JPH0810766B2 - 静電誘導半導体装置およびその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、静電誘導半導体装置およびその製法に関
する。

〔背景技術〕

静電誘導半導体装置のひとつに表面ゲート型の静電誘
導トランジスタがある。第４図は、従来の表面ゲート型
静電誘導トランジスタの断面構造をあらわす。この静電
誘導トランジスタ50は、ソース領域（N⁺領域）52とゲー
ト領域（P⁺領域）53を基板51の表面（一側）に備えてい
る。ゲート領域53はソース領域52を挟むかたちで形成さ
れている。この静電誘導トランジスタ50は、基板51の他
側にドレイン領域（N⁺領域）54を備えており、このドレ
イン領域54とソース領域52の間に電流通路となるチャン
ネル形成領域（N^-領域）55を備えている。

ところで、この静電誘導トランジスタ50には、スイッ
チング動作させる場合、以下のような問題がある。

例えば、静電誘導トランジスタ50が、ノーマリイ・オ
ン型、すなわちゲートが解放の状態でソース・ドレイン
間がオン（導通状態）する型のものであると、ドレイン
・ソース間電圧によるゲート遮断電圧（しきい値電圧）
の変動が非常に大きい。変動が大きい理由は、第５図に
実線で示すように、静電誘導トランジスタ50のドレイン
・ソース間電圧−ドレイン・ソース間電流の特性が、破
線で示すバイポーラトランジスタのような飽和特性では
なく、不飽和特性であるからである。ゲート遮断電圧と
は、あるドレイン・ソース間電圧V₀でドレイン電流が所
定の値I₀以下になるときのゲート電圧の値と規定され
る。飽和特性の場合には、曲線イ′にみるように、ドレ
イン・ソース間電圧がV₀→V₁と変化しても、ドレイン電
流は変化しないが、不飽和特性の場合には、ドレイン・
ソース電圧がV₀→V₁と変化すると、曲線イにみるよう
に、ドレイン電流がI₁へと変化しI₀を越えてしまう。し
たがって、ゲート電圧の値がVG₃のままでは、遮断がで
きていないことになる。

上記のような静電誘導トランジスタを用いて回路を構
成した場合、所定のスイッチング動作が保証されないの
で回路の信頼性が乏しいという問題がある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記事情に鑑み、ドレイン・ソース間電
圧の変動に伴うしきい値電圧の変動に対処でき、信頼性
の高いスイッチング回路を構成することができる静電誘
導半導体装置およびその製法を提供することを目的とす
る。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、発明者は、様々な角度から
検討し、ひとつの静電誘導半導体装置に僅かにゲート遮
断電圧の異なる複数個の静電誘導トランジスタを設ける
ことに着目した。すなわち、ゲート遮断電圧の異なる静
電誘導トランジスタを複数個設けておいて、例えば、ゲ
ート遮断電圧の小さいトランジスタの上に直列にゲート
遮断電圧の大きい静電誘導トランジスタを接続してトラ
ンジスタが飽和特性を有するように構成する（トランジ
スタの接続は、半導体装置内部で行ってもよいし、装置
外部で行ってもよい）ことで、上記問題を解消して、回
路の信頼性を保持するようにするのである。

ところで、トランジスタは、一般に、歩留まりよく簡
単に製造できなければならない。そうでないと、コスト
が高くなってしまい、実用性がなくなるからである。

そこで、発明者は更に検討を続け、静電誘導トランジ
スタ同士の間で、ゲート領域間寸法ｌ（第４図参照）に
複数種類異なるようにしたものをまず検討した。しかし
ながら、これは良い結果を生まないことが分かった。す
なわち、ゲート領域間寸法ｌの変化はゲート遮断電圧の
値を大きく変化させる。そのため、ゲート遮断電圧の僅
かな差をもたせる場合には、マスクの窓寸法をサブミク
ロンオーダーで制御しなければならず、超微細加工技術
が必要となる。そうすると、製造が困難で、歩留まりも
悪く、コストが非常に高くつき、およそ実用的でないか
らである。

