(57)【要約】半導体構造は、モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む。半導体構造は、第１導電型の半導体領域にまで延在する複数のトレンチをさらに含む。多数のゲート電極及びシールド電極が前記トレンチの各々内に設けられている本体領域は隣接するトレンチ間の半導体領域上に延在し、ソース領域が、各本体領域上に延在している。テイパー形状のエッジを有する凹部が、２つの隣接するトレンチの上角部から本体領域まで２つの隣接するトレンチ毎の間に延在し、本体領域の下方の半導体領域内で終端する。相互接続層は各凹部まで延在して、前記ソース領域及び前記本体領域のテイパー形状の側壁に電気的に接触し、かつ、各凹部の底部に沿って半導体領域に接触して、自身の間にショットキーコンタクトを形成する。
2010541288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造であって、
前記半導体構造は、
第１導電型の半導体領域内に延在する複数のトレンチと、
前記トレンチの各々の下部に設けられ、かつ、シールド誘電体によって前記半導体領域から絶縁されたシールド電極と、
前記トレンチの各々において前記シールド電極を覆う電極間誘電体と、
前記トレンチの各々の上部トレンチ側壁の内側を覆うゲート誘電体と、
前記電極間誘電体上の前記トレンチの各々の上部に設けられたゲート電極と、
隣接するトレンチ間において前記半導体領域上に設けられた第２導電型の本体領域と、
各本体領域上に設けられた前記第１導電型のソース領域と、
各々が前記本体領域を介して２つの隣接するトレンチの上角部から延在し且つ前記本体領域の下方の前記半導体領域内で終端する凹部であって、前記２つの隣接するトレンチ毎の間においてテイパー形状のエッジを有する凹部と、
前記凹部の各々まで延在して前記ソース領域及び前記本体領域のテイパー形状の側壁に電気的に接触する相互接続層と、を含み、
前記相互接続層は、前記凹部の各々の底部に沿って前記半導体領域にさらに接触して、自身の間にショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴とする半導体構造。
【請求項２】
前記凹部は前記トレンチと自己整合されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
前記ゲート電極は、前記トレンチの各々内に埋め込まれ、誘電材料で覆われている請求項１に記載の半導体構造。
【請求項４】
前記相互接続層は前記凹部の各々の底部に沿って前記半導体領域とショットキーコンタクトを形成するバリア金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項５】
前記本体領域上に設けられ且つ前記本体領域に接触する前記第２導電型の高ドープ本体領域をさらに含む請求項１に記載の半導体構造。
【請求項６】
前記ショットキーコンタクトが形成された前記凹部の各々の前記底部に沿って前記半導体領域内に設けられたドープ領域をさらに含む請求項１に記載の半導体構造。
【請求項７】
前記半導体領域はエピタキシャル層であり、前記半導体構造は、前記エピタキシャル層が延在する基板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項８】
モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造を形成する方法であって、
第１導電型の半導体領域内にまで延在する複数のトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの各々の底部にシールド電極を形成するステップと、
前記トレンチの各々において前記シールド電極上に設けられた且つ前記シールド電極から絶縁されたゲート電極を形成するステップと、
前記半導体領域において第２導電型の本体領域を形成するステップと、
各々が１つのトレンチ側壁から隣接するトレンチの側壁まで側面に沿って延在し且つ前記本体領域に設けられた前記第１導電型のドープ領域を形成するステップと、
各々がテイパー形状のエッジを有し、２つの隣接するトレンチの上角部から前記ドープ領域及び前記本体領域まで延在し、前記本体領域の下方の前記半導体領域内で終端する凹部を、２つの隣接するトレンチ毎の間において形成するステップと
前記凹部の各々にまで延在して、前記ソース領域及び前記本体領域のテイパー形状の側壁に電気的に接触する相互接続層を形成するステップと、を含み
前記凹部の各々は、自身が２つのドープ領域内に延在する前記ドープ領域を分断し、当該分断された２つのドープ領域の各々がソース領域を形成し、
前記相互接続層は前記凹部の各々の底部に沿って前記半導体領域にさらに接触して自身の間にショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴とする請求項８の方法。
【請求項９】
前記凹部を形成するステップは、前記凹部が前記トレンチに自己整合されるように、マスクを用いずにシリコンエッチ処理を使用するステップを含むことを特徴とする請求項８の方法。
【請求項１０】
前記ゲート電極は前記トレンチの各々内に埋め込まれ、前記方法は、前記誘電材料の上面が前記半導体領域の上面と同一平面となるように前記トレンチの各々内の前記ゲート電極を誘電材料で覆うステップをさらに含むことを特徴とする請求項８の方法。
【請求項１１】
前記相互接続層を形成するステップは、
バリア金属層を形成して、
前記凹部の各々の前記底部に沿って前記半導体基板とのショットキーコンタクトを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２導電型の高ドープ本体領域を前記本体領域内に形成するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造であって、
前記半導体は、
第１導電型の半導体領域内にまで延在する複数のトレンチと、
前記トレンチの各々内における凹型ゲート電極と、
第１及び第２の一対の隣接トレンチ間のそれぞれにおいて前記半導体領域上に設けられた第２導電型の第１及び第２本体領域と、
前記第１本体領域上の前記第１導電型のソース領域と、
前記第１及び第２隣接トレンチの各々の間に延在し且つ前記第１及び第２本体領域下の所定深度において前記半導体領域内で終端する凹部と、
前記凹部の各々まで延在して、前記ソース領域及び前記第１及び第２本体領域に電気的に接触する相互接続層と、を含み、
前記相互接続層は前記凹部の各々の底部に沿って前記半導体領域にさらに接触して自身の間においてショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴とする半導体構造。
【請求項１４】
前記第１本体領域は前記ゲート電極の上面の下方にある上面を有し、前記第２本体領域は、前記ゲート電極の前記上面の上方に垂直に延在することを特徴とする請求項１３の半導体構造。
【請求項１５】
前記凹部の各々は、テイパー形状のエッジを有し、前記トレンチに自己整合されていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項１６】
前記ゲート電極の下方の前記トレンチの各々の下部に設けられ且つシールド誘電体によって前記半導体領域から絶縁されたシールド電極と、
前記トレンチの各々において前記シールド電極と前記ゲート電極の間に延在する電極間誘電体と、
前記トレンチの各々の上部トレンチ側壁の内側を覆うゲート誘電体と、をさらに含む請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項１７】
前記ゲート電極は、前記トレンチの各々内に埋め込まれ、誘電材料で覆われていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項１８】
前記相互接続層は前記凹部の各々の底部に沿って前記半導体領域とショットキーコンタクトを形成するバリア金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項１９】
