸化膜層３に接合されるトレンチゲート９が設けられ、トレンチゲート９に対向し且つトレンチゲート９と交互に繰り返されると共に酸化膜層３を貫通して基板１と接触するトレンチドレイン１１が設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面にドレイン電極を設けた基板の表面にエピタキシャル層が設けられ、該エピタキシャル層の表面にボディ層が設けられ、該ボディ層の一部にソース領域が設けられると共に該ソース領域に挟まれる位置に前記ボディ層から前記エピタキシャル層に臨むトレンチゲートが設けられ、該トレンチゲートに対向し且つ該トレンチゲートと交互に繰り返されると共に前記ボディ層から前記エピタキシャル層に臨んで前記基板と接触するトレンチドレインが設けられた縦型パワーＭＯＳＦＥＴにおいて、
前記基板と前記エピタキシャル層との間に酸化膜層が設けられ、前記トレンチゲートの端部は前記基板に接触しないように前記酸化膜層に接合され、前記トレンチドレインの端部は前記酸化膜層を貫通して前記基板と接触していることを特徴とする縦型パワーＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２】
前記エピタキシャル層が、前記基板寄りの濃度を薄く且つ前記ボディ層寄りの濃度を濃くした二層構造であることを特徴とする請求項１に記載の縦型パワーＭＯＳＦＥＴ。
【請求項３】
前記トレンチドレインの前記ボディ層側に絶縁部が設けられると共に、前記基板側の導電部に濃度勾配を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の縦型パワーＭＯＳＦＥＴ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、裏面にドレイン電極を設けた基板の表面にエピタキシャル層が設けられ、該エピタキシャル層の表面にボディ層が設けられ、該ボディ層の一部にソース領域が設けられると共に該ソース領域に挟まれる位置に前記ボディ層から前記エピタキシャル層に臨むトレンチゲートが設けられ、該トレンチゲートに対向し且つ該トレンチゲートと交互に繰り返されると共に前記ボディ層から前記エピタキシャル層に臨んで前記基板と接触するトレンチドレインが設けられた縦型パワーＭＯＳＦＥＴに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車の高性能化・高機能化を実現する上でエレクトロニクスは欠かせない技術となっており、その一つとして、車載システムが要求するパワーデバイスのうち、その耐圧と扱える電流の最大値（最大定格電流）を考慮すると、１２Ｖのバッテリー系（普通自動車等）では、ＡＢＳシステムやパワーウインドシステムに６０Ｖ耐圧パワーＭＯＳＦＥＴが適用されている。
【０００３】
このパワーＭＯＳＦＥＴは、電圧駆動素子で駆動が容易でオン電流が負の温度係数を持ち、熱暴走し難いという利点を備え、このような観点からも車両に適したパワーデバイスの一つとなっている。
【０００４】
また、このようなパワーＭＯＳＦＥＴには、縦型（例えば、特許文献１参照）と横型（例えば、特許文献２参照）とがあるが、上述した各文献では、オン抵抗を低くする（以下、「低オン抵抗」と称する。）ためにトレンチゲート構造を採用している。
【０００５】
オン抵抗は、金属とソース／ドレイン間のコンタクト抵抗値、ソース／ドレインのシート抵抗、チャネル領域の抵抗値、ドリフト領域の抵抗値から構成されて一義的に求められるもので、パワー損失の防止に貢献することから、低オン抵抗であることが望ましいとされている。
【０００６】
そこで、縦型パワーＭＯＳＦＥＴとしての特許文献１では、トレンチゲートを基板近くまで深く形成すると共に。耐圧を高くするために酸化膜を厚く形成した構成を採用している。
【０００７】
一方、トレンチ技術との組み合わせによりドリフト領域の抵抗値も低減することができる横型パワーＭＯＳＦＥＴとしての特許文献２では、電流経路を増やすためにトレンチゲートとトレンチドレインとを対向させている。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，６３７，８９８号公報
【特許文献２】
特開平１１−２７４４９３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如く構成された縦型パワーＭＯＳＦＥＴである特許文献１に開示のものにあっては、低オン抵抗を確保するために、トレンチゲートを基板近くまで深くすると共にそれに伴う電解集中を避けるための耐圧向上を目的としてゲート酸化膜をかなり厚くしている。
