短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成法およびデバイス
短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成方法。本方法は、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチの底部に第１のインプラントを形成するステップと、その向きが傾いており、かつトレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチに対して垂直に方向付けられた第２の角度付きインプラントを形成するステップとを含む。第２のインプラントは、トレンチの底部に達しないように調整される。一実施形態では、角度付きインプラントはｎ型材料である。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００６年２月２３日に出願された同時係属の米国プロヴィショナル出願第６０／７７６，７７１号、および２００７年２月２３日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号の利益を請求するものであり、これらは全体を参照して本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
ここに説明されている実施形態は短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）はデジタルおよびアナログ回路で使用される一般的なトランジスタである。ＭＯＳＦＥＴは、そこを通って電流が流れるｎ型またはｐ型の半導体材料のチャネルを含んでいる。ｎ型半導体材料のチャネルを含むように製造されたＭＯＳＦＥＴはＮＭＯＳＦＥＴと称され、ｐ型半導体材料のチャネルを含むように製造されたＭＯＳＦＥＴはＰＭＯＳＦＥＴと称される。ＭＯＳＦＥＴの種類には、プレーナＭＯＳＦＥＴ、トレンチＭＯＳＦＥＴが含まれる。トレンチＭＯＳＦＥＴは、プレーナＭＯＳＦＥＴと比較して小さいセルピッチゆえに達成可能な回路密度の増加を容易にしている。
【０００４】
ＭＯＳＦＥＴを流れる電流、例えばドレインからソースへの（またはこの逆の）チャネルを流れる電流は、ＭＯＳＦＥＴの物理的設計を含む要因に影響されるであろう。より具体的には、ＭＯＳＦＥＴチャネル長などの物理的設計の特徴は、ＭＯＳＦＥＴチャネルのコンダクタンスおよび抵抗などの電流関連パラメータを決定するのに役立つ（ＭＯＳＦＥＴの抵抗は、ＭＯＳＦＥＴがオン後にチャネルによって制御される）。重要なことには、これらのパラメータが、デバイスの動作速度および電力散逸によって測定されるようなＭＯＳＦＥＴの性能にとって極めて重要である。低チャネル抵抗（より短いチャネル長で提供されるような）は電力散逸を削減し、デバイス効率を増加させることが認識される。
【０００５】
ＭＯＳＦＥＴ性能を改良するための従来のアプローチは、ＭＯＳＦＥＴチャネルの長さを短縮するという努力を含んでいる。ＭＯＳＦＥＴのチャネル寸法は、デバイスボディへの不純物の拡散によって確立されるであろう接合（例えば、ｎ型領域とｐ型領域間の境界面）によって定義されてもよい。拡散深度などの拡散特徴は、チャネル長を確立するのに役立つ。事実、幾つかの従来のプロセスでは、拡散深度のみがチャネル長を決定してもよい。他の従来のプロセスでは、ＭＯＳＦＥＴトレンチの深度はチャネル長を決定する際の１つの要因であってもよい。
【０００６】
幾つかの場合では、拡散深度、したがってＭＯＳＦＥＴチャネル長は、インプラントエネルギーおよび温度の適切な管理によって制御されることが認識される。しかしながら、材料変動が拡散特徴に対して大きな影響を有する場合には、小さい距離で問題が生じることがある。また、拡散特徴の管理がより困難になると、拡散の制御によるチャネル長の確立がより困難になる。
【０００７】
他の従来のアプローチでは、拡散によってのみ達成可能な長さを超えるチャネル長を小さくする試みがなされてきた。このようなアプローチの１つでは、ＭＯＳＦＥＴトレンチ深度は、極めて短いチャネル長を達成するために使用されてきた。しかしながら、このような場合、（例えば、コンタクトインプラント、コンタクト−クランピングインプラントおよびボディインプラントなどの）ＭＯＳＦＥＴ構造のボディに形成されるｐ型領域の深さに対するＭＯＳＦＥＴトレンチの深さの関係は慎重に管理される必要がある。重要なことは、トレンチ底部がより浅いか、ＭＯＳＦＥＴボディに形成されているｐ型領域と同等の深さである場合、重大なピンチングが生じることがある。
【０００８】
図１Ａは従来のトレンチＭＯＳＦＥＴ１００を示している。ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート１０３−ソース１０１電圧（例えば、Ｖｇｓ）が閾値電圧より大きい場合、電流はＭＯＳＦＥＴ１００内をドレイン１０５からソース１０１に流れる。より短いチャネル長およびより浅いトレンチ深度にデバイスをスケーリングするために、ｎ型ドーパント（ｎチャネルデバイスについて）が、ｐ型ボディインプラントを補償し、かつチャネル底部を定めるようにトレンチ底部にインプラントされているトレンチ底部インプラントは、極めて短いチャネル長を提供することが分かっている。このインプラントはトレンチ底部に自己整列されているため、チャネル長はトレンチ深度によって決定される。
【０００９】
ｐ型ボディインプラント１０７は、図１Ｂに示されているようにトレンチ１０３の底部を覆うように移動するであろうことが認識される（破線参照）。トレンチ１０３の底部のこのような覆い（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）、つまり「ピンチング（ｐｉｎｃｈｉｎｇ）」は、ＭＯＳＦＥＴ１００のチャネルの抵抗（例えば、ｒｄｓｏｎ）を実質的に増加させるであろうし、またＭＯＳＦＥＴ性能をかなり低下させるであろう。言い換えると、トレンチ底部が、コンタクトインプラントおよびコンタクト−クランピングインプラントによって定められたｐ型領域の深さと同程度に浅くなって、高ｒｄｓｏｎをもたらすようにかなりのピンチングがトレンチ深度で生じる。トレンチの使用によって規定される短チャネル長の達成を容易にする従来の技術は、極めて短いトレンチ深度で生じうるこのようなピンチングに効果的に対処する手段を含んでいない。
【発明の開示】
【００１０】
少なくとも、本明細書は短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスを開示している。このプロセスは、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチの底部に第１のインプラントを形成することと、その向き（orientation）が傾いており、かつトレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチに対して垂直に仕向けられた第２の、すなわち、角度付きインプラントを形成すること、を含むことができる。第２のインプラントは、それがトレンチの底部に達しないように調整可能である。一実施形態では、角度付きインプラントはｎ型材料であってもよい。
【００１１】
従って、チャネル長がＭＯＳＦＥＴトレンチ深度によって定められる短チャネル長でのピンチングを防止する有効な手段のニーズがある。本発明の実施形態は上記必要性を達成するプロセスを提供する。
【００１２】
例えば、一実施形態では、ピンチング防止インプラントとトレンチ底部インプラントの組み合わせが、チャネルを通る電流に対して相応に低い抵抗を特徴とする短ＭＯＳＦＥＴチャネル長を容易にするために使用されてもよい。一実施形態では、ピンチング防止インプラントはピンチオフを防止し、トレンチ底部インプラントはＭＯＳＦＥＴチャネルの底部を定める。従って、ピンチング防止インプラントとトレンチ底部インプラントの組み合わせは、極めて短いＭＯＳＦＥＴトレンチ深さおよびチャネル長で、ピンチオフのないトランジスタ動作を可能にする。
【００１３】
一実施形態では、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴを形成するプロセスが、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチの底部に第１のインプラントを実行するステップと、その向きが傾いており、例えば角度付けされており、かつ、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチに直交して仕向けられた第２のインプラントを実行するステップとを含んでいる。第２のインプラントは、トレンチの底部に達しないように調整される。一実施形態では、第２のインプラントはｎ型の角度付きインプラントである。一実施形態では、角度付きインプラントはコンタクトウィンドウを介して仕向けられる。他の実施形態では、結果として得られるＭＯＳＦＥＴは厚い底部酸化膜の短チャネルを有しており、また低ドープトエピタキシャル層を有してもよい。他の実施形態では、得られるＭＯＳＦＥＴは厚い底部酸化膜の短チャネルを有しており、また低ドープトエピタキシャル層を有してもよい。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の利点は、図面に示されている好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことで、当業者に明らかになる。