つぎに、発明者は、第６図にみる静電誘導半導体装置
を検討した。この装置は、ゲート領域間寸法が一方は寸
法ｌで他方がこれよりも狭い寸法ｌ′であり、かつ、ゲ
ート領域の深さ寸法が異なるようにしたふたつの静電誘
導トランジスタ50′、50″を備えていて、両トランジス
タにおけるゲート領域間寸法と深さ寸法の差によりゲー
ト遮断電圧に僅かの差をもたせるようにしている。しか
しながら、このものにもつぎのような問題がある。すな
わち、ゲート領域53の深さ寸法に差をもたせるには、深
い方のゲート領域の形成個所に不純物注入・熱拡散処理
をある深さまでしておいて、ついで浅い方のゲート領域
の形成個所に不純物注入・熱拡散処理をおこなう。後の
熱拡散処理の際、先に拡散された個所では、不純物がさ
らに深く拡散され両個所の拡散深さに差がつくのであ
る。ところが、この場合、熱処理工程を２回行う必要が
あり、工程が複雑となる。しかも、熱処理による拡散は
バラツキが比較的大きい。そのため、この熱処理により
特性に差をもたせる場合には、ゲート遮断電圧の差を精
度よく所定の差にする必要があるが、これは非常に困難
であり、やはり、歩留まりも悪い。深さ寸法の種類が３
種類以上ある場合には、熱処理工程の回数が３回以上と
なり、実用性がないからである。

発明者は、さらに検討を続けた結果、ゲート領域間寸
法（ゲート領域内端間寸法）を略等しくした複数個の静
電誘導半導体素子の間では、そのゲート領域とソース領
域の少なくともひとつの領域が、深さ寸法が略同じで平
面でみた領域面積が複数種類異なるようであれば、ゲー
ト遮断電圧に僅かの差を高精度でもたせられ、かつ簡単
に製造でき、コストも低いことを見出した。ゲート領域
の面積の変化に伴うゲート遮断電圧の変化はかなりゆる
やかである。そのため、ゲート遮断電圧に僅かな差を持
たせるためには、トランジスタのゲート領域同士に比較
的大きい寸法差をつけることになる。それゆえ、少々の
寸法誤差があってもゲート遮断電圧の差に誤差が生じな
いことになる。その結果、ゲート領域間寸法に差をつけ
る場合のように非常に僅かの寸法差をつけなければなら
ないということに直面しなくてすむのである。したがっ
て、超微細加工技術を用いる必要がないので、製造が簡
単で歩留まりがよくコストが低い。このような知見を得
ることにより、第１発明を完成させることができたので
ある。

さらに、上記静電誘導半導体装置を得るにあたり、前
記静電誘導半導体素子のゲート領域となる不純物拡散領
域形成用であって内端間寸法が各素子同士でみて略等し
くなっている窓と、ソース領域となる不純物拡散領域形
成用の窓とのいずれか一方の窓が設けられているマスク
を備え、かつ前記窓の面積が複数種類異なる半導体ウエ
ハを用いれば、マスクにおける窓の面積を変えるという
極く簡単な方法で、上記半導体装置が製造でき、しか
も、熱処理を１回で済ませられるので、迅速・かつ歩留
まりよく製造できることも分かった。この場合、ゲート
遮断電圧の種類が沢山あっても、窓の面積の種類を増や
すだけで容易に対応できる。このような知見を得ること
により、第２発明を完成させることができた。

したがって、第１発明は、基板の一側にソース領域と
このソース領域を挟むかたちのゲート領域とを有してい
る静電誘導半導体素子を複数子備えている静電誘導半導
体装置において、前記複数個の静電誘導半導体素子の間
では、ゲート領域間寸法が略等しくなっているととも
に、そのゲート領域とソース領域の少なくとも一方の領
域が、深さ寸法は略同じで平面でみた領域面積が複数種
に異なっていることを特徴とする静電誘導半導体装置を
要旨とし、第２発明は、基板の一側にソース領域とこの
ソース領域を挟むかたちのゲート領域とを有している静
電誘導半導体素子を複数個備えている静電誘導半導体装
置を得るにあたり、前記静電誘導半導体素子のゲート領
域となる不純物拡散領域形成用であって内端間寸法が各
素子同士でみて略等しくなっている窓と、ソース領域と
なる不純物拡散領域形成用の窓とのいずれか一方の窓が
設けられているマスクを備え、かつ前記窓の面積が複数
種に異なっている半導体ウエハを用いて、各窓の下に同
一の不純物熱拡散処理でもって、前記両領域のうちの一
方の領域を形成するようにすることを特徴とする静電誘
導半導体装置の製法を要旨とする。

