JP3357804B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
ネルストッパ構造を有する半導体装置とその製造方法に
関する。
の構造例を示すペレットの一部断面図である。
N-型エピタキシャル層502の表面領域に、複数の不
純物拡散層が形成され、Nー型エピタキシャル層502
上に必要な電極や絶縁層が形成されている。
がペレットの周縁部に相当する。ペレット中央部のセル
領域には、通常複数のMOSFETセルが形成される。
例えば、図9に示すように、N+型シリコン基板501
裏面に形成される電極806をドレイン電極とする縦型
MOSFETセルが形成される。
に、N-型エピタキシャル層502の表面上に形成した
ゲート酸化膜601を介して形成されるゲート電極70
1、その両脇のN-型エピタキシャル層表面領域に形成
されるP型ベース領域702、およびP型ベース領域7
02内に形成されるN+型ソース領域802を有する。
N+型ソース領域802とP型ベース領域702は、ソ
ース電極805aに接続されている。
周囲には、図中に示すように深いP型不純物拡散層50
4aがリング状に形成されている。通常P型不純物拡散
層504aは、ソース電極805aに電気的に接続され
ている。
地)に、ドレイン電極806をプラス電位(いわゆる
「リバースモード」)に設定すると、P型ベース領域7
02およびP型不純物拡散層504aの周囲のN-型エ
ピタキシャル層502には、破線810で示す範囲で空
乏層が形成される。
の空乏層の巾や形状に大きく依存する。例えば装置の耐
電圧値を高くするためには、空乏層の巾を広げることが
好ましい。耐電圧特性を安定化するには、空乏層の形状
を常に安定に形成する必要がある。
エハ)を個々のペレットに切り出した際に、図9に示す
ような破砕層と呼ばれるクラック808が入ることが多
い。破砕層の発生状態は基板の切断に用いられる刃(ブ
レード)の状態等にも左右されが、例えば、これらのク
ラックが、ペレット端面から5μm〜10μm内側にま
で達することもある。
に達すると、クラック周囲の空乏層の形状が変形し、半
導体装置の耐圧特性は極めて不安定なものとなる。ま
た、クラック部で電界集中が起こり、ブレークダウンが
発生しやすくなる。個々の製品間で耐圧特性にばらつき
が生じる。
ピタキシャル層502の表面領域には、N+型不純物拡
散層803が形成されている。このN+型不純物拡散層
803は、ペレットの端面近傍に伸びる空乏層の広がり
をクラックが形成される領域より内側の範囲にとどめ、
クラックによる影響から防護する。通常このような効果
を有するペレット周縁部の構造を「チャネルストッパ構
造」と呼んでいる。
要因は他にもある。例えば、ペレット周縁部近傍のフィ
ールド酸化膜503にマイナス電荷の不純物が混入して
いると、この影響を受けて表面近傍の空乏層が極端に広
がり、耐圧特性が不安定となることがある。ペレット周
縁部のチャネルストッパ構造は不純物の存在の有無に関
わらず、一定領域内に空乏層の広がりを抑制する効果を
有する。
性は、N+型不純物拡散層803の内側に隣接して形成
されるフィールド酸化膜503と層間絶縁膜804から
なる絶縁膜の膜厚の影響も受ける。N+型不純物拡散層
803に接続された電極805bは、ドレイン電極80
6と同電位となり、上記2層の絶縁膜を介して電極80
5bの電位による電界の影響がN-型エピタキシャル層
502に形成される空乏層の端部の形状に影響を与え
る。この絶縁膜の膜厚が薄いと、強い電界が発生し空乏
層の広がりが必要以上に抑制され、MOSFET半導体
装置の耐電圧値が低下する。
を得る為に、通常N+型不純物拡散層803の内側に隣
接する領域には、フィールド酸化膜503と層間絶縁膜
804の2層の積層からなる数μm以上の厚い絶縁膜を
形成している。
場合を例にとって説明したが、セル領域の外周囲からペ
レットの外周縁に至る領域の構造は、IGBT等の他の
絶縁ゲート型半導体装置の場合もほぼ共通する。
OSFET半導体装置の製造方法の一例について、図1
0(A)〜図14(I)を用いて簡単に説明する。
シリコン基板501上に気相成長法を用いてN-型エピ
タキシャル層502を形成する。さらに、N-型エピタ
キシャル層502表面を熱酸化し、フィールド酸化膜5
03を形成する。
リソグラフィ工程を用いてフィールド酸化膜503を選
択的にエッチングし、MOSFETのベース領域中央部
に相当する部分およびセル領域の外周囲のリング状部分
にエピタキシャル層502の表面を露出させる。このフ
ィールド酸化膜503のパターンをマスクとして、イオ
ン注入法を用いて、ボロン(B)イオンを基板面に注入
する。その後、アニール処理を経てP型不純物拡散層5
04a、504bを形成する。P型不純物拡散層504
aは、セル領域を囲むリング状の平面形状を有する。
の形成領域上のフィールド酸化膜503をエッチング除
去する。熱酸化により、薄く緻密なゲート酸化膜601
を基板表面上に形成する。
601上に減圧CVD(chemical vapor
deposition)法を用いて多結晶シリコン膜
602を形成する。
ン膜602をパターニングし、ゲート電極701aと7
01bを形成する。このゲート電極701a、701b
と基板上に残された厚いフィールド酸化膜503とをマ
スクとして、イオン注入法を用いてBイオンを基板面に
注入する。基板をアニールし、MOSFETを構成する
P型ベース領域702を形成する。なお、P型ベース領
域702は、先の工程で形成したP型不純物拡散層50
4bと重複して形成される。また、P型不純物拡散層5
04aの内側周囲には、やや浅いP型不純物拡散層が重
複して形成される。
縁部のフィールド酸化膜503をエッチング除去する。
レジスト膜801を形成し、これを通常のフォトリソグ
ラフィ工程でパターニングする。このレジスト膜801
のパターンとゲート電極701a、702bをマスクと
して、イオン注入法を用いて砒素(As)イオンを基板
面に注入する。注入後、基板のアニールを行い、MOS
FETを構成するN+型ソース領域802と同時にペレ
ット周縁部にリング状の平面形状を有するN+型不純物