本明細書に組み込まれており、かつこの明細書の一部を形成している添付の図面は本発明の実施形態を図示しており、また説明に伴って本発明の原理を説明している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施形態、幾つかの例が添付の図面に図示されている、について詳細に言及する。本発明は好ましい実施形態と関連して説明されるが、本発明をこれらの実施形態に限定することは意図していない点が理解される。反対に、本発明は代替例、修正および均等物を含むことを意図しており、これらは、添付の特許請求の範囲によって定められるように本発明の趣旨および範囲に含まれる。さらに、本発明に関する以下の詳細な説明において、本発明に関する徹底した理解を提供するために多数の具体的詳細が説明されている。しかしながら、本発明はこれらの具体的詳細なしでも実施可能であることが当業者には明らかである。また、他の幾つかの場合には、周知の方法、手順、構成部品および回路は、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、詳細には説明されていない。
【００１６】
本明細書において、用語ｒｄｓｏｎの使用は、ドレイン−ソース「オン」抵抗を示しており、Ｑｇはゲート電荷を示すものであり、Ｑｇｄはゲート−ドレイン電荷を示すものであることが理解されるはずである。加えて、本発明の実施形態はＮＭＯＳＦＥＴ構造を参照して説明されるが、本明細書に開示されている原理はＰＭＯＳＦＥＴデバイスにも等しく適用可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ
【００１８】
図２Ａは、本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴデバイス２００の要素を示している。一実施形態では、角度付けられたピンチング防止インプラント２０７とトレンチ底部インプラント２０５の組み合わせは、電流に対して相応に低い抵抗（ｒｄｓｏｎ）を特徴とする短ＭＯＳＦＥＴチャネル長の確立を容易にするために使用される。一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はピンチオフを防止し、トレンチ底部インプラント２０５はＭＯＳＦＥＴチャネルの底部を定める。
【００１９】
従って、ピンチング防止インプラント２０７とトレンチ底部インプラント２０５の組み合わせは、極めて短いＭＯＳＦＥＴトレンチ深度およびチャネル長でのピンチオフのないＭＯＳＦＥＴ動作を可能にする。図２Ａの実施形態において、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ２００は、基板２０１と、トレンチ２０３と、トレンチ底部インプラント２０５と、ｐ型ボディインプラント２０６と、ピンチング防止インプラント２０７と、チャネル２０８と、コンタクト２０９と、コンタクトウィンドウ２１０と、ｐ型コンタクトインプラント２１１と、ｐ型コンタクト−クランピングインプラント２１３と、を含んでいる。
【００２０】
図２Ａを参照すると、トレンチ２０３は基板２０１のボディ内に延びている。一実施形態では、トレンチ底部インプラント（例えば、２０５）はトレンチ２０３の底部に形成される。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５は、チャネル２０８を定め、また基板２０１のボディに形成されるｐ型ボディインプラント２０６を補償するように作用する。一実施形態では、ｎ型ドーパントがトレンチ底部インプラント２０５を形成するために使用されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５はトレンチ２０３の底部に自己整列(self-aligned)されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５の形成は、傾斜されてもされなくてもよく、トレンチ２０３のエッチングの等方性段階の前後いずれで実行されてもよい。
【００２１】
一実施形態では、角度付きピンチング防止インプラント２０７は、その向き(orientation)が傾いており、またトレンチ２０３の底部に達しないように調整されたｎ型ドーパントを使用して、コンタクトウィンドウ２１０を通した基板２０１へのインプラントによって形成されるであろう。一実施形態では、これは、ピンチング防止インプラント２０７のドース量およびエネルギーを調整することによって達成可能である。一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はトレンチ２０３に対して垂直に配置される。図２Ｂは、本発明の一実施形態に従ったピンチング防止インプラント２０７の例示的な向きを図示している。より具体的には、図２Ｂは、本発明の一実施形態に従った、ピンチング防止インプラント２０７が傾斜しており、かつトレンチ２０３に対して垂直に配置される様式を示している。
【００２２】
図２Ａを再度参照すると、一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７は、コンタクトインプラント２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３によって形成されたｐ型領域を、これらの領域が浅いままであるように、閉じ込めるように動作することが認識されるはずである。コンタクト２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３の閉じ込めは、トレンチ２０３の底部付近に生じ、コンタクトインプラント２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３と関連し得るピンチングを防止することが認識されるはずである。ピンチング防止インプラント２０７の閉じ込め作用なしでは、コンタクトインプラント２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３は、トレンチ２０３の底部よりも深くＭＯＳＦＥＴのボディ内に延び（例えば、トレンチ底部を覆い）、それは、チャネル２０８の抵抗（ｒｄｓｏｎ）の相当な増加をもたらすであろう。
【００２３】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はコンタクトエッチングが実行された後に形成されてもよい。一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はトレンチ２０３の底部に達しないように形成されているため、トレンチ２０３の底部付近のｎ型ドーパントの蓄積と関連するであろうＱｇｄの増加が回避できる。
【００２４】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７は、トレンチ底部インプラント２０５を形成するのに使用されるインプラントドース量の低減を可能にする。これはまた、（トレンチ２０３の底部付近のｎ型ドーパントの蓄積を最小化するため）Ｑｇｄのさらなる低減をもたらす。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５とピンチング防止インプラント２０７の組み合わせは、従来の３００Ｍセルプロセスと比較して、ｒｄｓｏｎ２＊Ｑｇｄおよびｒｄｓｏｎ２＊Ｑｇにおける２５％を超える改良を提供するであろう。
【００２５】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７は、１４〜１８度の傾斜、およびトレンチ２０３に対して垂直の２つのツイスト角度で４ｅ１３ ２０Ｋｅｖリンを使用して形成されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５は、９ｅ１１ ４０Ｋｅｖヒ素を使用して形成されてもよい。
【００２６】
図２Ｃはピンチング防止インプラント２０７の使用の結果を図示している（トレンチ底部インプラントは図２Ｃには示されていない）。図２Ｃにおいて、ＭＯＳＦＥＴ動作中のｐ型領域の様相が示されている。図示のように、ＭＯＳＦＥＴ動作中、ｐ−ボディ、コンタクトおよびコンタクト−クランピングインプラントによって形成されたｐ型領域が、トレンチ２０３の底部を覆うことが防止される。破線は、ピンチング防止インプラント２０７が用いられない場合にｐ型領域が動作中に現れるであろう様子を示している。
【００２７】
本発明の例示的な実施形態は、（１）トレンチ底部インプラントの使用、（２）傾斜され、かつ、トレンチに対して垂直に配置されるピンチング防止インプラントの使用、（３）低いエネルギーの使用によるボディ２０６、ソースインプラント２０９、コンタクトインプラント２１１、コンタクト−クランピングインプラント２１３の形成、を特徴とする。
【００２８】
