DE3906909A1

DE3906909A1 - Vertikaler mos-leistungstransistor

Info

Publication number: DE3906909A1
Application number: DE3906909A
Authority: DE
Inventors: Koichi Murakami; Yoshiteru Mihara; Yukitsugu Hirota
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1989-09-07
Also published as: JPH01225167A; JP2500807B2; US4972240A; DE3906909C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen vertikalen MOS-Leis tungstransistor, welcher einen Kurzschluß zwischen der Gate- und der Sourceelektrode im Gateelektrodenkantenabschnitt verhindern kann.

In Fig. 1 ist ein konventioneller MOS-Leistungstransistor beschrieben, wie er in "Field-Effect and Bipolar Power Tran sistor Physics" von Blicher, Academic Press, 1981, Seiten 280 bis 282, beschrieben ist.

In Fig. 1 wird ein n⁻-Drainbereich 7 auf einem hochkonzen trierten Substrat 8 des n⁺-Typs hergestellt, und es werden Kanalbereiche 2 des p-Typs im oberen Oberflächenbereich des Drainbereichs 7 erzeugt. Ein Paar von Sourcebereichen 1 des n⁺-Typs werden im rechten und linken Abschnitt des oberen Oberflächenbereichs jedes Channel-Bereichs 2 erzeugt sowie ein hochkonzentrierter Bereich 10 des p⁺-Typs in dem oberen Oberflächenbereich des Channelbereichs 2 zwischen den Source bereichen 1. Ein isolierender Gateoxidfilm 3 wird auf der Oberfläche des Drainbereichs 7 ausgebildet, um die beiden Sourcebereiche 1 der beiden benachbarten Channelbereiche 2 zu verbinden, und es wird eine Gateelektrode 4 auf dem größeren Abschnitt des Gateoxidfilms 3 hergestellt, um die Teilbereiche der Sourcebereiche 1, die beiden benachbarten Channelbereiche 2 und den dazwischen gelegenen Drainbereich 7 durch den Gateoxidfilm 3 zu überbrücken. Die Gateelektrode 4 ist vollständig durch den Isolierfilm 5 abgedeckt, der durch den Gateoxidfilm 3 ausgebildet wird. Eine Sourceelektrode 6 wird auf der gesamten oberen Oberfläche des derart erhaltenen Substrats hergestellt, und daher berührt die Sourceelektrode 6 direkt die Sourcebereiche 1 und ebenfalls die Channelbereiche 2 über die hochkonzentrierten Bereiche 10 des p⁺-Typs. Eine Drainelektrode 9 ist an der unteren Oberfläche des hochkon zentrierten Substrats 8 des n⁺-Typs befestigt.

Bei dem vertikalen MOS-Leistungstransistor sind mehrere tausend bis mehrere zehntausend Zellen mit dem voranstehend beschriebenen Aufbau parallel miteinander verbunden.

In Fig. 2 ist eine Zelleneinheit des voranstehend beschriebenen vertikalen MOS-Leistungstransistors gezeigt. Der Isolierfilm 5 wird gewöhnlich dadurch erhalten, daß ein PSG-Film, welcher aus einem SiO₂-Film besteht, der mit Phosphor in hoher Konzen tration dotiert ist, unter Verwendung des CVD-Verfahrens hergestellt wird. Allerdings kommt es gelegentlich vor, daß der PSG-Film 5 nicht die Gateelektrode 4 vollständig bedeckt, die gewöhnlich aus einem polykristallinen Silicium besteht, und dies führt zu einem Stufenbedeckungsfehler, also einem Kurzschlußabschnitt 100 zwischen der Sourceelektrode 6 und der Gateelektrode 4 in dem Gateelektrodenkantenabschnitt.