【００１０】
しかしながら、このような構成では、ゲート酸化膜だけで耐圧を確保するためには、ゲート酸化膜を相当厚くしないと耐圧を確保することができないという問題があった。
【００１１】
また、ゲート酸化膜を厚くすると、その動作特性が大きく左右され、素子をオンするときに高いゲート電圧を印加しないと素子がオンしないという問題も生じていた。
【００１２】
さらに、ゲート酸化膜が厚いと酸化時間が長くなり、ボディを浅く形成することができないなど、素子特性の調整が煩雑化するといった問題も生じていた。
【００１３】
一方、特許文献２に開示のものにあっては、横型構造のものであり、縦型構造に採用することは困難である。
【００１４】
尚、パワーＭＯＳＦＥＴにおいて縦型構造と横型構造とを比較した場合、実装性や集積度の観点から、縦型構造のほうが有利とされている。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題を解決するため、ゲート酸化膜を厚くすることなく低オン抵抗を実現することができる縦型パワーＭＯＳＦＥＴを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、本発明の縦型パワーＭＯＳＦＥＴは、裏面にドレイン電極を設けた基板の表面にエピタキシャル層が設けられ、該エピタキシャル層の表面にボディ層が設けられ、該ボディ層の一部にソース領域が設けられると共に該ソース領域に挟まれる位置に前記ボディ層から前記エピタキシャル層に臨むトレンチゲートが設けられ、該トレンチゲートに対向し且つ該トレンチゲートと交互に繰り返されると共に前記ボディ層から前記エピタキシャル層に臨んで前記基板と接触するトレンチドレインが設けられた縦型パワーＭＯＳＦＥＴにおいて、前記基板と前記エピタキシャル層との間に酸化膜層が設けられ、前記トレンチゲートの端部は前記基板に接触しないように前記酸化膜層に接合され、前記トレンチドレインの端部は前記酸化膜層を貫通して前記基板と接触していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の縦型パワーＭＯＳＦＥＴは、前記エピタキシャル層が、前記基板寄りの濃度を薄く且つ前記ボディ層寄りの濃度を濃くした二層構造であることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の縦型パワーＭＯＳＦＥＴは、前記トレンチドレインの前記ボディ層側に絶縁部が設けられると共に、前記基板側の導電部に濃度勾配を形成したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の縦型パワーＭＯＳＦＥＴの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明の縦型パワーＭＯＳＦＥＴの断面図、図２は電流（Ｉｄｓ）と電圧（Ｖｄｓ）との依存性を示すシュミレーションのグラフ図、図３は電流（Ｉｄｓ）とゲート電圧（Ｖｄｓ）との依存性を示すシュミレーションのグラフ図、図４はそのシュミレーション結果をまとめた図表である。
【００２１】
図１において、１は裏面にドレイン電極２を設けたＮ＋型半導体基板（以下、単に「基板」と称する）、３は基板１の表面に設けられた酸化膜層、４は酸化膜層３の表面に設けられたエピタキシャル層（以下、単に「エピ層」と称する）、５はエピ層４の表面に設けられたＰ＋型ボディ層（以下、単に「ボディ層」と称する）である。
【００２２】
酸化膜層３は、その膜厚が薄いほうが耐圧は高くなるが、０．８μｍで飽和してしまうことが判明したため、本発明では１．０μｍ程度としている。
【００２３】
エピ層４は、酸化膜層３の表面側に位置して濃度の薄い（３Ｅ１５／ｃｍ３）Ｎ−型エピ層４ａ（厚さ３．０μｍ）と、ボディ層５側に位置してＮ−型エピ層４ａよりも濃度の濃い（９Ｅ１５／ｃｍ３）Ｎ−型エピ層４ｂ（厚さ１１．０μｍ）とを備えている。
【００２４】
ボディ層５（厚さ１．０μｍ）の表面側には、ソース電極６を設けたソース領域７が埋設されている。このソース領域７は、図示を略するがＮ＋型である。
【００２５】
一方、ソース領域７に挟まれる位置には、ゲート電極８を有するトレンチゲート９が設けられている。
【００２６】
