(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の濃度の一方の伝導型のシリコンウエハの表面に、第２の濃度の他方の伝導型の不純物を注入し拡散して、横方向に離間された、前記他方の伝導型の、複数の第１チャネル拡散領域を形成するステップと、
前記第１チャネル拡散領域の対のそれぞれの間に、前記第１の濃度よりも高い第３の濃度の、前記一方の伝導型の不純物を注入して、横方向に離間された、前記一方の伝導型の、複数のエンハンスメント領域を形成するステップと、
前記エンハンスメント領域の対のそれぞれの間に、前記第２の濃度よりも高い第４の濃度の前記他方の伝導型の不純物を注入し拡散して、前記エンハンスメント領域に部分的にオーバーラップする、前記他方の伝導型の、複数の第２チャネル拡散領域であって、前記第１チャネル拡散領域よりも浅い第２チャネル拡散領域を形成するステップと、
前記第２チャネル拡散領域の各々の中に前記一方の伝導型のソースストリップを形成し、前記第２チャネル拡散領域の中に反転可能なチャネル領域を画定するステップと、
前記反転可能なチャネル領域の各々の上部にゲート酸化物およびポリシリコンゲートストリップを形成するステップと、
前記ソースストリップおよび前記第２チャネル拡散領域の上部にあって接触するように伝導性のソースコンタクトを形成するステップと
を備えることを特徴とする放射線耐久型ＭＯＳＦＥＴの製造方法。
【請求項２】
前記ポリシリコンゲートストリップは、約３．２μｍの幅を有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＳＦＥＴデバイスに関し、さらに詳しくは、高放射線環境下においてオペレーションするためのＭＯＳＦＥＴ及びその製造プロセスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワーＭＯＳＦＥＴはよく知られており、高放射線環境（メガラド電離放射線）下においてオペレーション可能なＭＯＳＦＥＴの製造工程もまたよく知られている。このように、反転可能なチャネル領域（ｉｎｖｅｒｔｉｂｌｅ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｒｅｇｉｏｎ）に関する非自己整合ゲートである“レートゲート（ｌａｔｅ  ｇａｔｅ）”は、放射線耐久型（放射線に対して強化された）デバイス（Ｒａｄ  Ｈａｒｄデバイス）として知られるデバイスの製造に使用されるべきものである。レートゲートプロセスを使用すると、ゲート酸化物は、ベースおよびソース領域の拡散のために使用される高い拡散温度にさらされることがない。このような高温にゲート酸化物をさらすことは、極めて高い高度においてや、軌道を旋回する宇宙空間の乗物により経験されるような高放射線環境下において作動させるためのデバイスの能力を減少させる。このようなプロセスは、Ｋｙｌｅ  Ｓｐｒｉｎｇらによる米国特許第５，３３８，６９３号明細書（特許文献１）、Ｋｙｌｅ  Ｓｐｒｉｎｇらによる米国特許第５，４７５，２５２号明細書（特許文献２）、Ｐｅｒｒｙ  Ｍｅｒｒｉｌｌによる米国特許第５，８３１，３１８号明細書（特許文献３）、に記述されており、Ｍｉｌｔｏｎ  Ｂｏｄｅｎらによる米国出願番号第０９／２６３，９１６号明細書はこの問題を記述し、そしてそれぞれの解決策を提案している。
【０００３】
放射線耐久型デバイスに用いられるトポロジーは、セル式としてさしつかえないが、低いゲート静電容量の低電圧ＭＯＳＦＥＴに対するような、幾つかの場合には、米国出願番号第０９／２６３，９１６号明細書に記述されているように、ストライプのジオメトリが好ましい、ということもまた知られている。
【０００４】
多くのＭＯＳＦＥＴのアプリケーションでは、高圧（約２５ボルトを超過する）で、かつ低ＲＤＳＯＮという条件を求められる。セル式ＭＯＳＦＥＴのＲＤＳＯＮは、離間されたベース間のＪＦＥＴ領域における伝導率を増加させること（しばしばエンハンシング（ｅｎｈａｎｃｉｎｇ）と呼ばれる）によって、減少させることができる、ということが知られている。これは、固有のＪＦＥＴ領域の効率を低下させ、そしてＪＦＥＴを形成している離間されたベースから空乏領域の拡張を低下させることによって、その領域のピンチオフを減少させる。この種のエンハンスされた伝導性領域とその構成のためのプロセスは、ＬｉｄｏｗおよびＨｅｒｍａｎによる米国特許第４，３７６，２８６号明細書（特許文献４）、および第４，５９３，３０２号明細書（特許文献５）、および第４，６８０，８５３号明細書（特許文献６）に記述されている。これらの特許明細書は、そのようなエンハンスメントは放射線耐久型デバイスに対して、どのように適用されることが可能か、ということを開示、あるいは示唆していない。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，３３８，６９３号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，４７５，２５２号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，８３１，３１８号明細書
