JPH09213938A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ゲート・カットオフ電圧を低くすると駆動電圧
を低くすることが困難となる。 【解決手段】n+ 型シリコン基板1上にドレイン層とな
るn+ 型エピタキシャル層2とn型エピタキシャル層5
とを設け、このn型エピタキシャル層5の表面に選択的
にp型ベース層8を設けるが、特にこのp型ベース層8
の下層部にn+ 型エピタキシャル層2に接するp+ 型ベ
ース層4を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に縦型二重拡散MOSFETを有
する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の縦型二重拡散MOSFETは、図
3に示すような構造になっている。同図において、ドレ
イン領域となるn+ 型シリコン基板1上に形成されたn
型エピタキシャル層5と、このn型エピタキシャル層5
の表面にゲート酸化膜6Aを介して形成されたゲート電
極7Aと、このゲート電極7Aの外側に相当する領域の
n型エピタキシャル層5内に形成されたp型ベース層8
と、このp型ベース層8内に形成されたn+ 型ソース層
10と、このp型ベース層8にコンタクトを取るための
+ 型バックゲート層9と、ゲート電極7Aの表面に形
成された層間絶縁膜11と、n+ 型ソース層10とp+
型バックゲート層9の部分でコンタクトを取るように形
成されたソース電極12と、このソース電極12の表面
に形成された表面保護膜13と、シリコン基板1の下面
に形成されたドレイン電極14とから主に構成されてい
る。
【0003】上述した従来の縦型二重拡散MOSFET
では、ドレイン・ソース間耐圧BVDSS を30V以下程
度に低耐圧化するためn型エピタキシャル層5の比抵抗
ρepi を低減して不純物濃度を高めると、このn型エピ
タキシャル層5内に後に形成されるp型ベース層8の不
純物濃度が低い為、n+ 型ソース層10からの空乏層が
p型ベース層8へ伸びパンチスルーを起こし易くなり、
ドレイン・ソース間耐圧BVDSS のばらつきが増加す
る。このため、パンチスルーを起こし難くするようにp
型ベース層8の不純物濃度を高めるが、これによりゲー
ト・チャネル領域となるp型ベース層8の基板表面近傍
の不純物濃度が高まり、MOSFETの駆動電圧となる
ゲート・カットオフ電圧VGS(off) が1V以上に高ま
り、低耐圧でしかも低駆動電圧のMOSFETを実現す
ることが困難であった。
【0004】この対策として発明者は、特開平−276
663号公報において図4に示す構造のMOSFETを
提案した。図4において図3との相違は、ドレイン領域
となるn+ 型シリコン基板1上に形成するエピタキシャ
ル層をn+ 型エピタキシャル層2とn型エピタキシャル
層5とから構成したことである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来の縦
型二重拡散MOSFETでは、パンチスルーを起こし難
くするためにp型ベース層8の不純物濃度を高める必要
がなく、これによりMOSFETの駆動電圧となるゲー
ト・カットオフ電圧VGS(off) が高くなることはない
が、ドレイン・ソース間耐圧BVDSS はn+ 型エピタキ
シャル層2とp型ベース層8の不純物濃度で決定される
ため30V以下程度に低耐圧化し難く、低耐圧でしかも
低駆動電圧のMOSFETを実現することが困難であ
る。
【0006】本発明の目的は、縦型二重拡散MOSFE
Tを有する半導体装置において、低耐圧でしかも低駆動
電圧化することができる半導体装置及びその製造方法を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体装置
は、ドレイン層となる第1導電型半導体基板上に順次設
けられた第1導電型高濃度不純物層からなる第1エピタ
キシャル層と第1導電型低濃度不純物層からなる第2エ
ピタキシャル層と、この第2エピタキシャル層の表面に
選択的に設けられた第2導電型のベース層と、このベー
ス層表面の端部を除く部分に設けられた第1導電型高濃
度不純物層からなるソース層と、このソース層表面の中