図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ（例えば、図２Ａの２００）の製造工程を図示している。図３Ａは、基板３０１と、エピ１(ｅｐｉ１)３０３と、エピ２(ｅｐｉ２)３０５と、を示している。一実施形態では、これらの構造は、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ（例えば、図２Ａの２００）の製造の初期段階で形成される。一実施形態では、本明細書に開示されているトレンチ底部インプラント（例えば、図２Ａの２０５、および以下の図３Ｃの３０９）は有効なエピ厚さを低減するため、一般的に使用されるより高い電圧のエピスタック３０８が、所望のブレークダウン電圧を達成するために用いられてもよい。
【００２９】
図３Ｂは、図３Ａを参照して説明された構造に加えて、トレンチ３０７を示している。一実施形態では、トレンチ３０７は少なくとも部分的に等方エッチングによって形成されてもよい。図３Ａ〜図３Ｅの実施形態では、結果として得られるＭＯＳＦＥＴのチャネル長は、トレンチ深さ（トレンチエッチングの深さによって決定される）によって定められてもよい。一実施形態では、トレンチは、およそ０．６μｍの深さにエッチングされてもよい。代替の実施形態では、他のトレンチ深さが用いられてもよい。一実施形態では、トレンチ３０７の幅は、Ｑｇｄ／Ｑｇｓを改良する手段として減縮されてもよい。
【００３０】
短トレンチ深さは、著しいピンチングに対して影響を受けやすくなることをもたらす一方、より大きなトレンチ深さは、より高いＱｇｄをもたらすことに認識するべきである。例示的な実施形態では、本明細書に説明されているピンチング防止インプラント（例えば、図２Ａの２０７）は、ピンチングを防止し、Ｑｇｄの低下を助けることによってこれらの問題に対処する。
【００３１】
一実施形態では、等方性犠牲ゲート酸化膜エッチングの深さは、トレンチ底部コーナー付近の電界を低減するために０．０７５μｍに選択されてもよい。他の実施形態では、他の等方性犠牲ゲート酸化膜エッチングの深さが、トレンチ底部コーナー付近の電界を低減する手段として用いられてもよい。
【００３２】
図３Ｃは、図３Ｂを参照して説明された構造に加えて、トレンチ底部インプラント３０９を示している。一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９は、トレンチエッチングの等方性部分に続いて、かつ犠牲酸化操作の前に形成されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９は、ＭＯＳＦＥＴチャネルを定め、かつ基板３０１のボディに形成されるであろうｐ型ボディインプラント（例えば、図２Ａの２０６、および以下の図３Ｄの３１５）を補償するように作用する。一実施形態では、ｎ型ドーパントが、トレンチ底部インプラント３０９を形成するのに使用されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９はトレンチ３０７の底部に自己整列(self-aligned)されてもよい。
【００３３】
一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９は、およそ９ｅ１１、４０ＫｅＶの低ドース量かつ低エネルギーのヒ素インプラントであってもよい。他の実施形態では、他のインプラントドーパント、ドース量およびエネルギーが使用されてもよい。
【００３４】
図３Ｄは、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明された構造のすべてに加えて、ゲート酸化膜３１１と、ポリシリコン（ｐｏｌｙ）３１３と、ｐ型ボディインプラント３１５と、ソースインプラント３１７と、ボロン・リン添加シリケートガラス（ＢＰＳＧ）３１９とを示している。一実施形態では、ゲート酸化膜３１１は３００Ａ以下の厚さの厚い底部酸化膜であってもよい。他の実施形態では、ゲート酸化膜３１１は他の厚さの厚い底部酸化膜であってもよい。
【００３５】
図３Ｅは、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明された構造のすべてに加えて、ピンチング防止インプラント３２１と、コンタクトインプラント３２３と、コンタクト−クランピングインプラント３２５と、コンタクトウィンドウ３２７および３２９と、を示している。一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１は基板３０１に形成され、また、その向きが傾斜しており、かつ、トレンチ３０７の底部に達しないように調整される。一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１は、トレンチ３０７に対して垂直に配置されているｎ型ドーパントとして実現される。一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１は、コンタクトインプラント３２３およびコンタクト−クランピングインプラント３２５によって形成されたｐ型領域を閉じ込めるように作用する。結果として、ｐ型インプラント領域は浅いままであり、トレンチの底部付近のピンチングが避けられる（図２Ｃと関連した上記説明を参照）。
【００３６】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１を実現するためにリンが用いられてもよい。ピンチング防止インプラント３２１は、Ｑｇｄの低減に寄与する低ドース量のトレンチ底部インプラント３０９の使用を容易にすることが認識されるはずである。
【００３７】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１はコンタクトウィンドウ３２７および３２９を通してインプラントされてもよい。一実施形態では、Ｑｇｄは４μｍのコンタクト深さで最適化されてもよい。他の実施形態では、Ｑｇｄは他のコンタクト深さで最適化されてもよい。一実施形態では、４μｍのコンタクト深さによって、Ｑｇｄを増加させないで、したがってｒｄｓｏｎを低減させないで、より高いドース量のピンチング防止インプラントの使用が可能になる。他の実施形態では、他のコンタクト深さによって、Ｑｇｄを増加させないで、したがってｒｄｓｏｎを低減させないで、より高いドース量のピンチング防止インプラントの使用が可能になる。
【００３８】
一実施形態では、使用されるであろう最大傾斜角度は、シャドーイング(shadowing)を回避するためには１８度である。別の実施形態では、他の傾斜角度（１４度など）がシャドーイングを回避するために使用されてもよい。一実施形態では、名目インプラント(nominal implant)は、１８度の傾斜および２つのツイスト角度（トレンチに対して垂直）で４ｅｖ１３／１２０Ｋｅｖ（リン）であってもよい。他の実施形態では、名目インプラントは異なる傾斜およびツイスト角度を伴うことがある。一実施形態では、２つのツイスト角度での２つのピンチング防止インプラント３２１は、ストリップセルアプリケーションに用いられてもよい点が認識されるはずである。
【００３９】
一実施形態では、コンタクトクランプインプラント３２５は、ピンチングを回避または低減するために最適化されてもよい。一実施形態では、１ｅ１３のホウ素ドース量および４０ＫｅＶエネルギーが、ピンチングを回避または低減するためにコンタクト−クランピングインプラント３２５を最適化するのに用いられてもよい。他の実施形態では、ピンチングを回避または低減するためにコンタクト−クランピングインプラント３２５を最適化するのに他のドース量が用いられてもよい。一実施形態では、低エネルギーコンタクトインプラント３２３は、わずかにエネルギーにおいて低減される。
【００４０】
本発明の実施形態に従った例示的プロセス
【００４１】
図４は、本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスで実行されるステップのフローチャート４００である。具体的なステップがフローチャート４００に開示されているが、このようなステップは例示にすぎない。つまり、本発明は、種々の他のステップや、図４に示されているステップの変形を実行するのに十分適している。
【００４２】
ステップ４０１において基板が形成されて、ステップ４０３においてトレンチがこの基板に形成される。続いて、ステップ４０５において、第１のインプラントが、作製されたトレンチＭＯＳＦＥＴ（例えば、図２Ａの２００）の底部（図２Ａの２０３）に形成される。一実施形態では、第１のインプラントはトレンチ底部インプラント（例えば、図２Ａの２０５）である。一実施形態では、トレンチ底部インプラント（例えば、図２Ａの２０５）は、ＭＯＳＦＥＴチャネル（例えば、図２Ａの２０８）を定め、かつ基板（例えば、図２Ａの２０１）のボディに形成されるであろうｐ型ボディインプラント（例えば、図２Ａの２０６）を補償するように作用する。
【００４３】