このトレンチゲート９（幅０．７μｍ）の表面を覆うゲート酸化膜１０の厚さは１２０ｎｍとなっており、従来技術で説明した特許文献１に開示の酸化膜のように、極端に厚くする必要は無い。また、トレンチゲート９の端部は、酸化膜層３に接合されている。この際、トレンチゲート９の端部が酸化膜層３を突き抜けないようにする。この結果、ドレイン・ソース間耐圧が向上される。また、トレンチゲート９の端部は濃度の薄いＮ−型エピ層４ａと濃度の濃いＮ−型エピ層４ｂとにより電解が集中しないようになっている。
【００２７】
他方、トレンチゲート９は、トレンチドレイン１１と対向していおり、トレンチゲート９とトレンチドレイン１１の繰り返し構造となっている。このトレンチゲート９とトレンチドレイン１１とを対向させた関係とすることで電流経路を広く確保することができる（電流の流れは矢印参照）。また、トレンチゲート９とトレンチドレイン１１との対向ピッチは、その距離を長くすると耐圧は大きくなるが、２．９μｍ以上では耐圧増加が少なくなるため、本発明では２．９μｍまでとした。尚、トレンチドレイン１１の幅は０．５μｍである。
【００２８】
トレンチドレイン１１は、ポリシリコンを用いて上端部の電解集中を緩和するために濃度勾配を有する導電部層１１ａ〜１１ｃと、ＳｉＯ２（酸化膜）やＳｉＮ等の耐圧を確保することができる材料からなる絶縁部１１ｄとから構成されている。
【００２９】
尚、具体的な導電部層（ポリシリコン）１１ａ〜１１ｃの厚さと濃度は、上層の導電層部１１ｃが０．５μｍ＝１Ｅ１５／ｃｍ３、中層の導電部層１１ｂが０．５μｍ＝１Ｅ１７／ｃｍ３、下層の導電部層部１１ａが１０．０μｍ＝１Ｅ１９／ｃｍ３となっている。また、絶縁部１１ｄの寸法は耐圧との関係で決定するが、この実施の形態では５．０μｍである。さらに、トレンチドレイン１１は酸化膜層３を突き抜けて基板１と接触している。
【００３０】
このような構成のパワーＭＯＳＦＥＴを製造するには、トレンチゲート９とトレンチドレイン１１とはウエハの表面からドライエッチングにより通常のトレンチ形成技術により可能である。
【００３１】
この際、トレンチゲート９は基板１まで突き抜けるといけないため、酸化膜層３の表面でエッチングが止まるように、ポリシリコンと酸化膜との選択比が高いエッチングで行う。
【００３２】
トレンチドレイン１１については、基板１までドライエッチングで掘り込んだ後、ポリシリコン等を埋め込む。
【００３３】
このように、本発明の縦型パワーＭＯＳＦＥＴにあっては、トレンチゲート９とトレンチドレイン１１とを対向させることにより、電流経路を広く確保することができ、低オン抵抗の確保が可能となった。
【００３４】
また、基板１の表面に酸化膜層３を形成したことにより、トレンチゲート９のトレンチ構造を深いものとしても耐圧を確保することができ、ゲート酸化膜１０の膜圧を厚くする必要が無く（１２０ｎｍ程度）、高耐圧化を実現することができる。
【００３５】
図２及び図３は、このような構成の縦型パワーＭＯＳＦＥＴにおけるシュミレーション結果のグラフ図である。
【００３６】
これにより、図４のシュミレーション結果の図表に示すように、ドレイン／ソース間耐圧７０．３Ｖ、規格化オン抵抗３４ｍΩ・ｍｍ２（基板１００μｍを含む）という結果を得ることができ、耐圧と扱える電流の最大値（最大定格電流）を考慮すると、例えば、１２Ｖのバッテリーを搭載した普通自動車等でのＡＢＳシステムやパワーウインドシステムに良好な６０Ｖ〜７５Ｖクラスで非常に低オン抵抗な縦型パワーＭＯＳＦＥＴを提供することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の縦型パワーＭＯＳＦＥＴにあっては、以上説明したように構成したことにより、ゲート酸化膜を厚くすることなく低オン抵抗を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる縦型パワーＭＯＳＦＥＴの断面図である。
【図２】電流（Ｉｄｓ）と電圧（Ｖｄｓ）との依存性を示すシュミレーションのグラフ図である。
【図３】電流（Ｉｄｓ）とゲート電圧（Ｖｄｓ）との依存性を示すシュミレーションのグラフ図である。
【図４】シュミレーション結果をまとめた図表である。
【符号の説明】
１  基板、２  ドレイン電極、３  酸化膜層、４  エピタキシャル層、５  ボディ層、６  ソース電極、７  ソース領域、８  ゲート電極、９  トレンチゲート、１０  ゲート酸化膜、１１  トレンチドレイン。
【図１】
2004214542.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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