JPH0363210B2 - - Google Patents
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- JPH0363210B2 JPH0363210B2 JP58123526A JP12352683A JPH0363210B2 JP H0363210 B2 JPH0363210 B2 JP H0363210B2 JP 58123526 A JP58123526 A JP 58123526A JP 12352683 A JP12352683 A JP 12352683A JP H0363210 B2 JPH0363210 B2 JP H0363210B2
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Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
関連出願の記載
本発明の方法は、ある点から見れば、「一体化
された短絡部を有する絶縁ゲート形半導体素子を
製造するための自己整合式最小マスク法」の名称
のビクター・エイ・ケイ・テンプルの米国特許出
願番号第406731号および「一体化された短絡部を
有する絶縁ゲート形半導体素子を二段エツチング
および拡散−選択的酸化兼用障壁の使用によつて
製造するための自己整合式最小マスク法」の名称
のビクター・エイ・ケイ・テンプルの米国特許出
願番号第396172号明細書中に開示された各種の方
法の変法を成すものである。なお、これらの特許
出願明細書の内容は引用によつて本明細書中に併
合されるものとする。上記の米国特許出願第
406731号はまた、本発明の実施に際して有用な各
種のサブプロセス(sub−process)を開示してい
る点でも重要である。例として、ソース接触部用
の窓を設けるために使用し得る(たとえば選択的
酸化技術に基づく)各種のサブプロセス並びにソ
ースおよびベース領域を形成するために使用し得
る各種のサブプロセスが挙げられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE RELATED APPLICATIONS The method of the present invention is, in some respects, a self-aligned minimum mask method for manufacturing insulated gate semiconductor devices with integrated shorts. U.S. Patent Application No. 406,731 to Victor A.K. Temple and entitled ``Insulated Gate Semiconductor Devices with Integrated Shorts Fabricated by Dual Etching and Use of a Diffusion-Selective Oxidation Barrier. 396,172 to Victor A. K. Temple, entitled "Self-Aligned Minimum Mask Method for Reconciling Masks". The contents of these patent application specifications are incorporated herein by reference. U.S. Patent Application No.
No. 406,731 is also significant in that it discloses various sub-processes useful in practicing the present invention. Examples include various sub-processes that may be used to provide windows for source contacts (eg, based on selective oxidation techniques) and various sub-processes that may be used to form source and base regions.
発明の背景
本発明は、MOSFETのごとき絶縁ゲート形の
電力用半導体素子並びにMOSFET類似の構造を
含んだその他の一層複雑な素子たとえば絶縁ゲー
ト形整流器(IGR)、MOSゲート形サイリスタお
よびその他のMOS形トランジスタまたはMOSサ
イリスタ複合素子の製造方法に関するものであ
る。更に詳しく言えば本発明は、厳密な位置合せ
を要するマスキング工程無しに上記の素子の上部
電極領域およびベース領域を形成し、それによつ
て最小セル寸法を縮小させる方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to insulated gate type power semiconductor devices such as MOSFETs as well as other more complex devices including MOSFET-like structures such as insulated gate rectifiers (IGRs), MOS gated thyristors and other MOS type The present invention relates to a method of manufacturing a transistor or MOS thyristor composite element. More particularly, the present invention relates to a method of forming the top electrode region and base region of the above-described device without a masking step requiring precise alignment, thereby reducing the minimum cell size.
公知の電力用MOSFETは、一般に、単一のシ
リコン半導体ウエーハ上に形成された多数の(時
には数千ないし数万の)単位セルから成つてい
る。かかる単位セルは300ミル(0.3インチ)程度
の寸法を有しかつ電気的に並列接続されている。
各々の単位セルは約25ミクロンの幅を有するのが
通例である。かかる単位セルに関しては、細長い
ストリツプ状をはじめとする各種の幾何学的形態
が可能である。 Known power MOSFETs generally consist of a large number (sometimes thousands to tens of thousands) of unit cells formed on a single silicon semiconductor wafer. Such unit cells have dimensions on the order of 300 mils (0.3 inches) and are electrically connected in parallel.
Each unit cell typically has a width of about 25 microns. Various geometric configurations are possible for such unit cells, including elongated strips.
電力用MOSFETを製造するための公知技術の
1つとして二重拡散技術がある。それによれば、
先ず最初に、たとえばN形半導体材料の共通ドレ
イン領域がN+形の基板上に形成される。その後、
−導電形の不純物を導入するための第1の拡散工
程によつてドレイン領域の内部にベース領域が形
成され、次いで反対導電形の不純物を導入するた
めの第2の拡散工程によつてベース領域の内部に
ソース領域が形成される。ドレイン領域がN形で
あれば、アクセプタ不純物を用いて第1の拡散工
程を実施することによつてP形のベース領域が形
成され、次いでドナー不純物を用いて第2の拡散
工程を実施することによつてN+形のソース領域
が形成される。ドレイン領域の表面においては、
ベース領域がソース領域とドレイン領域との間に
帯状部として存在することになる。 One of the known techniques for manufacturing power MOSFETs is the double diffusion technique. According to it,
First, a common drain region of, for example, N type semiconductor material is formed on an N + type substrate. after that,
- A base region is formed inside the drain region by a first diffusion step for introducing impurities of a conductivity type, and then a base region is formed by a second diffusion step for introducing impurities of an opposite conductivity type. A source region is formed inside. If the drain region is N-type, a P-type base region is formed by performing a first diffusion step with an acceptor impurity, followed by a second diffusion step with a donor impurity. An N + type source region is formed. At the surface of the drain region,
A base region will exist as a band between the source and drain regions.
その表面上には、ゲート絶縁層によつて隔離さ
れながらベース領域の帯状部を覆うようにして導
電性のゲート電極を形成することによつて絶縁ゲ
ート電極構造物が規定される。通例、ゲート電極
は高濃度の不純物を添加したポリシリコンから成
つている。動作時には、適当な極性の電圧をゲー
ト電極に印加すると、電界がゲート絶縁層を貫通
してベース領域の内部にまで広がり、それによつ
て表面の直下に導電性チヤンネルが誘起される。
その結果、ソース領域とドレイン領域との間には
導電性チヤンネルを通つて水平方向に電流が流れ
るのである。 An insulated gate electrode structure is defined on the surface by forming a conductive gate electrode over the strip of the base region while being separated by a gate insulating layer. Typically, the gate electrode is made of highly doped polysilicon. In operation, applying a voltage of appropriate polarity to the gate electrode causes an electric field to extend through the gate insulating layer into the base region, thereby inducing a conductive channel just below the surface.
As a result, current flows horizontally between the source and drain regions through a conductive channel.
かかる絶縁ゲート電極構造物を形成するために
は、ベース領域およびソース領域を形成するため
の不純物導入に先立つて、初期のウエーハ準備工
程に際して一様なゲート絶縁酸化物層および一様
な不純物添加ポリシリコン層がドレイン領域上に
設置される。次いで、ポリシリコン層およびゲー
ト絶縁酸化物層中に溝を食刻することにより、ド
レイン領域に沿つて離隔した絶縁ゲート電極構造
物が形成される。 To form such an insulated gate electrode structure, a uniform gate insulating oxide layer and a uniform doped polyurethane are deposited during an initial wafer preparation step prior to the introduction of impurities to form the base and source regions. A silicon layer is placed over the drain region. Spaced apart insulated gate electrode structures are then formed along the drain region by etching trenches into the polysilicon layer and the gate insulating oxide layer.
電力用MOSFETの場合、ソース、ベースおよ
びドレイン領域は寄生的バイポーラトランジスタ
のエミツタ、ベースおよびコレクタにそれぞれ対
応している。公知のごとく、電力用MOSFETの
動作時にこのような寄生的バイポーラトランジス
タがターンオンすると、電力用MOSFETの阻止
電圧およびdv/dt特性が実質的に低下する。従
つて、電力用MOSFETの動作時における寄生的
バイポーラトランジスタのターンオンを防止する
ため、ソースおよびベース領域を構成する層同士
をオーミツク接続手段によつて短絡するのが普通
である。 In the case of power MOSFETs, the source, base, and drain regions correspond to the emitter, base, and collector, respectively, of a parasitic bipolar transistor. As is known, when such a parasitic bipolar transistor is turned on during operation of a power MOSFET, the blocking voltage and dv/dt characteristics of the power MOSFET are substantially reduced. Therefore, in order to prevent the parasitic bipolar transistor from being turned on during operation of the power MOSFET, it is common to short-circuit the layers constituting the source and base regions using ohmic connection means.
これと同じ一般的なMOSFET構造は、その他
のより複雑な素子中にも含まれることがある。た
とえば、N+形基板の代りにP+形基板を使用する
ことができる。かかるP+形基板は、短絡部の密
度に応じ、MOSゲート形サイリスタまたは絶縁
ゲート形整流器(IGR)の陽極領域を構成する。
この場合、前述のごとくにしてN形のドレイン領
域が形成されるが、ここではより一般的に「第1
の領域」と呼ぶ。それに対し、P+形の陽極領域
を「第2の領域」と呼ぶ。第1の領域内には前述
のごとくにしてP+形のベース領域が形成され、
次いでベース領域内にN+形の領域が形成される。
IGRの場合、このようなN+形の領域は前述の場
合のごとくにソース領域とは呼ばないで、整流器
陰極領域またはより一般的に上部電極領域と呼
ぶ。 This same general MOSFET structure may also be included in other more complex devices. For example, a P + type substrate can be used instead of an N + type substrate. Such a P + type substrate constitutes the anode region of a MOS gated thyristor or an insulated gate rectifier (IGR), depending on the density of the short circuits.
In this case, an N-type drain region is formed as described above, but here more generally the "first
area. On the other hand, the P + type anode region is referred to as a "second region." A P + shaped base region is formed in the first region as described above,
An N + shaped region is then formed within the base region.
In the case of an IGR, such an N + type region is not called the source region as in the previous case, but is called the rectifier cathode region or more generally the top electrode region.
別の例としては、中位濃度のP形不純物を添加
した第2の領域の下方にN+形の第3の領域を設
置することによつてMOSゲート形サイリスタの
下部主電極領域を形成することもできる。 As another example, a lower main electrode region of a MOS gate type thyristor is formed by placing an N + type third region below a second region doped with a medium concentration of P type impurity. You can also do that.
これらの場合のいずれにおいても、MOSゲー
ト構造は本質的に同一であつて、素子全体の構造
における唯一の実質的な変更箇所は第1の領域よ
り下方の層に関するものであることが認められよ
う。いずれの場合においても、(MOSFETのソ
ース領域、IGRの陰極領域またはMOSゲート形
サイリスタの主電極領域のいずれにせよ)上部電
極領域とベース領域との間に短絡部を設けること
が所望される。また、いずれの場合においても、
素子の上部電極領域およびゲート電極には金属端
子が接続される。 It will be appreciated that in each of these cases, the MOS gate structure is essentially the same, with the only substantial changes in the overall device structure being with respect to the layers below the first region. . In any case, it is desirable to provide a short between the upper electrode region and the base region (whether in the source region of a MOSFET, the cathode region of an IGR or the main electrode region of a MOS gated thyristor). Also, in any case,
A metal terminal is connected to the upper electrode region and gate electrode of the element.
本明細書中においては、便宜上、本発明が主に
MOSFETに関連して説明される。しかしなが
ら、上記の説明に基づけば、本発明がその他各種
の絶縁ゲート形半導体素子にも等しく適用できる
ことは言うまでもなかろう。 In this specification, for convenience, the present invention mainly refers to
Explained in relation to MOSFETs. However, based on the above explanation, it goes without saying that the present invention is equally applicable to various other types of insulated gate type semiconductor devices.
現在製造されている公知の電力用MOSFETの
構造に基づけば、5〜7のマスキング工程が要求
されるのが通例であり、しかも正しく動作する素
子を得るためには幾つかのマスクを相互に高い精
度で位置合せしなければならない。特に、第1お
よび第2の拡散工程の間においてソース−ベース
間短絡部を形成する際には、ベース拡散表面区域
の一部を覆う拡散障壁が選択的マスキングによつ
て設置され、それにより選択的マスキングを受け
た区域内ではベース領域中へのソース拡散が防止
される。その結果、ベース領域の短絡用延長部が
表面にまで達して存在することになる。その後、
選択的マスクが除去され、そしてソース端子用の
金属被膜が設置される。かかるソース端子金属被
膜の一部はまた、ベース領域の先程マスキングさ
れた領域にもオーミツク接触する。 Based on the structures of known power MOSFETs currently manufactured, five to seven masking steps are typically required, and several masks are placed at high relative levels to obtain a properly working device. Must be aligned with precision. In particular, when forming the source-to-base short between the first and second diffusion steps, a diffusion barrier covering a portion of the base diffusion surface area is installed by selective masking, thereby providing selective Source diffusion into the base region is prevented within the target masked area. As a result, a shorting extension of the base region extends to the surface. after that,
The selective mask is removed and metallization for the source terminals is installed. A portion of such source terminal metallization also makes ohmic contact with the previously masked area of the base region.