拡散層803を形成する。
層間絶縁膜804を形成し、通常のフォトリソグラフィ
法を用いて、この層間絶縁膜804にコンタクトホール
を形成する。既に、図12(F)に示す工程で、ペレッ
ト周縁部のフィールド酸化膜503の端部は予めエッチ
ング除去されているので、ペレットの中央部およびペレ
ットの周縁部においても、コンタクトホール形成の為に
エッチングすべき絶縁膜の膜厚がほぼ揃っている。
アルミニウム(Al)等の導電性膜を形成し、フォトリ
ソグラフィ工程を用いてパターニングを行い、N+型ソ
ース領域802、P型ベース領域702、およびP型不
純物拡散領域504aに電気的に接続されるソース電極
805aを形成する。同時に、N+型不純物拡散層80
3に電気的に接続されるチャネルストッパ電極805b
を形成する。
リコン基板501の露出面上に金(Au)膜等の導電性
膜を形成し、ドレイン電極806とする。基板表面上に
パッシベーション膜を形成すれば、図9に示した従来の
MOSFET半導体装置が完成する。なお、通常は、こ
の後、基板はスクライビングされ、個々のペレットに分
離される。
ペレット周縁部の構造を有するMOSFET半導体装置
を作製する為には、通常のMOSFET形成工程に加え
て、図12(F)に示したように、ペレット周縁部のフ
ィールド酸化膜をエッチング除去する工程を付加する必
要がある。
構造の効果を維持し、かつ製造工程における負担の少な
い新規なチャネルストッパ構造を有する半導体装置とそ
の製造方法を提供することである。
1の特徴は、半導体基板と、前記半導体基板の下面に形
成される第1電極と、前記半導体基板の上面に形成され
る第2導電型の半導体層と、前記半導体層および前記半
導体基板のセル領域に形成される1または複数の半導体
セルと、前記半導体層の表面領域に形成され、前記セル
領域を囲むリング状の平面形状を有する第2導電型の第
1不純物拡散層と、前記第1不純物拡散層の表面領域の
外周縁に形成され、前記セル領域を囲むリング状の平面
形状を有する第1導電型の第2不純物拡散層と、前記セ
ル領域を囲むリング状の平面形状を有し、少なくとも前
記第1不純物拡散層の露出表面を覆う、第1絶縁膜と、
前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、前記第
1絶縁膜を挟んで少なくとも前記第1不純物拡散層の露
出表面上に形成される、第2電極と、前記第2不純物拡
散層と前記第2電極とを電気的に接続する第3電極とを
有することである。
れば、第1導電型がN型である場合、第1電極にプラス
電位が印可されると、上記第2不純物拡散層およびこれ
に電気的に接続される第3電極がプラス電位となる。よ
って、第3電極に接続されている第2電極もプラス電位
となり、第1絶縁膜を介して第1不純物拡散層の露出表
面に反転層が形成され、実質的に第2不純物拡散層が拡
張される。この結果、単一のN+型不純物拡散層のみで
形成される従来のチャネルストッパ構造と同様な効果を
もたらす。又、上記した第1不純物拡散層および第2不
純物拡散層による二重拡散層は、第2電極をマスクとし
て用いた、イオン注入法を行うことにより、自己整合的
に形成することが可能である。
純物拡散層の濃度を1016〜1018atom/cm3と
すれば、第1不純物拡散層の露出表面に反転層をより確
実に形成することができる。
セルを、二重拡散型絶縁ゲート半導体セルとすれば、基
板周縁部の二重拡散層構造が、二重拡散型絶縁ゲート半
導体セルと構造上の共通性を有するため、製造工程を共
通にすることが可能となる。
体基板と、前記半導体基板の下面に形成されるドレイン
電極と、前記半導体基板の上面に形成される、第1導電
型の半導体層と、前記半導体層および前記半導体基板の
セル領域に形成される1または複数の半導体セルと、前
記半導体層に形成されるチャネルストッパ構造とを有
し、前記半導体セルが、前記半導体層の表面領域に形成
され、第2導電型の不純物拡散層であるベース領域と、
前記ベース領域の表面領域に形成され、第1導電型の不
純物拡散層であるソース領域と、前記ソース領域と前記
半導体層の露出表面上およびその間にある前記ベース領
域の露出表面上に形成されるゲート酸化膜と、前記ゲー
ト酸化膜上に形成されるゲート電極と、前記ゲート電極
上に形成される層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成
され、前記層間絶縁膜に形成されるコンタクトホールを
介して前記ソース領域およびベース領域に電気的に接続
されるソース電極とを有し、前記チャネルストッパ構造
が、前記半導体層の表面領域に形成され、前記セル領域
を囲むリング状の平面形状を有する第2導電型の第1不
純物拡散層と、前記第1不純物拡散層の表面領域の外周
縁に形成され、前記セル領域を囲むリング状の平面形状
を有する第1導電型の第2不純物拡散層と、前記セル領
域を囲むリング状の平面形状を有し、少なくとも前記第
1不純物拡散層の露出表面を覆う第1絶縁膜と、前記セ
ル領域を囲むリング状の平面形状を有し、前記第1絶縁
膜を挟んで少なくとも前記第1不純物拡散層の露出表面
を覆う第2電極と、前記第2不純物拡散層と前記第2電
極とを電気的に接続する第3電極とを有することであ
る。
れば、上記請求項3の発明の特徴によれば、第1不純物
拡散層、第2不純物拡散層、第1絶縁膜および第2電極
を有する基板周縁部のチャネルストッパ構造と、ベース
領域、ソース領域、ゲート酸化膜およびゲート電極を有
するセル領域内の半導体セルが、構造上の共通部分を有
するため、製造工程の一部もしくは全部を同時に行うこ
とが可能となる。
体基板と、前記半導体基板の下面に形成されるコレクタ
電極と、前記半導体基板の上面に形成される第1導電型
を有する半導体層と、前記半導体層および前記半導体基
板のセル領域に形成される1または複数の半導体セル
と、前記半導体層に形成されるチャネルストッパ構造と
を有し、前記半導体セルが、前記半導体層の表面領域に
形成され、第2導電型の不純物拡散層であるベース領域
と、前記ベース領域の表面領域に形成され、第1導電型
の不純物拡散層であるエミッタ領域と、前記エミッタ領