前記トレンチの各々内の前記ゲート電極の下方に設けられた高膜厚底部誘電体をさらに含む請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項２０】
前記第１本体領域上に設けられ且つ前記第１本体領域に接触する前記第２導電型の複数の高ドープ本体領域をさらに含む請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項２１】
動作中に、伝導チャンネルが、前記第１本体領域内に形成されるものの前記第２本体領域には形成されないことを特徴とする請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項２２】
電流が前記第１本体領域に流れるものの前記第２領域には流れないことを特徴とする請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項２３】
前記ショットキーコンタクトが形成された前記凹部の各々の前記底部に沿って、前記半導体領域内に設けられたドープ領域をさらに含む請求項１３に記載の半導体構造。
【請求項２４】
モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造を形成する方法であって、
前記方法は、
第１導電型の半導体領域内にまで延在する複数のトレンチを形成するステップと、
各ゲートトレンチにおいてゲート電極を形成するステップと、
第１ペアの隣接トレンチと第２ペアの隣接トレンチ間のそれぞれにおいて前記半導体領域内に第１及び第２本体領域を形成するステップと、
前記第２本体領域ではなく、前記第１本体領域において前記第１導電型のドープ領域を形成するステップと、
各々が前記第１及び第２本体領域の下方において前記半導体領域内で終端する凹部を、前記第１及び第２隣接トレンチの各々の間において形成するステップと、
前記凹部の各々にまで延在して、前記ソース領域及び前記第１及び第２本体領域に電気的に接触る相互接続層を形成するステップと、を含み、
前記第１の隣接トレンチ間における前記凹部は、前記ドープ領域を２つのドープ領域に分断し、
当該分断された２つのドープ領域の各々がソース領域を形成し、
前記相互接続層は前記凹部の各々の底部に沿って半導体領域にさらに接触して自身の間にショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記凹部を形成するステップは、前記凹部が前記トレンチと自己整合されるようにマスクを用いずにシリコンエッチ処理を使用するステップを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記凹部の各々は、テイパー形状のエッジを有し、前記２つの隣接するトレンチの上角部から前記ドープ領域及び前記第１及び第２本体領域まで延在することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記方法は、前記誘電材料の上面が前記半導体領域の上面と同一平面となるように、前記トレンチの各々内の前記ゲート電極を誘電材料で覆うステップをさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
バリア金属層を形成して前記凹部の各々の前記底部に沿って前記半導体基板とのショットキーコンタクトを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２４の方法。
【請求項２９】
前記相互接続層を形成する前に、前記凹部の各々にドーパントを注入して、前記ショットキーコンタクトが形成される前記凹部の各々の前記底部に沿って前記半導体領域にイオン注入領域を形成するステップをさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記ゲート電極を形成する前に、前記トレンチの各々の下部側壁及び底部に沿って設けられ且つ前記シールド誘電体によって前記半導体領域から絶縁されたシールド誘電体を形成するステップと、
前記トレンチの各々において前記シールド電極上に電極間誘電体を形成するステップと、さらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記ゲート電極を形成する前に、前記トレンチの各々の底部に沿って高膜厚底部誘電体を形成するステップと、
前記トレンチの各々の側壁に沿って高膜厚底部誘電体より薄膜であるゲート誘電体を形成するステップと、さらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造であって、
前記半導体構造は、
第１導電型の半導体領域内に延在する複数のトレンチと、
前記トレンチの各々内における凹型ゲート電極と、
第１及び第２の一対の隣接トレンチ間のそれぞれにおいて前記半導体領域上に設けられた第２導電型の第１及び第２本体領域と、
前記第１本体領域上の前記第１導電型のソース領域と、
前記第１の一対のトレンチ間に延在し且つ前記ソース領域の下方の深度の前記第１本体領域内で終端する第１の凹部と、
前記第２の一対のトレンチ間に延在し且つ前記第１，第２及び第３本体領域の下方の深度において前記半導体領域内で終端する第２の凹部と、
相互接続層は第１及び第２凹部まで延在しソース領域及び第１及び第２本体領域に電気的に接触する相互接続層と、を含み、
前記相互接続層は、前記第２凹部の底部に沿って前記半導体領域とさらに接触して、自身の間にショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴とする半導体構造。
【請求項３３】
前記ゲート電極の下方の前記トレンチの各々の下部に設けられたシールド電極をさらに含み、
前記電極間誘電体は、シールド誘電体によって前記半導体領域から絶縁され、
前記電極間誘電体は、前記トレンチの各々において前記シールド電極と前記ゲート電極の間に延在し、ゲート誘電体は前記トレンチの各々の上部トレンチ側壁の内側を覆っていることを特徴とする請求項３２に記載の半導体構造。
【請求項３４】
前記トレンチの各々内の前記ゲート電極の下方にある高膜厚底部誘電体をさらに含む請求項３２に記載の半導体構造。
【請求項３５】
直流電源と、
ＰＷＭコントローラと、
前記ＰＷＭコントローラに接続されたゲート端子と、前記直流電源に接続された第１の端子と、を含む第１ＦＥＴと、
前記ＰＷＭコントローラに接続されたゲート電極と、前記第１ＦＥＴの第２端子と接続されたドレイン電極と、アース端子に接続されたソース端と、を有するモノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードと、を含むＤＣーＤＣコンバータであって、
前記モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードは、
第１導電型の半導体領域内に延在する複数のトレンチと、
前記トレンチの各々の下部に設けられ且つシールド誘電体によって前記半導体領域から絶縁されたシールド電極と、
前記トレンチの各々において前記シールド電極を覆う電極間誘電体と、
前記トレンチの各々の上部トレンチ側壁の内側を覆うゲート誘電体と、
前記電極間誘電体上の前記トレンチの各々の上部に設けられたゲート電極と、
隣接するトレンチ間において前記半導体領域上に設けられた第２導電型の本体領域と、
各本体領域上に設けられた前記第１導電型のソース領域と、
各々が２つの隣接するトレンチの上角部から前記本体領域まで延在し、前記本体領域下の前記半導体領域内で終端し、且つ２つの隣接するトレンチ毎の間においてテイパー形状のエッジを有する凹部と、
前記凹部の各々まで延在して、前記ソース領域及び前記本体領域のテイパー形状の側壁に電気的に接触する相互接続層と、を含み、
前記相互接続層は前記凹部の各々の底部に沿って前記半導体領域にさらに接触して、自身の間にショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴とするＤＣーＤＣコンバータ。