ステップ４０７において、その向きが傾いており、かつＭＯＳＦＥＴトレンチに対して垂直に仕向けられる第２のインプラントが形成される。第２のインプラントは、ＭＯＳＦＥＴトレンチの底部に達しないように調整される。一実施形態では、第２のインプラントはピンチング防止インプラント（例えば、図２Ａの２０７）である。一実施形態では、ピンチング防止インプラント（例えば、図２Ａの２０７）はコンタクトインプラント（例えば、図２Ａの２１１）およびコンタクト−クランピングインプラント（例えば、図２Ａの２１３）によって形成されるｐ型領域を閉じ込めるのに使用できることが認識される。コンタクト（例えば、図２Ａの２１１）およびコンタクト−クランピングインプラント（例えば、図２Ａの２１３）の閉じ込めは、ＭＯＳＦＥＴトレンチ（例えば、図２Ａの２０３）の底部付近に生じ、かつコンタクトインプラント（例えば、図２Ａの２１１）およびコンタクト−クランピングインプラント（例えば、図２Ａの２１３）と関連し得るピンチングを防止することが認識されるはずである。
【００４４】
一実施形態では、例示的な実施形態のドーピングプロファイルは、基板レベルにまで上昇する前のブレークダウンにおいて空乏層の端縁で最小であってもよいドーピングレベルを含んでもよい。他の実施形態では、他のドーピングプロファイルが使用されてもよい。一実施形態では、ｎ型埋め込み層インプラントが、Ｑｇｄを増加させずにエピ抵抗をさらに低減するために、基板とアンドープト・エピ層との間の界面で追加マスクを使用して組み込まれることが可能である。
【００４５】
例示的な実施形態を参照して上述されているように、本発明は短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスを提供する。この方法は、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチの底部に第１のインプラントを形成するステップと、その向きが傾いており、かつトレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチに対して垂直に方向付けされる第２のインプラントを形成するステップとを含んでいる。第２のインプラントは、トレンチの底部に達しないように調整される。
【００４６】
表１は、標準Ｇ４プロセスと本発明の一実施形態に従った例示的短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴプロセスの性能の相違点の概要である。
【表１】
【００４７】
本発明の具体的な実施形態に関する上記説明は、例証のためになされたものである。これらは、包括的であること、つまり本発明を開示されている正確な形態に限定することを意図してはおらず、当然多数の修正および変形例が上記教示に照らして可能である。これらの実施形態は、本発明の原理およびこの実施の用途をよく説明するために選択および説明されており、これによって当業者は、想定されている具体的な使用に適している種々の修正によって本発明および種々の実施形態を利用することができる。本発明の範囲は以下の添付の請求項およびこれらの均等物によって定義されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】従来のトレンチＭＯＳＦＥＴデバイスを示している。
【図１Ｂ】ｐ−ボディを備えたトレンチの底部のピンチングすなわち覆いによって、ｒｄｓｏｎが増加することを示している。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの要素を示している。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従ったピンチング防止インプラントの例示的な向きを図示している。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従ったピンチング防止インプラントを用いることの効果を示している。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図４】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスで実行されるステップのフローチャートである。
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００６年２月２３日に出願された同時係属の米国プロヴィショナル出願第６０／７７６，７７１号、および２００７年２月２３日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号の利益を請求するものであり、これらは全体を参照して本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
ここに説明されている実施形態は短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）はデジタルおよびアナログ回路で使用される一般的なトランジスタである。ＭＯＳＦＥＴは、そこを通って電流が流れるｎ型またはｐ型の半導体材料のチャネルを含んでいる。ｎ型半導体材料のチャネルを含むように製造されたＭＯＳＦＥＴはＮＭＯＳＦＥＴと称され、ｐ型半導体材料のチャネルを含むように製造されたＭＯＳＦＥＴはＰＭＯＳＦＥＴと称される。ＭＯＳＦＥＴの種類には、プレーナＭＯＳＦＥＴ、トレンチＭＯＳＦＥＴが含まれる。トレンチＭＯＳＦＥＴは、プレーナＭＯＳＦＥＴと比較して小さいセルピッチゆえに達成可能な回路密度の増加を容易にしている。
【０００４】
ＭＯＳＦＥＴを流れる電流、例えばドレインからソースへの（またはこの逆の）チャネルを流れる電流は、ＭＯＳＦＥＴの物理的設計を含む要因に影響されるであろう。より具体的には、ＭＯＳＦＥＴチャネル長などの物理的設計の特徴は、ＭＯＳＦＥＴチャネルのコンダクタンスおよび抵抗などの電流関連パラメータを決定するのに役立つ（ＭＯＳＦＥＴの抵抗は、ＭＯＳＦＥＴがオン後にチャネルによって制御される）。重要なことには、これらのパラメータが、デバイスの動作速度および電力散逸によって測定されるようなＭＯＳＦＥＴの性能にとって極めて重要である。低チャネル抵抗（より短いチャネル長で提供されるような）は電力散逸を削減し、デバイス効率を増加させることが認識される。
【０００５】
ＭＯＳＦＥＴ性能を改良するための従来のアプローチは、ＭＯＳＦＥＴチャネルの長さを短縮するという努力を含んでいる。ＭＯＳＦＥＴのチャネル寸法は、デバイスボディへの不純物の拡散によって確立されるであろう接合（例えば、ｎ型領域とｐ型領域間の境界面）によって定義されてもよい。拡散深度などの拡散特徴は、チャネル長を確立するのに役立つ。事実、幾つかの従来のプロセスでは、拡散深度のみがチャネル長を決定してもよい。他の従来のプロセスでは、ＭＯＳＦＥＴトレンチの深度はチャネル長を決定する際の１つの要因であってもよい。
【０００６】
幾つかの場合では、拡散深度、したがってＭＯＳＦＥＴチャネル長は、インプラントエネルギーおよび温度の適切な管理によって制御されることが認識される。しかしながら、材料変動が拡散特徴に対して大きな影響を有する場合には、小さい距離で問題が生じることがある。また、拡散特徴の管理がより困難になると、拡散の制御によるチャネル長の確立がより困難になる。
【０００７】
他の従来のアプローチでは、拡散によってのみ達成可能な長さを超えるチャネル長を小さくする試みがなされてきた。このようなアプローチの１つでは、ＭＯＳＦＥＴトレンチ深度は、極めて短いチャネル長を達成するために使用されてきた。しかしながら、このような場合、（例えば、コンタクトインプラント、コンタクト−クランピングインプラントおよびボディインプラントなどの）ＭＯＳＦＥＴ構造のボディに形成されるｐ型領域の深さに対するＭＯＳＦＥＴトレンチの深さの関係は慎重に管理される必要がある。重要なことは、トレンチ底部がより浅いか、ＭＯＳＦＥＴボディに形成されているｐ型領域と同等の深さである場合、重大なピンチングが生じることがある。
【０００８】
図１Ａは従来のトレンチＭＯＳＦＥＴ１００を示している。ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート１０３−ソース１０１電圧（例えば、Ｖｇｓ）が閾値電圧より大きい場合、電流はＭＯＳＦＥＴ１００内をドレイン１０５からソース１０１に流れる。より短いチャネル長およびより浅いトレンチ深度にデバイスをスケーリングするために、ｎ型ドーパント（ｎチャネルデバイスについて）が、ｐ型ボディインプラントを補償し、かつチャネル底部を定めるようにトレンチ底部にインプラントされているトレンチ底部インプラントは、極めて短いチャネル長を提供することが分かっている。このインプラントはトレンチ底部に自己整列されているため、チャネル長はトレンチ深度によって決定される。
【０００９】
ｐ型ボディインプラント１０７は、図１Ｂに示されているようにトレンチ１０３の底部を覆うように移動するであろうことが認識される（破線参照）。トレンチ１０３の底部のこのような覆い（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）、つまり「ピンチング（ｐｉｎｃｈｉｎｇ）」は、ＭＯＳＦＥＴ１００のチャネルの抵抗（例えば、ｒｄｓｏｎ）を実質的に増加させるであろうし、またＭＯＳＦＥＴ性能をかなり低下させるであろう。言い換えると、トレンチ底部が、コンタクトインプラントおよびコンタクト−クランピングインプラントによって定められたｐ型領域の深さと同程度に浅くなって、高ｒｄｓｏｎをもたらすようにかなりのピンチングがトレンチ深度で生じる。トレンチの使用によって規定される短チャネル長の達成を容易にする従来の技術は、極めて短いトレンチ深度で生じうるこのようなピンチングに効果的に対処する手段を含んでいない。