以下、この発明にかかる静電誘導半導体装置（以下、
「半導体装置」と言う）およびその製法を、装置ついで
製法の順に、図面を参照しながら説明する。

第１図は、この発明にかかる半導体装置の一実施例の
断面をあらわす。

この半導体装置１では、ゲート遮断電圧（しきい値電
圧）が僅かに異なるふたつの静電誘導トランジスタ２、
２′が半導体基板（基板）３に設けられている。両静電
誘導トランジスタ２、２′は、それぞれ、ソース領域
（N⁺領域）４、４とゲート領域（P⁺領域）５、５′を基
板３の表面（一側）に備えている。ゲート領域５、５′
は、それぞれ、ソース領域４、４を挟むかたちで形成さ
れている。そして、静電誘導トランジスタ２、２′は、
基板３の他側にドレイン領域（N⁺領域）６、６を備えて
おり、このドレイン領域６とソース領域４の間に電流通
路となるチャンネル形成領域（N^-領域）７、７を備えて
いる。なお、８はソース電極、８′はゲート電極、８″
はドレイン電極である。

この半導体装置１の静電誘導トランジスタ２、２′
は、ゲート領域間寸法ｌが略等しい。一方、両トランジ
スタ２、２′では、ゲート領域５、５′の深さ寸法も同
じであるが、その幅（横方向）L1、L2が異なることで平
面でみた領域面積に差をもたせていて、これにより、両
静電誘導トランジスタ２、２′にゲート遮断電圧に僅か
な差（例えば0.1ボルト程度）がついている。そのた
め、前述したように、ゲート遮断電圧の差が精度よく所
定の差になっており、しかも、製造の際の歩留まりがよ
いのでコストが低い。したがって、この半導体装置１を
用い信頼性の高いスイッチング動作を行う回路を低コス
トで実現することができる。

第２図にゲート領域の幅寸法Ｌとゲート遮断電圧の関
係を示す。線Ａはゲー領域間寸法が17μｍの場合を示
し、線Ｂはゲート領域間寸法が15μｍの場合を示し、線
Ｃはゲート領域間寸法が13μｍの場合を示している。第
２図にみるように、ゲート領域の幅寸法が相当に大きく
変化しても、ゲート遮断電圧の変化はわずかである。

さらに、各ゲート領域５、５′は、１回の熱処理工程
で同時に形成されており、製造工程が簡単であり、この
点でもコストが安い。

上記実施例では、ゲート領域の幅寸法に差を付けて、
領域面積を複数種類あるようにしていたが、ソース領域
の幅寸法、あるいは、ゲート領域とソース領域の両方の
幅寸法が複数種類あるようにしてもよい。

なお、領域の面積を複数種類あるようにするのに、幅
寸法は同じにしておいて長手方向（第１図において紙面
に垂直な方向でみた方向）寸法に差をもたせるようにし
た構成でもよい。ただ、この場合は、ソース領域とゲー
ト領域の長手寸法の両方を同時に異ならせる必要がある
とともにドレイン電流に差を生ずるので、幅方向寸法に
差を付ける場合に比べると、それらの点への配慮をしな
ければならない。

続いて、上記半導体装置の製法の一例について説明す
る。

第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、この発明の製法の
一例におけるゲート領域とソース領域まわりの製造の様
子をあらわす。

この実施例では、第３図（ａ）にみるように、静電誘
導半導体素子のゲート領域となる不純物拡散領域形成の
ための窓11、11′が設けられているマスク12を備え、か
つ窓面積が複数種類ある半導体ウエハ10を用いて半導体
装置を作成する、という点に顕著な特徴を有する。この
半導体ウエハ10では、窓11の内端間寸法ｌ″と窓11′の
内端間寸法ｌ″が等しくなっており、かつ、窓11、11′
の幅方向（横方向）寸法Ｗ、Ｗ′を変えて、窓の面積に
差をもたせるようにしている。

この半導体ウエハ10は、つぎのようにして作成され
る。チャンネル形成領域（N^-領域）で必要とされる抵抗
率を有するＮ型半導体ウエハ素材を準備する。この素材
を熱処理して表面に酸化膜（絶縁膜）を形成し、つい
で、ゲート領域形成個所に不純物拡散用の窓11、11′を
明ける。