【請求項３６】
直流電源と、
ＰＷＭコントローラと、
前記ＰＷＭコントローラに接続されたゲート端子と前記直流電源に接続された第１の端子とを有する第１ＦＥＴと、を含むＤＣーＤＣコンバータであって、
モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードは、
前記ＰＷＭコントローラに接続されたゲート電極と、
前記第１ＦＥＴの第２端子と接続されたドレイン電極と、
アース端子に接続されたソース端と、を含み、
前記モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードは、
第１導電型の半導体領域内に延在する複数のトレンチと、
前記トレンチの各々内に設けられた凹型ゲート電極と、
第１及び第２の一対の隣接トレンチ間のそれぞれにおいて前記半導体領域上に設けられた第２導電型の第１及び第２本体領域と、
前記第１本体領域上に設けられた前記第１導電型のソース領域と、
前記第１及び第２隣接トレンチの各々の間に延在し且つ前記第１及び第２本体領域の下方の深度において前記半導体領域内で終端する凹部と、
前記凹部の各々まで延在して前記ソース領域及び前記第１及び第２本体領域に電気的に接触する相互接続層と、を含み、
前記相互接続層は、前記凹部の各々の底部に沿って前記半導体領域にさらに接触して、自身の間にショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴するＤＣーＤＣコンバータ。
【請求項３７】
直流電源と、
ＰＷＭコントローラと、
前記ＰＷＭコントローラに接続されたゲート端子と前記直流電源に接続された第１端子とを有する第１ＦＥＴと、
前記ＰＷＭコントローラに接続されたゲート電極と、前記第１ＦＥＴの第２端子と接続されたドレイン電極と、アース端子に接続されたソース端とを有するモノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードと、
前記モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードは、
第１導電型の半導体領域内に延在する複数のトレンチと、
前記トレンチの各々内に設けられた凹型ゲート電極と、
第１及び第２の一対の隣接トレンチ間のそれぞれにおいて前記半導体領域上に設けられた第２導電型の第１及び第２本体領域と、
前記第１本体領域上の前記第１導電型のソース領域と、
前記第１の一対のトレンチ間に延在し且つ前記ソース領域の下方の深度において前記第１本体領域内で終端する第１の凹部と、
前記第２の一対のトレンチ間に延在し且つ前記第１，第２及び第３本体領域の下方の深度において前記半導体領域内で終端する第２の凹部と、
前記第１及び第２凹部まで延在して前記ソース領域及び前記第１及び第２本体領域に電気的に接触する相互接続層と、を含み、
前記相互接続層は、前記第２凹部の底部に沿って前記半導体領域とさらに接触して、自身の間にショットキーコンタクトを形成し、
前記相互接続層は、前記ショットキーダイオードのアノード端子と前記ＦＥＴのソース電極を形成することを特徴するＤＣーＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願のクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、参考として当該出願にあらゆる目的のために全体として組み込まれた２００７年１０月４日に出願された米国の仮出願Ｎｏ．６０／９７７，６３５の利益を請求する。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、半導体パワーデバイス技術に関し、特に、モノリシック集積トレンチゲート電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とショットキーダイオードを形成する構造及び方法に関する。
【発明の背景】
【０００３】
今日の電子デバイスにおいて、パワーＦＥＴは、ＤＣ‐ＤＣコンバータ等のパワー変換アプリケーションにおいてよく使用されている。何年もの間、ショットキーダイオードは、電力消費を低減するために、ＦＥＴスイッチパッケージの外部において実装された。図１に示されているように、ＦＥＴ１０１は、一般的に本体ダイオードと称される内部ダイオード１０２を含む。スイッチング動作中、本体ダイオードは電流を伝導し得る。図１に示されているように、ショットキーダイオード１０４はＦＥＴ１０１の本体ダイオード１０２に対して平行となっている。ショットキーダイオードは、本体ダイオードよりもい順方向電圧を有するので、ショットキーダイオード１０４は、本体ダイオード１０２がオンになる前に、オンになって、スイッチングロスを改善している。
【０００４】
最近、いくつかの製造業者は、離散的ショットキーダイオードが離散的パワーＦＥＴデバイスと共にパッケージ化された製品を売り出している。また、ショットキーダイオードを有するパワーＦＥＴのモノリシックな実装がされている。従来のモノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードの一例が、図２に示されている。ショットキーダイオード２１０が、トレンチ電界効果トランジスタセルによって囲まれた２つのトレンチ２００−３と２００−４との間に、形成されている。Ｎ型基板２０２は、ショットキーダイオード２１０のカソード端子と、トレンチＦＥＴのドレイン端子を形成している。導電層２１８は、ダイオードのアノード端子を与え、また、ＦＥＴセルに対するソース相互接続層として機能している。トレンチ２００−１，２００−２，２００−３，２００−４，及び２００−５におけるゲート電極は、第３のディメンジョンにおいて互いに接続されて、同様に駆動される。トレンチＦＥＴセルは、ソース領域２１２及び高ドープ本体領域２１４を有する本体領域２０８を自身にさらに含む。
【０００５】
図２のショットキーダイオードはＦＥＴセル間に組み入れられている。その結果、ショットキーダイオードは活性領域の主要部を占有し得るので、定格電流が低くなってしまい又はダイサイズが大きくなってしまう。これは、特定のデバイスアプリケーションにおいて、望ましくない。したがって、優れた動作特性を有するモノリシリック高密度集積ショットキーダイオード及びトレンチゲートＦＥＴに対する需要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施例によれば、半導体構造は、モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む。半導体構造は、第１導電型の半導体領域にまで延在する材複数のトレンチをさらに含む。シールド電極はトレンチの各々の下部に設けられる、シールド電極は、シールド誘電体によって半導体領域から絶縁されている。電極間誘電体がトレンチの各々において前記シールド電極を覆っている。ゲート誘電体は、トレンチの各々の上部トレンチ側壁の内側を覆っている。ゲート電極は、前記電極間誘電体上のトレンチの各々の上部に設けられている。第２導電型の本体領域は隣接するトレンチ間の半導体領域上に延在している。第１導電型のソース領域は、各本体領域上に広がっている。テイパー形状のエッジを有する凹部は、隣接する２つのトレンチ毎の間において延在している。各凹部は、２つの隣接するトレンチの上角部から前記本体領域までさらに延在し、本体領域下の半導体領域内で終端する。相互接続層は各凹部まで延在して、前記ソース領域及び前記本体領域のテイパー形状の側壁に電気的に接触する。相互接続層は各凹部の底部に沿って半導体領域にさらに接触し、自身の間においてショットキーコンタクトを形成している。相互接続層は、ショットキーダイオードのアノード端子とＦＥＴのソース電極を形成する。
【０００７】
