JP2000299457A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
ラツキおよび製品変動が小さい双方向性ダイオードを有
する半導体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ゲート電極27を溝23内部に設けたP
チャネル型パワーMOSFETの双方向性ダイオード3
4はP型ポリシリコン層36をN+ 型ポリシリコン層3
5で挟む導電型のP−N接合構造としている。P型ポリ
シリコン層36を形成するためのイオン注入はウェーハ
表面をポリシリコン膜で被覆後ポリシリコンブロックを
形成する前に行い、かつ、P型ポリシリコン層36を形
成するためのイオン注入後の熱拡散はベース領域29を
形成するためのイオン注入後の熱拡散と同時に行い、更
にN+ 型ポリシリコン層35を形成するためのイオン注
入及び熱拡散はコンタクトベース領域29aを形成する
ためのイオン注入及び熱拡散と同時に行う。
Description
の製造方法に関し、特に、ゲート電極を溝内部に設けた
縦型のPチャネル型パワーMOSトランジスタと、この
MOSトランジスタを保護するポリシリコンからなる双
方向性ダイオードとを有した半導体装置及びその製造方
法に関する。
FETは、チップのセル部にトランジスタ機能を有する
多数の並列接続されたユニットセルが配置され、ゲート
パッド部には外部への電気的接続のためのゲートパッド
の周りにポリシリコンからなるゲート保護のための双方
向性ダイオードが配置された構造が一般的である。この
MOSFETはチャネルが半導体本体の溝深さ方向に形
成され、チャネルが半導体本体の面方向に形成されるゲ
ートプレーナ型のMOSFETに比較してユニットセル
の高集積化が可能であり、単位面積あたりのチャネル幅
を大きくとれ、素子の低オン抵抗化に非常に有効である
ことが知られている。以下、従来のPチャネル型パワー
MOSFETについて、図5を参照して説明する。
であるP+ 型半導体基板2と、この半導体基板2上に設
け、セル部Aの表面にU字型溝3が格子状に形成される
と共にゲートパッド部Bに凹部4が形成されたエピタキ
シャル層5とを有している。まず、セル部Aについて説
明する。エピタキシャル層5表面に形成されたU字型溝
3の内部にゲート酸化膜6を介してポリシリコンからな
るゲート電極7が形成されている。エピタキシャル層5
はエピタキシャル層5の初期層であり低濃度P型である
P- 型ドレイン領域8と、このドレイン領域8表面層の
U字型溝3により分離された領域にU字型溝3より浅く
設けたN型ベース領域9と、ベース領域9の表面層に設
けたN+ 型コンタクトベース領域9aおよびP+ 型ソー
ス領域10とを含んでいる。エピタキシャル層5上には
ゲート電極7を被覆するように層間絶縁膜11を設け、
更にその上には層間絶縁膜11のコンタクトホールを通
してソース領域10およびコンタクトベース領域9a表
面とオーミック接触により電気的接続するアルミニウム
を主金属とするソース電極12を設けている。ソース電
極12はその一部を外部への電気的接続のためのソース
パッドとしている。
る。エピタキシャル層5表面に形成された凹部4内面に
フィールド酸化膜13を設け、このフィールド酸化膜1
3上の外周にポリシリコンからなる双方向性ダイオード
14を設けている。双方向性ダイオード14はP+ 型ポ
リシリコン層15−N型ポリシリコン層16−P+ 型ポ
リシリコン層15−N型ポリシリコン層16−P+ 型ポ
リシリコン層15のP−N接合により構成されている。
この双方向性ダイオード14を被覆するようにフィール
ド酸化膜13および双方向性ダイオード14上にセル部
Aと共通の層間絶縁膜11を設けている。層間絶縁膜1
1上には層間絶縁膜11のコンタクトホールを通して双
方向性ダイオード14の最外周部(図5では右端側)の
P+ 型ポリシリコン層15と電気的接続したセル部Aと
共通のソース電極12と、双方向性ダイオード14の最
内周部(図5では左端側)のP+ 型ポリシリコン層15
と電気的接続した外部への電気的接続のためのゲートパ
ッド17を設けている。ゲートパッド17はゲート電極
