JP3158704B2 - 絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、第一導電形のキャリア
伝導領域の上面側にキャリア伝導領域に囲まれたそれぞ
れ複数の第二導電形のチャネル形成領域およびその領域
の中央部に重なるそれより高不純物濃度のベース領域の
表面層に第二導電形のソース領域が形成され、チャネル
形成領域の上に絶縁膜を介してのゲート電極およびソー
ス領域およびベース領域を短絡するソース電極が設けら
れる絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高入力インピーダンス、高速スイッチン
グ特性を有する絶縁ゲート電界効果トランジスタは、半
導体基板表面に数多くのソース電極およびゲート電極を
配列し、基板裏面にドレイン電極を形成したものであ
る。図2はそのような絶縁ゲート電界効果トランジスタ
のうち、伝導度変調型のもの、すなわちIGBTを示
す。図において、p形シリコン基板2の上にn+ 層を介
して堆積されるn形エピタキシャル層からなるキャリア
伝導領域1を備え、そのキャリア伝導領域1の表面層に
p形チャネル形成領域3およびその中央部に重なるp+
ベース層4が形成されている。さらに、チャネル形成領
域3からベース層4にかけて表面層にn+ ソース領域5
が設けられているが、このソース領域5は中央で接触孔
41により分割され、そこにp+ ベース層4が露出してい
る。各チャネル形成領域3の間には絶縁膜6を介して多
結晶シリコン層からなるゲート電極7が形成され、その
ゲート電極7を覆う絶縁膜61をさらに覆い、絶縁膜6の
間の接触孔で露出するソース領域5およびベース層4に
接触するソース電極を兼ねる配線8が設けられている。
また裏面にはドレイン電極9が接触している。このよう
な構造において、ソース電極8はソース領域5とベース
層4を短絡している。この短絡は、n形ソース領域5、
p形チャネル形成領域3、n形エピタキシャル層からな
るキャリア伝導領域1およびp形基板2によって形成さ
れる寄生サイリスタの機能を阻止し、この電界効果トラ
ンジスタがゲート電極7に加えられる信号のみによって
制御されるようにするためである。しかし、このような
IGBTの容量は、一つのソース電極とそれを囲むゲー
ト電極部よりなるセルの数によって決まり、チップ寸法
を小さくするためには各セルの寸法を小さくしなければ
ならず、従ってソース領域とベース層との短絡部も小さ
くしなければならない。そのために従来のIGBTは、
図3(a) 〜(g) 、図4(a) 〜(f) 、図5(a) 〜(e) に分
割して示すような工程で製造された。図3、図4、図5
は一つのセル部に着目し、その製造工程を断面図で示し
たものである。先ず、<100 >成長のp+ シリコン基板
2上にn+ 層を介してn- エピタキシャルシリコン層1
を形成し〔図3(a) 〕、シリコン酸化膜62で被覆し〔図
3(b) 〕、p+ ベース層を形成するための窓部21をレジ
スト22を用いて開ける〔図3(c) 〕。次にシリコン表面
へのイオン注入によるダメージを軽減する目的で窓部21
の露出面に薄くシリコン酸化膜63を形成したのち〔図3
(d)〕、ほう素のイオン注入を行い〔図3(e) 〕、熱処
理によりp+ ベース層4を形成する〔図3(f) 〕。そこ
で一旦余分なシリコン酸化膜を除去し〔図3(g) 〕、新
たにゲート酸化膜6を形成する〔図4(a) 〕。さらにそ
の上にゲート電極となる多結晶シリコン層70を形成する
〔図4(b) 〕。次いでレジスト23を用いてのフォトエッ
チングにより多結晶シリコン層70の窓開けを行い〔図4
(c) 〕、得られた多結晶シリコンゲート電極7をマスク
としてチャネル領域形成のためのほう素イオン注入を行
う〔図4(d) 〕。そして、熱処理によってp形拡散層3
を形成する〔図4(e) 〕。次に非常に浅いソース領域を
形成するため、ひ素のイオン注入を行うが、ひ素の飛程
が短いことから、ひ素のイオン注入に際しては予めゲー
ト酸化膜6を除去しておく必要がある〔図4(f) 〕。そ
して低温酸化膜61を表面保護膜として形成したのちひ素
の活性化処理を行い、非常に浅いソース領域5を形成す
る〔図5(a) 〕。次いで、フォトレジスト24を用いてソ
ース領域との接触孔25を形成する〔図5(b) 〕。なお、
図5(b) には示されていないが、多結晶シリコンゲート
電極7との接触孔も本工程で形成されるのが一般的であ
る。その後、p+ ベース層4にソース電極を接触させる