域と前記半導体層の露出表面上およびその間にある前記
ベース領域の露出表面上に形成されるゲート酸化膜と、
前記ゲート酸化膜上に形成されるゲート電極と、前記ゲ
ート電極上に形成される層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜
上に形成され、前記層間絶縁膜に形成されるコンタクト
ホールを介して前記エミッタ領域と前記ベース領域とに
電気的に接続されるエミッタ電極とを有し、前記チャネ
ルストッパ構造が、前記半導体層の表面領域に形成さ
れ、前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有する第
2導電型の第1不純物拡散層と、前記第1不純物拡散層
の表面領域の外周縁に形成され、前記セル領域を囲むリ
ング状の平面形状を有する第1導電型の第2不純物拡散
層と、前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、
少なくとも前記第1不純物拡散層の露出表面を覆う、第
1絶縁膜と、前記セル領域を囲むリング状の平面形状を
有し、前記第1絶縁膜を挟んで少なくとも前記第1不純
物拡散層の露出表面を覆う第2電極と、前記第2不純物
拡散層と前記第2電極とを電気的に接続する第3電極と
を有することである。
れば、第1不純物拡散層、第2不純物拡散層、第1絶縁
膜および第2電極を有する基板周縁部のチャネルストッ
パ構造が、ベース領域、エミッタ領域、ゲート酸化膜お
よびゲート電極を有するセル領域内の半導体セルと構造
上の共通部分を有する。このような構造上の共通性よ
り、両者の製造工程の一部もしくは全部を同時に行うこ
とが可能となる。
前記セル領域と、前記チャネルストッパ構造が形成され
る基板外周縁との間の前記半導体層表面領域に、前記セ
ル領域を囲むリング状の平面形状を有する第2導電型の
不純物拡散層であるガードリングを1または複数有して
もよい。
おいて形成される空乏層の巾を広げ、より高い耐電圧特
性を兼ね添えた半導体装置を提供できる。
徴は、半導体基板上に第1導電型のエピタキシャル半導
体層を形成する工程と、前記エピタキシャル半導体層表
面上にフィールド絶縁膜を形成する工程と、前記フィー
ルド絶縁膜のうちチャネルストッパ構造形成予定領域に
あたる部分をエッチング除去する工程と、前記フィーフ
ド絶縁膜の所定部分をエッチング除去した後、前記エピ
タキシャル半導体層表面に第1絶縁膜を形成する工程
と、前記第1絶縁膜上に第1導電性膜を形成する工程
と、前記第1導電性膜を選択的にエッチングし、前記フ
ィールド酸化膜の外縁部およびその周囲のフィールド酸
化膜がエッチング除去された領域にリング状の平面形状
を有する第2電極を形成する工程と、前記第2電極をマ
スクとして、第2導電型に寄与する不純物イオンを前記
エピタキシャル半導体層に注入し、その後半導体基板の
アニールを行い、第2導電型の第1不純物拡散層を形成
する工程と、前記第2電極をマスクとして、第2導電型
に寄与する不純物イオンを前記第1不純物拡散層に注入
し、その後半導体基板のアニールを行い、前記第1不純
物拡散層の表面領域に第1導電型の第2不純物拡散層を
形成する工程と、前記第1絶縁膜および前記第2電極を
覆う、第2絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜と
前記第2絶縁膜を選択的にエッチングし、前記第2不純
物拡散層、および前記第2電極が底面で露出するコンタ
クトホールを形成する工程と、前記エピタキシャル半導
体層表面上に前記コンタクトホールを埋める第3導電性
膜を形成し、選択的に前記第3導電性膜をエッチング
し、前記第2不純物拡散層と第2電極を電気的に接続す
る第3電極を形成する工程と、前記基板の裏面に第1導
電性膜よりなる第1電極を形成する工程とを有すること
である。
の特徴によれば、第2電極をマスクとして、イオン注入
法を用いて、自己整合的に第1不純物拡散層とその内部
に第2不純物拡散層を形成することができる。又、上記
製造方法によって形成される基板周縁部の構造は、第1
導電型がN型である場合、ドレイン電極にプラス電位が
印可されると、上記第2不純物拡散層およびこれに電気
的に接続される第3電極がプラス電位となる。よって、
第3電極に接続されている第2電極もプラス電位とな
り、第1絶縁膜を介して第1不純物拡散層と第2不純物
拡散層の間の反転層を形成し、実質的に基板表面の周縁
部に第2不純物拡散層を拡張する。この結果、上記基板
周縁部の構造は、単層のN型不純物拡散層のみで形成さ
れる従来のチャネルストッパ構造と同様な効果をもたら
す。
2の特徴は、第1導電型の半導体基板上に、第1導電型
のエピタキシャル半導体層を形成する工程と、前記エピ
タキシャル半導体層上にフィールド酸化膜を形成する工
程と、セル形成予定領域およびその外周のチャネルスト
ッパ構造形成予定領域にあたる前記フィールド酸化膜を
エッチング除去する工程と、基板表面上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第2導電性膜
を形成する工程と、前記第2導電性膜を選択的にエッチ
ングし、セル形成予定領域に、1または複数のゲート電
極を形成するとともに、前記フィールド酸化膜の外周縁
部およびその周囲のフィールド酸化膜がエッチング除去
された領域に、リング状の平面形状を有する第2電極を
形成する工程と、前記ゲート電極、および前記第2電極
をマスクとして、イオン注入法を用いて第2導電型に寄
与する不純物イオンを、前記エピタキシャル半導体層に
注入し、その後基板のアニールを行うことで、セル領域
には第2導電型を有するベース領域を、チャネルストッ
パ構造形成予定領域には、第2導電型を有する第1不純
物拡散層を形成する工程と、前記ゲート電極と前記第2
電極をマスクとして、イオン注入法を用いて、第1導電
型に寄与する不純物イオンを前記ベース領域及び第1不
純物拡散層に注入し、その後基板のアニールを行うこと
で、前記ベース領域の表面領域に第1導電型のソース領
域を、前記第1不純物拡散層の表面領域に第1導電型を
有する第2不純物拡散層を形成する工程と、基板表面上