従来の方法においては多数のマスキング工程が
含まれかつ位置合せが必要とされる結果、歩留り
は低くなる。その上、位置狂いに対する許容差を
設ける必要があるため、単位セルの寸法を不必要
に大きくしなければならず、その結果として広が
り抵抗効果が増大するので望ましくない。更にま
た、従来の方法では一般に遠隔のゲート接触部を
有する封入ゲート電極構造物が形成されるが、そ
の結果としてゲート入力インピーダンスが増大す
ることにもなる。前述の特許出願番号第406731号
明細書中には、電力用MOSFETおよび類似の素
子を製造するための各種の方法が開示されてい
る。これらの方法は、最小数の写真食刻マスキン
グ工程を含みかつ幾つかの点でフエイルセーフ方
式となつていることを特徴とするものである。上
記の米国特許出願番号第406731号明細書中に開示
された方法に従つてポリシリコンゲート形
MOSFETを製造する際には、先ず最初に、ドレ
イン領域、その表面上に一様に形成されたゲート
絶縁層および導電性のポリシリコンゲート層を含
む半導体ウエーハが用意される。続くマスキング
およびエツチング工程により、ポリシリコンゲー
ト層およびゲート絶縁層を貫通してドレイン領域
にまで達する溝が食刻される。一般に、米国特許
出願番号第406731号の方法は単一のアンダーカツ
トエツチング工程を使用する結果、ポリシリコン
ゲート電極上には張出し層(overhang layer)
が残される。ポリシリコンゲート層の残留部分は
ドレイン領域に沿つて離隔したポリシリコンゲー
ト電極構造物を規定することになる。このような
ポリシリコンゲート電極構造物をマスクとして使
用しながら、ポリシリコンゲート電極間の表面か
らドレイン領域内に不純物が導入され、次いで熱
拡散によつてそれらを移動させることによつて適
切に配置されたベース領域およびソース領域が形
成される。その場合のソース領域は、横方向およ
び縦方向のいずれについても、ベース領域の内部
に位置している。そこに開示された各種の方法に
従えば、ベースおよびソース領域用の不純物はイ
オン注入、気体不純物源の拡散またはそれらの併
用によつて導入される。イオン注入の場合、ある
種の変法では不純物がゲート絶縁層を通して導入
される。また、ソース領域を貫通してそれの表面
の一部にまで達するベース領域の短絡用延長部を
形成するための幾つかの変法も開示されている。
これらの変法の多くはアンダーカツトエツチング
によつて形成された張出し層をソース領域の表面
にまで達するベース領域の延長部を形成するため
のマスクとして使用しており、従つて自己マスキ
ング方式のものである。米国特許出願番号第
406731号明細書中に開示された方法に従えば、2
種の一般的MOSFET構造が形成される。一方の
構造は金属被覆された指状ゲート端子を有するも
ので、これは−マスク法に従つて形成される。他
方の構造は絶縁酸化物中に封入されかつ遠隔のゲ
ート接触部に接続された指状ゲートを有するもの
で、これは三マスク法に従つて形成される。いず
れの構造の場合にも、好適な方法はポリシリコン
ゲート電極材料の選択的酸化を要求し、従つてか
かる選択的酸化を達成するための各種の手段が記
載されている。 Conventional methods include multiple masking steps and require alignment, resulting in low yields. Furthermore, the need to provide tolerances for misalignment requires unit cell dimensions to be unnecessarily large, which undesirably increases the spreading resistance effect. Furthermore, conventional methods typically form encapsulated gate electrode structures with remote gate contacts, which also result in increased gate input impedance. The aforementioned patent application Ser. No. 406,731 discloses various methods for manufacturing power MOSFETs and similar devices. These methods are characterized in that they include a minimum number of photolithographic masking steps and are fail-safe in several respects. Polysilicon gate molding according to the method disclosed in U.S. Patent Application No. 406,731, supra.
In manufacturing a MOSFET, a semiconductor wafer is first prepared that includes a drain region, a gate insulating layer uniformly formed on its surface, and a conductive polysilicon gate layer. A subsequent masking and etching step etches a trench through the polysilicon gate layer and gate insulating layer to the drain region. In general, the method of U.S. Patent Application No. 406,731 uses a single undercut etch step, resulting in an overhang layer on the polysilicon gate electrode.
is left behind. The remaining portions of the polysilicon gate layer will define spaced apart polysilicon gate electrode structures along the drain region. Using such a polysilicon gate electrode structure as a mask, impurities are introduced into the drain region from the surface between the polysilicon gate electrodes and then properly positioned by moving them through thermal diffusion. A base region and a source region are formed. In that case, the source region is located inside the base region in both the horizontal and vertical directions. According to the various methods disclosed therein, impurities for the base and source regions are introduced by ion implantation, diffusion of a gaseous impurity source, or a combination thereof. In the case of ion implantation, impurities are introduced through the gate insulating layer in some variations. Several variations are also disclosed for forming shorting extensions of the base region that extend through the source region to part of its surface.
Many of these variants use an overhang layer formed by undercut etching as a mask to form an extension of the base region up to the surface of the source region, and are thus self-masking. It is. U.S. Patent Application No.
According to the method disclosed in No. 406731, 2
A seed general MOSFET structure is formed. One structure has metallized finger gate terminals, which are formed according to the -mask method. The other structure has a finger gate encapsulated in an insulating oxide and connected to a remote gate contact, and is formed according to a three-mask method. For either structure, the preferred method requires selective oxidation of the polysilicon gate electrode material, and various means for achieving such selective oxidation have therefore been described.
他方、前述の米国特許出願番号第396172号明細
書中には、二段エツチングの使用により、自己マ
スキング用の張出し層を残すためのアンダーカツ
トエツチングを必要とすることなしにソース−ベ
ース間短絡部の形成を可能にする各種の変法が開
示されている。(とは言え、金属被膜をソース端
子とゲート端子とに自動的に分離するためには、
導電性耐熱材料の張出し層が存在することが有益
である。)
要約すれば、米国特許出願番号第396172号の変
法は次のような手順に従つてソース−ベース間短
絡部を形成するものである。(1)最初のウエーハ準
備工程に続き、ドレイン領域に狭い幅のエツチン
グを施すことによつて幅の狭い溝が形成される。
(2)かかる幅の狭い溝の側壁をマスクとして使用し
ながら、初期ベース領域が形成されかつ窒化物マ
スクが設置される。(3)横方向エツチングを施して
溝を広げることにより、窒化物マスクがゲートか
ら離隔する。(4)窒化物マスクを使用しながら、拡
散によつてソースおよびベース領域が形成されか
つゲートの側壁が選択的に酸化される。 On the other hand, the aforementioned U.S. Patent Application Ser. Various variants have been disclosed that allow the formation of . (However, in order to automatically separate the metal film into source and gate terminals,
Advantageously, an overhanging layer of electrically conductive, refractory material is present. In summary, a variation of U.S. Patent Application No. 396,172 forms a source-to-base short according to the following procedure. (1) Following the initial wafer preparation step, narrow trenches are formed by narrow etching in the drain region.
(2) An initial base region is formed and a nitride mask is installed, using the sidewalls of such narrow trenches as masks. (3) Separate the nitride mask from the gate by widening the trench with a lateral etch. (4) Using a nitride mask, the source and base regions are formed by diffusion and the sidewalls of the gate are selectively oxidized.
さて本発明は、ソース−ベース間短絡部を形成
するための別の二段エツチング法を提供しようと
するものである。 The present invention now seeks to provide another two-stage etching method for forming source-base shorts.
発明の概要
本発明の目的の1つは、絶縁ゲート形半導体素
子の自己整合式製造方法、とりわけMOSFETの
場合について述べれば、ソース領域、ベース領域
およびソース−ベース間のオーミツク短絡部を形
成するための方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide a self-aligned manufacturing method for insulated gate semiconductor devices, particularly in the case of MOSFETs. The goal is to provide a method for
また、直接に金属被覆された指状ゲート接触部
または遠隔のゲート電極接触部を有する素子の製
造に適した上記のごとき方法を提供することも本
発明の目的の1つである。 It is also an object of the present invention to provide such a method which is suitable for the manufacture of devices with direct metallized finger gate contacts or remote gate electrode contacts.
絶縁ゲート形半導体素子の自己整合式製造方法
を本発明の一実施態様に従つて簡単に述べれば、
先ず最初に、主面を有する一導電形(たとえばN
形)の第1の領域(たとえばMOSFETのドレイ
ン領域)を含んだ半導体ウエーハ(たとえばシリ
コンウエーハ)が用意される。かかるウエーハの
初期準備工程として、たとえば二酸化シリコンか
ら成るゲート絶縁層およびたとえば高濃度の不純
物を添加した例えばN+形のポリシリコンから成
る導電性ゲート電極層が相次いで形成される。製
造すべき電力用MOSFETが絶縁酸化物中に封入
されかつ遠隔のゲート接触部に接続された指状ゲ
ートを有するものである場合には、上記のポリシ
リコンゲート電極層には直ちにマスキング施すこ
とができる。しかるに、金属被覆された指状ゲー
ト端子を有する電力用MOSFETを製造する場合
には、高温加工に耐える(たとえば窒化シリコン
の)上部マスク層をポリシリコンゲート電極層上
に設置することが好ましい。 A self-aligned manufacturing method for an insulated gate semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be briefly described as follows.
First, one conductivity type (e.g. N
A semiconductor wafer (eg, a silicon wafer) including a first region (eg, a drain region of a MOSFET) of a shape) is prepared. As an initial preparation step for such a wafer, a gate insulating layer of, for example, silicon dioxide and a conductive gate electrode layer of, for example, heavily doped polysilicon of the N + type are successively formed. If the power MOSFET to be manufactured has a finger gate encapsulated in an insulating oxide and connected to a remote gate contact, the polysilicon gate electrode layer may be immediately masked. can. However, when fabricating power MOSFETs with metallized finger gate terminals, it is preferred to provide a top mask layer (eg, of silicon nitride) that is resistant to high temperature processing over the polysilicon gate electrode layer.
次に、一般にソース領域の最終位置を規定する
開口を持つた耐食マスクがウエーハ上に設置され
る。封入ゲート電極を有する電力用MOSFETを
製造するための第1の方法は三マスク法であるか
ら、上記の耐食マスクはかかる方法において使用
される第1のマスクである。しかるに、金属被覆
された指状ゲート端子を有する電力用MOSFET
を製造するための第2の方法は−マスク法である
から、上記の耐食マスクはかかる方法において使
用される唯一のマスクである。 A corrosion-resistant mask, typically with an opening defining the final location of the source region, is then placed over the wafer. Since the first method for manufacturing power MOSFETs with encapsulated gate electrodes is a three-mask method, the corrosion-resistant mask described above is the first mask used in such a method. However, power MOSFETs with metal-coated finger gate terminals
Since the second method for manufacturing is the -mask method, the corrosion-resistant mask described above is the only mask used in such a method.
本発明においては二段エツチング操作が使用さ
れる。次に行われるのが第1段のエツチングであ
る。適当なエツチング法に従つて少なくともゲー
ト絶縁層に達するまでポリシリコンゲート電極層
を食刻することにより、比較的幅の狭い溝が形成
される。 A two-stage etching operation is used in the present invention. The next step is the first stage of etching. Relatively narrow trenches are formed by etching the polysilicon gate electrode layer at least down to the gate insulating layer according to a suitable etching method.
次いで、反対導電形(たとえばP形)の短絡領
域を形成するために適した不純物がたとえばイオ
ン注入によつてドレイン領域内に導入される。そ
の場合のイオン注入は実質的に垂直に行えばよ
い。この工程に際しては、ポリシリコンゲート電
極層の残留部分がマスクとして役立つ。好適な実
施態様に従えば、短絡領域用不純物のイオン注入
はゲート絶縁層の除去に先立つて実施され、従つ
てかかるイオン注入はゲート絶縁層を通して行わ
れる。本発明方法中のいずれかの時点において、
すなわちイオン注入の直後あるいは後述の拡散ま
たは加熱工程中において、短絡領域用不純物をた
とえば熱拡散により少なくとも垂直方向に所望の
深さまで移動させることにより、主面から所望の
深さにまで広がる短絡領域が得られることにな
る。 Suitable impurities are then introduced into the drain region, for example by ion implantation, to form a shorting region of the opposite conductivity type (for example P type). In that case, ion implantation may be performed substantially vertically. During this step, the remaining portion of the polysilicon gate electrode layer serves as a mask. According to a preferred embodiment, the ion implantation of the shorting region impurity is performed prior to the removal of the gate insulating layer, such that the ion implantation is performed through the gate insulating layer. At any point during the method of the invention,
That is, immediately after ion implantation or during the diffusion or heating process described below, the impurity for the short circuit region is moved at least vertically to a desired depth by thermal diffusion, so that the short circuit region extends from the main surface to the desired depth. You will get it.
次いで、ポリシリコンゲート電極層の残留部分
に対し第2段のエツチングとして横方向エツチン
グを施すことにより、主面から上方に伸びかつ主
面に沿つて離隔したポリシリコン絶縁ゲート電極
構造物が形成される。この時点に至れば上記の耐
食マスクを除去してよい。 A second lateral etch is then performed on the remaining portions of the polysilicon gate electrode layer to form polysilicon insulated gate electrode structures extending upwardly from and spaced apart along the major surface. Ru. At this point, the corrosion-resistant mask may be removed.