央部に設けられ前記ベース層に達する第2導電型高濃度
不純物層からなるバックゲート層とを有する半導体装置
において、前記ベース層の下層部は高濃度不純物層から
なりかつ前記第1エピタキシャル層に接していることを
特徴とするものである。
【0008】第2の発明の半導体装置の製造方法は、第
1導電型半導体基板上に第1導電型高濃度不純物層から
なる第1エピタキシャル層を形成したのち、この第1エ
ピタキシャル層の表面に選択的に第2導電型高濃度不純
物層からなる第1ベース層を形成する工程と、この第1
ベース層を含む全面に第1導電型低濃度不純物層からな
る第2エピタキシャル層と酸化膜と多結晶シリコン膜と
を形成したのち、この多結晶シリコン膜と酸化膜とをパ
ターニングしゲート電極とゲート酸化膜とを形成する工
程と、前記ゲート電極をマスクとし前記第2エピタキシ
ャル層に第2導電型不純物をイオン注入して前記第1ベ
ース層に達する低濃度不純物層からなる第2ベース層を
形成する工程と、この第2ベース層の中央部に第2導電
型高濃度不純物層からなるバックゲート層を形成する工
程と、このバックゲート層の周辺部を含む前記第2ベー
ス層表面に第1導電型高濃度不純物層からなるソースを
形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1(a)〜(c)及び図2(a),
(b)は本発明の一実施の形態を説明する為の工程順に
示した半導体チップの断面図である。
【0010】まず図1(a)に示すように、n+ 型シリ
コン基板1上に1016〜1017cm-3の高濃度不純物を
含み第1のドレイン層となるn+ 型エピタキシャル層2
を約4μmの厚さに形成する。次で全面に熱酸化法によ
り厚さ約200nmの酸化膜を形成したのちパターニン
グしマスク3を形成する。次で全面にボロンを1015
-2程イオン注入し熱処理して第1のベース層となるp
+ 型ベース層4を形成する。
【0011】次に図1(b)に示すように、マスク3を
除去したのちn+ 型エピタキシャル層2の表面を含む全
面に1015〜1016cm-3の低濃度不純物を含む第2の
ドレイン層となるn型エピタキシャル層5を約5μmの
厚さに形成する。次で厚さ20〜50nmの酸化膜6を
形成したのち、CVD法により1018〜1019cm-3
高濃度不純物を含む多結晶シリコン膜7を形成する。
【0012】次に図1(c)に示すように、多結晶シリ
コン膜7と酸化膜6とをパターニングしゲート電極7A
及びゲート酸化膜6Aを形成する。次でこのゲート電極
7Aをマスクとし全面にボロンを1013〜1014cm-2
イオン注入し熱処理して第2のベース層となるp型ベー
ス層8を形成する。
【0013】次に図2(a)に示すように、全面にフォ
トレジスト膜を形成したのちパターニングし、p型ベー
ス層8の中央部上に開口部を形成する。次で全面にボロ
ンをイオン注入しp型ベース層8表面にp+ 型バックゲ
ート層9を形成する。次にマスクとして用いたフォトレ
ジスト膜を除去したのち再び全面にフォトレジスト膜を
形成し、パターニングしてバックゲート層9の周辺部を
含むp型ベース層8の表面に開口部を形成する。
【0014】次で全面にリンを1016cm-2程度イオン
注入して熱処理を行い、n+ 型ソース層10を形成す
る。次でマスクとしてのフォトレジスト膜を除去したの
ちゲート電極7A表面を含む全面にCVD法により酸化
膜等からなる層間絶縁膜11を形成する。
【0015】次に図2(b)に示すように、層間絶縁膜
11をパターニングしp+ 型バックゲート層9及びn+
型ソース層10上に開孔部を形成したのち全面に厚さ約
2μmのAl膜を堆積してソース電極12を形成する。
次でソース電極12上にPSG膜からなる表面保護膜1
3と、シリコン基板1の下面にTi−Ni−Ag等から
なるドレイン電極14を形成して縦型二重拡散MOSF
ETを完成させる。
【0016】このように構成された本実施の形態によれ
ば、ドレイン・ソース間耐圧BVDSS は高不純物濃度の
+ 型エピタキシャル層5とp+ 型ベース層6で決定さ
れるため、低耐圧化を図るにはこれらの不純物濃度を制
御すればよい。また、MOSFETの駆動電圧となるゲ
ート・カットオフ電圧VGS(off) はn型エピタキシャル