In diesem Falle wird, selbst wenn ein Stufenbedeckungsfehler auftritt, also der PSG-Film 5 nicht die gesamte Gateelektrode 4 in einer Zelleneinheit bedeckt, da die Sourceelektrode 6 vollständig die untere Oberfläche des Transistors abdeckt, der Kurzschluß zwischen der Source- und Gateelektrode 6, 4 hervorgerufen. Dies bedeutet, daß der Stufenbedeckungsfehler in einer Zelleneinheit zu einem Fehler des gesamten integrierten vertikalen MOS-Leistungstransistors einschließlich einiger tausend bis einiger zehntausend parallel miteinander verbundener Zelleneinheiten führt.

Um diesen Fehler zu verhindern sind unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen worden. Beispielsweise kann nach Ablagerung des PSG-Films auf der Gateelektrode der PSG-Film wiederum zum Fließen veranlaßt werden, um den Stufenbedeckungsfehler zu entfernen. Da eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur erforderlich ist, werden bei diesem Verfahren die Sourcebereiche 1, die vorher erzeugt wurden, tief diffundiert, und daher läßt sich dieses Verfahren nicht ordnungsgemäß für eine exakte Bearbeitung einsetzen.

Wenn die Phosphorkonzentration in dem PSG-Film erhöht wird, kann das Wiederfließenlassen bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt werden. Allerdings wird bei diesem Verfahren die Wasserabsorption des PSG-Films extrem erhöht, und daher wandelt sich der in dem PSG-Film enthaltene Phosphor in Phosphorsäure um. Daher tritt eine Korrosion der aus Aluminium hergestellten Sourceelektroden auf.

Durch Ausbildung eines dicken PSG-Films läßt sich eine Verbesserung des Stufenbedeckungsfehlers erreichen. Allerdings treten in dem dicken PSG-Film leicht Risse auf, und es ist darüber hinaus schwierig, eine exakte Bearbeitung von Kontaktabschnitten durchzuführen.

In vorteilhafter Weise wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein vertikaler MOS-Leistungstransistor zur Verfügung gestellt, der nicht die voranstehend beim Stand der Technik beschriebenen Fehler und Nachteile aufweist und einen Kurzschluß zwischen den Gate- und Sourceelektroden in dem Gateelektrodenkanten abschnitt verhindern kann.

Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein vertikaler MOS-Leistungstransistor zur Verfügung gestellt, welcher ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeits typs aufweist, welches als Drain arbeitet, einen Channelbe reich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der in dem Halbleiter substrat erzeugt wird, einen Sourcebereich des ersten Leitfähig keitstyps, der in dem Channelbereich erzeugt wird, einen ersten Isolierfilm, der über Abschnitten des Sourcebereiches, des Channelbereiches und des Halbleitersubstrats ausgebildet wird, eine auf dem ersten Isolierfilm erzeugte Gateelektrode, einen zweiten Isolierfilm zum Abdecken der auf dem ersten Isolierfilm hergestellten Gateelektrode, eine auf dem zweiten Isolierfilm hergestellte Sourceelektrode, eine ohmsche Kontakt elektrode, die auf den Abschnitten des Sourcebereichs und des Channelbereichs erzeugt wird, und einen Kupplungsteil zum Verbinden der ohmschen Kontaktelektrode mit der Sourceelek trode.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird ein vertikaler MOS-Leistungstransistor zur Verfügung gestellt, der ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, welches als Drain arbeitet, einen Channelbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der in dem Halbleitersubstrat ausgebildet wird, einen in dem Channelbereich ausgebildeten Sourcebereich des ersten Leitfähigkeitstyps, einen ersten Isolierfilm, welcher über Abschnitten des Sourcebereiches, des Channelbereiches und des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, eine auf dem ersten Isolierfilm ausgebildete Gateelek trode, einen zweiten Isolierfilm zur Abdeckung der auf dem ersten Isolierfilm ausgebildeten Gateelektrode, eine Kontakt verbindungselektrode einschließlich eines Sourceelektrodenkon taktteils, die auf dem zweiten Isolierfilm ausgebildet ist, eine auf den Abschnitten des Sourceabschnitts und des Channel abschnitts ausgebildete ohmsche Kontaktelektrode, und einen Kupplungsteil zum Verbinden des Sourceelektrodenkontaktteils mit der ohmschen Kontaktelektrode, einen dritten Isolierfilm, der auf zumindest der ohmschen Kontaktelektrode und dem Kupplungs teil der Kontaktverbindungselektrode und des zweiten Isolier films ausgebildet ist, und eine Sourceelektrode, die auf zumindest dem Sourceelektrodenkontaktteil der Kontaktverbin dungselektrode und dem dritten Isolierfilm ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längs-Querschnittsansicht eines konventionellen vertikalen MOS-Leistungstransistors;