7に図示しないゲート配線により接続されている。
のPチャネル型パワーMOSFETの双方向性ダイオー
ド14は、P+ /N/P+ /N/P+ とN型ポリシリコ
ン層16をP+ 型ポリシリコン層15で挟む導電型のP
−N接合構造としており、その形成は、N型ポリシリコ
ン層16をベース領域9と同時形成し、P+ 型ポリシリ
コン層15をソース領域10と同時形成しているため、
双方向性ダイオード14及びセル部Aを形成するための
不純物ドーズ量をそれぞれ独立に制御することができ
ず、P+ 型ポリシリコン層15及びN型ポリシリコン層
16を形成するための不純物ドーズ量は優先的に決定さ
れるソース領域10及びベース領域9を形成するための
不純物ドーズ量と同一となる。ソース領域10を形成す
るためのホウ素又は弗化ホウ素イオンのドーズ量は5×
1015cm−2程度に制御されるため同時形成される
P+ 型ポリシリコン層15の不純物濃度を十分高くする
ことができない。またP+ ポリシリコン層15をソース
領域10と同時形成しており、ホウ素イオン又は弗化ホ
ウ素イオンのイオン注入後の熱拡散時間が短いため、P
+ 型ポリシリコン層15をポリシリコンブロック内に十
分深く形成することができない。そのため、双方向性ダ
イオード14の降伏電圧波形はソフトとなり、双方向性
ダイオード14の動作抵抗が大きくなって、Pチャネル
型MOSFETの静電破壊耐量が低くなり、また双方向
性ダイオード14の降伏電圧値の製造バラツキ及び製品
での変動が大きいという問題がある。また仮にソース領
域10の濃度を更に高くできたとしても、P+ 型ポリシ
リコン層のホウ素がフィールド絶縁膜を突き抜ける虞が
ある。また、N型ポリシリコン層16の不純物濃度を単
独に制御できないため、双方向性ダイオード14の降伏
電圧値を任意に制御できないという問題がある。 従っ
て、本発明は上記の問題点を解決するためになされたも
ので、Pチャネル型MOSトランジスタの双方向性ダイ
オードをP型ポリシリコン層をN+ 型ポリシリコン層で
挟む導電型のP−N接合構造とし、P型ポリシリコン層
の不純物濃度の制御をセル部とは別工程で単独に制御す
ることにより双方向性ダイオードの降伏電圧波形をハー
ド波形とし、双方向性ダイオードの降伏電圧値の製造バ
ラツキ及び製品変動を小さく、かつ降伏電圧値を任意に
制御可能な半導体装置及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
体装置は、溝内部に設けたゲート電極への電圧印加によ
り溝の深さ方向にチャネルが形成されるPチャネル型パ
ワーMOSトランジスタと、このMOSトランジスタを
保護する双方向性ダイオードとを有する半導体装置にお
いて、前記双方向性ダイオードがP型ポリシリコン層と
これを挟む高濃度N型ポリシリコン層とのP−N接合構
造からなることを特徴とする。上記手段によれば、ポリ
シリコンの双方向性ダイオードをP型ポリシリコン層を
高濃度N型ポリシリコン層で挟む導電型のP−N接合構
造としているので、双方向性ダイオードの降伏電圧波形
はハードとなり、動作抵抗が小さくなる。また高濃度N
型ポリシリコン層の不純物濃度が高いため、層間絶縁膜
の製造工程での汚染に対しても高濃度N型ポリシリコン
層の表面層は影響されることはない。 (2)本発明に係る半導体装置の製造方法は上記(1)
項の半導体装置の製造方法であって、前記P型ポリシリ
コン層のためのP型不純物イオン注入層の形成は前記M
OSトランジスタのためのイオン注入とは独立に行うと
ともに、前記P型不純物イオン注入層の熱拡散は前記M
OSトランジスタのためのイオン注入後の熱拡散で行な
い、前記高濃度N型ポリシリコン層の形成は前記MOS
トランジスタのためのイオン注入およびこの後の熱拡散
で行なうことを特徴とする。上記方法によれば、P型ポ
リシリコン層を形成するためのイオン注入以外に新たに
工程を追加することなく、P型ポリシリコン層の不純物
のドーズ量の制御をセル部とは独立に行え、かつ、セル
部の不純物濃度や拡散深さに影響しないように行え、高
濃度N型ポリシリコン層はMOSトランジスタのための
イオン注入およびこの後の熱拡散と同時に高不純物濃度