に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜と前記
ゲート絶縁膜を選択的にエッチングし、前記ソース領
域、および前記第2不純物拡散層、前記ゲート電極、前
記第2電極のそれぞれ表面の一部を露出するコンタクト
ホールを形成する工程と、基板表面上に前記コンタクト
ホールを埋める第3導電性膜を形成し、選択的に前記第
3導電性膜をエッチングし、前記ソース領域と前記ベー
ス領域に電気的に接続されるソース電極、前記ゲート電
極に電気的に接続されるゲート引出電極、前記第2不純
物拡散層と第2電極を電気的に接続する第3電極を形成
する工程と、前記半導体基板の裏面に第1導電性膜より
なるドレイン電極を形成する工程とを有することであ
る。
の特徴によれば、上記製造方法の第1の特徴の効果に加
えて、セル領域にゲート絶縁膜、ゲート電極、ベース領
域、ソース領域を形成する各工程を用いて、同時に、基
板外周縁にゲート絶縁膜、第2電極、第1不純物拡散
層、第2不純物拡散層の各層を形成することができる。
て、図面を参照して説明する。
であるMOSFET半導体装置の一部断面図である。本
発明の特徴部分は、ペレット周縁部に形成するチャネル
ストッパ構造である。ペレット中央部に形成されるMO
SFETおよびその外周をリング状に囲むP型不純物拡
散層105の構造は、図9に示した従来の構造とほぼ変
わらない。
には従来と同様浅いN+型不純物拡散層307が形成さ
れるが、このN+型不純物拡散層307の周囲には、さ
らにP型不純物拡散層301が形成されている。また、
この二重拡散層の端部の上方には、ゲート酸化膜を介し
て電極304aが形成されている。電極304aは、コ
ンタクトホールを介してN+型不純物拡散層307の露
出面を覆う上部電極402bと接続されている。ペレッ
トの表面は、パッシベーション膜405で覆われてい
る。
ストッパ構造のみを示した拡大断面図である。以下に、
図1(B)を参照し、チャネルストッパ構造の動作につ
いて説明する。
位、ソース電極にマイナス電位(接地)に設定し、リバ
ースモードとした場合、チップ化する際のブレードによ
るダメージ(破砕層)でショートし、N+型不純物拡散
層307とこれに接続される電極402bもドレイン電
極と同電位となる。よって、電極402bに接続されて
いる電極304aにもプラス電位がかかる。
ート酸化膜201を介して電極304a下に対面するP
型不純物拡散層301の表面に電子が誘起され反転層が
形成される。即ち、P型不純物拡散層301により電気
的に分離されていたN+型不純物拡散層307とN-型エ
ピタキシャル層102の間に、図1(B)中に示すよう
な電子のチャネル10が形成される。このチャネル10
により、N+型不純物拡散層307は実質的に拡張さ
れ、N-型エピタキシャル層102の面に達する。
果は、従来の半導体装置のチャネルストッパ構造におけ
る単層のN+型不純物拡散層803(図9参照)と同様
な効果を有する。即ち、P型ベース領域302、および
P型不純物拡散層105の周囲に形成される空乏層の広
がりを抑制し、クラックが発生するペレット端面近傍に
空乏層の広がりが達しないように調整し、MOSFET
の耐圧特性の安定化を図る効果を有する。
に接続しない場合は、電極304aにプラス電位がかか
らず、電極304a直下のP型不純物拡散層301に反
転層10は形成されない。この場合は、むしろP型不純
物拡散層301の周囲にも空乏層が形成されるので、こ
のP型不純物拡散層301周囲の空乏層とセル領域で形
成される空乏層とが連続し、空乏層がペレット端面に達
してしまう。このためMOSFET半導体装置の耐電圧
特性はクラック等の影響を受け極めて不安定なものとな
りやすく、従来のチャネルストッパの効果は望めない。
にN+型不純物拡散層307とP型不純物拡散層301
からなる二重拡散層のみを形成する場合も、反転層10
は形成されないのでチャネルストッパの効果は望めな
い。
て、上述の第1の実施の態様の半導体装置の製造方法に
ついて説明する。
(P)がドープされた単結晶のN+型シリコン基板10
1上に気相成長法を用いて、N-型エピタキシャル層1
02を形成する。気相成長の条件としては、例えば減圧
下で基板温度を1200℃程度とし、反応ガスとしてモ
ノシラン(SiH4)ガス、ドーピングガスとしてホス
フィン(PH3)を用いる。
雰囲気中に曝し、その表面に膜厚約400nm〜100
0nmのフィールド酸化膜103を形成する。
ソグラフィ工程を用いてフィールド酸化膜103のパタ
ーニングを行う。フィールド酸化膜103のパターンを
マスクとして、イオン注入法を用いてBイオンを基板面
に注入し、図中破線で示す注入層を形成する。注入条件
は、例えばイオン注入エネルギを40〜50keV、ド
ーズ量を1014〜1015/cm2とする。
約10時間基板をアニールする。注入されたイオンがよ
り深く拡散するとともに、イオン注入によりアモルファ
ス化した注入層が再結晶化され、注入されたBイオンが
活性化する。後の工程で各MOSFETのP型ベース領
域となる領域の中央に、深いP型不純物拡散層104お
よび、セル領域の外周囲にリング状の平面形状を有する
深いP型不純物拡散層105が形成される。
物拡散層105は、それぞれ耐圧特性の向上の目的の為
に形成される。
物拡散層105より内側のセル領域、およびペレット周
縁部のフィールド酸化膜103を同時にエッチング除去
する。従来は、同工程で、図11(C)に示したよう
に、セル領域内のフィールド酸化膜のみをエッチング除
去していたが、第1の実施の態様における半導体装置に
おいては、ペレット周縁部にP型不純物拡散層を形成す
るため、ペレット周縁部にイオン注入マスクとしてフィ
ールド酸化膜を残す必要がないからである。従来のよう
に、MOSFET形成工程と別途、ペレット周縁部のフ
ィールド酸化膜をエッチング除去する工程(図12
(F)に示した工程)を付加する必要はない。
50〜100nmのゲート酸化膜201を形成する。
01上に、減圧CVD法を用いて膜厚約500nmの多
結晶Si膜202を形成する。
ソグラフィ工程を用いて、多結晶Si膜202をパター