【発明の開示】
【００１０】
少なくとも、本明細書は短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスを開示している。このプロセスは、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチの底部に第１のインプラントを形成することと、その向き（orientation）が傾いており、かつトレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチに対して垂直に仕向けられた第２の、すなわち、角度付きインプラントを形成すること、を含むことができる。第２のインプラントは、それがトレンチの底部に達しないように調整可能である。一実施形態では、角度付きインプラントはｎ型材料であってもよい。
【００１１】
従って、チャネル長がＭＯＳＦＥＴトレンチ深度によって定められる短チャネル長でのピンチングを防止する有効な手段のニーズがある。本発明の実施形態は上記必要性を達成するプロセスを提供する。
【００１２】
例えば、一実施形態では、ピンチング防止インプラントとトレンチ底部インプラントの組み合わせが、チャネルを通る電流に対して相応に低い抵抗を特徴とする短ＭＯＳＦＥＴチャネル長を容易にするために使用されてもよい。一実施形態では、ピンチング防止インプラントはピンチオフを防止し、トレンチ底部インプラントはＭＯＳＦＥＴチャネルの底部を定める。従って、ピンチング防止インプラントとトレンチ底部インプラントの組み合わせは、極めて短いＭＯＳＦＥＴトレンチ深さおよびチャネル長で、ピンチオフのないトランジスタ動作を可能にする。
【００１３】
一実施形態では、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴを形成するプロセスが、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチの底部に第１のインプラントを実行するステップと、その向きが傾いており、例えば角度付けされており、かつ、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチに直交して仕向けられた第２のインプラントを実行するステップとを含んでいる。第２のインプラントは、トレンチの底部に達しないように調整される。一実施形態では、第２のインプラントはｎ型の角度付きインプラントである。一実施形態では、角度付きインプラントはコンタクトウィンドウを介して仕向けられる。他の実施形態では、結果として得られるＭＯＳＦＥＴは厚い底部酸化膜の短チャネルを有しており、また低ドープトエピタキシャル層を有してもよい。他の実施形態では、得られるＭＯＳＦＥＴは厚い底部酸化膜の短チャネルを有しており、また低ドープトエピタキシャル層を有してもよい。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の利点は、図面に示されている好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことで、当業者に明らかになる。
本明細書に組み込まれており、かつこの明細書の一部を形成している添付の図面は本発明の実施形態を図示しており、また説明に伴って本発明の原理を説明している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施形態、幾つかの例が添付の図面に図示されている、について詳細に言及する。本発明は好ましい実施形態と関連して説明されるが、本発明をこれらの実施形態に限定することは意図していない点が理解される。反対に、本発明は代替例、修正および均等物を含むことを意図しており、これらは、添付の特許請求の範囲によって定められるように本発明の趣旨および範囲に含まれる。さらに、本発明に関する以下の詳細な説明において、本発明に関する徹底した理解を提供するために多数の具体的詳細が説明されている。しかしながら、本発明はこれらの具体的詳細なしでも実施可能であることが当業者には明らかである。また、他の幾つかの場合には、周知の方法、手順、構成部品および回路は、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、詳細には説明されていない。
【００１６】
本明細書において、用語ｒｄｓｏｎの使用は、ドレイン−ソース「オン」抵抗を示しており、Ｑｇはゲート電荷を示すものであり、Ｑｇｄはゲート−ドレイン電荷を示すものであることが理解されるはずである。加えて、本発明の実施形態はＮＭＯＳＦＥＴ構造を参照して説明されるが、本明細書に開示されている原理はＰＭＯＳＦＥＴデバイスにも等しく適用可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ
【００１８】
図２Ａは、本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴデバイス２００の要素を示している。一実施形態では、角度付けられたピンチング防止インプラント２０７とトレンチ底部インプラント２０５の組み合わせは、電流に対して相応に低い抵抗（ｒｄｓｏｎ）を特徴とする短ＭＯＳＦＥＴチャネル長の確立を容易にするために使用される。一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はピンチオフを防止し、トレンチ底部インプラント２０５はＭＯＳＦＥＴチャネルの底部を定める。
【００１９】
従って、ピンチング防止インプラント２０７とトレンチ底部インプラント２０５の組み合わせは、極めて短いＭＯＳＦＥＴトレンチ深度およびチャネル長でのピンチオフのないＭＯＳＦＥＴ動作を可能にする。図２Ａの実施形態において、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ２００は、基板２０１と、トレンチ２０３と、トレンチ底部インプラント２０５と、ｐ型ボディインプラント２０６と、ピンチング防止インプラント２０７と、チャネル２０８と、コンタクト２０９と、コンタクトウィンドウ２１０と、ｐ型コンタクトインプラント２１１と、ｐ型コンタクト−クランピングインプラント２１３と、を含んでいる。
【００２０】
図２Ａを参照すると、トレンチ２０３は基板２０１のボディ内に延びている。一実施形態では、トレンチ底部インプラント（例えば、２０５）はトレンチ２０３の底部に形成される。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５は、チャネル２０８を定め、また基板２０１のボディに形成されるｐ型ボディインプラント２０６を補償するように作用する。一実施形態では、ｎ型ドーパントがトレンチ底部インプラント２０５を形成するために使用されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５はトレンチ２０３の底部に自己整列(self-aligned)されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５の形成は、傾斜されてもされなくてもよく、トレンチ２０３のエッチングの等方性段階の前後いずれで実行されてもよい。
【００２１】
一実施形態では、角度付きピンチング防止インプラント２０７は、その向き(orientation)が傾いており、またトレンチ２０３の底部に達しないように調整されたｎ型ドーパントを使用して、コンタクトウィンドウ２１０を通した基板２０１へのインプラントによって形成されるであろう。一実施形態では、これは、ピンチング防止インプラント２０７のドース量およびエネルギーを調整することによって達成可能である。一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はトレンチ２０３に対して垂直に配置される。図２Ｂは、本発明の一実施形態に従ったピンチング防止インプラント２０７の例示的な向きを図示している。より具体的には、図２Ｂは、本発明の一実施形態に従った、ピンチング防止インプラント２０７が傾斜しており、かつトレンチ２０３に対して垂直に配置される様式を示している。
【００２２】
図２Ａを再度参照すると、一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７は、コンタクトインプラント２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３によって形成されたｐ型領域を、これらの領域が浅いままであるように、閉じ込めるように動作することが認識されるはずである。コンタクト２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３の閉じ込めは、トレンチ２０３の底部付近に生じ、コンタクトインプラント２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３と関連し得るピンチングを防止することが認識されるはずである。ピンチング防止インプラント２０７の閉じ込め作用なしでは、コンタクトインプラント２１１およびコンタクト−クランピングインプラント２１３は、トレンチ２０３の底部よりも深くＭＯＳＦＥＴのボディ内に延び（例えば、トレンチ底部を覆い）、それは、チャネル２０８の抵抗（ｒｄｓｏｎ）の相当な増加をもたらすであろう。
