JPH01132167A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01132167A
JPH01132167A JP62291373A JP29137387A JPH01132167A JP H01132167 A JPH01132167 A JP H01132167A JP 62291373 A JP62291373 A JP 62291373A JP 29137387 A JP29137387 A JP 29137387A JP H01132167 A JPH01132167 A JP H01132167A
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JP
Japan
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conductivity type
layer
diffusion layer
impurity diffusion
region
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JP62291373A
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English (en)
Inventor
Masao Yoshizawa
吉澤 正夫
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66—Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/028—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/0291—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17—Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/393—Body regions of DMOS transistors or IGBTs 

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体装置に関し、特に高耐圧パワーMO3F
ET)ランジスタの構造に関するものである。
〔従来の技術] MOS (Metal  0xide  Sem1co
nductor)型電界効果トランジスタ(以下MOS
  FE↑と称す)は、高速動作性や電力利得が大きい
などの優れた特性を有し、パワートランジスタとしても
広く用いられている。第3図には従来のパワーMOS 
 FETの断面図を示しており、図を用いてその構造を
以下に説明する。
パワーMO8FETは、n+基板1上にn−エピタキシ
ャル層2がエピタキシャル成長によって形成されている
。そして、n−エビタキシャル層2の表面には低濃度の
p−拡散層3が形成され、このp−拡散層3の拡散6J
!i域内に高濃度n+ソース層が形成されている。さら
に、n+ソース層4の下部領域には、高濃度のp十拡散
層5が深く拡散されて形成されている。さらにこのn−
エピタキシャル層2上にはゲート酸化膜6を堆積し、そ
のゲート酸化膜6の一部はp−拡散層3を覆うように形
成されている。さらに、この上にゲート電極であるポリ
シリコン層7が堆積されており、このゲート電極を酸化
膜8で覆って絶縁している。
そして、n+ソース層4上にはAllのソース電極9が
堆積されている。
このような構造においてn子基板1およびn−エピタキ
シャル層2はMOS  FETのドレインを構成し、n
+ソース4はソースを構成し、ゲート電極7がゲートを
構成している。
次に、本装置の動作を説明する。ゲート電極7にしきい
値電圧VVH以上の電圧を印加すると、ソース4とドレ
イン2とで挾まれたp−領域3のゲート酸化膜6との界
面にn型反転層のnチャネルが形成される。そして、電
子はn+ソース4からチャネルを通リドレイン2.1へ
流れ込み、このトランジスタは動作(ON)する。そし
て、ゲート電極7に印加する電圧がしきい値電圧vTH
以下になった場合、このトランジスタは遮断(OFF)
する。OFF状態でしきい値電圧vTH以下のゲート電
圧が印加されている場合は、p−拡散層3およびp+拡
散層5とローエピタキシャル層2との接合面に電圧がか
かる。このとき、このトランジスタの耐圧はエピタキシ
ャル層2の不純物濃度と、p+拡散層5とn+基板1と
の距離(これを実効エピタキシャル厚と称す)とにより
決定される。すなわち、定性的に表現すればエピタキシ
ャル層2の不純物濃度が低く、かつ実効エピタキシャル
厚が厚いほど、このトランジスタの耐圧は大きくなると
言える。また、このトランジスタがON時に流れる電流
は、上記チャネルのチャネル幅(w:第3図の紙面に垂
直方向の幅)の長さが長いほど大きいので、一般的には
第3図に示したトランジスタを1ユニツトとして、これ
を多数個配列した形で大電流が流れるように構成してい
る。したがって、この1ユニツトの大きさを小さくし、
単位面積あたりのユニット数の多いものほど特性の優れ
た高耐圧パワーMOSトランジスタができる。