本発明の別の実施例によれば、モノリシリック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造を形成する方法は以下のステップを含む。第１導電型の半導体領域に延在する複数のトレンチが形成される。シールド電極はトレンチの各々の底部において形成される。ゲート電極は、トレンチの各々内のシールド電極上に形成され、ゲート電極はシールド電極から絶縁されている。第２導電型の本体領域は、半導体領域において形成される。第１導電型のドープ領域が、本体領域において形成され、各ドープ領域は、１つのトレンチ側壁から隣接するトレンチの側壁まで側面に沿って延在する。凹部は、隣接する２つのトレンチ毎の間において形成されているので、各凹部は、テイパー形状のエッジを有し、隣接する２つのトレンチの上角部から前記ドープ領域及び前記本体領域まで延在し、本体領域下の半導体領域内で終端し、各凹部はドープ領域を分離する。そのドープ領域を介して、それは２つのドープ領域内に延在している。２つのドープ領域の各々がソース領域を形成している。各凹部まで延在する相互接続層が形成されて、前記ソース領域及び前記本体領域のテイパー形状の側壁に電気的に接触し、各凹部の底部に沿って半導体領域とさらに接触し、自身の間においてショットキーコンタクトを形成する。相互接続層は、ショットキーダイオードのアノード端子とＦＥＴのソース電極を形成する。
【０００８】
本発明のさらに別の実施例によれば、半導体構造は、モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む。半導体構造は、第１導電型の半導体領域に広がる複数のトレンチをさらに含む。ゲート電極がトレンチの各々内に設けられている。第２導電型の第１及び第２本体領域は、第１及び第２の一対の隣接トレンチ間において前記半導体領域上にそれぞれ延在する。第１導電型のソース領域が第１本体領域上に広がっている。凹部は、第１及び第２隣接トレンチの各々の間に延在し、第１及び第２本体領域下の所定深度において半導体領域内で終端する。相互接続層は各凹部にまで延在し、前記ソース領域及び前記第１及び第２本体領域に電気的に接触し、相互接続層は各凹部の底部に沿って半導体領域にさらに接触して、自身の間においてショットキーコンタクトを形成している。
【０００９】
本発明のさらに別の実施例によれば、モノリシリック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造を形成する方法は以下のステップを含む。第１導電型の半導体領域に広がる複数のトレンチが形成される。ゲート電極がトレンチの各々内に形成されている。第１及び第２本体領域は第１ペアの隣接トレンチと第２ペアの隣接トレンチ間における半導体領域においてそれぞれ形成されている。第１導電型のドープ領域が、第１本体領域において形成されるものの、第２本体領域には形成されない。凹部は、第１及び第２隣接トレンチの間において形成される。各凹部は、第１及び第２本体領域下方の半導体領域内で終端する。第１隣接トレンチ間の凹部はドープ領域を２つのドープ領域に分離し、２つのドープ領域の各々がソース領域を形成している。各凹部まで延在する相互接続層が形成されて、前記ソース領域及び前記第１及び第２本体領域に電気的に接触し、各凹部の底部に沿って半導体領域とさらに接触して、自身の間においてショットキーコンタクトを形成する。
【００１０】
さらに別の実施形態によれば、半導体構造は、モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む。半導体構造は、第１導電型の半導体領域に広がる複数のトレンチをさらに含む。ゲート電極がトレンチの各々内に設けられている。第２導電型の第１及び第２本体領域は、第１及び第２の一対の隣接トレンチ間のそれぞれにおいて前記半導体領域上に延在している。第１導電型のソース領域が各本体領域上に延在している。第１凹部は第１の一対のトレンチ間に延在し、ソース領域の下方の深度において、第１本体領域内で終端している。第２の凹部は、第２の一対のトレンチ間に延在し且つ前記第１，第２及び第３本体領域の下方の深度の前記半導体領域内で終端する。相互接続層は第１及び第２凹部まで延在し、ソース領域及び第１及び第２本体領域に電気的に接触している。相互接続層は、第２凹部の底部に沿って前記半導体領域とさらに接触して、自身の間においてショットキーコンタクトを形成する。相互接続層は、ショットキーダイオードのアノード端子とＦＥＴのソース電極を形成する。
【００１１】
さらに別の実施形態によれば、ＤＣ‐ＤＣコンバータは、直流電源と、ＰＷＭコントローラと、ＰＷＭコントローラに接続されたゲート端子と、直流電源に接続された第１端子を有する第１ＦＥＴと、を含む。コンバータは、モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードをさらに含む。モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードは、ＰＷＭコントローラに接続されたゲート電極と、前記第１ＦＥＴの第２端子に接続されたドレイン電極と、アース端子に接続されたソース端とを有する。モノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードは、第１導電型の半導体領域内に延在する複数のトレンチを含む。シールド電極はトレンチの各々の下部に設けられて、シールド電極は、シールド誘電体によって半導体領域から絶縁されている。電極間誘電体は、トレンチの各々において前記シールド電極を覆っている。ゲート誘電体は、トレンチの各々の上部トレンチ側壁の内側を覆っている。ゲート電極は、前記電極間誘電体上のトレンチの各々の上部に設けられている。第２導電型の本体領域は隣接するトレンチ間の半導体領域上に延在している。第１導電型のソース領域は、各本体領域上に広がっている。テイパー形状のエッジを有する凹部は、隣接する２つのトレンチ毎の間に延在している。各凹部は、２つの隣接するトレンチの上角部から前記本体領域まで延在し、本体領域下の半導体領域内で終端する。相互接続層は各凹部まで延在し、前記ソース領域及び前記本体領域のテイパー形状の側壁に電気的に接触する。相互接続層は各凹部の底部に沿って半導体領域にさらに接触して、自身の間においてショットキーコンタクトを形成している。
【００１２】
明細書及び添付した図面を参照すれば、本明細書において説明した発明の特性及び利点の更なる理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ショットキーダイオードを有するＦＥＴをしめした回路図である。
【図２】図２は、従来のモノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードを示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードのストライプ形状のセルのアレイ内の一部を示す簡略した等角図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードのストライプ形状のセルのアレイ内の一部を示す簡略した等角図である。
【図４】図４は、図３Ａに示した高ドープ本体領域３２６に沿った簡略断面図である。
【図５Ａ】図５Ａ−５Ｅは、本発明の例示的実施形態に係る、図３Ａに示されモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化された断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａ−５Ｅは、本発明の例示的実施形態に係る、図３Ａに示されモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化された断面図である。
【図５Ｃ】図５Ａ−５Ｅは、本発明の例示的実施形態に係る、図３Ａに示されモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化された断面図である。
【図５Ｄ】図５Ａ−５Ｅは、本発明の例示的実施形態に係る、図３Ａに示されモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化された断面図である。
