JPS6273766A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6273766A
JPS6273766A JP21251585A JP21251585A JPS6273766A JP S6273766 A JPS6273766 A JP S6273766A JP 21251585 A JP21251585 A JP 21251585A JP 21251585 A JP21251585 A JP 21251585A JP S6273766 A JPS6273766 A JP S6273766A
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JP
Japan
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conductivity type
type
resistance
film
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JP21251585A
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English (en)
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Kiminori Watanabe
渡辺 君則
Akio Nakagawa
明夫 中川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402Field plates
    • H01L29/405Resistive arrangements, e.g. resistive or semi-insulating field plates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的分野〕 本発明は、pnpn構造を有し、自己ターンオフ機能を
有するプレーナ型の半導体装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
導電変調型MO3FETは、通常パワーMO3FETの
ドレイン領域をソース領域とは逆の導電型にしたもので
ある。従来の導電変調型MOSFETの構造を第4図に
示す。11はp+ドレイン層、12はn十型層、13は
n″″型高低高抵抗層り、この高抵抗層13の表面にp
型ベース拡散層14が形成され、更にこのp型ベース拡
散層14内にn+型ソース拡散層15が形成されている
そして、ソース拡散層15と表面に露出している高抵抗
層13に挟まれたp型ベース層14部分をチャネル領域
25としてモの」二にゲート絶縁膜16を介してゲート
電極17を配設し、また、ソース拡散層15とベース拡
散層14の双方にコンタクトするソース電極18を形成
している。有効素子領域の外側には高耐圧化のために、
数本のp十型ガードリング層20を形成している。ドレ
イン層11の表面にはドレイン電極21が形成されてい
る。
この導電変調型MOSFETは、ゲート電極17にソー
ス電極1Bに対して正の電圧を印加するとチャネル領域
25に反転層が形成され、ソース拡散層15からの電子
がこのチャネル領域25を通って、n″″型高低高抵抗
層13入される。注入された電子は高抵抗層13を拡散
してドレイン電極21へ抜けるが、このときドレイン層
11から正孔の注入を引起こす。この正孔の注入より、
高抵抗層13にはキャリアの蓄積による導電変調が起こ
り、この高抵抗層13の抵抗か低下する。
ところで、ゲート・ソース間電圧を零1、〜すると、ロ
ー゛型窩抵抗層13内の電子は急激に減少するが、正孔
は残留してしまい、素子のオフ時間か長くなってしまう
。そこで、p+ドレイン層11とn−型高抵抗IW13
の間にn4型層12を介在させ、このn十型層12の総
不純物Qを制御することにより、正孔のn″′型高低高
抵抗層13注入を制御している。即ち、このn+型層1
2を設けることにより、オフ時間を短くすることができ
る。
ところで、導電変調型MO3FETのようなブレーナ型
素子において、耐圧を同士させる方法としては、第4図
に示したようにガードリングを形成する方法が一般に知
られているが、充分な高耐圧を実現するには、ガードリ
ング層を十分に深く拡散しなければならない。そのため
には、高lR熱処理を十分長く行なうことが必要である
。高温熱処理が長くなればp+ドレイン層11、n十型
層12、及びn″″型高低高抵抗層13拡散層か変動し
、これによりn十型層12の総不純物量か変動し、p+
ドレイン層11からn″″型高低高抵抗層13入する正
孔を正確に制御できなくなると共に、n″″型高低高抵
抗層13みが変動し、素子の耐圧が劣化してしまう。
〔発明の目的〕
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、ブレーナ構
造を有する自己ターンオフ機能を持つpnpn素子であ
って、オン抵抗を高めることなくオフ時間を短かくした
高耐圧の半導体装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、高濃度第1導電型半導体層上に高濃度第2導
電型半導体層を介して第2導電型高抵抗層を有するウェ
ーハを用い、DSA法により第1導電型拡散層とその表
面に第2導電型拡散層が形成された自己ターンオフ機能
を持つブレーナ型の半導体装置において、有効素子領域
の外側の前記第2導電型高抵抗層表面に絶縁膜を介して
、一端が前記第1導電型拡散層の電位に設定され他端が