ため、上記のソース領域との接触孔25の内側に別のフォ
トマスク26を用いてエッチングによりp+ ベース層4と
の接触孔41を形成する〔図5(c) 〕。次いで、配線8の
形成〔図5(d) 〕、最終パッシベーション膜10および裏
面電極9の形成〔図5(e) 〕を行うことにより従来のウ
エハプロセスは完了する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このプロセスにより小
さいソース電極部においてベース層7との短絡を達成す
ることができるが、この場合の最大の問題は、図5(c)
におけるp+ ベース層4との接触孔27の形成が数多くの
セル部においてすべて確実に行われる必要があるにもか
かわらず実現するのが困難な点にある。通常、この接触
孔の形成はドライエッチングにより実施されるが、どの
セル部においてもn+ ソース領域5を貫通し、確実にp
+ ベース層4に達する接触孔を形成することが困難であ
り、歩留まり低下の大きな要因の一つであった。IGB
Tでは、そのデバイス特性上、ソース領域5とベース層
4との短絡が確実に行われることが不可欠であり、さら
に容量増大あるいはチップの小型化のために短絡部がい
よいよ小さくなる傾向にあることを考慮すると、図3な
いし図5について述べた従来の製造方法によるソース領
域とベース領域との確実な短絡は困難であるといわなけ
ればならない。この問題はドレイン電極の接触するドレ
イン領域がキャリアの伝導領域と同一の導電形を有する
縦型絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、ソース
領域、チャネル形成領域およびドレイン領域からなる寄
生トランジスタの機能を阻止するために行うソース領域
とベース領域との短絡においても同様である。
【0004】本発明の目的は、上述の問題を解決し、ベ
ース層とソース領域のソース電極による短絡がセル数の
多少およびソース電極の寸法の大小に依存せず確実に行
われる絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、第一導電形のキャリア伝導領域の上面
側のそのキャリア伝導領域に囲まれたそれぞれ複数の第
二導電形のチャネル形成領域およびその領域の中央部に
重なるそれより高不純物濃度のベース領域の表面層に第
一導電形のソース領域が形成され、チャネル形成領域露
出面上に絶縁膜を介してのゲート電極ならびにソース領
域およびベース領域を短絡するソース電極が設けられる
絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、
ソース領域をゲート電極およびベース領域の中央部上に
選択的に設けられる高融点金属からなる遮蔽層をマスク
としての不純物導入により形成し、その遮蔽層にソース
電極を接触させることによって不純物の導入されないベ
ース領域を遮蔽層を介してソース電極と接続するものと
する。
【0006】
【作用】ソース領域をゲート電極と高融点金属よりなる
遮蔽層をマスクとしての不純物導入により形成すること
により、遮蔽層の下にはベース領域がそのまま残ってお
り、ソース電極をその遮蔽層に接触させることによって
ソース領域を貫通する接触孔を形成する必要なしにソー
ス領域とベース領域とが短絡する。
【0007】
【実施例】図1(a) 〜(d) は本発明の一実施例のIGB
T製造工程を示し、図2ないし図5との共通の部分には
同一の符号が付されている。この工程では、図3(a) 〜
(g) 、図4(a) 〜(e) の工程を終えたのち、ゲート酸化
膜6の露出部を除去し、つづいてタングステン薄膜の蒸
着とフォトエッチングによりタングステンマスク11をベ
ース層4の中央部表面上に形成してからひ素イオンの注
入を行う〔図1(a) 〕。そして、低温酸化膜61形成後に
ひ素の活性化処理を行い、p+ ベース層4の表面層に分
割されたn+ ソース領域5を形成する〔図1(b) 〕。そ
の後、図5(b) と同様な方法で接触孔25を形成するため
のフォトエッチングを行い〔図1(c) 〕、次いでソース
電極を兼ねる配線8の形成を行う〔図1(d) 〕。さらに
図5(e) と同様に最終パッシベーション膜と裏面電極を
形成する。
【0008】これにより配線8が接触孔25を介してソー
ス領域5と、タングステン薄膜11を介してp+ ベース層
4と同一平面上で接触することになり、ソース領域5と
ベース層4との短絡の信頼性が向上するという利点が得
られる。本発明におけるタングステン薄膜をマスクとし