層5の内部にあるp型ベース層8の表面近傍の不純物濃
度で決定されるため、ドレイン−ソース間耐圧BVDSS
を決定する部分に依存することな独立に制御でき、低耐
圧(例えば、30V以下程度)でしかも低駆動電圧(例
えば、1V以下程度)のMOSFETを実現できる。
【0017】尚、上記実施の形態においてはドレイン層
をn型の場合について説明したが、p型であってもよい
ことは勿論である。
【0018】
【発明の効果】本発明の効果は、ドレイン・ソース間耐
圧BVDSS の低耐圧化を図ってもMOSFETの駆動電
圧となるゲート・カットオフ電圧VGS(off) が高くなら
ないということである。これにより、低耐圧でしかも低
駆動電圧のMOSFETを有する半導体装置を実現でき
るようになる。
【0019】その理由は、ドレイン・ソース間耐圧BV
DSS はn+ 型エピタキシャル層とp+ 型ベース層の不純
物濃度で決定され、またゲート・カットオフ電圧V
GS(off)はn+ 型エピタキシャル層の不純物濃度に関係
なくn型エピタキシャル層とp型ベース層の不純物濃度
で決定されるため、それぞれ独立に制御できるからであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を説明する為の半導体チ
ップの断面図。
【図2】本発明の一実施の形態を説明する為の半導体チ
ップの断面図。
【図3】従来の半導体装置を説明する為の断面図。
【図4】従来の他の半導体装置を説明する為の断面図。
【符号の説明】
1 n+ 型シリコン基板 2 n+ 型エピタキシャル層 3 マスク 4 p+ 型ベース層 5 n型エピタキシャル層 6 酸化膜 6A ゲート酸化膜 7 多結晶シリコン膜 7A ゲート電極 8 p型ベース層 9 p+ 型バックゲート層 10 n+ 型ソース層 11 層間絶縁膜 12 ソース電極 13 表面保護膜 14 ドレイン電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレイン層となる第1導電型半導体基板
    上に順次設けられた第1導電型高濃度不純物層からなる
    第1エピタキシャル層と第1導電型低濃度不純物層から
    なる第2エピタキシャル層と、この第2エピタキシャル
    層の表面に選択的に設けられた第2導電型のベース層
    と、このベース層表面の端部を除く部分に設けられた第
    1導電型高濃度不純物層からなるソース層と、このソー
    ス層表面の中央部に設けられ前記ベース層に達する第2
    導電型高濃度不純物層からなるバックゲート層とを有す
    る半導体装置において、前記ベース層の下層部は高濃度
    不純物層からなりかつ前記第1エピタキシャル層に接し
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型半導体基板上に第1導電型高
    濃度不純物層からなる第1エピタキシャル層を形成した
    のち、この第1エピタキシャル層の表面に選択的に第2
    導電型高濃度不純物層からなる第1ベース層を形成する
    工程と、この第1ベース層を含む全面に第1導電型低濃
    度不純物層からなる第2エピタキシャル層と酸化膜と多
    結晶シリコン膜とを形成したのち、この多結晶シリコン
    膜と酸化膜とをパターニングしゲート電極とゲート酸化
    膜とを形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとし前
    記第2エピタキシャル層に第2導電型不純物をイオン注
    入して前記第1ベース層に達する低濃度不純物層からな
    る第2ベース層を形成する工程と、この第2ベース層の
    中央部に第2導電型高濃度不純物層からなるバックゲー
    ト層を形成する工程と、このバックゲート層の周辺部を
    含む前記第2ベース層表面に第1導電型高濃度不純物層
    からなるソース層を形成する工程とを含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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