次に、反対導電形(たとえばP形)のベース領
域を形成するために適した不純物がドレイン領域
内に導入され、かつ一導電形(たとえばN+形)
のソース領域を形成するために適した不純物がベ
ース領域内に導入される。こうして導入された不
純物を熱拡散させることにより、ベースおよびソ
ース領域に適当な位置および形状が付与される。
その結果、主面内においてはベース領域がソース
領域とドレイン領域との間に反対導電形の帯状部
として存在し、かつベース領域の帯状部の活性部
分は絶縁ゲート電極構造物の少なくとも一部分の
下方に位置することになる。続く金属被覆工程に
おいてソース−ベース間短絡部が完成されるよう
にするため、ベース領域およびそれに対応する短
絡領域は主面の下方において反対導電形の連続し
た領域を成している。 Suitable impurities are then introduced into the drain region to form a base region of the opposite conductivity type (e.g. P type) and of one conductivity type (e.g. N + type).
Suitable impurities are introduced into the base region to form a source region. By thermally diffusing the impurities thus introduced, appropriate positions and shapes are given to the base and source regions.
As a result, in the main plane, the base region exists as a strip of opposite conductivity type between the source region and the drain region, and the active portion of the base region strip is below at least a portion of the insulated gate electrode structure. It will be located in In order to ensure that the source-base short circuit is completed in a subsequent metallization step, the base region and the corresponding short circuit region form a continuous region of opposite conductivity type below the main surface.
ソースおよびベース領域用の不純物は、ゲート
絶縁層を通してのイオン注入によつて導入するこ
とが好ましい。とは言え、最初にゲート絶縁層を
除去しさえすれば、気体不純物源の拡散を使用す
ることもできる。重要な点は、特定の自己マスキ
ング技術に従つて短絡領域の位置を規定するため
の張出し層が意図的に形成される米国特許出願番
号第406731号明細書中に記載の各種の方法と異な
り、イオン注入の場合に垂直な注入方向を使用で
きることにある。 Impurities for the source and base regions are preferably introduced by ion implantation through the gate insulating layer. However, diffusion of gaseous impurity sources can also be used, as long as the gate insulating layer is removed first. Importantly, unlike the various methods described in U.S. Patent Application Ser. The advantage lies in the fact that a perpendicular implantation direction can be used in the case of ion implantation.
本法中のいずれかの時点において、ポリシリコ
ンゲート電極の少なくとも側壁が酸化される。そ
の際には、ソース接触部用の窓を設けるための独
立したマスキング工程を必要としなくても金属被
膜をソース領域に接触させ得るようにするため、
ソース領域の表面を酸化することなしにポリシリ
コンゲート電極の側壁を酸化するような選択的酸
化を実施することが好ましい。前述の米国特許出
願番号第406731号明細書中に一層詳しく記載され
ている通り、かかる選択的酸化を達成するために
は2つの一般的方法を使用することができる。 At some point during the method, at least the sidewalls of the polysilicon gate electrode are oxidized. In this case, the metallization can be brought into contact with the source region without the need for a separate masking step to provide a window for the source contact.
It is preferable to perform selective oxidation, such as oxidizing the sidewalls of the polysilicon gate electrode without oxidizing the surface of the source region. As described in more detail in the aforementioned US patent application Ser. No. 406,731, two general methods can be used to accomplish such selective oxidation.
第1の方法に従えば、ゲート絶縁層中に窒化シ
リコン層が含まれる。ポリシリコンゲート電極の
選択的酸化は、ソース領域上のゲート絶縁層を除
去するのに先立ち、酸素の存在下で加熱すること
によつて達成される。この場合、ソース領域の酸
化は窒化シリコン層の存在によつて防止されるの
である。 According to the first method, a silicon nitride layer is included in the gate insulating layer. Selective oxidation of the polysilicon gate electrode is accomplished by heating in the presence of oxygen prior to removing the gate insulating layer over the source region. In this case, oxidation of the source region is prevented by the presence of the silicon nitride layer.
選択的酸化を達成するための第2の方法に従え
ば、ゲート絶縁層中に窒化シリコン層が含まれな
い。これは完成した素子の性能の点から見て有益
である。なぜなら、窒化物/酸化物のサンドイツ
チ構造中には不安定な電荷が存在することがある
からである。その代り、ソース領域上には後にな
つてから窒化シリコンの酸化マスク層が形成され
る。このような酸化マスク層は、たとえば、イオ
ン注入または低圧真空蒸着によつて形成すること
ができる。 According to a second method for achieving selective oxidation, no silicon nitride layer is included in the gate insulating layer. This is beneficial in terms of the performance of the finished device. This is because unstable charges may exist in the nitride/oxide sandwich structure. Instead, a silicon nitride oxide mask layer is later formed over the source region. Such an oxidation mask layer can be formed, for example, by ion implantation or low pressure vacuum deposition.
更にまた、追加のマスキング工程が必要になる
点を犠牲にすれば、ソース領域上における窒化シ
リコンの酸化マスク層を排除し、そしてソース領
域の表面を酸化させてもよい。この場合には、ソ
ース接触部用の窓を設けるため、マスクを用いて
酸化物のエツチングが行われる。追加のマスキン
グ工程が要求されるとは言え、ソース−ベース間
短絡部はやはりマスキング工程の必要なしに形成
されるのである。 Furthermore, the silicon nitride oxide masking layer over the source region may be eliminated and the surface of the source region oxidized, at the expense of requiring an additional masking step. In this case, an oxide etch is performed using a mask to provide a window for the source contact. Although an additional masking step is required, the source-to-base short is still formed without the need for a masking step.
ゲート絶縁層がまだ除去されていなければ、こ
の時点において除去される。その結果、ソース領
域内においてはシリコンが露出することになる。 If the gate insulating layer has not already been removed, it is removed at this point. As a result, silicon is exposed in the source region.
本発明方法における残りの工程は金属被覆工程
である。金属被覆された指状ゲート端子を形成す
るための−マスク法の場合には、ウエーハ表面上
に金属(たとえばアルミニウム)が蒸着される。
かかる金属は上位のゲート接触部分と下位のソー
ス接触部分とに自動的に分離する。封入ゲート電
極を形成するための三マスク法の場合には、追加
のマスキングおよびエツチング工程の使用によ
り、ソース領域以外のウエーハ部分にゲート接触
部用の窓が設けられる。更に、第3のマスキング
工程を用いてパターン形成を施すことにより、金
属被膜がソース端子部分とゲート端子部分とに分
離される。 The remaining step in the method of the invention is the metallization step. In the case of a mask method for forming metallized finger gate terminals, metal (for example aluminum) is deposited on the wafer surface.
Such metal automatically separates into an upper gate contact and a lower source contact. In the case of the three-mask method for forming the encapsulated gate electrode, windows for the gate contact are provided in portions of the wafer other than the source region through the use of additional masking and etching steps. Further, by performing pattern formation using a third masking step, the metal film is separated into a source terminal portion and a gate terminal portion.
本発明の利点の1つは、記載される方法の多く
がフエイルセーフ方式のものであることにある。
すなわち、個々の単位セルが完全には形成されな
いことがあつても、素子全体としては支障が無い
のである。その結果、高い歩留りが達成される。
かかる事例の1つとして、最初のマスキング工程
におけるホトレジストエラー(すなわち、ホトレ
ジストが存在してはならない箇所に存在していた
り、あるいは存在すべき箇所に存在していなかつ
たりすること)が挙げられる。このような場合で
も、単位セルは動作しないかも知れないが、素子
全体としては正しく動作するのである。別の事例
としては、素子のある区域においてソース−ベー
ス間短絡部が形成されない場合が挙げられる。 One of the advantages of the present invention is that many of the methods described are fail-safe.
That is, even if individual unit cells are not completely formed, there is no problem with the device as a whole. As a result, high yields are achieved.
One such example is a photoresist error in the initial masking step (ie, photoresist is present where it should not be present or is absent where it is supposed to be present). Even in such a case, although the unit cell may not operate, the device as a whole operates correctly. Another case is when a source-base short is not formed in a certain area of the device.
起こり得る致命的な支障モードは比較的少な
い。1つの事例としては、ソース端子とゲート端
子とが接触して素子を短絡させるような金属被覆
エラーが挙げられる。 There are relatively few possible catastrophic failure modes. One example is a metallization error where the source and gate terminals touch and short the device.
発明の詳細な記載
本発明の新規な特徴は、前記特許請求の範囲中
に明確に記載されている。とは言え、本発明の構
成や内容並びにその他の目的や特徴は添付の図面
を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによ
つて一層良く理解されよう。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The novel features of the invention are pointed out in the appended claims. However, the structure and content of the present invention, as well as other objects and features, may be better understood from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings.
本明細書中では、便宜上、主としてN+形ソー
ス領域、P形ベースまたはチヤンネル領域および
N-形ドレイン領域を有するMOSFETに関連して
本発明の素子および製造方法が説明されることを
前以て注意しておきたい。更に一般的に述べれ
ば、本発明の方法はN+形の上部電極領域、P形
のベース領域およびN形の第1の領域を有する絶
縁ゲート形半導体素子に関連して説明されるので
ある。しかしながら、形成される活性領域同士が
正反対の導電形を有するような各種の素子にも本
発明が等しく適用できることは言うまでもない。 In this specification, for convenience, mainly N + type source region, P type base or channel region and
It should be noted in advance that the device and manufacturing method of the present invention will be described in connection with a MOSFET having an N - type drain region. More generally, the method of the invention will be described in relation to an insulated gate semiconductor device having an N + type top electrode region, a P type base region and an N type first region. However, it goes without saying that the present invention is equally applicable to various devices in which the active regions formed have opposite conductivity types.
第1の一般的形態の素子は、絶縁酸化物中に封
入され、次いで上部電極領域の金属被膜によつて
包囲されたゲート電極を有することを特徴とする
ものである。この場合には、遠隔のゲート接触部
が使用される。ゲート電極中にはただ1つの導電
層が存在すればよいが、ゲート入力抵抗を低下さ
せるために第2の層が使用されることもある。こ
のような形態の素子は、第1〜12図に関連して
詳細に記載される三マスク法に従つて製造され
る。 A first general form of the device is characterized by having a gate electrode encapsulated in an insulating oxide and then surrounded by a metallization in the upper electrode region. In this case, remote gate contacts are used. Only one conductive layer may be present in the gate electrode, but a second layer may be used to reduce gate input resistance. Devices of this type are manufactured according to the three-mask method described in detail in connection with FIGS. 1-12.
本発明はまた、一般にゲート入力抵抗を低くす
るために金属被覆された指状ゲート端子を有する
ことによつて高周波動作が可能であることを特徴
とする素子に対しても適用することができる。こ
のような形態の素子は、第13〜18図に関連し
て本明細書中に記載される−マスク法に従つて製
造される。 The present invention can also be applied to devices that are generally capable of high frequency operation by having finger-shaped gate terminals that are metallized to reduce gate input resistance. Elements of this type are manufactured according to the mask method described herein in connection with FIGS. 13-18.
とは言え、封入ゲート電極形成用の三マスク法
は幾つかの利点を有することに留意すべきであ
る。第一に、張出し層が存在する場合のようにソ
ースおよびベース領域を形成するための傾斜イオ
ン注入工程を必要とすることなく、ソース領域、
ベース領域および短絡領域のすべてを形成するこ
とができる。第二に、高温加工に耐え得る保護層
をポリシリコンゲート電極の上面に設置する必要
が無い。なぜなら、いずれのマスキング層にも幾
つかの高温加工工程に耐えて残存することは要求
されないからである。 However, it should be noted that the three-mask method for forming encapsulated gate electrodes has several advantages. First, the source region,
The base region and the shorting region can all be formed. Second, there is no need to provide a protective layer that can withstand high temperature processing on the top surface of the polysilicon gate electrode. This is because neither masking layer is required to survive several high temperature processing steps.
更にまた、以下において詳細に記載される方法
は現時点において好適な特定の実施態様であるこ
とにも留意すべきである。なお、かかる方法や変
法を以下に記載される場合とは異なる組合せによ
つて使用することが可能であり、また各種の工程
を以下に記載される場合とは異なる順序で実施す
ることも可能であることは言うまでもない。 Furthermore, it should be noted that the methods described in detail below are specific embodiments that are presently preferred. It should be noted that such methods and variations may be used in different combinations than those described below, and that the various steps may be performed in a different order than those described below. Needless to say, it is.
<封入ゲート電極素子>
先ず第1図を見ると、電力用MOSFET50の
活性部分の部分断面図が示されている。この場
合、1つの単位セル52は完全に図示されている
が、それに隣接する単位セルは部分的にしか示さ
れていない。公知の通り、電力用MOSFETは単
一の半導体ウエーハ54上に形成された多数の単
位セルから成つていて、それらの単位セルは電気
的に並列接続されている。単位セル52はN-形
シリコン半導体材料から成る共通ドレイン領域5
6を有していて、かかるドレイン領域56には高
濃度の不純物を添加したN+形の基板60を介し
て共通の金属端子58がオーミツク接触してい
る。現時点において好適な半導体材料はシリコン
であるが、その他の半導体材料(たとえばヒ化ガ
リウム)も使用可能である。<Encapsulated Gate Electrode Element> Turning first to FIG. 1, a partial cross-sectional view of the active portion of a power MOSFET 50 is shown. In this case, one unit cell 52 is fully illustrated, while the adjacent unit cells are only partially illustrated. As is well known, a power MOSFET consists of a large number of unit cells formed on a single semiconductor wafer 54, and these unit cells are electrically connected in parallel. The unit cell 52 has a common drain region 5 made of N - type silicon semiconductor material.