Fig. 2 eine vergrößerte fragmentarische Längs-Querschnitts ansicht von Fig. 1 mit einer Darstellung einer Zellen einheit;

Fig. 3 eine Längs-Querschnittsansicht entlang der Linie III-III einer Aufsicht auf eine Ausführungsform eines ver tikalen MOS-Leistungstransistors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine vergrößerte Aufsicht auf eine Zelleneinheit zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Längs-Querschnittsansicht entlang der Linie V-V einer Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines vertikalen MOS-Leistungstransistors gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 eine Längs-Querschnittsansicht einer weiteren Aus führungsform eines vertikalen MOS-Leistungstransistors gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bei der nachstehenden Beschreibung der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile bei den verschiedenen An sichten. In Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform eines vertikalen MOS-Leistungstransistors gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

In Fig. 3 ist ein Drainbereich 7 des n⁻-Typs auf einem hoch konzentrierten Substrat 8 des n⁺-Typs ausgebildet, und Channel bereiche 2 des p-Typs sind in dem oberen Oberflächenbereich des Drainbereichs 7 ausgebildet. Ein Paar Sourcebereiche 1 des n⁺-Typs sind in dem rechten und linken Abschnitt des oberen Oberflächenbereichs jedes Channelbereichs 2 ausgebildet, und ein hochkonzentrierter Bereich 10 des p⁺-Typs ist in dem oberen Oberflächenbereich des Channelbereichs 2 zwischen den Sourcebereichen 1 hergestellt. Ein isolierender Gateoxidfilm 3 ist auf der Oberfläche des Drainbereichs 7 ausgebildet, um die beiden Sourcebereiche 1 der zwei benachbarten Channel bereiche 2 zu verbinden, und auf dem größeren Abschnitt des Gateoxidfilms 3 ist eine Gateelektrode 4 ausgebildet, um die Teilbereiche der beiden Sourcebereiche 1, die beiden benachbarten Channelbereiche 2 und den dazwischen angeordneten Drainbereich 7 durch den Gateoxidfilm 3 zu überbrücken. Die Gateelektrode 4 ist vollständig durch einen Isolierfilm 5 abgedeckt, der auf dem Gateoxidfilm 3 bereitgestellt ist. Eine Drainelektrode 9 ist an der unteren Oberfläche des hoch konzentrierten Substrats 8 des n⁺-Typs befestigt. Der voran stehend beschriebene Aufbau ist genauso wie bei dem konven tionellen Typ gemäß Fig. 1.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Sourceelektrode 16 über der Gateelektrode 4 über den Isolierfilm 5 ausgebildet, und es sind ohmsche Kontaktelektroden 21 auf den Oberflächenab schnitten, beispielsweise den Sourcebereichen 1 und den hochkon zentrierten Bereichen 10 des p⁺-Typs, ausgebildet, die nicht durch den Isolierfilm 5 abgedeckt sind, und die ohmschen Kontaktelektroden 21 sind mit der Sourceelektrode 16 durch schmale Verbindungsteile 22 verbunden, wodurch die Source elektrode 16 mit den Sourcebereichen 1 und den hochkonzentrierten Bereichen 10 des p⁺-Typs durch die Kupplungsteile 22 und die ohmschen Kontaktelektroden 21 verbunden wird, wie deutlich aus Fig. 3b hervorgeht, in welcher eine Bezugsziffer 102 eine Kante der Gateelektrode 4 bezeichnet. In diesem Fall bedeckt die Sourceelektrode 16 nicht die gesamte obere Ober fläche des Transistors, und dies bedeutet, daß ein Teil des Isolierfilms 5 auf der Oberfläche um die ohmschen Kontakt elektroden 21 herum in Form C-förmiger kreisförmiger Bogennuten auftaucht, und daß die kreisförmig konkaven ohmschen Kontakt elektroden 21 mit der Sourceelektrode 16 durch die schlanken Kupplungsteile 22 verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform können die Sourceelektrode 16, die ohmsche Kontaktelektrode 21 und die Kupplungsteile 22 aus dem selben Material mit der selben Dicke hergestellt werden.