【図５Ｅ】図５Ａ−５Ｅは、本発明の例示的実施形態に係る、図３Ａに示されモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化された断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の例示的実施形態に係る、モノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードのストライプ形状のセルのアレイ内の一部を示す簡略的な等角図である。
【図６Ｂ】図６Ａは、本発明の例示的実施形態に係る、モノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードのストライプ形状のセルのアレイ内の一部を示す簡略的な等角図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化した断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａは、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化した断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａは、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する連続処理を示す単純化した断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードの単純化した断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードの単純化した断面図である。
【図９】図９は、本発明の例示的実施形態に係るモノリシリック集積シールドゲートＦＥＴ及びショットキーダイオードを組み入れたｄｃ／ｄｃコンバータを示す単純化した断面図である。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、モノリシック集積トレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを含む半導体構造を形成する種々の技術が開示されている。１実施例においては、単一のセル内にシールドゲートトレンチ型ＦＥＴと集積されたショットキーダイオードを形成する単純な処理が提供される。かかるショットキーダイオードは、かかるセルのアレイにおいて何回も繰り返して形成され得る。深く窪んだ凹部は、本体領域の下方のトレンチＦＥＴのドレイン領域に至るように形成されて、ショットキーダイオードを形成する。いかなる活性領域も、ショットキーダイオードを集積する際に犠牲にされない。しかし、ショットキーダイオードの総面積は、ダイオード順方向伝導を処理するのに十分に大きい。逆回復損失を除去して、ＦＥＴ本体ダイオードはオンにならない。さらに、ショットキーダイオードの順方向電圧は、本体ダイオードに比べ低いので、電力損失が低減される。さらに、シールド電極はＦＥＴのソースに電気的に接続されて、Ｑｇｄ等のデバイス容量結合を低減する。
【００１５】
さらに、ショットキーダイオードはＦＥＴと集積化されて、ショットキーコンタクトがＦＥＴ本体領域の下方で形成される。これにより、有利にも、ソース領域からショットキー領域に向かうアバランシェ電流の流れが分流されて、寄生バイポーラトランジスタがオンするのを防止している。デバイス凹凸はこのようにして改良される。本発明の特徴は、従来構造のＦＥＴセルの各々において必要とされた本体領域を、大部分必要とせずに、寄生バイポーラトランジスタがオンすることを防止する。いくつかの実施形態において、高ドープ本体領域のアイランドが断続的に組み込まれて、単に互いに離間され得る。良好なソース金属を本体領域接触に対して保証する。本質的に、従来トレンチＦＥＴにおいて必要とされた高ドープ本体領域は、大部分は、ショットキーダイオードに置換される。したがって、付加的なシリコン領域は、ショットキーダイオードに配置されない。代替実施形態において、高ドープ本体領域は必要とされ得ないし、完全に除去され得る。別の実施例においては、デバイスの容量カップリングを低減させつつ、ＦＥＴとショットキーダイオード領域の割合を選択する技術が提供される。
【００１６】
図３Ａは、本発明の実施形態に係るストライプ形状のセルのアレイの一部の単純化された例示的等角図である。各々が集積されたトレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを有する。ドープされたＮ型（Ｎ）ドリフト領域３０２は、Ｎ型シリコン基板（図示せず）を覆っている。かかる基板は、ドリフト領域３０２よりも高いドーピング濃度（Ｎ＋＋）を有する。特定の実施形態において、高膜厚金属接触層はシリコン基板（図示せず）下において形成される。複数のトレンチ３０４は、ドリフト領域３０２内の所定の深度にまで至る。シールド電極３０５とオーバーレイゲート電極３０８は各トレンチ３０４内に埋め込まれている。１実施例においては、シールド電極３０５とゲート電極３０８はポリシリコンを含む。電極間誘電体３１０はゲートとシールド電極とを互いから絶縁している。保護誘電層３１２は、各トレンチ３０４の下側側面と底部の内側を覆って、周囲のドリフト領域３０２からシールド電極３０５を絶縁している。シールド誘電体３１２より薄いゲート誘電体３１６は、トレンチ３０４の上側側面の内側を覆う。誘電体キャップ３１４は各ゲート電極３０８上に延在する。１実施形態において、シールド電極３０５は、第３のディメンジョンに沿ってソース領域に電気的に接続され、動作中に、ソース領域と同じ電位のバイアスが印加される。他の実施形態においては、シールド電極３０５は、第３のディメンジョンに沿ってゲート電極３０８に電気的に接続され又は浮いた状態となるようなされる。
【００１７】
凹部窪み領域３２４によって分離された２つのＰ型本体領域３１８が、あらゆる隣接する２つのトレンチ３０４の間に位置している。各本体領域３１８は１つのトレンチ側壁に沿って広がっている。高ドープＮ型ソース領域３２２は各本体領域３１８の直接上に配置されている。ソース領域３２２は、ゲート電極３０８に垂直に重複して、凹部の窪み３２４の存在の起因して、丸みを帯びた外側分布を有する。各凹部の窪み３２４は、２つの隣接するトレンチ毎の間において対応する本体領域３１８の下方に延在する。図示されているように、ソース領域３２２と本体領域３１８とは、窪み３２４の丸みを帯びた側壁を形成し、窪み３２４の底部はドリフト領域３０２にまで延在している。１実施形態においては、ドリフト領域３０２は、Ｎエピタキシャル層であり、Ｎエピタキシャル層内に本体領域３１８とソース領域３２２が形成される。ＦＥＴ３００がオンされると、垂直チャンネルが、各ソース領域３２２とドリフト領域３０２との間の各本体領域３１８内においてトレンチ側壁に沿って形成される。
【００１８】
図３Ａにおいて剥離されて下部にある領域に露出する相互接続材料３３０が、窪み３２４を充填し且つ誘電体キャップに延在している。相互接続材料３３０は、窪み３２４の底部に沿ってドリフト領域３０２に電気的に接触するので、ショットキーコンタクトを形成する。また、ソース領域３２２及び高ドープ本体領域３２６と電気的に接触する相互接続材料３３０は、上面側のソース相互接続として機能する。
【００１９】
代替実施形態において、ドリフト領域を用いてショットキーコンタクトを形成する凹部窪み３２４の底部において、ショットキー障壁金属膜が形成され得る。銅等の第２金属は、窪み３２４を充填するのに使用され得るし、ソース領域３２２と本体領域３２６とに電気的に接触する上面側のソース相互接続として機能する誘電体キャップ上に延在している。１つの特定の実施形態において、ショットキー障壁金属膜はチタニウムタングステン（ＴｉＷ）又はチタン窒化物（ＴｉＮｉ）を含む。
【００２０】