に形成できる。 (3)本発明に係る半導体装置の製造方法は上記(2)
項において、前記P型不純物イオン注入層の形成を前記
P型およびN型ポリシリコン層にパターニングする前の
ポリシリコン膜の状態で行なうとともに、前記P型不純
物イオン注入層の熱拡散を前記MOSトランジスタのベ
ース領域形成のためのイオン注入後の熱拡散で行ない、
前記高濃度N型ポリシリコン層の形成は前記MOSトラ
ンジスタのコンタクトベース領域形成のためのイオン注
入およびこの後の熱拡散で行なうことを特徴とする。 (4)本発明に係る半導体装置は、セル部にU字型溝お
よびゲートパッド部に凹部が形成されセル部およびゲー
トパッド部に共通の低濃度P型ドレイン領域を含む半導
体本体を具備し、セル部において、前記半導体本体に含
まれ前記ドレイン領域の表面層で前記U字型溝に分離さ
れた領域に設けたN型ベース領域と、このベース領域の
表面層に設けた高濃度P型ソース領域と、前記U字型溝
の内面に設けたゲート酸化膜と、前記U字型溝にゲート
酸化膜を介して設けたポリシリコンからなるゲート電極
と、このゲート電極と層間絶縁膜で絶縁し前記ベース領
域およびソース領域に電気的接続したアルミニウムを主
金属とするソース電極とを具備し、ゲートパッド部にお
いて、前記凹部内に設けたフィールド酸化膜と、このフ
ィールド酸化膜上に前記層間絶縁膜を介して設けたアル
ミニウムを主金属とするゲートパッドと、前記フィール
ド酸化膜上でこのゲートパッドの周りに設け、P型ポリ
シリコン層とこれを挟む高濃度N型ポリシリコン層とか
らなる双方向性ダイオードとを具備し、前記N型ポリシ
リコン層のうち、最外周部のN型ポリシリコン層に前記
ソース電極を電気的接続し、最内周部のN型ポリシリコ
ン層に前記ゲートパッドを電気的接続している。 (5)本発明に係る半導体装置は上記(4)項におい
て、前記半導体本体が半導体基板上に形成されたエピタ
キシャル層であることを特徴とする。 (6)本発明に係る半導体装置は上記(5)項におい
て、前記半導体基板が高濃度P型であることを特徴とす
る。 (7)本発明に係る半導体装置は上記(6)項におい
て、前記半導体基板が高濃度N型であることを特徴とす
る。 (8)本発明に係る半導体装置の製造方法は、ドレイン
領域となる低濃度P型半導体層を表面側に含む半導体本
体表面のセル部に初期溝とゲートパッド部に初期凹部と
を形成する第1工程と、第1工程完了後、前記初期溝お
よび初期凹部の内面にLOCOS酸化膜を形成すること
より初期溝がU字型溝および初期凹部が凹部に形状変形
された後、半導体本体表面をポリシリコン膜で被覆し、
このポリシリコン膜にP型イオン注入層を形成して後、
このポリシリコン膜をパターニングして前記凹部のLO
COS酸化膜上の外周にポリシリコンブロックを形成す
る第2工程と、第2工程完了後、前記LOCOS酸化膜
をマスクにN型不純物をイオン注入しその後熱拡散し
て、前記半導体層の表面層の前記U字型溝に分離された
領域にN型ベース領域を形成し、前記熱拡散により前記
P型不純物イオン注入層を熱拡散して前記ポリシリコン
ブロックをP型ポリシリコン層とする第3工程と、第3
工程完了後、前記P型ポリシリコン層の少なくとも最内
周部および最外周部と前記ベース領域表面の一部とを露
出させたレジストパターンを形成し、このレジストパタ
ーンをマスクに高濃度N型不純物をイオン注入しその後
熱拡散して、前記ベース領域表面層に高濃度N型コンタ
クトベース領域と前記P型ポリシリコン層の少なくとも
最内周部および最外周部に高濃度N型ポリシリコン層と
を形成し、前記ポリシリコンブロックを双方向性ダイオ
ードとする第4工程と、第4工程完了後、前記ベース領
域およびコンタクトベース領域の表面の一部と前記ダイ
オードの表面を被覆させたレジストパターンを形成して
後、このレジストパターンと前記LOCOS酸化膜とを
マスクに高濃度P型不純物をイオン注入しその後熱拡散
して、前記ベース領域の表面層に高濃度P型ソース領域
を形成する第5工程と、第5工程完了後、前記U字型溝
のLOCOS酸化膜を除去するとともに前記凹部のLO
COS酸化膜をフィールド酸化膜として残す第6工程
と、第6工程完了後、U字型溝内面を含む露出した半導