6, and a common metal terminal 58 is in ohmic contact with the drain region 56 via an N + type substrate 60 doped with impurities at a high concentration. The currently preferred semiconductor material is silicon, although other semiconductor materials (eg, gallium arsenide) can also be used.
単位セル52はまた、ドレイン領域56の内部
に形成されたN+ソース領域62およびP形ベー
ス領域64をも有している。ウエーハ54の表面
66においては、各々のベース領域64はN形の
ソース領域62とドレイン領域56との間にP形
半導体材料の帯状部68として存在している。
N+形ソース領域62、P形ベース領域64およ
びN-形ドレイン領域56によつて形成された寄
生的バイポーラトランジスタのターンオンを防止
するため、P+形の短絡領域69またはソース領
域62を貫通してそれの表面にまで達するベース
領域64の延長部から成るソース−ベース間短絡
部が設置されている。かかる短絡部は、ソース端
子用の金属被膜の一部によつて完成される。 Unit cell 52 also has an N + source region 62 and a P-type base region 64 formed within drain region 56 . At the surface 66 of wafer 54, each base region 64 exists as a band 68 of P-type semiconductor material between N-type source region 62 and drain region 56.
In order to prevent turn-on of the parasitic bipolar transistor formed by the N + type source region 62 , P type base region 64 and N - type drain region 56 , the P + type shorting region 69 or the source region 62 is penetrated. A source-to-base short is provided consisting of an extension of the base region 64 extending to the surface thereof. Such a short circuit is completed by a portion of the metallization for the source terminal.
電界効果トランジスタの動作に役立つエンハン
スメント形チヤンネルを誘起させるため、表面6
6上にはベース領域64を構成するP形半導体材
料の帯状部68を少なくとも覆うようにしてゲー
ト絶縁層72および導電性ゲート電極70が配置
されている。その結果、ゲート電極70の間には
溝が規定され、そしてかかる溝の底部にはソース
領域62(および短絡領域69)が位置すること
になる。 surface 6 to induce enhancement type channels useful for operation of field effect transistors.
A gate insulating layer 72 and a conductive gate electrode 70 are disposed on the base region 64 so as to at least cover the strip 68 of P-type semiconductor material constituting the base region 64 . As a result, a trench is defined between the gate electrodes 70, and the source region 62 (and shorting region 69) is located at the bottom of the trench.
一実施態様に従えば、ゲート絶縁層72はサン
ドイツチ構造を有する。下記に詳述される理由に
より、このような構造のゲート絶縁層は二酸化シ
リコンから成る第1の酸化物層74、窒化シリコ
ンから成る窒化物層76、および(所望ならば)
やはり二酸化シリコンから成る第2の酸化物層7
8によつて構成されている。 According to one embodiment, gate insulating layer 72 has a sandwich structure. For reasons detailed below, the gate insulating layer in such a structure includes a first oxide layer 74 of silicon dioxide, a nitride layer 76 of silicon nitride, and (if desired)
A second oxide layer 7 also consisting of silicon dioxide
8.
ポリシリコンから成るゲート電極70は、側壁
および上面を含め、保護酸化物層79中に完全に
封入されている。封入されたゲート電極70を含
むウエーハの活性部分全体は、ソース端子用の金
属被膜88によつて被覆されている。従つて、遠
隔のゲート接触部が必要とされ、その結果として
ゲート入力抵抗が高くなる。(とは言え、第10
〜12図に関連して後述される実施態様に従えば
低いゲート入力抵抗が得られることが認められよ
う。)
第1図からわかる通り、ソース電極用の金属被
膜88はソース領域62および短絡領域69の両
方とオーミツク接触しており、それによつてソー
ス領域62とベース領域64とのオーミツク接触
が達成されている。 A polysilicon gate electrode 70 is completely encapsulated in a protective oxide layer 79, including the sidewalls and top surface. The entire active part of the wafer, including the encapsulated gate electrode 70, is covered by a metallization 88 for the source terminal. Therefore, remote gate contacts are required, resulting in high gate input resistance. (However, the 10th
It will be appreciated that low gate input resistance is obtained in accordance with the embodiments described below in connection with FIGS. ) As can be seen in FIG. 1, the metal coating 88 for the source electrode is in ohmic contact with both the source region 62 and the shorting region 69, thereby achieving ohmic contact between the source region 62 and the base region 64. There is.
第1図のベース領域64、ソース領域62およ
び短絡領域69は、後述のごとき熱拡散工程によ
つて最終位置にまで移動させられる。これらの領
域の大まかな位置は第1図に示されているが、図
からわかる通り、ベース領域の表面部分すなわち
帯状部68は完全に導電性ゲート電極70の下方
に位置しており、従つてソース領域62と導電性
ゲート電極70との間には重なり部分90が存在
している。なお熱拡散工程の実施に当つては、重
なり部分90の幅が少なくとも0以上になるよう
に、換言すれば重なり部分90が必ず存在するよ
うに制御することが必要である。 Base region 64, source region 62 and shorting region 69 of FIG. 1 are moved to their final positions by a thermal diffusion process as described below. The approximate locations of these regions are shown in FIG. 1, and as can be seen, the surface portion of the base region, or strip 68, is located completely below the conductive gate electrode 70, and thus An overlap portion 90 exists between source region 62 and conductive gate electrode 70 . In carrying out the thermal diffusion process, it is necessary to control the width of the overlapping portion 90 to be at least 0 or more, in other words, so that the overlapping portion 90 always exists.
動作について述べれば、各々の単位セルは通常
には非導通状態にあつて、比較的高い耐電圧を有
している。ゲート電極70に正の電圧が印加され
ると、ゲート絶縁層72を貫通してベース領域6
4内にまで広がる電界が発生する。それによつて
P形ベース領域64から電子が吸引される結果、
ゲート電極70およびゲート絶縁層72の下方に
位置する表面66の直下に薄いN形チヤンネルが
誘起される。公知の通り、ゲート電圧が高くなる
ほどチヤンネルの導電性は大きくなり、従つて流
れる動作電流も多くなる。電流は、ソース領域6
2とドレイン領域56との間では表面66の近く
を水平方向に流れ、次いで残りのドレイン領域5
6および基板60中を垂直方向に流れてドレイン
端子58に到達する。 Regarding operation, each unit cell is normally in a non-conducting state and has a relatively high withstand voltage. When a positive voltage is applied to the gate electrode 70, it penetrates the gate insulating layer 72 and forms the base region 6.
An electric field is generated that extends up to 4. As a result, electrons are attracted from the P-type base region 64.
A thin N-type channel is induced directly beneath the surface 66 located below the gate electrode 70 and gate insulating layer 72. As is known, the higher the gate voltage, the more conductive the channel and therefore the more operating current will flow. The current flows through the source region 6
2 and drain region 56 in a horizontal direction near surface 66 and then in the remaining drain region 5
6 and flows vertically through substrate 60 to reach drain terminal 58 .
<その他の絶縁ゲート形素子>
上記に略述した通り、第1図に示された一般的
なMOSFET構造物は本発明の方法の適用対象と
なる絶縁ゲート形半導体素子全般を代表するもの
である。<Other insulated gate type devices> As outlined above, the general MOSFET structure shown in FIG. 1 is representative of all insulated gate type semiconductor devices to which the method of the present invention is applied. .
たとえば、絶縁ゲート形整流器(IGR)を得る
ためには、第1図中の基板60をP+形のものと
し、それによつて整流器陽極領域を構成すればよ
い。ここでは、N-形領域56はより一般的に第
1の領域と呼び、また基板60はより一般的に第
2の領域と呼ぶ。ソース領域62は整流器陰極領
域を構成するわけであるが、本明細書中ではより
一般的に上部電極領域と呼ぶ。 For example, to obtain an insulated gate rectifier (IGR), substrate 60 in FIG. 1 may be of the P + type, thereby forming the rectifier anode region. N - type region 56 is more generally referred to herein as a first region, and substrate 60 is more generally referred to herein as a second region. Although source region 62 constitutes the rectifier cathode region, it is more generally referred to herein as the top electrode region.
同様に、明確には図示されていないが、中位濃
度のP形不純物を添加した第2の領域60の下方
にN+形の第3の領域(図示せず)を形成するこ
とによつてMOSゲート形サイリスタを得ること
もできる。この場合、第3の領域はサイリスタの
主端子領域を構成することになる。 Similarly, although not clearly shown in the drawings, by forming an N + type third region (not shown) below the second region 60 doped with a medium concentration of P-type impurities. It is also possible to obtain a MOS gate type thyristor. In this case, the third region will constitute the main terminal region of the thyristor.
通常の素子製造方法においては、自明のごと
く、先ず下部の層(すなわち、MOSゲート形サ
イリスタの場合ならば第3の領域)が形成され、
それからたとえばエピタキシヤル成長技術によつ
て上部の層が相次いで形成される。 In a normal device manufacturing method, as is obvious, the lower layer (i.e., the third region in the case of a MOS gate thyristor) is formed first;
The upper layer is then formed one after the other, for example by epitaxial growth techniques.
以下の説明においては、便宜上、本発明の方法
はMOSFETに関連して詳細に記載される。しか
しながら、本発明の方法が上記およびその他の絶
縁ゲート形半導体素子全般に対して等しく適用で
きることは言うまでもない。 In the following description, for convenience, the method of the invention will be described in detail with respect to MOSFETs. However, it goes without saying that the method of the present invention is equally applicable to the above and other insulated gate type semiconductor devices in general.
<第2〜9図の封入ゲート電極形成用三マスク法
>
第2図に関連して述べれば、先ず最初にN-形
のドレイン領域56を含むシリコン半導体ウエー
ハ54が準備される。そのためには、先ず低い抵
抗率を持つた適当なウエーハ基板60が用意され
るが、これはたとえば10ミルの厚さおよび
0.001Ω・cmを持つたN+形の基板であればよい。
次いで、エピタキシヤル成長により、たとえば2
ミルの厚さおよび25Ω・cmの抵抗率を持つたドレ
イン領域56がウエーハ60上に形成される。こ
れは典型的な500Vの構造物である。<Three-mask method for forming encapsulated gate electrodes in FIGS. 2-9> In connection with FIG. 2, first, a silicon semiconductor wafer 54 including an N - type drain region 56 is prepared. To do this, first a suitable wafer substrate 60 of low resistivity is provided, for example 10 mils thick and
Any N + type substrate with a resistance of 0.001Ω・cm will suffice.
Then, by epitaxial growth, for example, 2
A drain region 56 having a mil thickness and a resistivity of 25 Ω·cm is formed on the wafer 60. This is a typical 500V structure.
次に、第1の酸化物層74、窒化物層76およ
び第2の酸化物層78を相次いで生成させること
により、ドレイン領域56の表面66上にゲート
絶縁層72が形成される。酸化物層74および7
8は、それぞれ熱酸化および化学蒸着によつて生
成させればよい。また、窒化物層76は化学蒸着
によつて生成させればよい。窒化物層76はポリ
シリコンゲート電極70の側壁の選択的酸化を容
易にするために含まれるものであるから、以後の
中間工程において窒化物の酸化マスクが形成され
るような変法あるいはソース接触部用の窓を設け
るために追加のマスキング工程が使用されるよう
な変法においては省略することもできる。第2の
酸化物層78の使用もまた随意であつて、これは
窒化物層76を保護しながらポリシリコンゲート
電極材料の選択的酸化を容易にするために含まれ
る。なぜなら、多くのポリシリコン用エツチング
剤は窒化シリコンを侵食するが、二酸化シリコン
はそれらに良く耐えるからである。この酸化物層
78はまた、ゲート絶縁層72中およびゲート絶
縁層72とゲート電極層91との界面における機
械的応力を低減させるためにも役立つ。 Gate insulating layer 72 is then formed on surface 66 of drain region 56 by successively forming a first oxide layer 74, a nitride layer 76, and a second oxide layer 78. Oxide layers 74 and 7
8 may be produced by thermal oxidation and chemical vapor deposition, respectively. Additionally, nitride layer 76 may be formed by chemical vapor deposition. Since the nitride layer 76 is included to facilitate selective oxidation of the sidewalls of the polysilicon gate electrode 70, a modified method or source contact in which a nitride oxidation mask is formed in a subsequent intermediate step is included. It may also be omitted in variations where an additional masking step is used to provide the partial window. The use of second oxide layer 78 is also optional and is included to facilitate selective oxidation of the polysilicon gate electrode material while protecting nitride layer 76. This is because many polysilicon etchants attack silicon nitride, whereas silicon dioxide resists them well. This oxide layer 78 also serves to reduce mechanical stress in the gate insulating layer 72 and at the interface between the gate insulating layer 72 and the gate electrode layer 91.
次に、最終のゲート電極70の厚さ(たとえば
1.0μ)に適した厚さを有する高導電率のゲート電
極層91がゲート絶縁層72上に形成される。か
かるゲート電極層91は、高濃度のN+形または
P+形不純物(図示の場合はN+形不純物)を添加
したポリシリコンから成ることが好ましい。とは
言え、導電性のゲート電極層91用としてその他
の材料(たとえば金属ケイ化物)を使用すること
もできる。いかなる材料を使用するにせよ、それ
の一般的要求条件としては(1)制御下で酸化可能で
あること、(2)酸化物を侵食しないエツチング法ま
たはエツチング剤によるエツチングが可能である
こと、(3)良好な導電性を有すること、並びに(4)シ
リコンに対して適度に整合した熱膨脹率を有する
ことが挙げられる。 Next, the thickness of the final gate electrode 70 (for example,
A high conductivity gate electrode layer 91 having a thickness suitable for 1.0μ) is formed on the gate insulating layer 72. The gate electrode layer 91 is made of highly concentrated N + type or
It is preferably made of polysilicon doped with P + type impurities (N + type impurities in the illustrated case). However, other materials (eg, metal silicides) can also be used for the conductive gate electrode layer 91. The general requirements for any material used are (1) that it can be oxidized in a controlled manner; (2) that it can be etched by etching methods or etchants that do not attack the oxide; 3) have good electrical conductivity; and (4) have a coefficient of thermal expansion reasonably matched to silicon.