[発明が解決しようとする問題点] ところが、このトランジスタにインダクタンス性の負荷
を接続した場合、ターンオフ時に生じる逆起電力により
ドレイン1.2をエミッタ、p−拡散層3をベース、n
+ソース4をコレクタとする寄生npn トランジスタ
が動作する場合が生じる。このような効果を抑制するた
めに、ベースとなるp−拡散層3の内部に高濃度のp+
拡散層5を設け、ベース内の電子の通過率を低下させる
ように図っている。したがって、このp+拡散層5はn
+ソース4のエピタキシャル層2側表面のうち、チャネ
ルが形成される表面領域以外を覆うように形成されてい
ることが望ましい。ところが従来の装置では、多数の写
真製版工程を利用しているので、p+拡散層5は拡散層
を形成する工程でのマスク合わせずれが生じ、n+ソー
ス4の下面を完全に覆うように形成することができない
。このため、寄生npn)ランジスタの動作を完全に抑
制することができなかった。また、従来のp+拡散層5
は拡散深さが深いため、実効エピタキシャル厚が薄くな
り耐圧を高くするのに不都合である。また逆に所望の耐
圧を確保しようとすれば、エピタキシャル層2を厚く形
成する必要があり、このためこのトランジスタのON抵
抗が大きくなるという欠点を有していた。
したがって本発明は、上記寄生npn )ランジスタの
効果を抑制できるとともに、実効エピタキシャル厚の厚
い高耐圧の半導体装置を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明における半導体装置は、高濃度の第1導電型基板
上に形成された低濃度の第1導電型エピタキシャル層と
、前記第1導電型エピタキシャル層上に選択的に堆積し
たゲート酸化膜とζ前記ゲート酸化膜上に堆積したゲー
ト電極とを備えている。そして、前記ゲート電極層に覆
われた領域に達するまで延びて前記第1導電型エピタキ
シャル層中に拡散された低濃度の第2導電型不純物拡散
層と、前記低濃度の第2導電型不純物拡散層内に位置し
前記ゲート電極層で覆われていない前記第1導電型エピ
タキシャル層の表面領域に所定のパターンで拡散された
高濃度の第1導電型不純物拡散層と、前記低濃度の第2
導電型不純物拡散層内に位置し前記高濃度の第1導電型
不純物拡散層と自己整合的に重なるように形成されると
ともに、前記パターンにより前記高濃度の第1導電型不
純物が拡散されていない表面領域にも形成された高濃度
の第2導電型不純物拡散層とを備えたことを特徴とする
。
なお、本書で用いている「自己整合的」という意味は、
複数の不純物拡散層を同一のマスクパターンにより形成
する状態を示している。すなわち、上記の表現では第1
導電型不純物拡散層と高濃度の第2導電型不純物拡散層
とが「自己整合的」すなわち、同一のマスクパターンを
用いて拡散形成されることを意味している。
[作用] 本発明による半導体装置の高耐圧パワーMO5FETは
、寄生トランジスタの効果を抑制するための高濃度の第
2導電型不純物拡散領域を、高濃度の第1導電型不純物
拡散層と自己整合的に設け、かつチャネルを形成するた
めの低濃度の第2導電型不純物拡散領域の拡散深さより
浅くしたものである。これにより、実効エピタキシャル
厚が十分厚くとれ、要求される耐圧に対するエピタキシ
ャル厚を適正化できるばかりでなく、装置の1ユニツト
の面積を縮小することができ本トランジースタのON抵
抗が最少限になる。また、寄生トランジスタ効果に対し
ても高濃度の第2導電型不純物拡散領域を高濃度の第1
導電型不純物拡散層と自己整合的に形成するのでその抑
制効果が十分に発揮できる。
[実施例コ 以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。
第2A図ないし第2G図は、本発明によるパワーMO3
FETをその製造工程に従って示した断面図である。
まず第2A図に示すように、n+基板1上にn型不純物
濃度を持つエピタキシャル層2を、要求される耐圧に応
じた厚さにエピタキシャル成長により形成する。次に、
エピタキシャル層2の表面を500〜100OA程度酸
化し、窒化膜をCVD法により堆積した後、活性領域以
外を工・ソチングし酸化する、いわゆる選択酸化を行な
いフィールド酸化膜10を形成する。さらに活性領域上
の窒化膜を除去し、酸化膜を薄<1000〜1500A
程度除去し、基の活性領域上の酸化膜を除去した後、再
びゲート酸化膜11を500〜120OA程度形成する
。
次に、第2B図に示すように、ゲートとなるポリシリコ
ン層12を2500〜5000A程度CVD法により堆
積しこのポリシリコン層12に高濃度リンを拡散した後
、CVD法により酸化膜13を1〜2μm程度堆積する
。
そして、第2C図に示すように写真製版技術とエツチン
グ技術を用いてバターニングし酸化膜13およびポリシ
リコン層12に開孔部を有するパターンを形成する。
さらに、第2D図に示すように、エピタキシャル層2に
B+  (ボロン)をIXl、013〜2×10” a
m−2,50keV程度でイオン注入し、その後熱処理
して拡散させp−ゲート拡散層14を形成する。拡散深
さは、はぼチャネル長に相当する2〜5μmである。
次に、第2E図に示すように、パターンの開孔部に対応
するゲート酸化膜11の領域をエツチングした後、As
+ (砒素)をlXl0” 〜5X10” cm−2,