たイオン注入技術によるソース領域とp+ ベース層の短
絡法は、メタルマスクの微細化およびイオン注入法の高
信頼性を考えるとドライエッチングあるいはウェットエ
ッチングによる従来の接続孔の形成法に比べてウエハ内
およびウエハ間、ロット間のばらつきがはるかに少な
く、またイオン注入後のマスクの除去も不要で、ソース
領域とp+ ベース層の短絡に関する歩留まりは大幅に向
上するという利点が得られる。
【0009】上記の実施例では、ドレイン領域2と伝導
領域1が異なる導電形を有する半導体層からなるIGB
Tを例にとり説明してきたが、図6に示すように、ドレ
イン領域12と伝導領域1が同一の導電形、この場合はn
形を有する半導体層からなる縦型絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタについても適用できることは勿論である。ま
た上記の各実施例の導電形を逆にした絶縁ゲート電界効
果トランジスタについても適用できることは勿論であ
る。
【0010】さらに、以上の実施例では、イオン注入の
マスク材としてタングステンを例にとり説明してきた
が、活性化のための1000℃程度のアニールに耐える材
料、すなわちモリブデン、チタンなどの高融点金属や、
ベース層と同一導電形にする不純物を高濃度に含んだ多
結晶シリコンを用いても同様の効果が得られることは勿
論である。また、イオン注入の代わりに表面からの不純
物拡散によりソース領域を形成する場合にも実施でき
る。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタの製造方法において、ベースとなるべき領域
の表面の中央部を、マスクとなるべき高融点金属や、高
不純物濃度の多結晶シリコンによりなる遮蔽層で覆って
ベース領域を形成するための不純物導入を行い、そのマ
スクをそのままベース領域の電極とすることにより、そ
の後の配線形成でソース領域とベース領域とが同一平面
上でソース電極に接触されるようにしたので、従来技術
におけるソース領域を貫通するベース領域との接触孔形
成が不要となる。この結果、その接触孔形成に起因する
歩留まり低下を防止でき、ゲート電極とフォトリソグラ
フィにより形成される除去の必要のないマスクを用いる
ことによって微細パターンでのソース領域とベース領域
との短絡が確実に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のIGBT製造工程の一部を
(a) ないし(d) の順に示す断面図
【図2】従来のIGBTの断面図
【図3】図2のIGBTの製造工程の最初の部分を(a)
ないし(g) の順に示す断面図
【図4】図3につづく製造工程を(a) ないし(f) の順に
示す断面図
【図5】図4につづく製造工程を(a) ないし(e) の順に
示す断面図
【図6】本発明の別の実施例の縦型絶縁ゲート電界効果
トランジスタの断面図
【符号の説明】
1 n形キャリア伝導領域 2 p+ シリコン基板 3 p形チャネル形成領域 4 p+ ベース層 5 n+ ソース領域 6 ゲート酸化膜 7 ゲート電極 8 配線(ソース電極) 9 ドレイン電極 11 タングステン薄膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一導電形のキャリア伝導領域の上面側の
    そのキャリア伝導領域に囲まれたそれぞれ複数の第二導
    電形のチャネル形成領域およびその領域の中央部に重な
    るそれより高不純物濃度のベース領域の表面層に第一導
    電形のソース領域が形成され、チャネル形成領域露出面
    上に絶縁膜を介してのゲート電極ならびにソース領域お
    よびベース領域を短絡するソース電極が設けられる絶縁
    ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、ソー
    ス領域をゲート電極およびベース領域の中央部上に選択
    的に設けられる高融点金属からなる遮蔽層をマスクとし
    ての不純物導入により形成し、その遮蔽層にソース電極
    を接触させることによって不純物の導入されないベース
    領域を遮蔽層を介してソース電極と接続することを特徴
    とする絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
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