【特許文献４】
米国特許第４，３７６，２８６号明細書
【特許文献５】
米国特許第４，５９３，３０２号明細書
【特許文献６】
米国特許第４，６８０，８５３号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
全ての垂直伝導ＭＯＳＦＥＴデバイスは、固有の、あるいは寄生のボディーダイオードを持っている。このダイオードは、Ｎチャネルデバイスに対してはＰ型のチャネル拡散と、Ｎ―接合のレシービング層（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）との間の接合によって形成されている。この構造は、急峻な接合であり、また比較的速くターンオフすることで、誘導回路において高圧のサージを発生する。さらに、比較的高いアバランシ電流は、比較的高い伝導率のＰチャネル領域（Ｎチャネルデバイス内の）を含む一連の回路の中に流れ込む。これらの特性を相殺するためにボディーダイオードの特性を修正することが望ましい。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
本発明は、低減されたＱｇおよびＲＤＳＯＮを有する、高電圧のNあるいはPチャネル放射線耐久型ＭＯＳＦＥＴの新規な構造、およびその製造プロセスに関するものである。これらの相反する要求を達成するために、直線のストライプジオメトリが、約３．２μｍの線幅の細いポリシリコンゲートで、かつ約２．２μｍの非常に接近した間隔をもって、使用される。この近接した間隔を設けることは、単位面積当りのストライプ（またはセル）の数を増大させ、これによりトータルのチャネル幅が増大することになる。ついで、ＪＦＥＴピンチは、約０．６μｍ（米国特許第４，５９３，３０２号明細書（特許文献５）のブランケット注入（ｂｌａｎｋｅｔ  ｉｍｐｌａｎｔ）と対照的に）の非常に狭い窓を通じて、新規なマスクを施されたエンハンスメント注入によって減少する。この高いドーズ量でドープされたエンハンスメント領域は、高いドーズ量でドープされ円筒状の形をした領域を寄生ＪＦＥＴ内に生成する。このように、ＲＤＳＯＮは、さらに相当程度減少される。
【０００８】
発明のさらなる重要な特徴は、その濃度傾斜によるボディーダイオード構造の新規な修正である。つまり、それはチャネル拡散の深さに応じて徹底的に濃度を減少させることによるものである。好ましい実施例において、これは、製造プロセスの初期段階において、低濃度ではあるが、極めて深いボディー拡散（ｂｏｄｙ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を付加し、それに続いてより浅く、より高濃度のチャネル拡散を従来構成とすることによって達成される。その結果は、ソフトなターンオフ特性を有する高傾斜ボディーダイオードである。さらに、ダイオードの低濃度の部分は、アバランシ電流と直列になり、そしてそれゆえに、アバランシ状態のデバイスをより保護するために、アバランシ電流強度を制限するであろう。傾斜接合は、また低いドレインソースバイアスにおいて、ソース−ドレイン静電容量の減少をもたらす。
【０００９】
【発明の実施の形態】
始めに図１を参照すると、Ｎ＋基板２１と、その表面上に、場合によってはエピ層と呼ばれるエピタキシャルに堆積されたＮ―層２２とを備えている単結晶性シリコンウエハ２０の極一部が示されている。接合レシービング層（ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）であるＮ―層２２の濃度と厚さとは、最終デバイスの所望の破壊電圧に依存し、その破壊電圧は、例えば、１００ボルトである。ついで、そのウエハを、横方向に間隔を有して互いに切離された複数のデバイスを形成するために、ソーイング（ｓａｗｉｎｇ）などにより加工処理する。
【００１０】
これらの図は、Ｎチャネル放射線耐久型ＭＯＳＦＥＴに適用されるような発明を記述するために示されている。ここで本発明は、一般に、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを含むＭＯＳゲートデバイスに適用することができることに注意するべきである。さらに、全ての伝導型を反対にすることによって、本発明を、Ｐチャネルデバイスに関連して用いることができる。さらに、ここで用いられるウエハという用語は、広いエリアのウエハから切り出された個々のデバイスを含んでいるダイまたはチップという用語に置き換えることができる。最後に、このデバイスを、約５０ボルトより大きな電圧規格のデバイスに適用してもさしつかえない。