【００２３】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はコンタクトエッチングが実行された後に形成されてもよい。一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７はトレンチ２０３の底部に達しないように形成されているため、トレンチ２０３の底部付近のｎ型ドーパントの蓄積と関連するであろうＱｇｄの増加が回避できる。
【００２４】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７は、トレンチ底部インプラント２０５を形成するのに使用されるインプラントドース量の低減を可能にする。これはまた、（トレンチ２０３の底部付近のｎ型ドーパントの蓄積を最小化するため）Ｑｇｄのさらなる低減をもたらす。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５とピンチング防止インプラント２０７の組み合わせは、従来の３００Ｍセルプロセスと比較して、ｒｄｓｏｎ２＊Ｑｇｄおよびｒｄｓｏｎ２＊Ｑｇにおける２５％を超える改良を提供するであろう。
【００２５】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント２０７は、１４〜１８度の傾斜、およびトレンチ２０３に対して垂直の２つのツイスト角度で４ｅ１３ ２０Ｋｅｖリンを使用して形成されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント２０５は、９ｅ１１ ４０Ｋｅｖヒ素を使用して形成されてもよい。
【００２６】
図２Ｃはピンチング防止インプラント２０７の使用の結果を図示している（トレンチ底部インプラントは図２Ｃには示されていない）。図２Ｃにおいて、ＭＯＳＦＥＴ動作中のｐ型領域の様相が示されている。図示のように、ＭＯＳＦＥＴ動作中、ｐ−ボディ、コンタクトおよびコンタクト−クランピングインプラントによって形成されたｐ型領域が、トレンチ２０３の底部を覆うことが防止される。破線は、ピンチング防止インプラント２０７が用いられない場合にｐ型領域が動作中に現れるであろう様子を示している。
【００２７】
本発明の例示的な実施形態は、（１）トレンチ底部インプラントの使用、（２）傾斜され、かつ、トレンチに対して垂直に配置されるピンチング防止インプラントの使用、（３）低いエネルギーの使用によるボディ２０６、ソースインプラント２０９、コンタクトインプラント２１１、コンタクト−クランピングインプラント２１３の形成、を特徴とする。
【００２８】
図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ（例えば、図２Ａの２００）の製造工程を図示している。図３Ａは、基板３０１と、エピ１(ｅｐｉ１)３０３と、エピ２(ｅｐｉ２)３０５と、を示している。一実施形態では、これらの構造は、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ（例えば、図２Ａの２００）の製造の初期段階で形成される。一実施形態では、本明細書に開示されているトレンチ底部インプラント（例えば、図２Ａの２０５、および以下の図３Ｃの３０９）は有効なエピ厚さを低減するため、一般的に使用されるより高い電圧のエピスタック３０８が、所望のブレークダウン電圧を達成するために用いられてもよい。
【００２９】
図３Ｂは、図３Ａを参照して説明された構造に加えて、トレンチ３０７を示している。一実施形態では、トレンチ３０７は少なくとも部分的に等方エッチングによって形成されてもよい。図３Ａ〜図３Ｅの実施形態では、結果として得られるＭＯＳＦＥＴのチャネル長は、トレンチ深さ（トレンチエッチングの深さによって決定される）によって定められてもよい。一実施形態では、トレンチは、およそ０．６μｍの深さにエッチングされてもよい。代替の実施形態では、他のトレンチ深さが用いられてもよい。一実施形態では、トレンチ３０７の幅は、Ｑｇｄ／Ｑｇｓを改良する手段として減縮されてもよい。
【００３０】
短トレンチ深さは、著しいピンチングに対して影響を受けやすくなることをもたらす一方、より大きなトレンチ深さは、より高いＱｇｄをもたらすことに認識するべきである。例示的な実施形態では、本明細書に説明されているピンチング防止インプラント（例えば、図２Ａの２０７）は、ピンチングを防止し、Ｑｇｄの低下を助けることによってこれらの問題に対処する。
【００３１】
一実施形態では、等方性犠牲ゲート酸化膜エッチングの深さは、トレンチ底部コーナー付近の電界を低減するために０．０７５μｍに選択されてもよい。他の実施形態では、他の等方性犠牲ゲート酸化膜エッチングの深さが、トレンチ底部コーナー付近の電界を低減する手段として用いられてもよい。
【００３２】
図３Ｃは、図３Ｂを参照して説明された構造に加えて、トレンチ底部インプラント３０９を示している。一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９は、トレンチエッチングの等方性部分に続いて、かつ犠牲酸化操作の前に形成されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９は、ＭＯＳＦＥＴチャネルを定め、かつ基板３０１のボディに形成されるであろうｐ型ボディインプラント（例えば、図２Ａの２０６、および以下の図３Ｄの３１５）を補償するように作用する。一実施形態では、ｎ型ドーパントが、トレンチ底部インプラント３０９を形成するのに使用されてもよい。一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９はトレンチ３０７の底部に自己整列(self-aligned)されてもよい。
【００３３】
一実施形態では、トレンチ底部インプラント３０９は、およそ９ｅ１１、４０ＫｅＶの低ドース量かつ低エネルギーのヒ素インプラントであってもよい。他の実施形態では、他のインプラントドーパント、ドース量およびエネルギーが使用されてもよい。
【００３４】
図３Ｄは、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明された構造のすべてに加えて、ゲート酸化膜３１１と、ポリシリコン（ｐｏｌｙ）３１３と、ｐ型ボディインプラント３１５と、ソースインプラント３１７と、ボロン・リン添加シリケートガラス（ＢＰＳＧ）３１９とを示している。一実施形態では、ゲート酸化膜３１１は３００Ａ以下の厚さの厚い底部酸化膜であってもよい。他の実施形態では、ゲート酸化膜３１１は他の厚さの厚い底部酸化膜であってもよい。
【００３５】
図３Ｅは、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明された構造のすべてに加えて、ピンチング防止インプラント３２１と、コンタクトインプラント３２３と、コンタクト−クランピングインプラント３２５と、コンタクトウィンドウ３２７および３２９と、を示している。一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１は基板３０１に形成され、また、その向きが傾斜しており、かつ、トレンチ３０７の底部に達しないように調整される。一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１は、トレンチ３０７に対して垂直に配置されているｎ型ドーパントとして実現される。一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１は、コンタクトインプラント３２３およびコンタクト−クランピングインプラント３２５によって形成されたｐ型領域を閉じ込めるように作用する。結果として、ｐ型インプラント領域は浅いままであり、トレンチの底部付近のピンチングが避けられる（図２Ｃと関連した上記説明を参照）。
【００３６】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１を実現するためにリンが用いられてもよい。ピンチング防止インプラント３２１は、Ｑｇｄの低減に寄与する低ドース量のトレンチ底部インプラント３０９の使用を容易にすることが認識されるはずである。
【００３７】
一実施形態では、ピンチング防止インプラント３２１はコンタクトウィンドウ３２７および３２９を通してインプラントされてもよい。一実施形態では、Ｑｇｄは４μｍのコンタクト深さで最適化されてもよい。他の実施形態では、Ｑｇｄは他のコンタクト深さで最適化されてもよい。一実施形態では、４μｍのコンタクト深さによって、Ｑｇｄを増加させないで、したがってｒｄｓｏｎを低減させないで、より高いドース量のピンチング防止インプラントの使用が可能になる。他の実施形態では、他のコンタクト深さによって、Ｑｇｄを増加させないで、したがってｒｄｓｏｎを低減させないで、より高いドース量のピンチング防止インプラントの使用が可能になる。
【００３８】