体本体表面にゲート酸化膜を形成した後、その上からポ
リシリコン膜で被覆し、このポリシリコン膜をパターニ
ングして、前記ソース領域表面の一部およびU字型溝の
ポリシリコン膜を残してゲート電極を形成する第6工程
と、第6工程完了後、その上から層間絶縁膜で被覆し、
この層間絶縁膜をパターニングして、前記コンタクトベ
ース領域およびソース領域の表面と前記ポリシリコンブ
ロックの最内周部および最外周部の高濃度N型ポリシリ
コン層の表面とを露出する第7工程と、第7工程完了
後、その上からアルミニウム膜で被覆し、このアルミニ
ウムを主金属とする金属膜をパターニングして、前記コ
ンタクトベース領域およびソース領域と前記最外周部の
高濃度N型ポリシリコン層とに電気的接続するソース電
極を形成し、前記最内周部の高濃度N型ポリシリコン層
に電気的接続するゲートパッドを前記フィールド絶縁膜
上のダイオード内側に前記層間絶縁膜を介して形成する
第8工程とを有する。
のPチャネル型パワーMOSFETおよびその製造方法
を図1乃至図4を参照して説明する。まず、構成を説明
すると、図1において、21は半導体本体で、高濃度P
型であるP+ 型半導体基板22と、この半導体基板22
上に設け、セル部Aの表面にU字型溝23が格子状に形
成されると共にゲートパッド部Bに凹部24が形成され
たエピタキシャル層25とを有している。セル部Aにつ
いて説明する。エピタキシャル層25表面に形成された
U字型溝23の内部にゲート酸化膜26を介してポリシ
リコンからなるゲート電極27が形成されている。エピ
タキシャル層25はエピタキシャル層25の初期層であ
り低濃度P型であるP- 型ドレイン領域28と、このド
レイン領域28表面層のU字型溝23により分離された
領域にU字型溝23より浅く設けたN型ベース領域29
と、ベース領域29の表面層に設けたN+ 型コンタクト
ベース領域29aおよびP+ 型ソース領域30とを含ん
でいる。エピタキシャル層25表面のU字型溝23によ
り分離された各領域の平面的な構造は図2に示すよう
に、ソース領域30は全体が略正方形であり、且つ、所
定の一定幅で離隔した非環状の略4等分に分割された3
角形の4分割ソース領域30aであり、ベース領域29
(コンタクトベース領域29aを含む)は4分割ソース
領域30a間の幅狭なソース分割ベース領域29bであ
る。エピタキシャル層25上にはゲート電極27を被覆
するように層間絶縁膜31を設け、更にその上には層間
絶縁膜31のコンタクトホールを通してソース領域30
およびコンタクトベース領域29a表面とオーミック接
触により電気的接続するアルミニウムを主金属とするソ
ース電極32を設けている。ソース電極32はその一部
を外部への電気的接続のためのソースパッドとしてい
る。
る。エピタキシャル層25表面に形成された凹部24内
面にフィールド酸化膜33を設け、このフィールド酸化
膜33上の周りにポリシリコンからなる双方向性ダイオ
ード34を設けている。双方向性ダイオード34はN+
型ポリシリコン層35−P型ポリシリコン層36−N+
型ポリシリコン層35−P型ポリシリコン層36−P+
型ポリシリコン層35のP−N接合により構成されてい
る。この双方向性ダイオード34を被覆するようにフィ
ールド酸化膜33および双方向性ダイオード34上にセ
ル部Aと共通の層間絶縁膜31を設けている。フィール
ド酸化膜33上の双方向性ダイオード34の内側には層
間絶縁膜31を介して外部への電気的接続のためのゲー
トパッド37を設けている。双方向性ダイオード34の
最外周部(図1では右端側)のN+型ポリシリコン層3
5には層間絶縁膜31のコンタクトホールを通してセル
部Aからソース電極32が跨り電気的接続しており、双
方向性ダイオード34の最内周部(図1では左端側)の
N+ 型ポリシリコン層35には層間絶縁膜31のコンタ
クトホールを通してゲートパッド37が跨り電気的接続
している。ゲートパッド37はゲート電極27に図示し
ないゲート配線により接続されている。
性ダイオード34をN+ /P/N+/P/N+ とP型ポ
リシリコン層36をN+ 型ポリシリコン層35で挟む導
電型構造としているので、双方向性ダイオード34の降