いくつかの実施形態において、高濃度体Ｐ＋領域３２６のアイランドは、図示されているように、セルのストライプに沿って断続的に形成される。これは、図４においてより明確に示されている。図４Ａは、図３Ａの構造の高ドープ本体領域３２６を介した断面図である。図４の断面図は図３の等角図の表面に沿った断面図と大部分同様である。図４において２つの隣接するトレンチ毎の間において２つのソース領域が高ドープ本体領域３２６と置換されることを除く。
【００２１】
図３Ａを参照し直すと、高ドープ本体領域３２６を断続的に設けることによって、従来の実装とは異なる。従来において、高ドープ本体領域は、先行技術の図２の構造に示されているように、２つの隣接したソース領域間のセルのストライプの全長に沿って延在している。連続した高ドープ本体領域は図３Ａの構造においては必要でない。これは、ショットキーダイオードがトレンチＦＥＴと集積化されるからである。図３Ａに示されているように、ソース領域３２２の十分下方に窪み３２４を延在せしめることによって、ショットキーコンタクトはソース領域３２２の十分下方において形成される。ショットキーコンタクトがソース領域３２２の下方に設けられ、アバランシェ電流がソース領域３２２からショットキー領域に向かって分流されて、寄生バイポーラトランジスタがオンするのを防止している。これによって、先行技術の構造において通常必要であったセルのストライプに沿った連続的な高濃度体領域の必要性が解除される。代わりに、高ドープ本体領域３２６のアイランドが、断続的に組み込まれ、セルのストライプに沿った他方から離間されて、良好なソース金属３３０を本体領域３１８接触に対して保証する。連続した高ドープ本体領域の大部分をショットキー領域と置換して、いかなる付加的シリコン領域も、ショットキーダイオードに設ける必要はない。このように、いかなるシリコン領域も、ショットキーダイオードを集積する際に犠牲にされない。
【００２２】
いくつかの実施形態において、ストライプに沿った高ドープ本体領域３２６の位置決め頻度は、デバイスのスイッチング要求によって命令される。高速スイッチングデバイスを目的として、高ドープ本体領域がより多くストライプに沿って設けられる。これらデバイスにおいて、追加的シリコン領域は、ショットキーダイオードに（例えば、セルピッチを増大せしめることによって）に設けられることを必要とする。低速スイッチングデバイスを目的として、少数の高ドープ本体領域がストライプに沿って必要とされる。これらデバイスにおいて、ストライプの各端部において高ドープ本体領域を設けることは十分であるので、ショットキーダイオード領域を最大にすることができる。
【００２３】
シールド電極３０５の存在によって、（シールド電極のないゲートＦＥＴと比べて）ドリフト領域３０２のドーピング濃度が同じ破壊電圧のために増強されることが可能となり、デバイスオン抵抗が抑制される。ドリフト領域３０２のドーピング濃度をより高濃度にするには、ショットキーコンタクトにおけるドーピング濃度を調整するために、凹部３２４の底部に沿ったドリフト領域３０２内でイオン注入領域を組み込むことを必要とし得る。これは、ショットキーコンタクトの一体化を確実にすることを目的とする。
【００２４】
図３Ｂは、図３Ａに示されたシールドゲート構造のトレンチゲート変形例を示している。図３Ｂの構造は図３Ａ中の構造と同様である。しかし、図３Ｂのトレンチは、シールド電極を含んでおらず、図３Ｂの構造におけるトレンチほど深くまで延在していない。従来のトレンチゲートＦＥＴ構造のように、図３Ｂのトレンチ３０３は、ゲート電極の下方に拡がる高膜厚誘電体３１１を有するゲート電極３０８を含む。高膜厚底部誘電体は、ゲート‐ドレインのキャパシタンスＣｇｄを低減するのに役立つ。代わりに、トレンチ側壁に沿って延在するゲート誘電体３１６は、トレンチ底部に沿って延在し得る。シールド電極がない場合、図３Ｂの実施形態のドリフト領域は、図３Ａの実施形態のドリフト領域よりも低いドーピング濃度を有することを必要とし得る。また、必要に応じてショットキーダイオードの一体化を確実にするために、ショットキーコンタクトの直接下にあるドリフト領域内においてイオン注入領域が形成され得る。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴにおいて、このイオン注入領域は、軽ドーピングされた表面濃度を確実にするためにＰ型イオン注入であるだろう。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴに対しては、その逆であろう。
【００２５】
図５Ａ−５Ｅは、本発明の実施形態に係る図３Ａの集積ＦＥＴ‐ショットキー構造を形成する例示的連続処理を示す単純化された断面図である。図５Ａにおいて、シリコン基板（図示せず）を覆うＮ型ドリフト領域５０２は、従来のエピタキシャルなプロセスを使用して形成される。従来の深度の大きいトレンチエッチ処理が実行されて、ドリフト領域５０２にまで延在し且つ終端するトレンチ５０４が形成される。尚、トレンチエッチ処理は、図５Ａの断面図に対して垂直な方向に延在するトレンチストライプを形成する。１実施例においては、トレンチ５０４は約２μｍの深度を有する。いくつかの実施形態において、トレンチ幅は約０．２−０．７インチであり、トレンチの深度は、０．５−３．０ｐｍの範囲内にある。これら次元はＦＥＴとショットキーダイオードが形成されるセルピッチに依存する。これら次元に影響を与える要素は、フォトリソグラフィック装置の能力、設計、及び性能を含む。
【００２６】
図５Ｂにおいて、トレンチ５０４の下部側面及び底部の内側を覆うシールド誘電体５１２は、従来の技術を使用して形成される。そして、シールド電極５０５は、知られた方法を使用してトレンチ５０４の低部分を充填して、形成される。そして、電極間誘電体レイヤ（ＩＰＤ）５１０は、シールド電極５０５上で知られた方法を使用することで形成される。そして、上部トレンチ側壁の内側を覆うゲート誘電体５１６は、知られた方法を使用することで形成される。（例えば、ＩＰＤ５１０を形成する時点の）処理工程の早期の段階において、ゲート誘電体５１６を形成することができる。凹型ゲート電極５０８は、トレンチ５０４の上部を充填して、形成される。誘電体キャップ領域５１４は、ゲート電極５０８上に延在し、トレンチ５０４の残部を充填する。
【００２７】
図５Ｃにおいて、Ｐ型ドーパントは、従来の技術を使用して、露出されたシリコン領域に注入され、注入処理に続いて、本体領域５２０が形成される。マスクは本体領域５２０を形成する際に活性領域において全く使用されない。
【００２８】
実施形態に依存して、図５Ｃの構造は、異なる方法を使用して形成され得る。例えば、１実施例において、トレンチ形成の前に、ｐ型本体領域５２０はイオン注入法又はエピタキシャル処理によってドリフト領域５０２内で形成される。そして、深度の大きいエッチ処理が実行されて、Ｐ本体領域５２０を貫通し且つＮドリフト領域５０２内で終端するトレンチ５０４が形成される。そして、シールド電極とゲート電極は図５Ｂと伴に説明した処理と同様の処理中に形成される。
【００２９】
次に、図５Ｄにおいて、公知技術を使用して、Ｎ型ドーパントがシリコン領域に注入され、注入処理に続いて、Ｎ＋領域５２２Ａが形成される。マスクはＮ＋領域５２２Ａを形成する際に活性領域において全く使用されない。
【００３０】
図５Ｅにおいて、活性領域においてマスクを使用しないで、凹部の窪みエッチ処理が、Ｎ＋領域５２２Ａを介してエッチングするために実行され、Ｎ＋領域５２２Ａの外側部５２２Ｂが保護される。保護された外側部５２２Ａはソース領域を形成する。次に、窪み５２４は、２つの隣接するトレンチ毎の間において形成される。窪み５２４はソース領域５２２Ｂとドリフト領域５０２の下方に延在して窪んだ接触開口部を形成する。本開示において用いられた「窪みエッチング」は、シリコンエッチング技術を意味する。シリコンエッチング技術によって、図５Ｅのソース領域５２２Ｂの場合と同様に、スロープのついた丸みを帯びる外側分布を有するシリコン領域が形成される。また、窪み領域は、Ｐ型領域５２０を図５Ｈに示された個々の領域５１８に分離する。先に示したように、より深度の大きい窪みによって、ソース領域と本体領域の下方にあるドリフト領域におけるショットキーコンタクトが形成される。これにより、逆アバランシェ電流がソース領域から遠方で流れるようそらされて、寄生バイポーラトランジスタがオンすることが防止される。これは、本体領域５１８、ソース領域５２２Ｂ、凹部５２４を形成するときマスクが活性領域内で全く使用されないからである。これら特徴は自己整合により形成されて、セルピッチが大幅に低減することが可能となる。上記窪みエッチングは活性領域においてマスクを必要としないが、代替実施例では、マスクが、所望の深度にまでエッチされたＮ＋領域５２２Ａの中心部を画定するのに使用される。かかるマスクの下方に延在するＮ＋領域５２２Ａの外側部がこのようにして保護される。これら外側領域はソース領域を形成する。