50keVi7度でイオン注入する。
その後、第2F図に示すように、900〜1000℃程
度でアニールした後(この工程は省略してもよい)、こ
の開孔部に挾まれたゲート酸化膜11、ポリシリコン層
12および酸化膜13の3層からなるメサ部のうち、最
上層の酸化膜13を写真製版により除去する。次に、B
+を200〜400keV、12X10” 〜5X10
”  cm−2程度でイオン注入する。このとき、エビ
タキャル層2の上にCVD酸化膜13、ポリシリコン層
12、ゲート酸化膜11の3層が堆積されている部分は
、このB+が突き抜けないように、しかもポリシリコン
層12、ゲート酸化膜11の2層が堆積されている部分
は、このB+が突き抜けてエピタキシャル層2中に注入
され得るのに十分な注入エネルギを選定する。次に、9
00〜1000℃程度で熱処理を行ない、n+ソース1
5およびp+領域16を形成する。
さらに、第2G図に示すように、写真製版技術によりp
+領域16の上に堆積されているポリシリコン層12お
よびゲート酸化膜11を除去した後、CVD法により酸
化膜(リンを含んでもよい)を堆積し、次いで再び写真
製版技術によりn+ソース15が露出する領域にコンタ
クト用の孔17を形成する。
最後に、第1図に示すように、AfLなどを堆積し配線
層18を形成する。この後、表面保護膜などを形成し製
造を完了する。
このような方法により製造されたパワーMOSFETで
は、p−領域14の内部にn+ソース15の下部と接し
、かつn+ソース15間のA([極18と接する界面に
到達する領域にわたって、p+領域16が形成されてい
る。このp+領域16は、高濃度のp型不純物が拡散さ
れており、p−領域14を同電位に保つ働きをする。さ
らに、n+ソース15と自己整合されており、n+ソー
ス15下部全域を覆うように形成されているため、n+
ソース15をコレクタ、p−領域14をベース、ドレイ
ン2.1をエミツトとする寄生npnトランジスタの電
流増幅率(br E )を低減させる効果を最大限に発
揮できる。さらに、このp+領域16はp−領域14の
内部に形成されているので、p+領域16を形成するこ
とにより実効エピタキシャル厚が薄くなることはない。
したがって、必要最小限の厚さでエピタキシャル層2を
形成することができる。さらにn+ソース15、p−領
域14、p中領域16のそれぞれが自己整合的に作られ
ているため、このユニットの大きさも最小にすることが
できる。以上の2つの効果により高耐圧パワーMO5F
ETのON抵抗を最小にすることができる。
なお、上記実施例では第1導電型としてp型、第2導電
型としてp型を用いて説明したが、逆の場合であっても
構わない。
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば低濃度の第2導電型拡散
領域と高濃度の第1導電型拡散層と高濃度の第2導電型
拡散層とを自己整合的に形成し、さらに高濃度の第2導
電型拡散層を低濃度の第2導電型拡散領域の内部に形成
しているため、寄生素子の抑制効果が高く、しかも動作
特性の優れた高耐圧パワーMOS  FETが得られる
。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による高耐圧パワーMO3F
ETを示す断面図である。第2A図、第2B図、第2C
図、第2D図、第2E図、第2F図、および第2G図は
、その製造方法を示す断面図である。 第3図は、従来のパワーMO8FETの断面図である。 図において、1はn+基板、2はn−エピタキシャル層
、10はフィールド酸化膜、11はゲート酸化膜、12
はポリシリコン層、13は酸化膜、14はゲートル−領
域、15はn+ソース、16はp+領領域示している。 なお図中、同一符号は同一または相当する部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  高濃度の第1導電型基板上に形成された低濃度の第1
    導電型エピタキシャル層と、前記第1導電型エピタキシ
    ャル層上に選択的に堆積したゲート酸化膜と、前記ゲー
    ト酸化膜上堆積したゲート電極層とを備えた半導体装置
    であって、 前記ゲート電極層に覆われた領域に達するまで延びて、
    前記第1導電型エピタキシャル層中に拡散された低濃度
    の第2導電型不純物拡散層と、前記低濃度の第2導電型
    不純物拡散層内に位置し、前記ゲート電極層で覆われて
    いない前記第1導電型エピタキシャル層の表面領域に、
    所定のパターンで拡散された高濃度の第1導電型不純物
    拡散層と、 前記低濃度の第2導電型不純物拡散層内に位置し、前記
    高濃度の第1導電型不純物拡散層と自己整合的に重なる
    ように形成されるとともに、前記パターンにより前記高
    濃度の第1導電型不純物が拡散されていない表面領域に
    も形成された高濃度の第2導電型不純物拡散層と、 を備えたことを特徴とする、半導体装置。
JP62291373A 1987-11-17 1987-11-17 半導体装置 Pending JPH01132167A (ja)

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