Fig. 4 erläutert eine Zelleneinheit des vertikalen MOS-Leistungs transistors gemäß der vorliegenden Erfindung, und es tritt ein Stufenbedeckungsfehlerabschnitt 101 des PSG-Films 5 auf der Gateelektrodenkante 102 auf, welcher dem Kurzschlußabschnitt 100 in Fig. 2 entspricht. Der Stufenbedeckungsfehlerabschnitt 101 tritt gewöhnlich in einem Teil der Gateelektrodenkante 102 auf.

Bei dieser Ausführungsform ist die Sourceelektrode 16 von den ohmschen Kontaktelektroden 21 durch den Isolierfilm 5 getrennt und die Gateelektrodenkante 102 kreuzt den schmalen Kupplungsteil 22 in einem verhältnismäßig kleinen Abschnitt. Daher ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Kurz schlusses zwischen den Source- und Gateelektroden infolge eines Kontakts des Stufenbedeckungsfehlerabschnitts 101 mit dem Kupplungsteil 22 extrem verringert, verglichen mit dem konventionellen vertikalen MOS-Leistungstransistor. Je geringer die Breite der Kupplungsteile 22 ist, desto geringer ist darüber hinaus die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Kurz schlusses zwischen der Source- und Gateelektrode.

In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform eines vertikalen MOS-Leistungstransistors gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche den selben Aufbau aufweist wie die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß eine Dicke der schmalen Kupplungsteile 42 geringer ist als die einer Sourceelektrode 36 oder von ohmschen Kontaktelektroden 41. Das Material der Kupplungsteile 42 kann sich von dem der Sourceelektrode 36 und der ohmschen Kontaktelektroden 41 unterscheiden. Bei dieser Ausführungsform kann durch Verringern der Dicke der Kupplungsteile 42 die Breite der Kupplungsteile 42 einfacher verringert werden, und daher kann die Wahrschein lichkeit des Auftretens eines Kurzschlusses zwischen der Source- und Gateelektrode wesentlich verringert werden.

In Fig. 6 ist eine dritte Ausführungsform eines vertikalen MOS-Leistungstransistors gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Fall schließt eine dünne Kontaktver bindungselektrode 81 einen kreisförmigen Sourceelektroden kontaktteil 83, eine kreisförmige ohmsche Kontaktelektrode 84 und einen schmalen Kupplungsteil 85 zur Verbindung des Sourceelektrodenkontaktteils 83 mit der ohmschen Kontakt elektrode 21 ein. Bei dieser Ausführungsform ist jede dünne Kontaktverbindungselektrode 81 so ausgebildet, daß der Source elektrodenkontaktteil 83 auf dem größeren Abschnitt des Iso lierfilms 5 ausgebildet ist, und daß die ohmsche Kontaktelek trode 84 auf der kreisförmigen konkaven Oberfläche der Source teilbereiche 1 und des hochkonzentrierten Bereichs 10 des p⁺-Typs ausgebildet ist. Dann werden zweite Isolierfilme 82 über den Oberflächen der Kontaktverbindungselektroden 81 und des Isolierfilms 5 ausgebildet, abgesehen von den zentralen Abschnitten der Sourceelektrodenkontaktteile 83 der Kontaktverbindungselektroden 81, und dann wird eine Source elektrode 76 auf den gesamten Oberflächen des zweiten Isolier films 82 und der Sourceelektrodenkontaktteile 83 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform führt die Kontaktverbindungselektrode 81 die Funktion der ohmschen Kontaktelektrode und des engen Kupplungsteils bei der ersten und zweiten Ausführungsform aus.