【００３１】
特定の実施形態において、マスク層を使用して、ｐ型ドーパントが、各トレンチストライプに沿って断続的に窪み領域に注入される。（図３の領域３２６と同様の）高ドープ本体領域のアイランドは、２つの隣接したトレンチ間において、形成される。１実施例においては、高濃度体イオン注入中に、十分に高いＰ型ドーパントの注入量が使用されることが必要である。これは、高ドープ本体領域が形成されるべきソース領域のこれら部分をカウンタドープすることを目的としている。別の実施例においては、Ｐ型ドーパントの低注入量が、イオン注入中に、ソース領域がカウンタドープされず且つ無損傷を維持するように、使用されることが必要である。
【００３２】
図５Ｅにおいて、従来技術が使用されて、構造上にショットキー障壁金属５３０が形成され得る。１実施例においては、ショットキー障壁金属５３０は、窪み５２４を充填し、金属５３０がドリフト領域５２０と電気接触する箇所において、ショットキーダイオードが形成される。また、金属層５３０は、ソース領域５２２Ｂと高ドープ本体領域とに接触する。１実施例においては、相互接続５３０を形成する前に、ドーパントは、各凹部の底部に沿ってドリフト領域５０２に注入されて、ショットキーコンタクトにおけるドーピング濃度が調整される。これは、ショットキーコンタクトの一体化を確実にするためにである。
【００３３】
１実施例においては、電気接続はソース領域とシールド電極との間で形成される。例えば、シールド電極を露出せしめるために、トレンチストリップの端部において開口部が形成され得るし、相互接続材料が形成されて、シールド電極とソース領域とが接触される。代替実施形態において、シールド電極は、凹部を充填する相互接続材料に接続される。
【００３４】
図５Ａ−５Ｅに示した連続処理は、集積シールドゲートトレンチ型ＦＥＴ−ショットキー構造を形成する単純な処理である。このようにして形成された構造は、垂直且つ水平に自己整合された特徴を多く有する。１実施例においては、シールド電極はソース領域に電気的に接続され、これにより、容量カップリング（例えば、Ｑｇｄ）が低減される。１つの特定の実施形態において、ドリフト領域及び本体領域はエピタキシャル処理によって形成される。二重エピ構造によって、破壊電圧及びオン抵抗の最適化を可能にする設計柔軟性が与えられる。もちろん、他の多くの変形、変更、代替例がある。以下で代替的技術の実施例について以下に説明する。
【００３５】
図３Ｂに示した構造を形成する処理は、処理ステップのいくつかを除き、図５Ａ−５Ｅによって示されたものと同様である。当業者であれば、図５Ａ−５Ｅに表された連続処理を変更して、図３Ｂの構造を形成する手段を知っているだろう。例えば、図３Ｂの構造を形成する処理中に、深度の浅いトレンチは形成され、シールド電極及びＩＰＤの形成と関連した処理段階が終了にされる。
【００３６】
図６Ａは、本発明の代替実施形態に係る、各々が集積されたトレンチＦＥＴ及びショットキーダイオードを有するストライプ形状のセルのアレイの部分の簡略化した例示的等角図である。集積デバイス６００は図３Ａのデバイス３００と同様であり、対応する要素が図３Ａと同じ数字で記されている。図６に示されているように、集積デバイス６００は、Ｎ型ドリフト領域３０２，ｐ型本体領域３１８，Ｎ型ソース領域３２２，シールド電極３０５，及びゲート電極３０８によって形成されたＦＥＴを含む。また、集積デバイス６００は、ドリフト領域３０２とショットキー金属（図示せず）との間にある凹部窪み領域３２４の低部において形成されたショットキーダイオード６２０を含む。さらに、また、集積デバイス６００は、ソース領域が存在しない２つのトレンチ間の領域内に形成されたショットキーダイオード６２５を含む。代わりに、Ｐ型本体領域６１９はトレンチの上面にまで達する。ショットキーダイオード６２５と関連付けられたソース領域が存在しないので、ショットキーダイオードとＦＥＴとの間のデバイス比が増大されている。専用ショットキー領域６２５を与えることによって、ＦＥＴ領域に対するショットキーダイオードの面積の割合を変更することができる。この設計の柔軟性は、特定のショットキー−ＦＥＴ比が必要とされる特定のデバイスアプリケーションに有益である。また、先行技術の図２の構造のドリフト領域内で形成された従来のショットキーダイオードと比較して、本体領域６１９がトレンチ側壁に沿って延在しているので、容量性カップリング、例えば、Ｑｇｄが低減される。
【００３７】
図６Ｂは、図６Ａに表したシールドゲート構造のトレンチゲートの変形例を示している。図６Ｂの構造は、図６Ａ中の構造と同様であるものの、図６Ｂのトレンチは、シールド電極を含んではおらず、図６Ｂの構造のトレンチほど深い深度にまで延在していない。従来のトレンチゲートＦＥＴ構造のように、図６Ｂのトレンチ３０３はゲート電極の下方の高厚膜誘電性３１１を有するゲート電極３０８を含む。代わりに、トレンチ側壁に沿って延在するゲート誘電体３１６は、トレンチ底部に沿って延在し得る。シールド電極がない場合、図６Ｂの実施形態におけるドリフト領域は、図６Ａの実施形態のドリフト領域よりも低いドーピング濃度を必要とし得る。また、イオン注入領域が、ショットキーコンタクトの直接下のドリフト領域において形成されて、必要に応じてショットキーダイオードの品質が確保され得る。
【００３８】
図７Ａ−７Ｃは、本発明の実施形態に係る、図６Ａに示されたモノリシリック集積トレンチ型ＦＥＴ及びショットキーダイオードを形成する例示的な連続処理を示す単純化された断面図である。図７Ａは、Ｎ＋ソースイオン注入の前の図５Ｃにおいて示されたものと同様の中間的デバイス構造を示す単純化した図である。図５Ａ−５Ｃに関して上述された同一の処理技術及び変形例が、図７Ａに示された中間構造を形成する際に、使用され得る。
【００３９】
図７Ｂにおいて、マスク領域７１０は、図５Ｄのマスクレスイオン注入と対比して、Ｎ＋ソースイオン注入の前に形成される。図示されているように、Ｎ＋ソース領域５２２Ａはマスク領域７１０によって覆われなかった領域内で形成される。マスク７１０下において、Ｐ型領域は保護され、いかなるソース領域も全くそこに形成されない。尚、マスク７１０は、誘電体キャップ５１４上に延在し得るし、そういうものとして、その下部を覆う本体領域５２０に対するマスク７１０の配置は、マスク７１０がその下部を覆う本体領域５２０を完全に覆う限りにおいて、重要ではない。
【００４０】
図７Ｃにおいて、凹部窪み領域５２４及び７２５は隣接したトレンチ間で形成され、そして、次に、金属層５３０は、図５Ｅで説明したものと同様の処理を使用して形成される。窪み領域５２４は、Ｎ＋領域５２２Ａをソース領域５２２Ｂに分離し、Ｐ型領域５２０を本体領域５１８に分離する。窪み領域７２５は対応するＰ型領域５２０を２つのＰ型領域６１９に分離する。２つのＰ型領域６１９は、本明細書において本体領域６１９又はウェル領域６１９と称する。尚、いかなるソース領域も窪み領域７２５に隣接して形成されない。図７Ｃに図示されているように、ショットキーダイオード６２０は、Ｎ＋ソース領域５２２Ｂを有する領域におけるＦＥＴ間で形成される。図７Ｂのマスク領域７１０によって覆われた領域において、ショットキーダイオード６２５はドリル領域５０２と金属層５３０との間で形成され、そして、Ｐ−型本体領域６１９がトレンチ５０４の上面に達する。いかなるＦＥＴもショットキーダイオード６２５に隣接して形成されない。従って、マスク領域７１０は、特定の領域においてＦＥＴの形成を防止するように設計され得る。上述したように、特定のデバイス比が必要であるときに、この設計柔軟性が特定のデバイスアプリケーションにおいて役立つ。専用ショットキー領域において、本体領域６１９がトレンチ側壁に沿って設けられるので、ドリフト領域内で形成された従来のショットキーダイオードと比べて、容量性カップリング、例えば、Ｑｇｄが低減される。