ニングし、ゲート電極304b、304cを形成する。
同時に、ペレット周縁部近傍に、MOSFET形成領域
の外周囲をリング状に囲む電極304aを形成する。
ールド酸化膜103の端部より外側に形成しても良い
が、その結果、電極304aとフィールド酸化膜103
の間に埋め込みが困難な狭い溝が形成されてしまうの
で、図4(E)に示すように、電極304aの一部がフ
ィールド酸化膜103の端部の段差を覆うように形成す
るのが好ましい。
304b、304c、および電極304aをマスクとし
て、イオン注入法を用いてBイオンを基板面に注入し、
図中破線で示すイオン注入層を形成する。注入条件は、
イオン注入エネルギを40〜50keV、ドーズ量を1
013〜1014/cm2とする。
間〜10時間基板のアニールを行う。注入イオンがより
深く拡散するとともに、各イオン注入層が再結晶化さ
れ、注入イオンが活性化する。ペレット中央にはP型ベ
ース領域302が、ペレット周縁部にはP型不純物拡散
層301が形成される。それぞれの拡散層の深さは約3
〜4μmである。
4bがP型不純物拡散層105よりやや内側に形成され
ている場合は、深いP型不純物拡散層105に隣接する
内側に浅いP型不純物拡散層303が形成される。な
お、通常の動作条件において、P型不純物拡散層301
表面に反転層が形成されやすいように、P型不純物拡散
層301の不純物濃度が、1016〜1018atoms/
cm3となるようにイオン注入条件を調整する。
ジ型のレジスト膜305を形成し、通常のフォトリソグ
ラフィ工程を用いて、レジスト膜305をパターニング
する。レジスト膜305によるパターンとゲート電極3
04b、304c、および電極304aをマスクとし
て、イオン注入法を用いて、砒素(As)イオンを基板
面に注入する。この時のイオン注入条件は、イオン注入
エネルギを30〜40keV、ドーズ量を約1015/c
m2とする。P型ベース領域302の表面領域、および
ペレット周縁部のP型不純物拡散層301の表面領域に
それぞれ破線で示すイオン注入層が形成される。
で、約10〜20分間、基板のアニールを行う。注入イ
オンが深く拡散するとともに、イオン注入層が再結晶化
され、注入イオンは活性化される。P型ベース領域30
2の表面領域にはN+型ソース領域306が、ペレット
周縁部のP型不純物拡散層301の表面領域には、N+
型不純物拡散層307がそれぞれ形成される。N+型ソ
ース領域306、N+型不純物拡散層307の深さを、
約0.2〜0.3μmとする。
て、基板表面上に膜厚約1.5〜3μmの層間絶縁膜4
01を形成する。層間絶縁膜401は単層のSiO2膜
でも、SiO2膜と平坦性の高いフォスフォシリケート
ガラス(BPSG)膜等の複数の膜による積層膜でもよ
い。
フィ工程を用いて、層間絶縁膜401を選択的にエッチ
ングし、MOSFETを構成するN+型ソース領域30
6、P型不純物拡散層105、およびペレット周縁部の
N+型不純物拡散層307と電極304a上にコンタク
トホールを形成する。
ホール形成位置のフィールド酸化膜103は図3(C)
に示した工程ですでにエッチング除去されているので、
コンタクトホール形成のためにエッチングしなければな
らない膜の厚さは、ペレット中央部においてもペレット
周縁部においてもほぼ同じである。よって、エッチング
条件の調整が比較的容易にできる。
法を用い、基板表面上に膜厚約4μmのAl膜を形成す
る。通常のフォトリソグラフィ工程を用いてこのAl膜
をエッチングし、MOSFETを構成するソース領域3
06に電気的に接続されたソース電極402aを形成す
る。同時にペレット周縁部には、N+型不純物拡散層3
07と電極304aを電気的に接続する電極402bを
形成する。
に、約1μmの金(Au)を蒸着し、これをドレイン電
極403とする。
シベーション膜を形成し、基板であるウエハをチップご
とにスクライビングすれば、図1(A)に示す第1の実
施の形態におけるMOSFET構造を有する半導体装置
が完成する。
レット周縁部のチャネルストッパ構造を構成する電極3
04aはMOSFETのゲート電極304cと同時に形
成することが可能である。また、ペレット周縁部のN+
型不純物拡散層307、P型不純物拡散層301は、M
OSFETを構成するP型ベース領域302、N+型ソ
ース領域306とそれぞれ同時に形成することができ
る。この際、電極304aをマスクとして、自己整合的
に二重拡散層を形成することが可能である。即ち、第1
の実施の態様に示すペレット周縁部のチャネルストッパ
構造は、MOSFETとの製造工程上の整合性が極めて
良く、MOSFET形成工程に対し、新たに工程を付加
する必要がない。
るMOSFET半導体装置のペレット周縁部構造は、従
来と同様にチャネルストッパ構造としての機能を十分果
たすとともに、通常のMOSFET形成の為に必要な工
程と合わせて同時に形成可能であるため、製造工程の短
縮化を図ることができる。
た第1の実施の態様におけるMOSFET半導体装置の
平面概略図である。図6(B)は、破線63で囲んだ半
導体装置のコーナ部分の拡大平面図である。
導体装置の平面形状は矩形であり、その中央部に複数の
MOSFETセル62が配置されたセル領域が存在して
いる。セル領域表面の大部分はソース電極402aで覆
われている。同図中、セル領域上の中央右手に示されて
いる2本の電極足を有する電極は、ゲート引出電極61
である。セル領域の外周囲には、リング状のP型不純物
拡散層105が形成されており、さらに一定の間隙をお
いて、基板周縁部に、第1電極304、および第2電極
402bを有するリング状のチャネルストッパ構造が形
成されている。同図中、ペレット周縁部に形成される二
重拡散層は省略されている。なお、既に説明した図1
(A)に示す半導体装置の一部断面は、一点鎖線A−
A’における切断面に相当する。
の態様におけるペレット周縁部に形成したチャネルスト
ッパ構造は、より高い耐圧特性を必要とするMOSFE
T半導体装置においても、採用することができる。
以上の高耐圧特性を有するMOSFET半導体装置の一
部断面図を示す。同図に示すように、通常これらの高耐