伏電圧波形はハードとなり、動作抵抗が小さくなるため
Pチャネル型パワーMOSFETの静電破壊耐量が向上
する。またN+ 型ポリシリコン層35の不純物濃度が高
いため、ゲートパッド37とN+ 型ポリシリコン層35
に挟まれた層間絶縁膜31の製造工程での汚染に対して
もN+ 型ポリシリコン層35の表面層は影響されること
はなく、双方向性ダイオード34の降伏電圧値の製造バ
ラツキ及び製品変動は小さくなり、設計どおりの降伏電
圧値で信頼性の高い双方向性ダイオード34を有するP
チャネル型パワーMOSFETを製造できる。
(e)〜(h)および図1を参照して説明する。先ず、
第1工程はこの工程の完了後を図3(a)に示すよう
に、半導体本体21として高濃度P型であるP+ 型半導
体基板22上に低濃度P型半導体層であるP- 型エピタ
キシャル層25を形成したウェーハを準備し、このエピ
タキシャル層25の表面に熱酸化法によりシリコン酸化
膜53を例えば、膜厚500オングストローム程度に形
成し、更にその上にシリコン窒化膜54をCVD法によ
り例えば、膜厚900オングストローム程度に成長させ
た後、フォトリソグラフィ法およびドライエッチ法によ
り選択的に窒化膜54、酸化膜53およびエピタキシャ
ル層25をエッチングして、セル部Aとなる領域に初期
溝55を格子状に形成すると共に、ゲートパッド部Bと
なる領域に初期凹部56を形成する。初期溝55および
初期凹部56は深さを例えば、1.3μmねらいでエッ
チングして形成される。
(b)に示すように、第1工程完了後、窒化膜54をマ
スクとして初期溝55および初期凹部56の内面を熱酸
化して例えば、膜厚7000オングストローム程度のL
OCOS酸化膜57を形成すると、初期溝55がU字型
溝23、および、初期凹部56が凹部24に形状変形さ
れる。その後、ウェーハの表面をCVD法によりポリシ
リコン膜で被覆し、この上からホウ素イオンまたは弗化
ホウ素イオンを例えば4.0×1014cm-2程度のドー
ズ量でイオン注入して表面にホウ素イオン注入層58を
形成する。この後、フォトリソグラフィ法およびドライ
エッチ法により、ゲートパッド部BのLOCOS酸化膜
57上にポリシリコン膜を残してポリシリコンブロック
59を形成する。
(c)に示すように、第2工程完了後、窒化膜54およ
び酸化膜53をウェットエッチ法により全面除去し、熱
酸化法によりイオン注入のためのシリコン酸化膜60を
例えば、膜厚100オングストローム程度に形成して
後、LOCOS酸化膜57をマスクにしてシリコン酸化
膜60を介してセル部Aの表面層内に選択的にヒ素イオ
ン又はリンイオンを例えば3.0×1013cm-2程度の
ドーズ量でイオン注入及び熱拡散してN型ベース領域2
9を形成する。このときの熱拡散によりホウ素イオン注
入層58も熱拡散され、ポリシリコンブロック59全体
がP型ポリシリコン層36となる。ヒ素イオン又はリン
イオンのイオン注入のとき露出されたポリシリコンブロ
ック59にもヒ素イオン又はリンイオンが同時に注入さ
れるがホウ素イオン注入層58よりドーズ量が少ないた
めP型ポリシリコン層36への影響はない。
(d)に示すように、第3工程完了後、フォトリソグラ
フィ法でのレジストパターン61をマスクにベース領域
29表面層に選択的にヒ素イオン又はリンイオンを例え
ば5.0×1015cm-2程度のドーズ量でイオン注入し
レジストパターン61を除去後に熱拡散してN+ 型コン
タクトベース領域29aを形成する。このとき同時に、
P型ポリシリコン層36の少なくとも最内周部および最
外周部(本実施例では最内周部および最外周部と中央
部)にも選択的にヒ素イオン又はリンイオンをイオン注
入及び熱拡散してN+ 型ポリシリコン層35を形成し、
N+ 型ポリシリコン層35−P型ポリシリコン層36−
N+ 型ポリシリコン層35−P型ポリシリコン層36−
N+ 型ポリシリコン層35のP−N接合からなる双方向
性ダイオード34を構成する。
(e)に示すように、第4工程完了後、LOCOS酸化
膜57及びレジストパターン62をマスクにベース領域
29およびベースコンタクト領域29aの表面層内に選
択的にホウ素イオン又は弗化ホウ素イオンを例えば5.