初期のウエーハ準備工程に続き、ソース領域お
よび短絡領域の最終位置を規定する開口94を持
つた第1の耐食マスク92が写真食刻法によつて
形成される。なお、かかる第1のマスクについて
は第9図に関連して後記に一層詳しい説明が行わ
れる。 Following the initial wafer preparation steps, a first corrosion resistant mask 92 is formed by photolithography with openings 94 defining the final locations of the source and short regions. The first mask will be explained in more detail later in connection with FIG. 9.
次に、第3Aおよび3Bに見られるごとく、初
期エツチング工程が実施される。かかる初期エツ
チング工程は、第1の耐食マスク92の開口94
によつて規定された区域内のゲート電極層91を
貫通してゲート絶縁層72に達するまで実施され
る。第3A図は好適な選択的エツチングの結果を
示し、また第3B図は使用可能な等方性エツチン
グの結果を示している。 Next, an initial etching step is performed, as seen in sections 3A and 3B. This initial etching step is performed to open the opening 94 of the first corrosion-resistant mask 92.
The process is performed until the gate electrode layer 91 is penetrated in the area defined by the gate insulating layer 72. Figure 3A shows the results of a preferred selective etch, and Figure 3B shows the results of a usable isotropic etch.
第3A図の選択的エツチングは、単位セルの寸
法を小さくできるため、封入ゲート電極形素子の
場合に適当である。第16〜18図に関連して後
述されるような−マスク法に従つて製造される金
属被覆ゲート電極形素子の場合には、金属被膜を
ソース端子とゲート端子とに自動的に分離させる
ため、垂直な側壁を与える指向性エツチングが不
可欠であると考えることができる。ポリシリコン
に対して実質的に垂直なエツチングを施すために
は、電界を用いて指向性を実現する幾つかの公知
方法が使用できるが、それらは一般に乾式エツチ
ング法として知られている。本発明の実施に際し
て使用するのに適した乾式エツチング法の一例と
しては反応イオンエツチングが挙げられる。 The selective etching of FIG. 3A is suitable for encapsulated gate electrode type devices because it allows the unit cell dimensions to be reduced. In the case of metallized gate electrode type devices manufactured according to the -mask method as described below in connection with FIGS. 16 to 18, the metallization is automatically separated into source and gate terminals. , directional etching giving vertical sidewalls can be considered essential. To etch substantially perpendicular to the polysilicon, several known methods using electric fields to achieve directionality can be used, commonly known as dry etching methods. One example of a dry etching method suitable for use in the practice of the present invention is reactive ion etching.
第2の酸化物層78の存在は、窒化物層76を
ポリシリコン用エツチング剤から保護することに
よつてエツチング工程を容易にする。たとえば、
多くのプラズマエツチング法はポリシリコンを良
く侵食しかつ窒化シリコンをかなり良く侵食する
が、二酸化シリコンによつて遮断されるのであ
る。 The presence of second oxide layer 78 facilitates the etching process by protecting nitride layer 76 from the polysilicon etchant. for example,
Many plasma etching methods attack polysilicon well and attack silicon nitride fairly well, but are blocked by silicon dioxide.
第3Aおよび3B図に示された初期エツチング
工程に続き、短絡領域69を形成するための不純
物がゲート絶縁層72を通してのイオン注入によ
つてドレイン領域56内に導入される。第4Aお
よび4B図に示されるごとく、短絡領域用不純物
の注入は実質的に垂直に行われるのであつて、そ
の際には第1の耐食マスク92およびゲート電極
層91の残留部分がマスクとして役立つことにな
る。かかる短絡領域用不純物の注入は、比較的浅
く行われ、かつ(あるいは)拡散速度の比較的遅
いP形不純物(たとえばインジウム)を用いて行
われる。なぜなら、本法の終了時において、短絡
領域69の深さはソース領域62の深さより著し
く大きくてはならないからである。 Following the initial etch step shown in FIGS. 3A and 3B, impurities are introduced into drain region 56 by ion implantation through gate insulating layer 72 to form shorting region 69. As shown in FIGS. 4A and 4B, the shorting region impurity implantation is performed substantially vertically, with the first corrosion-resistant mask 92 and the remaining portion of the gate electrode layer 91 serving as a mask. It turns out. Such shorting region impurity implantation is performed relatively shallowly and/or using a P-type impurity (eg, indium) having a relatively slow diffusion rate. This is because, at the end of the method, the depth of the shorting region 69 must not be significantly greater than the depth of the source region 62.
公知のイオン注入法を使用することができる。
その例としては、たとえば、Proc.IEEE第56巻第
3号(1968年3月)の295〜319頁に収載されたジ
エイ・エフ・ギボンズの論文「半導体におけるイ
オン注入−第部:飛程分布理論および実験」並
びに同誌第60巻第9号(1972年9月)の1062〜
1096頁に収載されたジエイ・エフ・ギボンズの論
文「半導体におけるイオン注入−第部:損傷発
生およびアニール」中に記載のものが挙げられ
る。 Known ion implantation methods can be used.
An example of this is the paper by G.F. Gibbons published in Proc. IEEE Vol. ``Theory and Experiment'' and the same magazine, Vol. 60, No. 9 (September 1972), 1062~
Examples include those described in G.F. Gibbons' article "Ion implantation in semiconductors - Part: Damage generation and annealing" published on page 1096.
次に第5Aおよび5B図に関連して述べると、
短絡領域用不純物を導入する工程に続き、ゲート
電極層91の残留部分に対して横方向エツチング
が施される。すなわち、第1の耐食マスク92の
下方にアンダーカツトを設けることによつてゲー
ト電極70の最終寸法が規定されることになる。
次いで、第1の耐食マスク92が除去される。 Next, referring to FIGS. 5A and 5B,
Following the step of introducing short-circuit region impurities, the remaining portion of gate electrode layer 91 is laterally etched. That is, by providing an undercut below the first corrosion-resistant mask 92, the final dimensions of the gate electrode 70 are defined.
First corrosion-resistant mask 92 is then removed.
次に第6図に移れば、第5Aおよび5B図の横
方向エツチング工程に続く中間工程として、ベー
ス領域64およびソース領域62を形成するため
の適当な不純物がゲート電極70間のドレイン領
域内に導入される。これらの領域の形成は拡散に
よつて行つてもよいし、あるいは第6図に示され
るごとくイオン注入によつて行つてもよい。な
お、ゲート電極70上に張出し層が存在しないた
め、イオン注入は垂直に行えばよい点に注目すべ
きである。 Turning now to FIG. 6, as an intermediate step following the lateral etching step of FIGS. 5A and 5B, appropriate impurities are added into the drain region between gate electrodes 70 to form base region 64 and source region 62. be introduced. These regions may be formed by diffusion or by ion implantation as shown in FIG. It should be noted that since there is no overhang layer on the gate electrode 70, the ion implantation can be performed vertically.
ゲート電極70中にPN接合が形成されるのを
防止するため、化学蒸着によつて形成された窒化
物層(図示せず)が第1の耐食マスク92の下に
含まれていてもよい。かかる窒化物層はイオン注
入後に除去される。 A nitride layer (not shown) formed by chemical vapor deposition may be included under the first corrosion-resistant mask 92 to prevent the formation of a PN junction in the gate electrode 70. Such nitride layer is removed after ion implantation.
次に、ゲート電極70の上面および側壁を選択
的に酸化して封入用の酸化物層79を生成させれ
ば、第7図の構造物が得られる。 The top surface and sidewalls of gate electrode 70 are then selectively oxidized to form an encapsulating oxide layer 79, resulting in the structure of FIG.
かかる選択的酸化を著しく容易にする手段とし
て、短絡領域69、ベース領域64およびソース
領域62を形成するための上記イオン注入はゲー
ト絶縁層72を通して行われ、従つてゲート絶縁
層72は実質的に無傷のままで残される。イオン
注入後の適当な時点において、ベース領域64お
よびソース領域62を形成するための不純物は熱
拡散によつて適正な位置にまで移動させられる。
かかる熱拡散は1回にまとめて行つてもよいし、
あるいは複数回の工程に分けて行つてもよい。
(便宜上、第6および7図は熱拡散後における位
置を示しており、従つてイオン注入直後における
位置を正確に示しているわけではない。)
ベース領域64およびソース領域62を形成す
るための不純物を最終位置にまで移動させる熱拡
散工程は、第7図に示された選択的酸化工程と同
時に行うことが好ましい。最も効率的な方法に従
えば、全てのイオン注入が同時に行われ、そして
選択的酸化工程中に全ての不純物が同時に移動さ
せられる。 As a means of significantly facilitating such selective oxidation, the ion implantation described above to form shorting region 69, base region 64, and source region 62 is performed through gate insulating layer 72, so that gate insulating layer 72 is substantially left unharmed. At an appropriate point after ion implantation, the impurities forming base region 64 and source region 62 are moved to the proper location by thermal diffusion.
Such heat diffusion may be performed all at once, or
Alternatively, the process may be performed in multiple steps.
(For convenience, FIGS. 6 and 7 show the positions after thermal diffusion and therefore do not accurately show the positions immediately after ion implantation.) Impurities to form base region 64 and source region 62 Preferably, the thermal diffusion step for moving the material to its final position is carried out simultaneously with the selective oxidation step shown in FIG. According to the most efficient method, all ion implantations are performed at the same time, and all impurities are transferred at the same time during the selective oxidation step.
第7図に関連して更に詳しく述べれば、ゲート
電極70の上面および側壁を選択的に酸化して酸
化物層79を生成させる中間工程は酸素の存在下
で加熱することによつて達成される。こうして得
られた酸化物層79はゲート絶縁層72中の第1
の酸化物層74よりもずつと厚い。ゲート電極7
0間のソース領域62の酸化は、ゲート絶縁層7
2中の窒化物層76の存在によつて防止される。
なお、ゲート電極70の上面および側壁の選択的
酸化に先立ち、ソース領域内に位置する第2の酸
化物層78を選択的エツチングにより除去して窒
化物層76を露出させておくことが好ましい。選
択的酸化技術に関するこれ以上の情報は、
IEEE・エレクトロン・デバイス・レターズ第
EDL−2巻第10号(1981年10月)の244〜247頁
に収載されたジエイ・ヒユイ、テイー・ワイ・チ
ユウ、エス・ウオンおよびダブリユー・ジー・オ
ールドハムの論文「高密度MOS用の選択的酸化
技術」中に見出すことができる。 In more detail with reference to FIG. 7, the intermediate step of selectively oxidizing the top surface and sidewalls of gate electrode 70 to form oxide layer 79 is accomplished by heating in the presence of oxygen. . The oxide layer 79 thus obtained is the first layer in the gate insulating layer 72.
The oxide layer 74 is considerably thicker than the oxide layer 74. Gate electrode 7
The oxidation of the source region 62 between the gate insulating layer 7
This is prevented by the presence of nitride layer 76 in 2.
Note that, prior to selective oxidation of the upper surface and sidewalls of gate electrode 70, it is preferable to remove second oxide layer 78 located in the source region by selective etching to expose nitride layer 76. For more information on selective oxidation techniques, please visit
IEEE Electron Device Letters No.
EDL-Volume 2, No. 10 (October 1981), pp. 244-247, by Jie Hui, Tei Wai Chiu, S. Wong, and D.B. "Selective Oxidation Techniques".
この時点における素子は、所要の最終加工を施
せばよい状態にある。すなわち、金属被覆のため
にソース領域62および短絡領域69を露出さ
せ、ゲート接触部用の窓を設け、金属被覆を行
い、次いで金属被膜にパターン形成を施すことに
よつて完成した素子が得られるのである。 The device at this point is ready for any required final processing. That is, the completed device is obtained by exposing source region 62 and shorting region 69 for metallization, providing a window for the gate contact, applying metallization, and then patterning the metallization. It is.
第8図に関連して詳しく述べれば、適当なエツ
チング剤(たとえば酸化物用の緩衝フツ化水素酸
および窒化物用の熱リン酸)を用いた選択的エツ
チングにより、ゲート電極70の間に位置するゲ
ート絶縁層72中の第1の酸化物層74、窒化物
層76および(まだ存在しているならば)第2の
酸化物層78が除去され、それによつてソース領
域62の表面上にシリコンが露出される。ゲート
絶縁層72中の酸化物層74および78のエツチ
ングは(第7図に示されるごとくにして形成され
た)ゲート封入用の酸化物層79を除去すること
なく容易に達成されるが、それはゲート封入用の
酸化物層79の方がずつと厚いからである。多少
の侵食は受けるが、ゲート封入用の酸化物層79
が完全に除去されてしまうことはない。 More specifically, with reference to FIG. 8, selective etching using a suitable etchant (e.g., buffered hydrofluoric acid for oxides and hot phosphoric acid for nitrides) removes the etchants located between gate electrodes 70. The first oxide layer 74, the nitride layer 76, and the second oxide layer 78 (if still present) in the gate insulating layer 72 are removed, thereby forming a layer on the surface of the source region 62. Silicon is exposed. Etching of oxide layers 74 and 78 in gate insulating layer 72 is easily accomplished without removing gate encapsulating oxide layer 79 (formed as shown in FIG. 7); This is because the oxide layer 79 for encapsulating the gate is much thicker. Although it undergoes some erosion, the oxide layer 79 for gate encapsulation
is never completely removed.