【００１１】
図１は、熱注入（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｍｐｌａｎｔ）のスクリーニング（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）酸化物層１０の初期形態を示しており、その酸化物層１０は、約５００Åの厚さで、後に実行されるＰ―領域１１、１２、および１３の注入および拡散のためのキャップ（ｃａｐ）を提供する。より詳細には、適切な洗浄工程の後に、フォトレジストを酸化物１０の上部に形成し、かつフォトレジストを、フォトリソグラフィマスク工程で処理して、中心間が約６．４μｍで離間している約０．６μｍ幅の狭い注入窓を形成する。ついで、Ｐ―ホウ素注入を、１２０ＫｅＶで約１Ｅ１３のドーズ量で実行する。ついで、フォトレジストを適切なエッチングによって除去し、ウエハ表面を洗浄し、ついで、それら注入物を４８０分間１１７５℃において約２．５μｍの深さへ拡散させ、かつ、横方向の幅をその深さとほとんど等しくさせる。
【００１２】
ついで、エンハンスメントフォトレジストマスクを、酸化物層２３の上部表面に塗布し、かつ、フォトリソグラフィの処理加工をし、約０．６μｍの幅で、かつ中心間が約６．４μｍで離間されている平行に離間された細長いストライプの窓を形成させる。ついで、約８０ＫｅＶで、約２Ｅ１３乃至３Ｅ１３のドーズ量で、リンのエンハンスメント注入を、上部表面に施して、離間されたリン注入領域を形成する。
【００１３】
ついで、そのフォトレジストを除去し、かつ、図２および図３に示すように、リン注入物を、６０分間約１１７５℃でエンハンスメントドライブ（ｄｒｉｖｅ）によって拡散させ、約８０００Åの深さにホウ素拡散２８、２９、３０、３１を形成させる。このとき、Ｐ―注入領域１１、１２、および１３の最終的な深さである約３．５μｍまでのドライブも行われる。このドライブ中に、ＳｉＯ２酸化物層３５を、露出されているシリコン表面上に６０００Å成長させる。ついで、フォトレジストを上部表面に塗布し、かつ、第２フォトマスク工程（チャネルマスク）により露光し、かつ、酸化物３５を、細長く平行なストライプ窓３６および３７を形成するためにプラズマエッチングする。ついで、そのフォトレジストを除去し、かつ、スクリーニング酸化物４０、４１を約５００Åの厚さに成長させる。ついで、約５０ＫｅＶ、かつ約２Ｅ１４ドーズ量で、ホウ素チャネル注入が上部表面に施される。ついで、その表面を洗浄し、５０分間約１１２５℃という高い温度の拡散を施し、ホウ素注入物を約１．７μｍの深さへドライブさせ、図示されているように、エンハンスメント注入領域２８、２９、３０とオーバーラップするＰ型チャネル拡散５０、５１および５２を形成させる。Ｐ―領域１１、１２、および１３は、また、このドライブ中に深くなることに注意する。
【００１４】
このチャネルドライブに続いて、ドープされていないポリシリコン層を、ウエハの上部表面に約５０００Å成長させ、定められた場所にポリシリコンスペーサ６０、６２、６３、および６４（図４）をエッチングして残す。このスペーサエッチングの後に、ウエハに、約２０秒間ＨＦエッチング（１００：１ＨＦ）を施す。ついで、ウエハ上部表面に浅いＰ＋注入（１００ＫｅＶで３Ｅ１５のドーズ量のホウ素）を行って、チャネルマスクに対して自己整合する浅いＰ＋注入６６および６７を形成するが、浅いＰ＋注入はポリスペーサによって阻止されて、これらはチャネル／酸化物界面におけるドーピングには寄与しない。注入領域６６、および６７は、後で形成されるソース接触のための接触領域である。
【００１５】
ついで、スペーサ６０〜６３を、図４に示すように、適切に除去し、かつ、ウエハの後部側（図示しない）からポリシリコンを取り除くために後部側をポリシリコンエッチングすることを可能にさせるために、そのウエハの上面（あるいは前部側）をフォトレジストコートにより保護する。ついで、領域６６、および６７をドライブさせるために約１２０分間９７５℃のＰ＋拡散ドライブを用いる。
【００１６】
したがって、フォトレジストをその上部表面に塗布し、かつ、ソースマスク工程をフォトリソグラフィにより実行する。ついで、砒素のＮ＋ソース領域７０、７１、７２、および７３（図５）を、１２０ＫｅＶで３Ｅ１５のドーズ量で、ソース窓を通じて注入し、フォトレジスタを除去し、そして、拡散前洗浄に続き、それらＮ＋ソース７０〜７３を、それらソース注入領域を活性化するために、例えば１５０分間９７５℃の高い温度で適切にドライブする。
【００１７】
ついで、ＢＯＥ酸化物エッチングを、全ての酸化物を取り除くために実行し、かつ犠牲ゲート酸化物を成長させる。ＴＥＯＳフィールド酸化物も、また、ウエハ上で成長させる。ついで、アクティブマスク工程を実行すると、ターミネーション区域の中、およびゲートパッドやゲートランナ（図示しない）の下のみに、フィールド酸化物が残る。ついで、フォトレジストを除去する。