圧MOSFET半導体装置は、MOSFETが形成され
るセル領域の外周囲に、リング状の平面形状を有する深
い不純物拡散層であるガードリング106、107を有
する。
おけるMOSFET半導体装置と同様、P型ベース領域
302と同時に形成できるP型不純物拡散層301と、
N+型ソース領域306と同時形成可能なN+型不純物拡
散層307が形成される。ガードリングは、リバースモ
ードにおいて、MOSFET周囲に形成される空乏層の
巾を広げるとともに、空乏層境界部の曲率を緩和し、耐
電圧値を上げる効果を有する。
る程、電界集中等が起こり易くなる為、ペレット周縁部
に形成するチャネルストッパ構造の効果の重要性が増
す。
ードリングを有する場合も、上述した第1の実施の態様
におけるMOSFETの半導体装置とほぼ同様な製造工
程を用いて作製することができる。基板表面上にフィー
ルド酸化膜103を形成後、ガードリング形成領域のフ
ィールド酸化膜をも選択エッチングすれば、P型不純物
拡散層105を形成する時、同時にガードリング10
6、107を形成することができる。ガードリングの数
を増やせば、さらに耐電圧値を上げることができる。
の態様であるIGBT(insulated gate
bipolar transistor)半導体装置の
部分断面図を示す。
ては、図4(E)、図4(F)に示したように、ペレッ
ト周縁部に形成した電極304aをイオン注入マスクと
して用いて、P型不純物とN型不純物による二重拡散層
をペレット周縁部に形成している。この製造工程は、M
OSFETのような二重拡散型絶縁ゲートトランジスタ
の製造工程と共通しており、両者の製造工程における整
合性は良好である。
二重拡散型絶縁ゲートトランジスタであるため、IGB
T作製工程に新たな工程負担を伴わずに、第1の実施の
態様に示したと同様なチャネルストッパ構造をペレット
周縁部に形成することができる。
(A)に示すMOSFET半導体装置の構造上の主な相
違は、使用する基板の導電型の相違である。図1に示す
MOSFET半導体装置ではN+型の単結晶Si基板上
にN-型エピタキシャル層を形成しているが、図8に示
すIGBT半導体装置では、P型の単結晶Si基板上に
N-型エピタキシャル層を形成している。
おいて、P型単結晶Si基板よりN-型エピタキシャル
層に少数キャリヤであるホールの注入が起こり、オン抵
抗を低減できるというメリットがある。
極304cIを形成する時、同時にペレット周縁部領域
に電極304aIを形成し、セル領域にP型ベース領域
302I、およびN型エミッタ領域306Iを形成する
時、同時にペレット周縁部に電極304aIを注入マス
クとして用いてP型不純物拡散層301Iと307Iを
形成できる。
本発明を説明したが、本発明は、これらに制限されるも
のではない。例えば、セル領域に形成する半導体セルの
構造は、上述した構造に限られない。この場合、二重拡
散型絶縁ゲート構造を有する半導体セルであればより好
ましい。また、上述した実施の態様においては、基板と
してSiを用いているが、それ以外のガリウム砒素(G
aAs)等の半導体基板を用いることも当然に可能であ
る。他の電極材料、絶縁膜材料についても同様に種々の
材料を用いることができる。さらに、半導体装置の各領
域が有する導電型を全て反転させてもよい。
セル領域を囲むリング状の二重拡散層を有する。さら
に、この二重拡散層に一部重複し、隣接する上部に、薄
い絶縁膜を介してリング状の電極を有する。
上記絶縁膜を介して上記電極に対面する不純物拡散層の
表面領域に反転層が形成される。この結果、単層の不純
物拡散層で形成される従来のチャネルストッパ構造と同
等な効果をもって、基板周縁部に達そうとする空乏層の
拡がりを抑制し、半導体装置の耐圧特性を安定化させる
ことができる。
造は、二重拡散型絶縁ゲート半導体セルと共通する構造
を有している。よって、セル領域に、MOSFETやI
GBT等の二重拡散型絶縁ゲート半導体素子を形成する
場合は、これらの半導体素子の形成工程に新たな工程を
追加することなく基板周縁部にチャネルストッパ構造を
形成できる。
ャネルストッパ構造は、従来と同等なチャネルストッパ
効果を維持するとともに、セル領域に形成される半導体
セルの製造工程に対し整合性が高いため、半導体装置の
製造工程の短縮化を図ることができる。
T半導体装置のペレット周縁部を含む部分断面図であ
る。
T半導体装置の製造工程を説明する為の途中工程の半導
体装置の部分断面図である。
T半導体装置の製造工程を説明する為の途中工程の半導
体装置の部分断面図である。
T半導体装置の製造工程を説明する為の途中工程の半導
体装置の部分断面図である。
T半導体装置の製造工程を説明する為の途中工程の半導
体装置の部分断面図である。
T半導体装置の平面図である。
リングを有するMOSFET半導体装置の部分断面図で
ある。
導体装置の部分断面図である。
部を含む部分断面図である。
説明する為の途中工程の半導体装置の部分断面図であ
る。
説明する為の途中工程の半導体装置の部分断面図であ
る。
説明する為の途中工程の半導体装置の部分断面図であ
る。
説明する為の途中工程の半導体装置の部分断面図であ
る。
説明する為の途中工程の半導体装置の部分断面図であ
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の下面に形成される第1電極と、 前記半導体基板の上面に形成される第1導電型の半導体
層と、 前記半導体層および前記半導体基板のセル領域に形成さ
れる1または複数の半導体セルと、 前記半導体層の表面領域に形成され、前記セル領域を囲
むリング状の平面形状を有する第2導電型の第1不純物
拡散層と、 前記第1不純物拡散層の表面領域の外周縁に形成され、
前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有する第1導
電型の第2不純物拡散層と、 前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、少なく
とも前記第1不純物拡散層の露出表面を覆う、第1絶縁
膜と、 前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、前記第