0×1015cm-2程度のドーズ量でイオン注入しレジス
トパターン62を除去してP+ 型ソース領域30を形成
する。ベース領域29、コンタクトベース領域29a及
びソース領域30が形成された後のエピタキシャル層2
5の元のままの領域はP- 型ドレイン領域28となる。
(f)に示すように、第5工程完了後、凹部24内のL
OCOS酸化膜57および双方向性ダイオード34をフ
ォトリソグラフィ法でのレジストパターン63でマスク
しウェットエッチ法によりU字型溝23内のLOCOS
酸化膜57とベース領域29、ベースコンタクト領域2
9aおよびソース領域30上の酸化膜60を除去するこ
とによりベース領域29、ソース領域30およびベース
コンタクト領域29aの表面と溝23の内面を露出さ
せ、凹部24に形成されたLOCOS酸化膜57をフィ
ールド酸化膜33として残す。
(g)に示すように、第6工程完了後、ベース領域2
9、ベースコンタクト領域29aおよびソース領域30
の表面と溝23の内面に熱酸化法によりゲート酸化膜2
6を形成する。ゲート酸化膜26の膜厚は、例えば、溝
23の内面のベース領域29上で500オングストロー
ム程度に形成される。以上の工程を経たウェーハの表面
をCVD法によりポリシリコン膜で被覆し、フォトリソ
グラフィ法およびドライエッチ法により、ソース領域3
0表面の一部および溝23のポリシリコン膜を残してゲ
ート電極27を形成する。
(h)に示すように、第7工程完了後、ウェーハの表面
を層間絶縁膜31で被覆し、この層間絶縁膜31および
酸化膜26をレジストパターンをマスクにエッチングし
ソース領域30及びコンタクトベース領域29aと双方
向性ダイオード34の最内周部および最外周部のN+型
ポリシリコン層35表面を露出させる。そして、このと
き使用したレジストパターンを除去する。
に示すように、第8工程完了後、ウェーハの表面をアル
ミニウムを主金属とする金属膜で被覆し、レジストパタ
ーンをマスクに不要部分をエッチングにより除去して、
セル部A上からゲートパッド部B上に跨がって、表面が
露出されたソース領域30及びコンタクトベース領域2
9aと双方向性ダイオード34の最外周部(図1では右
端側)のN+ 型ポリシリコン層35とに電気的接続した
ソース電極32を形成し、ゲートパッド部Bにおいて双
方向性ダイオード42の内側のフィールド酸化膜33上
に層間絶縁膜31を介して、双方向性ダイオード42の
最内周部(図1では左端側)の表面が露出されたN+ 型
ポリシリコン層35に電気的接続したゲートパッド37
を形成する。ソース電極32はその一部を外部への電気
的接続のためのソースパッドとしている。ゲートパッド
47は図示しないゲート配線を介してゲート電極27に
電気的に接続されている。
の双方向性ダイオード34をN+ /P/N+ /P/N+
とP型ポリシリコン層36をN+ 型ポリシリコン層35
で挟む導電型のP−N接合構造として形成するとき、P
型ポリシリコン層36を形成するためのイオン注入をウ
ェーハ表面をポリシリコン膜で被覆後ポリシリコンブロ
ック59を形成する前に行い、かつ、P型ポリシリコン
層36を形成するためのイオン注入後の熱拡散をベース
領域29を形成するためのイオン注入後の熱拡散と同時
に行うことにより、P型ポリシリコン層36を形成する
ためのイオン注入以外に新たに工程を追加することな
く、P型ポリシリコン層36の不純物のドーズ量の制御
をセル部Aとは独立に任意に行え、かつ、P型ポリシリ
コン層36の拡散深さをセル部Aの不純物濃度や拡散深
さに影響せずに十分深くでき、更にN+ 型ポリシリコン
層35を形成するためのイオン注入及び熱拡散はコンタ
クトベース領域29aを形成するためのイオン注入及び
熱拡散と同時に行うことにより、新たに工程を追加する
ことなく、N+ 型ポリシリコン層35は高不純物濃度に
形成できる。したがって、降伏電圧波形のハードで降伏
電圧値の製造バラツキ及び工程変動の小さい双方向性ダ
イオード34を有するPチャネル型パワーMOSFET
を安定して製造することができる。また、Pチャネル型
ポリシリコン層36の不純物濃度を制御することにより
双方向性ダイオードの降伏電圧値を任意に設定できる。
をN+ /P/N+ /P/N+ の導電型P−N接合構造で
説明したが、要求される降伏電圧値によりP−N接合の
段数を増減してもよい。また、セル部Aのエピタキシャ
ル層表面の平面的な構造を図2に示すソースが非環状パ
ターンのもので説明したが、これに限定されることな
く、他の非環状パターンやソース領域がベース領域を取
り囲む環状パターンであってもよい。また、U字型溝を
格子状に形成されたもので説明したが、ストライプ状に
形成されたものであってもよい。また、Pチャネル型パ
ワーMOSトランジスタをパワーMOSFETで説明し
たが、伝導度変調型MOSFETであってもよい。この
場合、半導体基板を高濃度N型とする。また、半導体本
体を半導体基板上にエピタキシャル層を成長させたもの
で説明したが、半導体基板だけで構成してもよい。また
Pチャネル型パワーMOSトランジスタは半導体集積回
路の中に含まれたものであってもよい。
リシリコンの双方向性ダイオードをP型ポリシリコン層
を高不純物濃度のN型ポリシリコン層で挟む導電型のP
−N接合構造としているので、双方向性ダイオードの降