次いで、素子50の活性部分とは異なる遠隔部
分において、ゲート接触部用の窓がゲート封入用
の酸化物層79を貫通して設けられる。公知の通
り、これは第2のマスク98を用いて実施される
が、かかる第2のマスクの外形は第9図に示され
ている。 A gate contact window is then provided through the gate encapsulation oxide layer 79 in a remote portion of the device 50 that is different from the active portion. As is known, this is accomplished using a second mask 98, the outline of which is shown in FIG.
その後、第1図に示されるごとく、素子全体に
わたつて金属被膜88が蒸着される。次いで、第
3のマスク100(第9図)を用いてパターン形
成を施すことにより、金属被膜88がソース端子
とゲート端子とに分離される。 Thereafter, a metal coating 88 is deposited over the entire device, as shown in FIG. Then, by patterning using the third mask 100 (FIG. 9), the metal film 88 is separated into a source terminal and a gate terminal.
<導電性の大きい封入ゲート形成用の方法(第1
0〜12図)>
遠隔ゲート接触部を有する封入ゲート電極構造
物におけるゲート入力抵抗を低下させるため、ゲ
ート電極70はポリシリコンから成るゲート電極
層91上に耐熱金属ケイ化物(たとえばケイ化モ
リブデン)の層を含むことができる。ケイ化モリ
ブデンは高濃度の不純物を添加したポリシリコン
よりも大きい導電性を有し、しかもその表面を酸
化することによつてゲート電極70封入すること
ができるのである。<Method for forming encapsulated gate with high conductivity (first method)
0-12) > To reduce the gate input resistance in an encapsulated gate electrode structure with remote gate contacts, the gate electrode 70 includes a refractory metal silicide (e.g., molybdenum silicide) on a gate electrode layer 91 of polysilicon. layers. Molybdenum silicide has higher conductivity than polysilicon doped with a high concentration of impurities, and can be encapsulated in the gate electrode 70 by oxidizing its surface.
第10図に関連して述べれば、初期のウエーハ
準備工程は本質的に第2および3A図に関連して
上記に説明した通りである。ただし、この場合に
は、ゲート電極層91と第1の耐食マスク92と
の間にケイ化モリブデン層102が配置されてい
る。短絡領域69は、上記のごとく、P+形の領
域を生み出すのに十分な濃度のP形不純物をイオ
ン注入することによつて形成される。 With reference to FIG. 10, the initial wafer preparation process is essentially as described above with respect to FIGS. 2 and 3A. However, in this case, a molybdenum silicide layer 102 is disposed between the gate electrode layer 91 and the first corrosion-resistant mask 92. Shorting region 69 is formed by ion implantation of P type impurities at a concentration sufficient to create a P + type region, as described above.
次に、第11図に示されるごとく、アンダーカ
ツトエツチングが施される。第2〜9図に関連し
て上記に記載された方法の場合と異なり、第11
図に見られるごとく、ソースおよびベース領域用
不純物の導入に先立つて選択的酸化が行われる。
これらの不純物は、第12図に関連して後述され
るごとく、気体不純物源の拡散によつて導入され
る。 Next, as shown in FIG. 11, undercut etching is performed. Unlike the method described above in connection with Figures 2-9,
As can be seen, selective oxidation is performed prior to the introduction of impurities for the source and base regions.
These impurities are introduced by diffusion of a gaseous impurity source, as described below in connection with FIG.
第11図に示されるごとく、酸化物層79はゲ
ート電極70のポリシリコン部分91の表面ばか
りでなくケイ化モリブデン部分102の表面にも
生成される。 As shown in FIG. 11, oxide layer 79 is formed not only on the surface of polysilicon portion 91 of gate electrode 70 but also on the surface of molybdenum silicide portion 102.
次に、第12図に示されるごとく、ゲート電極
70間に位置するゲート絶縁層70が除去され、
次いで気体不純物源から不純物を導入することに
よつてベース領域64およびソース領域62が形
成される。これらの62および64は、非酸化雰
囲気中における熱拡散によつて最終位置にまで移
動させられる。 Next, as shown in FIG. 12, the gate insulating layer 70 located between the gate electrodes 70 is removed,
Base region 64 and source region 62 are then formed by introducing impurities from a gaseous impurity source. These 62 and 64 are moved to their final positions by thermal diffusion in a non-oxidizing atmosphere.
この時点に至り、遠隔のゲート接触部を形成す
るために次の加工が第8および9図に関連して上
記に記載されたごとくにして施される。 At this point, further processing is performed as described above in connection with FIGS. 8 and 9 to form the remote gate contact.
第2〜9図の方法と第10〜12図の方法とを
比較すればわかる通り、工程を実施する順序は
様々に変更することが可能である。とりわけ、選
択的酸化を行う時期は様々に変更することができ
る。 As can be seen by comparing the method of FIGS. 2-9 with the method of FIGS. 10-12, the order in which the steps are performed can be varied in various ways. In particular, the timing of selective oxidation can be varied.
<ゲート絶縁層中の窒化シリコン層を省いた変法
>
これまで上記に記載された方法においては、ゲ
ート電極70の側壁の選択的酸化をの易にするた
め、ゲート絶縁層72中に窒化シリコン層76が
含まれている。必然的に、導電性のゲート電極7
0とベース領域64の表面68との間に位置する
ゲート絶縁層の活性部分中には窒化シリコン層7
6が残留するが、ゲート電極70の側壁の選択的
酸化後にはいかなる目的にも役立つわけではな
い。<Modified method in which the silicon nitride layer is omitted in the gate insulating layer> In the methods described above, silicon nitride is added in the gate insulating layer 72 in order to facilitate selective oxidation of the sidewalls of the gate electrode 70. A layer 76 is included. Inevitably, a conductive gate electrode 7
0 and a surface 68 of the base region 64 in the active portion of the gate insulating layer 7 .
6 remains, but does not serve any purpose after selective oxidation of the sidewalls of gate electrode 70.
ところで、二酸化シリコン/窒化シリコンのサ
ンドイツチ構造は主として窒化物−酸化物界面に
存在すると考えられる拡散電荷または不安定電荷
を含有することがあると判明した。このような電
荷は、とえば導電チヤンネルの反転を困難にする
ことにより、それを含有するMOS構造物に問題
を引起こすに十分なものである。 By the way, it has been found that the sandwich structure of silicon dioxide/silicon nitride may contain diffuse or unstable charges that are thought to exist mainly at the nitride-oxide interface. Such charge is sufficient to cause problems in the MOS structure containing it, for example by making reversal of the conductive channel difficult.
それ故、この変法に従えば、初期のウエーハ準
備工程において形成されるゲート絶縁層中には窒
化物層が含まれておらず、そして後の中間工程に
おいて窒化シリコンの酸化マスク層が形成される
のである。このような変法は、前述の米国特許出
願番号第406731号明細書中に一層詳しく記載され
ている。とは言え、便宜上、以下に要約して示す
ことにする。 Therefore, according to this variant, no nitride layer is included in the gate insulating layer formed in the initial wafer preparation step, and a silicon nitride oxide mask layer is formed in a later intermediate step. It is. Such variations are described in more detail in the aforementioned US patent application Ser. No. 406,731. However, for convenience, we will summarize them below.
簡単に述べれば、先ず最初に、ドレイン領域5
6を含むシリコン半導体ウエーハが用意される。
ただし、この場合には、第1図のごときサンドイ
ツチ構造のゲート絶縁体72ではなくて単一の酸
化物層(たとえば第1の酸化物層74)から成る
ゲート絶縁層がドレイン領域の表面66上に形成
される。残りの初期ウエーハ準備工程は上記の通
りにして行われるのであつて、唯一の相違点はゲ
ート絶縁層中に窒化シリコン層が含まれないこと
である。 Briefly, first, the drain region 5
A silicon semiconductor wafer containing 6 is prepared.
However, in this case, instead of the gate insulator 72 having a sandwich structure as shown in FIG. is formed. The remaining initial wafer preparation steps are performed as described above, with the only difference being that no silicon nitride layer is included in the gate insulating layer.
本法中の適当な時点において、ゲート電極70
の側壁の選択的酸化を容易にするため、ゲート電
極70の間に位置する短絡領域69およびソース
領域62上に窒化シリコンの酸化マスク層(図示
せず)が形成される。前述のヒユイ等の論文「高
密度MOS用の選択的酸化技術」中に記載されて
いる通り、かかる酸化マスク層(図示せず)は各
種の方法によつて形成することができる。一例を
挙げれば、酸化マスク層はイオン注入によつて形
成される。ただし、かかるイオン注入はゲート電
極70間のソース領域全体を処理するために必要
であれば一定の傾斜角をもつて行われるが、ゲー
ト電極70の側壁自体に対するイオン注入は避け
なければならない。イオン注入法によれば、直接
にシリコン中へ窒素が注入される。なお、酸化物
層74が除去されていない場合には、二酸化シリ
コンおよびシリコンの両者中に窒素が注入され
る。 At an appropriate point during the method, the gate electrode 70
A silicon nitride oxide mask layer (not shown) is formed over the shorting region 69 and source region 62 located between the gate electrodes 70 to facilitate selective oxidation of the sidewalls of the gate electrodes 70 . Such an oxidation mask layer (not shown) can be formed by a variety of methods, as described in the Huy et al. article "Selective Oxidation Techniques for High Density MOS" cited above. In one example, the oxide mask layer is formed by ion implantation. However, although such ion implantation may be performed at a certain tilt angle if necessary to treat the entire source region between the gate electrodes 70, ion implantation into the sidewalls of the gate electrodes 70 themselves must be avoided. According to the ion implantation method, nitrogen is directly implanted into silicon. Note that if oxide layer 74 is not removed, nitrogen is implanted into both the silicon dioxide and silicon.
あるいはまた、低圧化学蒸着によつて酸化マス
ク層を形成することもできる。更に別の例として
はスパツタリングも挙げられる。なお、ゲート電
極70の側壁上における窒化物層の形成を避ける
ため、選択的成長技術または傾斜蒸着技術を使用
する必要がある。 Alternatively, the oxide mask layer can be formed by low pressure chemical vapor deposition. Yet another example is sputtering. Note that in order to avoid the formation of a nitride layer on the sidewalls of the gate electrode 70, selective growth techniques or tilted deposition techniques should be used.
<窒化シリコンの酸化マスク層を用いない変法>
やはり前述の米国特許出願番号第406731号明細
書中に記載されている通り、追加のマスキング工
程が必要となる点を犠牲にすれば、第2〜12図
に関連して前記に記載されたごとくゲート絶縁層
中に窒化シリコン層76を含めなくてもよいばか
りか、上記に略述されたような窒化シリコンの酸
化マスク層(図示せず)を形成しなくても済む。
この場合には、ゲート封入用の酸化物層79を生
成させるのと同時にソース領域62の表面が酸化
され、そして後になつてからソース領域の酸化物
を除去することによつてソース接触部用の窓が設
けられる。かかるソース接触部用の窓を設ける際
には、従来通り厳密に位置合せされたマスクを使
用するのが通例である。また、シリコンに比べて
二酸化シリコンに高い選択比を有するような平行
化ビームによる反応イオンエツチングまたはイオ
ンミーリングのごとき方法を使用することもでき
る。<Modified method that does not use a silicon nitride oxide mask layer> As also described in the above-mentioned U.S. Patent Application No. 406,731, the second method does not require an additional masking step. Not only may silicon nitride layer 76 not be included in the gate insulating layer as described above in connection with FIGS. There is no need to form.
In this case, the surface of the source region 62 is oxidized at the same time as the gate encapsulation oxide layer 79 is formed, and the source contact layer is later removed by removing the source region oxide. A window will be provided. In providing such source contact windows, it is customary to use conventionally precisely aligned masks. Also, methods such as collimated beam reactive ion etching or ion milling, which have a high selectivity for silicon dioxide as compared to silicon, can be used.
いずれにせよ、本発明の方法に従えば、ソース
−ベース間短絡部の形成のために厳密な位置合せ
を要求する従来のマスキング工程が回避されるの
である。 In any case, by following the method of the present invention, conventional masking steps that require precise alignment for the formation of source-to-base shorts are avoided.
<第13〜18図の金属被覆ゲート電極形成用−
マスク法>
次に、金属被覆されたゲート電極を有する絶縁
ゲート形半導体素子を製造するための二段エツチ
ング法を説明することにする。なお、最終の素子
構造物は第18図に示されたMOSFET104に
よつて代表されるものとする。<For forming metal-coated gate electrodes in Figs. 13 to 18-
Mask Method> Next, a two-step etching method for manufacturing an insulated gate type semiconductor device having a metal-coated gate electrode will be described. It is assumed that the final element structure is represented by MOSFET 104 shown in FIG.