1絶縁膜を挟んで少なくとも前記第1不純物拡散層の露
出表面上に形成される、第2電極と、 前記第2不純物拡散層と前記第2電極とを電気的に接続
する第3電極とを有する半導体装置。 - 【請求項2】 前記第1不純物拡散層の濃度が、1016
〜1018atom/cm3であることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記半導体セルが、二重拡散型絶縁ゲー
ト半導体セルであることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。 - 【請求項4】 半導体基板と、 前記半導体基板の下面に形成されるドレイン電極と、 前記半導体基板の上面に形成される第1導電型の半導体
層と、 前記半導体層および前記半導体基板のセル領域に形成さ
れる1または複数の半導体セルと、 前記半導体層に形成されるチャネルストッパ構造とを有
し、 前記半導体セルが、前記半導体層の表面領域に形成さ
れ、第2導電型の不純物拡散層であるベース領域と、 前記ベース領域の表面領域に形成され、第1導電型の不
純物拡散層であるソース領域と、 前記ソース領域と前記半導体層の露出表面上及びその間
にある前記ベース領域の露出表面上に形成されるゲート
酸化膜と、 前記ゲート酸化膜上に形成されるゲート電極と、 前記ゲート電極上に形成される層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜上に形成され、前記層間絶縁膜に形成さ
れるコンタクトホールを介して前記ソース領域およびベ
ース領域に電気的に接続されるソース電極とを有し、 前記チャネルストッパ構造が、 前記半導体層の表面領域に形成され、前記セル領域を囲
むリング状の平面形状を有する第2導電型の第1不純物
拡散層と、 前記第1不純物拡散層の表面領域の外周縁に形成され、
前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有する第1導
電型の第2不純物拡散層と、 前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、少なく
とも前記第1不純物拡散層の露出表面を覆う、第1絶縁
膜と、 前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、前記第
1絶縁膜を挟んで少なくとも前記第1不純物拡散層の露
出表面を覆う第2電極と、 前記第2不純物拡散層と前記第2電極とを電気的に接続
する第3電極とを有する半導体装置。 - 【請求項5】 半導体基板と、 前記半導体基板の下面に形成されるコレクタ電極と、 前記半導体基板の上面に形成され、第1導電型を有する
半導体層と、 前記半導体層および前記半導体基板のセル領域に形成さ
れる1または複数の半導体セルと、 前記半導体層に形成されるチャネルストッパ構造とを有
し、 前記半導体セルが、 前記半導体層の表面領域に形成され、第2導電型の不純
物拡散層であるベース領域と、 前記ベース領域の表面領域に形成され、第1導電型の不
純物拡散層であるエミッタ領域と、 前記エミッタ領域と前記半導体層の露出表面上およびそ
の間にある前記ベース領域の露出表面上に形成されるゲ
ート酸化膜と、 前記ゲート酸化膜上に形成されるゲート電極と、 前記ゲート電極上に形成される層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜上に形成され、前記層間絶縁膜に形成さ
れるコンタクトホールを介して前記エミッタ領域と前記
ベース領域とに電気的に接続されるエミッタ電極とを有
し、 前記チャネルストッパ構造が、 前記半導体層の表面領域に形成され、前記セル領域を囲
むリング状の平面形状を有する第2導電型の第1不純物
拡散層と、 前記第1不純物拡散層の表面領域の外周縁に形成され、
前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有する第1導
電型の第2不純物拡散層と、 前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、少なく
とも前記第1不純物拡散層の露出表面を覆う、第1絶縁
膜と、 前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有し、前記第
1絶縁膜を挟んで少なくとも前記第1不純物拡散層の露
出表面を覆う第2電極と、 前記第2不純物拡散層と前記第2電極とを電気的に接続
する第3電極とを有する半導体装置。 - 【請求項6】 前記セル領域と、前記チャネルストッパ
構造との間の前記半導体層表面領域に、 前記セル領域を囲むリング状の平面形状を有する第2導
電型の不純物拡散層であるガードリングを1または複数
有する請求項4または請求項5に記載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記セル領域内に形成される前記ベース
領域と、前記チャネルストッパ構造を構成する前記第1
不純物拡散層が、同じ深さを有し、同一不純物材料によ
る同一不純物濃度を有することを特徴とする請求項4ま
たは請求項5に記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記セル領域内に形成される前記ソース
領域と、前記チャネルストッパ構造を構成する前記第2
不純物拡散層が、同じ深さを有し、同一不純物材料によ
る同一不純物濃度を有することを特徴とする前記請求項
4に記載の半導体装置。 - 【請求項9】 前記セル領域内に形成される前記ゲート
電極と、前記チャネルストッパ構造を構成する前記第2
電極が、同一の導電性材料で形成されることを特徴とす
る前記請求項4または請求項5に記載の半導体装置。 - 【請求項10】 前記セル領域内に形成される前記エミ
ッタ領域と、前記チャネルストッパ構造を構成する前記
第2不純物拡散層が、同じ深さを有し、同一不純物材料
による同一不純物濃度を有することを特徴とする前記請
求項5に記載の半導体装置。 - 【請求項11】 半導体基板上に、第1導電型のエピタ