伏電圧波形はハードとなり、動作抵抗が小さくなるため
Pチャネル型パワーMOSトランジスタの静電破壊耐量
が向上する。またN型ポリシリコン層の不純物濃度が高
いため、層間絶縁膜の製造工程での汚染に対してもN型
ポリシリコン層の表面層は影響されることはなく、双方
向性ダイオードの降伏電圧値の製造バラツキ及び製品変
動は小さくなり、信頼性の高い半導体装置を提供でき、
また製造歩留まりを向上させることができる。また本発
明の方法によれば、ポリシリコンの双方向性ダイオード
をP型ポリシリコン層を高不純物濃度のN型ポリシリコ
ン層で挟む導電型構造として形成するとき、P型ポリシ
リコン層を形成するためのイオン注入をウェーハ表面を
ポリシリコン膜で被覆後ポリシリコンブロックを形成す
る前に行い、かつ、P型ポリシリコン層を形成するため
のイオン注入後の熱拡散をベース領域を形成するための
イオン注入後の熱拡散と同時に行い、N型ポリシリコン
層を形成するためのイオン注入及び熱拡散はコンタクト
ベース領域を形成するためのイオン注入及び熱拡散と同
時に行うことにより、P型ポリシリコン層を形成するた
めのイオン注入以外に新たに工程を追加することなく、
P型ポリシリコン層の不純物のドーズ量の制御をセル部
とは独立に行え、かつ、セル部の不純物濃度や拡散深さ
に影響しないように行え、N型ポリシリコン層はコンタ
クトベース領域と同時に高不純物濃度に形成でき、降伏
電圧波形のハードで降伏電圧値の製造バラツキ及び工程
変動の小さい双方向性ダイオードを有する半導体装置を
安定して製造することができる。また、P型ポリシリコ
ン層の不純物濃度を制御することによりダイオードの段
数を増減する以外に双方向性ダイオードの降伏電圧値を
任意に設定できる
MOSFETの要部断面図。
字型溝で分離された半導体本体表面の1セル分の平面パ
ターンを示す1実施例のパターン図。
造工程(第1〜第4工程)を示す要部断面図
造工程(第5〜第8工程)を示す要部断面図
部断面図。
Claims (8)
- 【請求項1】溝内部に設けたゲート電極への電圧印加に
より溝の深さ方向にチャネルが形成されるPチャネル型
パワーMOSトランジスタと、このMOSトランジスタ
を保護する双方向性ダイオードとを有する半導体装置に
おいて、 前記双方向性ダイオードがP型ポリシリコン層とこれを
挟む高濃度N型ポリシリコン層とのP−N接合構造から
なることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】前記P型ポリシリコン層のためのP型不純
物イオン注入層の形成は前記MOSトランジスタのため
のイオン注入とは独立に行うとともに、前記P型不純物
イオン注入層の熱拡散は前記MOSトランジスタのため
のイオン注入後の熱拡散で行ない、前記高濃度N型ポリ
シリコン層の形成は前記MOSトランジスタのためのイ
オン注入およびこの後の熱拡散で行なうことを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】前記P型不純物イオン注入層の形成を前記
P型およびN型ポリシリコン層にパターニングする前の
ポリシリコン膜の状態で行なうとともに、前記P型不純
物イオン注入層の熱拡散を前記MOSトランジスタのベ
ース領域形成のためのイオン注入後の熱拡散で行ない、
前記高濃度N型ポリシリコン層の形成は前記MOSトラ
ンジスタのコンタクトベース領域形成のためのイオン注
入およびこの後の熱拡散で行なうことを特徴とする請求
項2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】セル部にU字型溝およびゲートパッド部に
凹部が形成されセル部およびゲートパッド部に共通の低
濃度P型ドレイン領域を含む半導体本体を具備し、 セル部において、前記半導体本体に含まれ前記ドレイン
領域の表面層で前記U字型溝に分離された領域に設けた
N型ベース領域と、このベース領域の表面層に設けた高
濃度P型ソース領域と、前記U字型溝の内面に設けたゲ
ート酸化膜と、前記U字型溝にゲート酸化膜を介して設
けたポリシリコンからなるゲート電極と、このゲート電
極と層間絶縁膜で絶縁し前記ベース領域およびソース領
域に電気的接続したアルミニウムを主金属とするソース
電極とを具備し、 ゲートパッド部において、前記凹部内に設けたフィール
ド酸化膜と、このフィールド酸化膜上に前記層間絶縁膜
を介して設けたアルミニウムを主金属とするゲートパッ
ドと、前記フィールド酸化膜上でこのゲートパッドの周
りに設け、P型ポリシリコン層とこれを挟む高濃度N型
ポリシリコン層とからなる双方向性ダイオードとを具備
し、 前記N型ポリシリコン層のうち、最外周部のN型ポリシ
リコン層に前記ソース電極を電気的接続し、最内周部の
N型ポリシリコン層に前記ゲートパッドを電気的接続し
た半導体装置。 - 【請求項5】前記半導体本体が半導体基板上に形成され
たエピタキシャル層であることを特徴とする請求項4記
載の半導体装置。 - 【請求項6】前記半導体基板が高濃度P型であることを
特徴とする請求項5記載の半導体装置。 - 【請求項7】前記半導体基板が高濃度N型であることを
特徴とする請求項5記載の半導体装置。 - 【請求項8】ドレイン領域となる低濃度P型半導体層を
表面側に含む半導体本体表面のセル部に初期溝とゲート