【００４１】
図８Ａは本発明のさらに別の実施形態の単純化された断面図である。先の実施形態と異なり、ＦＥＴ領域の窪み８２４は、ドリフト領域５０２にまで延在しておらず、むしろ、図示されるように、本体領域５２０内で終端する。高ドープ本体領域８２６は、各窪み８２４の底部に沿って本体領域８１８内で形成される。いかなるショットキーコンタクトも窪み８２４の底部で形成されない。しかしながら、窪み７２５は、図７Ｃの実施形態のように、本体領域介して延在し、ドリフト領域５０２内で終端して、ショットキーコンタクトを窪み７２５の底部に沿って相互接続層８３０とドリフト領域５０２との間で形成することが可能となる。先の実施形態にあるように、窪み７２５の底部がドーパントにより注入され、ショットキーダイオードの特性を高める。
【００４２】
以下の変更例において、図７Ａ−７Ｃに表された例示的な連続処理を使用して、図８Ａの構造が形成され得る。図７Ｂに示された構造を形成した後に、２段階の窪みエッチ処理が実行されて、窪み８２４及び７２５が形成される。すべてのＰ型領域５２０に対して初期の窪みエッチングが実行されて、図８の窪み８２４の深度と同様の深度において、Ｐ型領域５２０ないで終端する窪みが形成される。そして、マスク層は、ショットキーダイオードが形成されるべき（例えば、図７Ｂのマスク７１０の反対が使用され得る）Ｐ型本体領域ではなく、すべてのＦＥＴ領域を覆うように使用される。Ｐ型本体領域において、第２の窪みエッチングが実行されて、マスク層を通してドリフト領域５０２に露出された本体領域内窪みをさらに延在されて、その結果、図８Ａに示されるように窪み７２５が形成される。上記一つ以上の実施形態に関して説明したものと同様の処理ステップが、構造を完成するのに使用され得る。
【００４３】
代替的実施形態において、窪み８２４及び７２５を形成する際に、２つのマスキングステップが使用され得る。第１に、ショットキーダイオードが形成されるべき箇所に対応するＰ型領域５２０は、マスク層によって覆われ、そして、露出されたＰ型領域の窪みエッチングが行われて、窪み８２４を形成する。第２に、ＦＥＴが形成されるべき箇所に対応するＰ型領域５２０はマスク層によって覆われ、露出されたＰ型領域の窪みエッチングが実行されて、窪み８２４が形成される。これら２つのマスキングステップが逆の順序で実行され得る。
【００４４】
図８Ａの構造において、ソース領域及び本体領域は、セルピッチを縮小せしめることが可能な自己整合手法によって形成される。さらに、図６の実施形態にあるように、ショットキー領域においてゲート電極５０８に沿って延在する本体領域６１９を用いて、Ｑｇｄが低減される。図８の実施形態の更なる利点が、ＦＥＴ領域とショットキー領域とを互いから分断することにあり、ショットキーに対するＦＥＴのいかなる割合をも達成され得る。ＦＥＴに対するショットキーの割合が２．５−５％の範囲内であることが望ましいアプリケーションにおいて、この実施形態は特に有益である。
【００４５】
図８Ｂは、図８Ａに示されたシールドゲート構造のトレンチゲートの変形例を示している。図８Ｂの構造は、図８Ｂのトレンチがシールド電極を含まないことを除いて、図８Ａのものと同様であり、図８Ａの構造のトレンチに比べ深い深度にまで延在していない。いくつかの従来のトレンチゲートＦＥＴ構造のように、図８Ｂのトレンチ５０３は、ゲート電極の下方に延在する高膜厚誘電体５１１を有するゲート電極５０８を含む。代わりに、トレンチ側壁に沿って延在するゲート誘電体５１６は、トレンチ底部に沿って延在し得る。シールド電極がない場合、図８Ｂの実施形態におけるドリフト領域は、図８Ａの実施形態のドリフト領域よりも低いドーピング濃度を有することを必要とし得る。また、イオン注入領域が、ショットキーコンタクトの直接下のドリフト領域において形成されて、必要に応じてショットキーダイオードの品質が確保され得る。
【００４６】
今日の電子デバイスにおいて、複数の電力供給範囲に関する使用を見出すことが、一般的である。例えば、いくつかのアプリケーションにおいて、中央処理装置は、計算負荷によって、特定の時に異なった供給電圧で作動するように設計されている。その結果、ｄｃ／ｄｃコンバータは、回路の広い範囲にわたる電力供給要求を満たすためにエレクトロニクスにおいて増えている。共通ｄｃ／ｄｃコンバータはパワーＭＯＳＦＥＴによって通常実装された高能率スイッチを利用する。パワースイッチは、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）法を利用して、調節され量のエネルギーを付加に配送するのに制御され得る。
【００４７】
図９は、本発明の実施例に係るモノリシリックに集積されたトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ及びショットキーダイオードを含むｄｃ／ｄｃコンバータ９００を示す簡略化された回路図である。ＰＷＭコントローラ９０１は一対の電力ＭＯＳＦＥＴ９０２及び９０４のゲート端子を駆動して、負荷９３０に対する電荷の配送を調節する。特定の実施形態において、ＦＥＴ９０４とショットキーダイオード９０５の組合せは図３Ａ、３Ｂ、６Ａ、６Ｂ、８Ａ、および８Ｂのうちいずれにも示されたモノリシリックに集積されたトレンチ型ＭＯＳＦＥＴとショットキーダイオードと同様の集積デバイスとして実装される。ＭＯＳＦＥＴ９０４は同期整流器としての回路内で使用される。撃ち抜き電流を防止するために、スイッチのうち１つがオンされる前に、両方のスイッチが同時にオフされるべきである。この「不動作時間」中に、一般的に本体ダイオードと称された各ＭＯＳＦＥＴのスイッチの内部ダイオードは電流を伝導することができる。残念ながら、本体ダイオードは比較的高い順方向電圧を有し、エネルギーが浪費された。図９に示されているように、ショットキーダイオード９０５は、ＭＯＳＦＥＴ９０４本体ダイオードに対して平行である。ショットキーダイオードは、本体ダイオードよりも低い順方向電圧を有するので、ショットキーダイオード９０５によって、電力の消費及び変換効率が改善される。
【００４８】
保護ゲートとトレンチゲートＦＥＴを使用して、本発明のいくつかの実施形態について説明してきたが、当業者にとって、高膜厚底部誘電体を有する他のシールドゲートＦＥＴ構造及びトレンチゲートＦＥＴ、及び他の形態のパワーデバイスが、本開示を考慮すると自明であるだろう。
【００４９】
多数の特定実施形態が図示され且つ説明されているが、本発明の実施形態は、これらに限定されない。例えば、開放セル構造を使用することで本発明のいくつかの実施形態について説明したが、多角形、円形、及び長方形等の種々の幾何学的形状を有する密閉セル構造を使用する本発明の実装が当業者には自明であるだろう。さらに、ｎ−チャネルデバイスを用いて本発明の実施形態について説明したが、ｐチャネルデバイスを得るためにこれらの実施形態のシリコン領域の導電型を反転することができる。さらに、上記した種々のタイプのｎ−チャンネル及びｐ−チャンネルＦＥＴのＩＧＢＴの変形例が基板の極性を反転させることによって達成されるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の説明を参照して判断されるべきでなく、それら均等物の範囲とともに、添付した特許請求の範囲を参照して判断されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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