一実施形態では、使用されるであろう最大傾斜角度は、シャドーイング(shadowing)を回避するためには１８度である。別の実施形態では、他の傾斜角度（１４度など）がシャドーイングを回避するために使用されてもよい。一実施形態では、名目インプラント(nominal implant)は、１８度の傾斜および２つのツイスト角度（トレンチに対して垂直）で４ｅｖ１３／１２０Ｋｅｖ（リン）であってもよい。他の実施形態では、名目インプラントは異なる傾斜およびツイスト角度を伴うことがある。一実施形態では、２つのツイスト角度での２つのピンチング防止インプラント３２１は、ストリップセルアプリケーションに用いられてもよい点が認識されるはずである。
【００３９】
一実施形態では、コンタクトクランプインプラント３２５は、ピンチングを回避または低減するために最適化されてもよい。一実施形態では、１ｅ１３のホウ素ドース量および４０ＫｅＶエネルギーが、ピンチングを回避または低減するためにコンタクト−クランピングインプラント３２５を最適化するのに用いられてもよい。他の実施形態では、ピンチングを回避または低減するためにコンタクト−クランピングインプラント３２５を最適化するのに他のドース量が用いられてもよい。一実施形態では、低エネルギーコンタクトインプラント３２３は、わずかにエネルギーにおいて低減される。
【００４０】
本発明の実施形態に従った例示的プロセス
【００４１】
図４は、本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスで実行されるステップのフローチャート４００である。具体的なステップがフローチャート４００に開示されているが、このようなステップは例示にすぎない。つまり、本発明は、種々の他のステップや、図４に示されているステップの変形を実行するのに十分適している。
【００４２】
ステップ４０１において基板が形成されて、ステップ４０３においてトレンチがこの基板に形成される。続いて、ステップ４０５において、第１のインプラントが、作製されたトレンチＭＯＳＦＥＴ（例えば、図２Ａの２００）の底部（図２Ａの２０３）に形成される。一実施形態では、第１のインプラントはトレンチ底部インプラント（例えば、図２Ａの２０５）である。一実施形態では、トレンチ底部インプラント（例えば、図２Ａの２０５）は、ＭＯＳＦＥＴチャネル（例えば、図２Ａの２０８）を定め、かつ基板（例えば、図２Ａの２０１）のボディに形成されるであろうｐ型ボディインプラント（例えば、図２Ａの２０６）を補償するように作用する。
【００４３】
ステップ４０７において、その向きが傾いており、かつＭＯＳＦＥＴトレンチに対して垂直に仕向けられる第２のインプラントが形成される。第２のインプラントは、ＭＯＳＦＥＴトレンチの底部に達しないように調整される。一実施形態では、第２のインプラントはピンチング防止インプラント（例えば、図２Ａの２０７）である。一実施形態では、ピンチング防止インプラント（例えば、図２Ａの２０７）はコンタクトインプラント（例えば、図２Ａの２１１）およびコンタクト−クランピングインプラント（例えば、図２Ａの２１３）によって形成されるｐ型領域を閉じ込めるのに使用できることが認識される。コンタクト（例えば、図２Ａの２１１）およびコンタクト−クランピングインプラント（例えば、図２Ａの２１３）の閉じ込めは、ＭＯＳＦＥＴトレンチ（例えば、図２Ａの２０３）の底部付近に生じ、かつコンタクトインプラント（例えば、図２Ａの２１１）およびコンタクト−クランピングインプラント（例えば、図２Ａの２１３）と関連し得るピンチングを防止することが認識されるはずである。
【００４４】
一実施形態では、例示的な実施形態のドーピングプロファイルは、基板レベルにまで上昇する前のブレークダウンにおいて空乏層の端縁で最小であってもよいドーピングレベルを含んでもよい。他の実施形態では、他のドーピングプロファイルが使用されてもよい。一実施形態では、ｎ型埋め込み層インプラントが、Ｑｇｄを増加させずにエピ抵抗をさらに低減するために、基板とアンドープト・エピ層との間の界面で追加マスクを使用して組み込まれることが可能である。
【００４５】
例示的な実施形態を参照して上述されているように、本発明は短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスを提供する。この方法は、トレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチの底部に第１のインプラントを形成するステップと、その向きが傾いており、かつトレンチＭＯＳＦＥＴのボディに形成されたトレンチに対して垂直に方向付けされる第２のインプラントを形成するステップとを含んでいる。第２のインプラントは、トレンチの底部に達しないように調整される。
【００４６】
表１は、標準Ｇ４プロセスと本発明の一実施形態に従った例示的短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴプロセスの性能の相違点の概要である。
【表１】
【００４７】
本発明の具体的な実施形態に関する上記説明は、例証のためになされたものである。これらは、包括的であること、つまり本発明を開示されている正確な形態に限定することを意図してはおらず、当然多数の修正および変形例が上記教示に照らして可能である。これらの実施形態は、本発明の原理およびこの実施の用途をよく説明するために選択および説明されており、これによって当業者は、想定されている具体的な使用に適している種々の修正によって本発明および種々の実施形態を利用することができる。本発明の範囲は以下の添付の請求項およびこれらの均等物によって定義されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】従来のトレンチＭＯＳＦＥＴデバイスを示している。
【図１Ｂ】ｐ−ボディを備えたトレンチの底部のピンチングすなわち覆いによって、ｒｄｓｏｎが増加することを示している。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの要素を示している。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従ったピンチング防止インプラントの例示的な向きを図示している。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従ったピンチング防止インプラントを用いることの効果を示している。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成ステップを示している。
【図４】本発明の一実施形態に従った短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴの形成プロセスで実行されるステップのフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴを形成するための方法であって、
前記トレンチＭＯＳＦＥＴのトレンチの底部に第１のインプラントを形成することと、
その向きが傾いており、かつ前記トレンチに対して垂直に方向付けられた第２のインプラントを形成することと、を備え、前記第２のインプラントが、前記トレンチの底部に達しないように調整される、方法。
【請求項２】
前記第１のインプラントが前記トレンチ底部に自己整列されており、かつ前記チャネル底部を定める、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のインプラントがピンチング防止インプラントである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記トレンチが、前記トレンチＭＯＳＦＥＴのチャネル長を決定する深さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のインプラントが、前記トレンチＭＯＳＦＥＴのコンタクトおよびコンタクト−クランピングインプラントの形成前に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のインプラントが２つのツイスト角度で形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のインプラントが前記トレンチＭＯＳＦＥＴのコンタクトウィンドウを介して実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴを形成するための方法であって、
基板を形成することと、
前記基板にトレンチを形成することと、
前記トレンチの底部にトレンチ底部インプラントを形成することと、
その向きが傾いており、かつ前記トレンチに対して垂直に方向付けられた第２のインプラントを形成することと、を備え、前記第２のインプラントが前記トレンチの前記底部に達しない、方法。
【請求項１１】