Wie voranstehend beschrieben wurde wird auf einfache Weise deutlich, daß die Auftrittswahrscheinlichkeit eines Kurz schlusses zwischen der Source- und Gateelektrode extrem verringert und daher die Produktivitätsrate wesentlich verbessert werden kann, da die Kupplungsteile zum Verbinden der ohmschen Kon taktelektroden mit der Sourceelektrode über die Gateelektroden kanten so schmal wie möglich ausgebildet sind. Da die effektive Fläche der Sourceelektrode verringert ist, kann darüber hinaus die parasitäre Kapazität zwischen der Source- und Gateelektro de ebenfalls verringert werden, und daher ist ein schnellerer Betrieb des Transistors möglich, verglichen mit konventionellen Transistoren.

Claims

1. Vertikaler MOS-Leistungstransistor, gekennzeich net durch ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeits typs, welches als Drain arbeitet, einen Kanalbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, einen Sourcebereich des ersten Leitfähig keitstyps, der in dem Channelbereich ausgebildet ist, einen ersten Isolierfilm, der über Abschnitten des Sourcebereichs, des Channelbereichs und des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, eine auf dem ersten Isolierfilm ausgebildete Gateelek trode, einen zweiten Isolierfilm zur Bedeckung der Gateelek trode, die auf dem ersten Isolierfilm ausgebildet ist, eine auf dem zweiten Isolierfilm ausgebildete Sourceelektrode, eine auf Abschnitten des Sourcebereichs und des Channelbereichs ausgebildete ohmsche Kontaktelektrode, und einen Kupplungsteil zum Verbinden der ohmschen Kontaktelektrode mit der Source elektrode.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein hochkonzentrierter Bereich des zweiten Leitfä higkeitstyps in dem Channelbereich ausgebildet ist, um die ohmsche Kontaktelektrode mit dem Channelbereich über den hochkonzentrierten Bereich zu verbinden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Dicke des Kupplungsteils ebenso groß ist wie die der ohmschen Kontaktelektrode.

4. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Dicke des Kupplungsteils geringer ist als die der ohmschen Kontaktelektrode.

5. Vertikaler MOS-Leistungstransistor, gekennzeich net durch ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeits typs, welches als Drain arbeitet, einen Channelbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, einen Sourcebereich des ersten Leitfähigkeits typs, der in dem Channelbereich ausgebildet ist, einen ersten Isolierfilm, der über Abschnitten des Sourcebereichs, des Channelbereichs und des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, eine auf dem ersten Isolierfilm ausgebildete Gateelektrode, einen zweiten Isolierfilm zum Abdecken der auf dem ersten Isolierfilm ausgebildeten Gateelektrode, eine Kontaktverbin dungselektrode einschließlich eines Sourceelektrodenkontakt teils, die auf dem zweiten Isolierfilm ausgebildet ist, eine ohmsche Kontaktelektrode, die auf den Abschnitten des Source bereichs und des Channelbereichs ausgebildet ist, und einen Kupplungsteil zum Verbinden des Sourceelektrodenkontaktteils mit der ohmschen Kontaktelektrode, einen dritten Isolier film, der auf zumindest der ohmschen Kontaktelektrode und dem Kupplungsteil der Kontaktverbindungselektrode und des zweiten Isolierfilms ausgebildet ist, und eine Sourceelektrode, die auf zumindest dem Sourceelektrodenkontaktteil der Kontakt verbindungselektrode und des dritten Isolierfilms ausgebildet ist.