第13図に関連して詳しく述べれば、初期のウ
エーハ準備工程は第2図に関連して前記に記載さ
れたものとほぼ同じである。ただし、この場合に
は、たとえば窒化シリコン層108によつて保護
された耐熱金属ケイ化物(たとえばケイ化モリブ
デン)の層106がポリシリコンから成るゲート
電極層91と写真食刻法によつて形成された耐食
マスク92との間に配置される。 In more detail with respect to FIG. 13, the initial wafer preparation process is substantially the same as described above with respect to FIG. However, in this case, for example, a layer 106 of a heat-resistant metal silicide (for example, molybdenum silicide) protected by a silicon nitride layer 108 is formed by photolithography with a gate electrode layer 91 made of polysilicon. and the corrosion-resistant mask 92.
導電性のケイ化モリブデン層106の一部は第
18図の完成した素子中にも残留するから、この
ケイ化モリブデン層106を第2の導電性ゲート
電極層と呼ぶことができる。それに対し、ポリシ
リコン層91は第1の導電性ゲート電極層を構成
し、またゲート端子用金属被膜110(第18
図)は第3の導電性ゲート電極層を構成する。前
述の米国特許出願番号第406731号明細書中に一層
詳しく記載されている通り、第2の導電性ゲート
電極層106は様々な形態を取ることができる。
なお好適な形態は、第13図に示されるごとく、
窒化シリコン層108によつて保護されたケイ化
モリブデン層106である。 Since a portion of conductive molybdenum silicide layer 106 remains in the completed device of FIG. 18, this molybdenum silicide layer 106 can be referred to as a second conductive gate electrode layer. On the other hand, the polysilicon layer 91 constitutes the first conductive gate electrode layer, and the metal coating 110 for gate terminal (the 18th
Figure) constitutes the third conductive gate electrode layer. As described in more detail in the aforementioned U.S. Patent Application No. 406,731, the second conductive gate electrode layer 106 can take a variety of forms.
Note that a preferred form is as shown in FIG.
A molybdenum silicide layer 106 protected by a silicon nitride layer 108.
第2の導電性ゲート電極層106の存在は幾つ
かの利点を有するが、本発明にとつてそれが不可
欠というわけではないことに留意すべきである。
第1の利点は、完成した素子において低い入力イ
ンピーダンスが得られることである。第2の利点
は、第18図を見ればわかる通り、完成した素子
において残留する第2の導電性ゲート電極層10
6はゲート電極構造物70の上方に張出している
ことである。その結果、金属被膜をゲート端子部
分110とソース端子部分112とに自動的に分
離することが実質的に容易になるのである。 It should be noted that while the presence of the second conductive gate electrode layer 106 has several advantages, it is not essential to the invention.
The first advantage is that the finished device has a low input impedance. As can be seen from FIG. 18, the second advantage is that the second conductive gate electrode layer 10 remains in the completed device.
6 is that it extends above the gate electrode structure 70. As a result, it is substantially easier to automatically separate the metallization into gate terminal portion 110 and source terminal portion 112.
あるいはまた、第2の導電性ゲート電極層10
6を省くこともできるのであつて、その場合には
保護用の窒化シリコン層108がポリシリコン層
91上に直接に設置される。このような場合には
窒化シリコン層108がポリシリコン層91の上
面の酸化を防止するために役立つから、ポリシリ
コン層91の上部にゲート端子用の金属被膜11
0を直接に設置することができる。しかしなが
ら、かかる場合には張出し層が存在しないから、
金属被膜の自動分離の信頼性は低下する。そのた
め、軽便金属エツチング工程が必要となる。かか
る方法は、たとえば、前述の米国特許出願番号第
396172号明細書中に記載されている。 Alternatively, the second conductive gate electrode layer 10
6 could be omitted, in which case the protective silicon nitride layer 108 would be placed directly on the polysilicon layer 91. In such a case, the silicon nitride layer 108 is useful for preventing oxidation of the upper surface of the polysilicon layer 91, so the metal coating 11 for the gate terminal is formed on the upper surface of the polysilicon layer 91.
0 can be set directly. However, in such a case, since there is no overhang layer,
The reliability of automatic separation of metal coatings is reduced. Therefore, a convenient metal etching process is required. Such methods are described, for example, in the aforementioned U.S. Patent Application No.
It is described in the specification of No. 396172.
−マスク法の説明に戻れば、第14図には初期
エツチング工程が示されている。すなわち、窒化
シリコン層108、ケイ化モリブデン層106お
よびポリシリコン層91を貫通してゲート絶縁層
72に達するまで、実質的に垂直にエツチングが
施される。なお、第14図は前記のごとき第3A
図と同等のものであつて、前者中には層106お
よび108が追加されている点だけが異なつてい
る。 -Returning to the explanation of the mask method, FIG. 14 shows the initial etching step. That is, etching is performed substantially vertically through silicon nitride layer 108, molybdenum silicide layer 106, and polysilicon layer 91 until gate insulating layer 72 is reached. In addition, FIG. 14 shows the 3A as described above.
This is similar to the figure, the only difference being that layers 106 and 108 have been added in the former.
次に、第15図に関連して述べれば、第4A図
または第10図に関連して前記に記載されたごと
くゲート絶縁層72を通して垂直なイオン注入を
行うことによつてP+形の短絡領域69が形成さ
れる。 Next, with reference to FIG. 15, a P + type short is created by performing a vertical ion implantation through the gate insulating layer 72 as described above with respect to FIG. 4A or FIG. A region 69 is formed.
次に、第16図に関連して述べれば、第5A図
に関連して前記に記載されたごとくポリシリコン
層91の残留部分に対し横方向エツチングを施す
ことによつて絶縁ゲート電極構造物70が形成さ
れる。その結果、ケイ化モリブデン層106およ
び窒化シリコン層108の下方にアンダーカツト
が生じる。こうして得られたゲート電極構造物7
0をマスクとして使用することにより、ベース領
域62およびソース領域64が形成される。 Next, referring to FIG. 16, insulated gate electrode structure 70 is formed by laterally etching the remaining portions of polysilicon layer 91 as described above with respect to FIG. 5A. is formed. As a result, undercuts occur beneath molybdenum silicide layer 106 and silicon nitride layer 108. Gate electrode structure 7 thus obtained
By using 0 as a mask, base region 62 and source region 64 are formed.
第13〜18図の方法に従えば、第12図に関
連して前記に記載された変法の場合と同じく、ソ
ース領域62およびベース領域64は気体不純物
源の拡散によつて形成される。そこで、ゲート絶
縁層72中に含まれる窒化物層76を選択的酸化
マスクとして利用するため、第16図ではゲート
電極構造物70間に位置するゲート絶縁層72の
除去並びにソースおよびベース領域用不純物の拡
散に先立ちゲート電極構造物70の側壁を選択的
に酸化することによつてゲート側壁酸化物層11
4が生成される。その後、第17図に示されるご
とく、ゲート電極構造物70間に位置するゲート
絶縁層72が除去される。 Following the method of FIGS. 13-18, as in the variant described above in connection with FIG. 12, source region 62 and base region 64 are formed by diffusion of a gaseous impurity source. Therefore, in order to utilize the nitride layer 76 included in the gate insulating layer 72 as a selective oxidation mask, in FIG. gate sidewall oxide layer 11 by selectively oxidizing the sidewalls of gate electrode structure 70 prior to diffusion of
4 is generated. Thereafter, as shown in FIG. 17, the gate insulating layer 72 located between the gate electrode structures 70 is removed.
とは言え、第6図に関連して前記に記載された
ごとく、ソースおよびベース領域をイオン注入に
よつても形成し得ることは勿論である。かかるイ
オン注入はゲート絶縁層72を通して行うことが
できるから、選択的酸化によつてゲート側壁酸化
物層114を生成させる前にイオン注入を行うこ
とも可能である。しかるにこの場合には、ケイ化
モリブデン層106が張出している関係上、ゲー
ト電極構造物70間に位置するドレイン領域56
の表面全体を処理するため、ソース領域62およ
びベース領域64を形成するためのイオン注入は
一定の傾斜角をもつて行う必要がある。この点に
関しては、前述の米国特許出願番号第406731号明
細書中に一層詳しい説明が見出される。 However, it is of course possible to form the source and base regions by ion implantation, as described above in connection with FIG. Since such ion implantation can be performed through the gate insulating layer 72, it is also possible to perform the ion implantation before forming the gate sidewall oxide layer 114 by selective oxidation. However, in this case, because the molybdenum silicide layer 106 extends, the drain region 56 located between the gate electrode structures 70
In order to treat the entire surface of the substrate, the ion implantation for forming the source region 62 and base region 64 must be performed at a constant tilt angle. More detailed explanation in this regard can be found in the aforementioned US patent application Ser. No. 406,731.
ゲート電極構造物70間に位置するゲート絶縁
層72中の第1の酸化物層74、窒化物層76お
よび(まだ存在しているならば)第2の酸化物層
78を除去するためには、前述のごとく、選択的
エツチング技術が使用される。たとえば、酸化物
用の適当なエツチング剤は緩衝フツ化水素酸であ
り、また窒化物用の適当なエツチング剤は熱リン
酸である。ゲート絶縁層72中の酸化物層74お
よび78のエツチングはゲート側壁酸化物層11
4を除去することなく容易に達成されるが、それ
はゲート側壁酸化物層114の方がずつと厚いか
らである。多少の侵食は受けるが、ゲート側壁酸
化物層114が完全に除去されてしまうことはな
い。 To remove the first oxide layer 74, nitride layer 76, and second oxide layer 78 (if still present) in the gate insulating layer 72 located between the gate electrode structures 70. , as previously described, selective etching techniques are used. For example, a suitable etchant for oxides is buffered hydrofluoric acid, and a suitable etchant for nitrides is hot phosphoric acid. Etching of oxide layers 74 and 78 in gate insulating layer 72 removes gate sidewall oxide layer 11.
This is easily achieved without removing the gate sidewall oxide layer 114, since the gate sidewall oxide layer 114 is much thicker. Although some erosion occurs, the gate sidewall oxide layer 114 is not completely removed.
最後に、これまでのエツチング工程によつて除
去されていなければ、ケイ化モリブデン層106
上に位置する全てのマスクおよび保護被膜が除去
される。ケイ化モリブデン層106上の窒化シリ
コン層108またはその他の保護被膜はゲート絶
縁層72中の窒化物層76より厚いことが好まし
いが、第1の酸化物層74より厚い酸化物層を含
んでいてはならない。その結果、ソース領域62
(および短絡領域69)の表面のシリコンが露出
し、またケイ化モリブデン106の上部も露出す
ることになる。 Finally, the molybdenum silicide layer 106, if not removed by previous etching steps.
All overlying masks and protective coatings are removed. The silicon nitride layer 108 or other protective coating on the molybdenum silicide layer 106 is preferably thicker than the nitride layer 76 in the gate insulating layer 72, but may include an oxide layer that is thicker than the first oxide layer 74. Must not be. As a result, the source area 62
The silicon on the surface of (and short circuit region 69) is exposed, and the top of molybdenum silicide 106 is also exposed.
この時点に至り、第18図の完成素子を得るた
め、ウエーハ上に金属(たとえばアルミニウム)
が蒸着等により沈積される。それにより、ソース
領域62および短絡領域69にオーミツク接触し
た金属被膜から成るソース端子112並びにゲー
ト電極構造物70にオーミツク接触した金属被膜
から成るゲート端子110が形成される。 At this point, metal (e.g. aluminum) is placed on the wafer to obtain the finished device shown in FIG.
is deposited by vapor deposition or the like. Thereby, a source terminal 112 made of a metal film in ohmic contact with the source region 62 and the short circuit region 69 and a gate terminal 110 made of a metal film in ohmic contact with the gate electrode structure 70 are formed.
前述の通り、かかる金属被膜はゲート端子を構
成する上位の部分110とソース領域62を覆う
下位の部分112とに自動的に分離する。金属被
覆に際しては、ゲート電極構造物70の側壁が部
分的に覆われるが、ゲート側壁酸化物層114が
存在するから問題は起こらない。 As previously discussed, such metallization automatically separates into an upper portion 110 that constitutes the gate terminal and a lower portion 112 that covers the source region 62. During metallization, the sidewalls of gate electrode structure 70 are partially covered, but this is not a problem due to the presence of gate sidewall oxide layer 114.
更に、適当な時点において基板60上にドレイ
ン端子用の金属被膜58を蒸着すれば完成した素
子が得られる。 Furthermore, a metal coating 58 for the drain terminal is deposited on the substrate 60 at an appropriate time to obtain a completed device.
図示されてはいないが、平面図において見た場
合に第18図の完成素子はくし形構造を有するこ
とが好ましい。この場合、ソース端子112は陥
凹くし形構造物を成していて、各々の指状部は一
端において共通のソース接続パツドに連結されて
いる。他方、ゲート端子110は隆起くし形構造
物を成していて、各々の指状部は一端において共
通のゲート電極に連結されている。これら2つの
くし形構造物は互いに向い合つてかみ合つた状態
で配置されている。 Although not shown, the completed element of FIG. 18 preferably has a comb-shaped structure when viewed in plan. In this case, source terminal 112 is a recessed comb-shaped structure, with each finger connected at one end to a common source connection pad. On the other hand, the gate terminal 110 is a raised comb structure, with each finger connected at one end to a common gate electrode. These two comb-shaped structures are arranged in an interlocking manner facing each other.