このようにして作成された半導体ウエハ10の窓11、1
1′の下に不純物を注入・熱拡散し、第３図（ｂ）にみ
るように、不純物拡散領域を形成する。この不純物拡散
領域がゲート領域５、５′となる。両領域５、５′は不
純物注入・熱拡散条件が同じであるから、ゲート領域
５、５′は深さ寸法が同じである。窓の幅方向寸法Ｗ、
Ｗ′の差に応じて領域面積が異なる。しかも、窓11内端
間寸法ｌ″と窓11′内端間寸法ｌ″が等しくなっている
ので、ゲート領域間寸法（ゲート領域内端間寸法）ｌは
等しくなる。ついで、第３図（ｃ）にみるように、各ゲ
ート領域５、５′それぞれの間にソース領域４、４を形
成するとともに各領域に電極を形成する。なお、ドレイ
ン領域は、例えば、ソース領域４の形成時に同時に不純
物を注入・拡散して作るようにする。このようにする
と、第１図にみるような半導体装置が完成する。

この製法の利点は、前に詳しく述べた通りであり、極
めて実用性に富む方法である。

上記の製法例では、窓がゲート領域形成用であった
が、窓がソース領域形成用であってもよい。

この発明は上記実施例に限定されない。この発明にか
かる半導体装置が上記の製法以外の方法で製造されてい
てもよい。静電誘導トランジスタがノーマリイ・オフ型
であってもよい。この場合には、しきい値電圧がゲート
ターンオン電圧となる。静電誘導半導体素子が、例え
ば、静電誘導サイリスタでっあてもよい。サイリスタの
場合、ソースはカソード、ドレインはアノードと通称さ
れる。

〔発明の効果〕

この発明にかかる半導体装置は上に述べたような構成
であり、所定の差で僅かに異なったしきい値電圧をもつ
複数の静電誘導半導体素子があるので、信頼性の高いス
イッチング動作をさせることができ、かつ低コストであ
るから実用性が高い。

また、この発明の製法によれば、上記半導体装置を簡
単かつ歩留まりよく製造でき、しかも、しきい値電圧の
種類増加にも簡単に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる半導体装置の一実施例の構
成をあらわす断面図、第２図は、この半導体装置におけ
るゲート領域の幅寸法とゲート遮断電圧の関係をあらわ
すグラフ、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、この発明
の製法の一例におけるゲート領域とソース領域まわりの
作成の様子をあらわす説明図、第４図は、従来の静電誘
導トランジスタの構成をあらわす断面図、第５図は、こ
のトランジスタおよびバイポーラトランジスタのドレイ
ン・ソース間電圧とドレイン電流の関係をあらわすグラ
フ、第６図は、半導体装置の参考例をあらわす断面図で
ある。 １……半導体装置、２、２′……静電誘導トランジス
タ、３……基板、４……ソース領域、５、５′……ゲー
ト領域、10……半導体ウエハ、11、11′……窓、12……
マスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の一側にソース領域とこのソース領域
   を挟むかたちのゲート領域とを有している静電誘導半導
   体素子を複数個備えている静電誘導半導体装置におい
   て、前記複数個の静電誘導半導体素子の間では、ゲート
   領域間寸法が略等しくなっているとともに、そのゲート
   領域とソース領域の少なくとも一方の領域が、深さ寸法
   は略同じで平面でみた領域面積が複数種に異なっている
   ことを特徴とする静電誘導半導体装置。
2. 【請求項２】基板の一側にソース領域とこのソース領域
   を挟むかたちのゲート領域とを有している静電誘導半導
   体素子を複数個備えている静電誘導半導体装置を得るに
   あたり、前記静電誘導半導体素子のゲート領域となる不
   純物拡散領域形成用であって内端間寸法が各素子同士で
   みて略等しくなっている窓と、ソース領域となる不純物
   拡散領域形成用の窓とのいずれか一方の窓が設けられて
   いるマスクを備え、かつ前記窓の面積が複数種に異なっ
   ている半導体ウエハを用いて、各窓の下に同一の不純物
   熱拡散処理でもって、前記両領域のうちの一方の領域を
   形成するようにすることを特徴とする静電誘導半導体装
   置の製法。