キシャル半導体層を形成する工程と、 前記エピタキシャル半導体層表面上に、フィールド絶縁
膜を形成する工程と、 前記フィールド絶縁膜のうちチャネルストッパ構造形成
予定領域にあたる部分をエッチング除去する工程と、 前記フィールド絶縁膜の所定部分をエッチング除去した
後、前記エピタキシャル半導体層表面に、第1絶縁膜を
形成する工程と、 前記第1絶縁膜上に第2導電性膜を形成する工程と、 前記第2導電性膜を選択的にエッチングし、前記フィー
ルド酸化膜の外縁部およびその周囲のフィールド酸化膜
がエッチング除去された領域に、リング状の平面形状を
有する第2電極を形成する工程と、 前記第2電極をマスクとして、第2導電型に寄与する不
純物イオンを前記エピタキシャル半導体層に注入し、そ
の後半導体基板のアニールを行い、第2導電型の第1不
純物拡散層を形成する工程と、 前記第2電極をマスクとして、第1導電型に寄与する不
純物イオンを前記第1不純物拡散層に注入し、その後半
導体基板のアニールを行い、前記第1不純物拡散層の表
面領域に、第1導電型の第2不純物拡散層を形成する工
程と、 前記第1絶縁膜および前記第2電極を覆う、第2絶縁膜
を形成する工程と、 前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜を選択的にエッチング
し、前記第2不純物拡散層、および前記第2電極が底面
で露出するコンタクトホールを形成する工程と、 前記エピタキシャル半導体層表面上に、前記コンタクト
ホールを埋める第3導電性膜を形成し、選択的に前記第
3導電性膜をエッチングし、前記第2不純物拡散層と前
記第2電極を電気的に接続する第3電極を形成する工程
と、 前記基板の裏面に第1導電性膜よりなる第1電極を形成
する工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 第1導電型の半導体基板上に、第1導
電型のエピタキシャル半導体層を形成する工程と、 前記エピタキシャル半導体層上に、フィールド酸化膜を
形成する工程と、 セル形成予定領域及びその外周のチャネルストッパ構造
形成予定領域にあたる前記フィールド酸化膜をエッチン
グ除去する工程と、 基板表面上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上に第2導電性膜を形成する工程と、 前記第2導電性膜を選択的にエッチングし、セル形成予
定領域に、1または複数のゲート電極を形成するととも
に、前記フィールド酸化膜の外周縁部およびその周囲の
フィールド酸化膜がエッチング除去された領域に、リン
グ状の平面形状を有する第2電極を形成する工程と、 前記ゲート電極、および前記第2電極をマスクとして、
イオン注入法を用いて第2導電型に寄与する不純物イオ
ンを、前記エピタキシャル半導体層に注入し、その後基
板のアニールを行うことで、セル形成予定領域には第2
導電型のベース領域を、チャネルストッパ構造形成予定
領域には、第2導電型の第1不純物拡散層を形成する工
程と、 前記ゲート電極と前記第2電極をマスクとして、イオン
注入法を用いて、第1導電型に寄与する不純物イオンを
前記ベース領域及び第1不純物拡散層に注入し、その後
基板のアニールを行うことで、前記ベース領域の表面領
域に第1導電型のソース領域を、前記第1不純物拡散層
の表面領域に第1導電型を有する第2不純物拡散層を形
成する工程と、 基板表面上に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜を選択的にエッチン
グし、前記ソース領域、および前記第2不純物拡散層、
前記ゲート電極、前記第2電極のそれぞれ表面の一部を
露出するコンタクトホールを形成する工程と、 基板表面上に、前記コンタクトホールを埋める第3導電
性膜を形成し、選択的に前記第3導電性膜をエッチング
し、前記ソース領域と前記ベース領域に電気的に接続さ
れるソース電極、前記ゲート電極に電気的に接続される
ゲート引出電極、前記第2不純物拡散層と第2電極を電
気的に接続する第3電極を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面に第1導電性膜よりなるドレイン
電極を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。
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JP29399096A JP3357804B2 (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 半導体装置とその製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP29399096A JP3357804B2 (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 半導体装置とその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10144916A JPH10144916A (ja) | 1998-05-29 |
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Family
ID=17801825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP29399096A Expired - Lifetime JP3357804B2 (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 半導体装置とその製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-11-06 JP JP29399096A patent/JP3357804B2/ja not_active Expired - Lifetime
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