以上、特定の実施態様に関連して本発明を記載
したが、様々な変形や変更が可能であることは当
業者にとつて自明であろう。それ故、前記特許請
求の範囲は本発明の精神および範囲から逸脱しな
い限り全てのかかる変形や変更を包括するように
意図されていることを理解すべきである。 Although the invention has been described in connection with specific embodiments, it will be obvious to those skilled in the art that various modifications and changes may be made. It is, therefore, to be understood that the appended claims are intended to cover all such changes and modifications as do not depart from the spirit and scope of the invention.
第1図は本発明の一実施態様に基づく三マスク
法に従つて製造された封入ゲート形MOSFETの
活性部分を示す断面図、第2図は第1図の素子を
製造するための代表的な方法における初期準備工
程を示す断面図、第3Aおよび3B図はアンダー
カツトを最小限に抑えながら第2図のウエーハに
エツチングを施すための(実質的に垂直な側壁を
与える)選択的エツチング工程および等方性エツ
チング工程をそれぞれ示す断面図、第4Aおよび
4B図は第3Aおよび3B図のウエーハ中に短絡
領域をそれぞれ形成するための垂直イオン注入工
程を示す断面図、第5Aおよび5B図は第4Aお
よび4B図のウエーハにそれぞれ施される横方向
エツチング工程を示す断面図、第6図はホトレジ
ストを除去しかつベースおよびソース領域を注入
した後における第2図のウエーハを示す断面図、
第7図はポリシリコンゲート電極の上面および側
壁の選択的酸化を示す断面図、第8図は金属被覆
によつて第1図の素子を形成するのに先立ちゲー
ト絶縁層にエツチングを施してソース領域を露出
させた後における第2図のウエーハを示す断面
図、第9図は第1図の素子を製造するために相次
いで使用される3つのマスクを重ね合わせて示す
平面図、第10図はポリシリコンゲート電極上に
ケイ化モリブデン層を有する封入ゲート形素子を
形成するための変形三マスク法を示す断面図、第
11図はゲート電極のアンダーカツトエツチング
および選択的酸化後における第10図のウエーハ
を示す断面図、第12図はソース領域上のゲート
絶縁層を除去しかつガス不純物源の拡散によつて
ベースおよびソース領域を形成した後における第
10図のウエーハを示す断面図、第13図は本発
明に従つて金属被覆ゲート電極を形成するための
一マスク法における初期準備工程を示す断面図、
第14図はアンダーカツトを最小限に抑えながら
第13図のウエーハに施される第1のエツチング
工程を示す断面図、第15図は短絡領域を形成す
るための垂直注入工程を示す断面図、第16図は
続く横方向エツチング工程を示す断面図、第17
図はソースおよびベース領域を形成する工程を示
す断面図、そして第18図は最終の金属被覆ゲー
ト形素子を形成するための金属被覆工程を示す断
面図である。
図中、50は電力用MOSFET、52は単位セ
ル、54は半導体ウエーハ、56はドレイン領
域、58はドレイン端子、60は基板、62はソ
ース領域、64はベース領域、66は表面、68
は帯状部、69は短絡領域、70はゲート電極、
72はゲート絶縁層、74は第1の酸化物層、7
6は窒化物層、78は第2の酸化物層、79は保
護酸化物層、88は金属被膜、91はゲート電極
層、92は第1の耐食マスク、98は第2のマス
ク、100は第3のマスク、102はケイ化モリ
ブデン層、106はケイ化モリブデン層、108
は窒化シリコン層、110はゲート端子、112
はソース端子、そして114はゲート側壁酸化物
層を表わす。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the active portion of an encapsulated gate MOSFET manufactured according to a three-mask method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a typical cross-sectional view for manufacturing the device of FIG. 1. FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating initial preparation steps in the method and a selective etching step (providing substantially vertical sidewalls) for etching the wafer of FIG. 2 while minimizing undercuts; 4A and 4B are cross-sectional views illustrating the isotropic etching process, respectively; FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating the vertical ion implantation process for forming shorting regions in the wafers of FIGS. 3A and 3B, respectively; and FIGS. 4A and 4B, respectively; FIG. 6 is a cross-sectional view of the wafer of FIG. 2 after removing the photoresist and implanting the base and source regions;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing selective oxidation of the top surface and sidewalls of a polysilicon gate electrode, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing the selective oxidation of the top surface and sidewalls of a polysilicon gate electrode. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the wafer of FIG. 2 after the regions have been exposed; FIG. 11 is a cross-sectional view of a modified three-mask method for forming an encapsulated gate type device having a molybdenum silicide layer on a polysilicon gate electrode; FIG. 10 is after undercut etching and selective oxidation of the gate electrode; 12 is a cross-sectional view of the wafer of FIG. 10 after removal of the gate insulating layer over the source region and formation of the base and source regions by diffusion of a gaseous impurity source; FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the initial preparation steps in one mask method for forming a metallized gate electrode in accordance with the present invention;
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a first etch step applied to the wafer of FIG. 13 while minimizing undercuts; FIG. 15 is a cross-sectional view showing a vertical implant step to form short regions; FIG. 16 is a cross-sectional view showing the subsequent lateral etching process;
18 is a cross-sectional view showing the step of forming the source and base regions, and FIG. 18 is a cross-sectional view showing the metallization step to form the final metallized gate-type device. In the figure, 50 is a power MOSFET, 52 is a unit cell, 54 is a semiconductor wafer, 56 is a drain region, 58 is a drain terminal, 60 is a substrate, 62 is a source region, 64 is a base region, 66 is a surface, 68
69 is a short circuit region, 70 is a gate electrode,
72 is a gate insulating layer, 74 is a first oxide layer, 7
6 is a nitride layer, 78 is a second oxide layer, 79 is a protective oxide layer, 88 is a metal coating, 91 is a gate electrode layer, 92 is a first corrosion-resistant mask, 98 is a second mask, 100 is a 3rd mask, 102 is a molybdenum silicide layer, 106 is a molybdenum silicide layer, 108
is a silicon nitride layer, 110 is a gate terminal, 112
represents the source terminal, and 114 represents the gate sidewall oxide layer.
Claims (1)
だ半導体ウエーハを用意した後、前記主面上にゲ
ート絶縁層を形成しかつ前記ゲート絶縁層上に導
電性のゲート電極層を形成することによつて前記
ウエーハの準備を行い、(B)上部電極領域の最終位
置を規定する開口を持つた対食マスクを形成した
後、前記対食マスクの開口によつて規定された区
域内の前記ゲート電極層に対し、前記対食マスク
下方のアンダーカツトを最小限に抑えながら少な
くとも前記ゲート絶縁層に達するまで初期エツチ
ングを施し、(C)前記ゲート電極層の残留部分をマ
スクとして使用しながら反対導電形の短絡領域を
形成するために適した不純物を前記第1の領域内
に導入し、(D)前記ゲート電極層の前記残留部分に
横方向エツチングを施すことにより、前記ゲート
絶縁層から上方に伸びかつ前記ゲート絶縁層およ
び前記第1の領域の前記主面に沿つて離隔したゲ
ート電極を形成し、(E)前記ゲート電極をマスクと
して使用しながら前記反対導電形のベース領域お
よび前記一導電形の上部電極領域を形成するため
に適した不純物を前記ゲート電極間に位置する前
記第1の領域内に導入し、次いで導入された前記
不純物を拡散させて前記ベース領域および前記上
部電極領域に適正な位置および形状を付与するこ
とにより、前記主面内においては前記ベース領域
が前記上部電極領域と前記第1の領域との間に前
記反対導電形の帯状部として存在しかつ前記帯状
部の活性部分は前記ゲート絶縁層によつて離隔さ
れながら少なくとも1つのゲート電極の少なくと
も一部分の下方に位置するようにし、(F)前記ゲー
ト電極の少なくとも側壁を酸化し、次いで(G)前記
上部電極領域および前記短絡領域にオーミツク接
触した金属被膜から成る上部電極領域端子並びに
前記ゲート領域にオーミツク接触した金属被膜か
ら成るゲート端子を形成する諸工程を包含するこ
とを特徴とする、一体化された短絡部を含む絶縁
ゲート半導体素子の自己整合式製造方法。 2 短絡領域を形成するために適した不純物を前
記第1の領域内に導入する前記工程がイオン注入
から成る特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 前記イオン注入が前記ゲート絶縁層の除去に
先立つて実施され、従つて前記イオン注入は前記
ゲート絶縁層を通して行われる特許請求の範囲第
2項記載の方法。 4 ベース領域および上部電極領域を形成するた
めに適した不純物を導入する前記工程がイオン注
入から成る特許請求の範囲第1項記載の方法。 5 前記イオン注入が前記ゲート絶縁層の除去に
先立つて実施され、従つて前記イオン注入は前記
ゲート絶縁層を通して行われる特許請求の範囲第
4項記載の方法。 6 少なくともベース領域を形成するために適し
た不純物を導入する前記工程が気体不純物源の拡
散から成る特許請求の範囲第4項記載の方法。 7 ベース領域および上部電極領域を形成するた
めに適した不純物を導入する前記工程が気体不純
物源の拡散から成る特許請求の範囲第1項記載の
方法。 8 前記ウエーハの準備を行う前記工程に際し、
導電性のゲート電極層の形成に続いて最終ゲート
電極の一部を成す対熱金属ケイ化物の層が前記ゲ
ート電極層上に形成され、かつ前記ゲート電極の
少なくとも側壁を酸化する前記工程に際し、前記
ゲート電極の対熱金属ケイ化物部分の少なくとも
露出した側面が酸化される特許請求の範囲第1項
記載の方法。 9 ベース領域および上部電極領域を形成するた
めに適した不純物を導入する前記工程がイオン注
入から成る特許請求の範囲第8項記載の方法。 10 前記イオン注入が前記ゲート絶縁層の除去
に先立つて実施され、従つて前記イオン注入は前
記ゲート絶縁層を通して行われる特許請求の範囲
第8項記載の方法。 11 少なくともベース領域を形成するために適
した不純物を導入する前記工程が気体不純物源の
拡散から成る特許請求の範囲第8項記載の方法。 12 ベース領域および上部電極領域を形成する
ために適した不純物を導入する前記工程が気体不
純物源の拡散から成る特許請求の範囲第8項記載
の方法。[Claims] 1. (A) After preparing a semiconductor wafer including a first region of one conductivity type having a main surface, a gate insulating layer is formed on the main surface, and a gate insulating layer is formed on the gate insulating layer. preparing the wafer by forming a conductive gate electrode layer; (B) forming an erodible mask having an opening defining the final location of the upper electrode region; (C) performing initial etching on the gate electrode layer in the area defined by the etching mask while minimizing undercuts below the etching mask until at least the gate insulating layer is reached; (D) laterally etching the remaining portion of the gate electrode layer, using the remaining portion of the gate electrode layer as a mask, introducing suitable impurities into the first region to form a shorting region of the opposite conductivity type; (E) forming a gate electrode extending upward from the gate insulating layer and spaced apart along the main surface of the gate insulating layer and the first region; (E) using the gate electrode as a mask; Introducing an impurity suitable for forming the base region of the opposite conductivity type and the upper electrode region of the one conductivity type into the first region located between the gate electrodes, and then diffusing the introduced impurity. By giving proper positions and shapes to the base region and the upper electrode region, the base region has the opposite conductivity type between the upper electrode region and the first region within the main surface. (F) the active portion of the strip is located below at least a portion of at least one gate electrode while being separated by the gate insulating layer; oxidizing and then (G) forming a top electrode region terminal comprising a metal film in ohmic contact with the top electrode region and the short circuit region and a gate terminal comprising a metal film in ohmic contact with the gate region; A self-aligned manufacturing method of an insulated gate semiconductor device including an integrated short circuit, characterized in that 2. The method of claim 1, wherein said step of introducing into said first region an impurity suitable for forming a shorting region comprises ion implantation. 3. The method of claim 2, wherein said ion implantation is performed prior to removal of said gate insulating layer, so that said ion implantation is performed through said gate insulating layer. 4. The method of claim 1, wherein said step of introducing suitable impurities to form the base region and the top electrode region comprises ion implantation. 5. The method of claim 4, wherein said ion implantation is performed prior to removal of said gate insulating layer, so that said ion implantation is performed through said gate insulating layer. 6. The method of claim 4, wherein said step of introducing impurities suitable for forming at least the base region comprises diffusion of a gaseous impurity source. 7. The method of claim 1, wherein said step of introducing impurities suitable to form the base region and the top electrode region comprises diffusion of a gaseous impurity source. 8. In the step of preparing the wafer,
Following the formation of the conductive gate electrode layer, a heat-resistant metal silicide layer forming part of the final gate electrode is formed on the gate electrode layer, and during the step of oxidizing at least the sidewalls of the gate electrode, 2. The method of claim 1, wherein at least the exposed sides of the heat-resistant metal silicide portion of the gate electrode are oxidized. 9. The method of claim 8, wherein said step of introducing suitable impurities to form the base region and the top electrode region comprises ion implantation. 10. The method of claim 8, wherein said ion implantation is performed prior to removal of said gate insulating layer, such that said ion implantation is performed through said gate insulating layer. 11. The method of claim 8, wherein said step of introducing impurities suitable for forming at least the base region comprises diffusion of a gaseous impurity source. 12. The method of claim 8, wherein said step of introducing impurities suitable to form the base region and the top electrode region comprises diffusion of a gaseous impurity source.
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