前記トレンチ底部インプラントが前記トレンチ底部に自己整列され、かつチャネル底部を定める、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のインプラントがピンチング防止インプラントである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記トレンチが、チャネル長を決定する深さを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のインプラントが、コンタクトおよびコンタクト−クランピングインプラントの形成前に形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のインプラントが２つのツイスト角度で形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記トレンチ底部インプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のインプラントが前記トレンチＭＯＳＦＥＴのコンタクトウィンドウを介して実行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
基板と、
前記基板に形成されたトレンチと、
前記トレンチの底部に形成された第１のインプラントと、
その向きが傾いており、かつ前記トレンチの前記底部に達しないように調整された、前記基板に形成された第２のインプラントと、を備える、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２０】
前記第１のインプラントが前記トレンチ底部に自己整列され、かつチャネル底部を定める、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２１】
前記第２のインプラントがピンチング防止インプラントである、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２２】
前記トレンチが、チャネル長を決定する深さを有する、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２３】
前記第２のインプラントが、コンタクトインプラントおよびコンタクト−クランピングインプラントの形成前に形成される、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２４】
前記第２のインプラントが２つのツイスト角度で形成される、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２５】
前記第１のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２６】
前記第２のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項２０に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項１】
短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴを形成するための方法であって、
前記トレンチＭＯＳＦＥＴのトレンチの底部に第１のインプラントを形成することと、
その向きが傾いており、かつ前記トレンチに対して垂直に方向付けられた第２のインプラントを形成することと、を備え、前記第２のインプラントが、前記トレンチの底部に達しないように調整される、方法。
【請求項２】
前記第１のインプラントが前記トレンチ底部に自己整列されており、かつ前記チャネル底部を定める、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のインプラントがピンチング防止インプラントである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記トレンチが、前記トレンチＭＯＳＦＥＴのチャネル長を決定する深さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のインプラントが、前記トレンチＭＯＳＦＥＴのコンタクトおよびコンタクト−クランピングインプラントの形成前に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のインプラントが２つのツイスト角度で形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のインプラントが前記トレンチＭＯＳＦＥＴのコンタクトウィンドウを介して実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴを形成するための方法であって、
基板を形成することと、
前記基板にトレンチを形成することと、
前記トレンチの底部にトレンチ底部インプラントを形成することと、
その向きが傾いており、かつ前記トレンチに対して垂直に方向付けられた第２のインプラントを形成することと、を備え、前記第２のインプラントが前記トレンチの前記底部に達しない、方法。
【請求項１１】
前記トレンチ底部インプラントが前記トレンチ底部に自己整列され、かつチャネル底部を定める、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のインプラントがピンチング防止インプラントである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記トレンチが、チャネル長を決定する深さを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のインプラントが、コンタクトおよびコンタクト−クランピングインプラントの形成前に形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のインプラントが２つのツイスト角度で形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記トレンチ底部インプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のインプラントが前記トレンチＭＯＳＦＥＴのコンタクトウィンドウを介して実行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
基板と、
前記基板に形成されたトレンチと、
前記トレンチの底部に形成された第１のインプラントと、
その向きが傾いており、かつ前記トレンチの前記底部に達しないように調整された、前記基板に形成された第２のインプラントと、を備える、短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２０】
前記第１のインプラントが前記トレンチ底部に自己整列され、かつチャネル底部を定める、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２１】
前記第２のインプラントがピンチング防止インプラントである、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２２】
前記トレンチが、チャネル長を決定する深さを有する、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２３】
前記第２のインプラントが、コンタクトインプラントおよびコンタクト−クランピングインプラントの形成前に形成される、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２４】
前記第２のインプラントが２つのツイスト角度で形成される、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２５】
前記第１のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項１９に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２６】
前記第２のインプラントがｎ型ドーパントを含む、請求項２０に記載の短チャネルトレンチＭＯＳＦＥＴ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【公表番号】特表２００９−５４１９７３（Ｐ２００９−５４１９７３Ａ）
【公表日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５６４７１（Ｐ２００８−５５６４７１）
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００５０３３
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１００８０３
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（５０８２４７８９９）
【出願人】（５０８２４７８８８）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００５０３３
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１００８０３
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（５０８２４７８９９）
【出願人】（５０８２４７８８８）
【Ｆターム（参考）】
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