パッド部に初期凹部とを形成する第1工程と、 第1工程完了後、前記初期溝および初期凹部の内面にL
OCOS酸化膜を形成することより初期溝がU字型溝お
よび初期凹部が凹部に形状変形された後、半導体本体表
面をポリシリコン膜で被覆し、このポリシリコン膜にP
型イオン注入層を形成して後、このポリシリコン膜をパ
ターニングして前記凹部のLOCOS酸化膜上の外周に
ポリシリコンブロックを形成する第2工程と、 第2工程完了後、前記LOCOS酸化膜をマスクにN型
不純物をイオン注入しその後熱拡散して、前記半導体層
の表面層の前記U字型溝に分離された領域にN型ベース
領域を形成し、前記熱拡散により前記P型不純物イオン
注入層を熱拡散して前記ポリシリコンブロックをP型ポ
リシリコン層とする第3工程と、 第3工程完了後、前記P型ポリシリコン層の少なくとも
最内周部および最外周部と前記ベース領域表面の一部と
を露出させたレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクに高濃度N型不純物をイオン注入しそ
の後熱拡散して、前記ベース領域表面層に高濃度N型コ
ンタクトベース領域と前記P型ポリシリコン層の少なく
とも最内周部および最外周部に高濃度N型ポリシリコン
層とを形成し、前記ポリシリコンブロックを双方向性ダ
イオードとする第4工程と、 第4工程完了後、前記ベース領域およびコンタクトベー
ス領域の表面の一部と前記ダイオードの表面を被覆させ
たレジストパターンを形成して後、このレジストパター
ンと前記LOCOS酸化膜とをマスクに高濃度P型不純
物をイオン注入しその後熱拡散して、前記ベース領域の
表面層に高濃度P型ソース領域を形成する第5工程と、 第5工程完了後、前記U字型溝のLOCOS酸化膜を除
去するとともに前記凹部のLOCOS酸化膜をフィール
ド酸化膜として残す第6工程と、 第6工程完了後、U字型溝内面を含む露出した半導体本
体表面にゲート酸化膜を形成した後、その上からポリシ
リコン膜で被覆し、このポリシリコン膜をパターニング
して、前記ソース領域表面の一部およびU字型溝のポリ
シリコン膜を残してゲート電極を形成する第6工程と、 第6工程完了後、その上から層間絶縁膜で被覆し、この
層間絶縁膜をパターニングして、前記コンタクトベース
領域およびソース領域の表面と前記ポリシリコンブロッ
クの最内周部および最外周部の高濃度N型ポリシリコン
層の表面とを露出する第7工程と、 第7工程完了後、その上からアルミニウムを主金属とす
る金属膜で被覆し、この金属膜をパターニングして、前
記コンタクトベース領域およびソース領域と前記最外周
部の高濃度N型ポリシリコン層とに電気的接続するソー
ス電極を形成し、前記最内周部の高濃度N型ポリシリコ
ン層に電気的接続するゲートパッドを前記フィールド絶
縁膜上のダイオード内側に前記層間絶縁膜を介して形成
する第8工程とを有する半導体装置の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10512699A JP3642466B2 (ja) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | 半導体装置の製造方法 |
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| JP10512699A JP3642466B2 (ja) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006100494A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Nec Electronics Corp | 縦型mosfet |
| JP2006135038A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Nec Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| US7091555B2 (en) | 2003-04-02 | 2006-08-15 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device for switching |
| US8004067B2 (en) | 2007-03-06 | 2011-08-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor apparatus |
| CN103474426A (zh) * | 2013-09-16 | 2013-12-25 | 上海恺创电子有限公司 | 一种高容量的耐雪崩击穿的超级结器件结构 |
| JP2016178197A (ja) * | 2015-03-19 | 2016-10-06 | 新電元工業株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
-
1999
- 1999-04-13 JP JP10512699A patent/JP3642466B2/ja not_active Expired - Fee Related
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