【００１８】
薄い（１５０Å）酸化物が、次に、成長され、かつ、閾値調整注入（１２０ＫｅＶ、１．４Ｅ１２のドーズ量の砒素）を行う。この工程は、寄生するバイポーラ利得を減少させるために、高いチャネル注入ドーズの使用を許す。これは、単一事象（ｓｉｎｇｌｅ  ｅｖｅｎｔ）（ＳＥＥ）の焼損（ｂｕｒｎｏｕｔ）を防止するのに役立つ。
【００１９】
図６に示すように、ゲート酸化物８０を、最後に成長させる（最も高温での拡散工程の後）。ゲート酸化物の厚さは約９００Åである。
【００２０】
非ドープのポリシリコン層８５を、次に、図６に示されるように、ゲート酸化物８０の上部表面に成長させる。ついで、ポリシリコン層に、８０ＫｅＶで１Ｅ１６ドーズの量でのリン注入によって伝導性を持たせる。ついで、リンを、６０分間８５０℃でドライブする。
【００２１】
その後に、フォトレジストマスクを上部表面に形成し、ポリシリコンマスクおよびエッチングを実行すると、ソース領域７０〜７３とチャネル領域５１および５２の外側との間に形成された反転可能なＰチャネル領域の上にあるポリシリコンゲート電極を備えている、図６に示す窓９０および９１を形成する。ソースとチャネルとがよく知られているＤＭＯＳプロセスによって形成される前に、ゲートを形成する際、そのゲート構造は、ソースおよびチャネルの領域に自己整合をしないことに注意する。そのレジストが除去され、図６の構造を形成する。ポリシリコンの線幅は、好ましくは約３．２μｍで、かつ、チャネル領域５１および５２を、好ましくは約０．８μｍで離間する。
【００２２】
その後、ＴＥＯＳ酸化物層９５を、ポリシリコンゲートストリップ（ｓｔｒｉｐ）８５を封入するようにウエハの上部表面に成長させる。フォトレジストを、上部表面に塗布し、かつ、コンタクトマスク工程を、フォトリソグラフィにより実行する。ついで、プラズマエッチングを、コンタクト窓９６および９７（図７）を画定するためと、ＴＥＯＳ層９５とゲート酸化物８０の端との間に封入されたポリシリコンゲートストリップを残すために用いる。
【００２３】
ついで、金属スパッタリングオペレーションのための表面を準備するために、そのウエハを洗浄する。ついで、アルミニウムソース電極１００を、ウエハの上部表面に約８μｍの厚さまでスパッタリングする。その後、従来の金属マスク工程を、ソースおよびゲート領域（図示しない）を画定するために実行し、かつフォトレジストを除去し、かつ金属表面の染みを除去する。ついで、ＬＴＯ酸化物層１１０を、アルミニウム層１００の表面上部に堆積し、かつ、パッドマスクエッチング工程を、パッド接触領域からＬＴＯを除去するために実行する。
【００２４】
最後に、そのレジストを除去し、かつ前部表面にテープを付け、かつ後部表面を接地し、かつ適切なＴｉ／Ｎｉ／Ａｇ後部ドレイン金属１１１を、ウエハの後部表面に設ける。
【００２５】
結果的に得られるデバイスは、極めて低いゲート静電容量、および極めて低いゲート抵抗、および傾斜したボディーダイオード接合を備えた、放射線耐久型ＭＯＳＦＥＴの所望の特性を有する。
【００２６】
本発明を、その特定の実施例に関して述べてきたが、他の多くの変形と変更および他の使用は、当業者には明らかになるであろう。従って、本発明はこの特定の開示によって制限されないのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】デバイスボディーダイオードの一部になるべき深く低い濃度拡散形成後の、放射線耐久型デバイスウエハのアクティブ領域の極一部ついての断面を示す図である。
【図２】エンハンスメント注入領域の形成後の、放射線耐久型デバイスウエハのアクティブ領域の極一部についての断面を示す図である。
【図３】離間されたチャネルの拡散ストライプおよびエンハンスメント注入物のドライブおよびＰ―ボディーダイオード領域のさらなるドライブの形成後の図２のウエハの断面を示す図である。
【図４】ポリシリコンスペーサおよび浅いＰ＋コンタクト注入領域の形成後の図３のウエハの断面を示す図である。
【図５】ポリシリコンスペーサの除去およびＮ型ソース領域の形成後の図４のウエハの断面を示す図である。
【図６】非自己整合ゲート酸化物および伝導性ポリシリコンゲート電極の形成後の図５のウエハの断面を示す図である。
【図７】ポリシリコンゲートを絶縁するための絶縁中間層の形成、およびソース電極およびドレイン電極および表面絶縁低温熱ＣＶＤ酸化物（ＬＴＯ）層の形成後の図６のウエハを示す図である。
【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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