第2導電型高抵抗層の電位に設定された高抵抗体膜(所
謂抵抗性フィールドプレート)を配設したことを特徴と
する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高温で長時間の熱処理を必要とするガ
ードリング層を用いず、抵抗性フィールドプレートによ
り高耐圧化を図っているため、不純物の再拡散を防止し
て、特に高濃度第2導電型半導体層の不純物総量を正確
に最適設計することができる。これにより、オン抵抗を
高めることなくオフ時間を短くして、かつ高耐圧化を図
った自己ターンオフ素子を実現することができる。
〔発明の実施例〕
第1図は一実施例の導電変調型MO5FETである。第
4図と対応する部分にはそれらと同じ符号を付しである
。これを製造工程に従って説明する。P” S i基板
11を用意しこれに 5×1016/cI13以」二の
濃度のn十型層12をエピタキシャル成長させ、この上
に不純物濃度2×1014/c113の高抵抗n−型層
13をエピタキシャル成長させる。次にこのn−型層1
3の表面を酸化してゲート酸化膜16を形成し、その上
に5000人のポリSi膜によるゲ−1・電極17を形
成し、このゲート電極17をマスクとしてp型べ一層1
4を形成し、更にソース層形成のためドーズm 5 X
 I Q 15 、yα2のAsイオン注入を行ない、
熱処理して【】+ソース層15を形成する。
このソース層15の形成と同時に素子領域の外側所定距
離にn十型層23を形成する。この後CVDにより全面
に酸化膜19を形成し、これにコンタクトホールを開け
てA、f?膜の薄青、バターニングにより、ソース電極
18を形成する。このソース電極18と同時にn十型層
23に対しても電極18′を形成する。次に基板裏面に
V−Ni−Au膜の蒸着によりドレイン電極21を形成
する。最後に基板表面に高抵抗体膜としてアモルファス
Si膜を堆積し、バターニングしてソース電極18に一
端が重なり他端が電極18′に重なる抵抗性フィールド
プレート22を形成する。金属電極形成後に高抵抗体膜
を形成する工程は、従来の工程に簡便に組み込め工程数
も増さない簡単な方法である。アモルファスSiを用い
る理由は、;ν属電極形成後に簡1ドに低7ΔJでjl
〉成でき、またjIa成後に熱処理を8髪1と(1、な
いからである。
こうして本実施例によれば、何効素F 領域の外側に抵
抗性フィールドプレー 1−22を形成することにより
、全王稈の熱処理積算時間は短時間でよく、従来のガー
ドリング層を用いた工程の熱処理時間に比べ17′2以
下になり、P”Si括析板1]n十型層12とn″′型
層13のプロファイルが変動しにくくなり、n十型層1
2の総べ純物瓜を制御し易くなる。これにより、n−型
層13・\注入される正札を正確に制御できるため、高
耐圧でオン電圧が低く、史にオフ時間が短い素子が実現
できる。
第3図はn十型層12の総不純物はに対するオフ時間と
オ〉電圧の関係を示したものである。ここに、Qはn十
型層12の総不純物Q、to[rはオフ時間、VFはオ
ン電圧である。第3図において、総不純物QQか5X1
013/(11!12以丁ではiE孔注入が高くなりオ
ン電圧V、は低いが、オフ時間tor「が10μsec
以」二となり、オフ時間か長くなってしまう。また、総
不純物mQが8×1014/ cur 2以−Lになる
と、電子電流が多くなりオフ時間tor「は短くなるが
、オン電圧が5V以上になり、オン電圧か高くなりすぎ
てしまう。
第3図の結果よりn十型層12の総不純物−を5x10
13/Cl112以上8×1014/cm2以丁に正確
に制御することが必要である。そして本実施例ではこの
制御が可能である。
また、n十型層12を形成することにより素子に逆電圧
を印加した時に、空乏層かp+ドレイン層11に達して
し、まうパンチスルーを防くことができ、史に、空乏層
がn十型層12で止まるためn−型高抵抗層13の厚み
を薄くすることかでき、その分この高抵抗層13の抵抗
を一層げることかできる。これにより、通常のパワーM
O5FETより低いオン抵抗を持ったオフ時間か短い高
耐圧のMOSFETか得られることになる。
第2図は別の実施例の導電変調型MO5FETの断面図
を示す。この実施例てはc v D酸化膜19を形成後
、高抵抗体膜によるフィール(・プレート22を形成し
7、更にその」二にCV I)酸化膜24を形成し、こ
れにコンタクトホールを開けて、17?膜の蒸着、パタ
ーニングにより、電極18゜18′を形成している。即
ち第1図の実施例とは電極18.18’ とフィールド
プレート22の形成工程を逆にしている。
この実施例でも、先の実施例と同様熱処理時間は短時間
でよく、これより、3析板層の不純物プロファイルか変
動しにくくなり、n十型層12の総不純物瓜が制御し易
くなり、ロー型層13\注入される1E孔を11−確に
制御できるため、高耐r1:てオン電圧か低く、オフ時
間か短い素子か実現できる。
なお、実施例は導電変調型MO8FETを説明したか、
高濃度第1導電型層と第2導電1.(す高抵抗層の間に
第2導電型低抵抗層を何する構造を持つ他のp n p
 n自己ターンオフ素子、例えばゲートターンオフサイ
リスタやSl叶イリスタなどにλ1しても本発明を適用
することかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の導71i変調型M O5F
ETの断面図、第2図は他の実施例の導電変調型MO5
FETの断面図、第3図は本発明の詳細な説明するため
のデータを示す図、第4図は従来の一般的な導電変1凋
型MO3FETを示す断面図°Cある。 11・・P十型ドレイン層、12・・・r】十型層、1
3・・ロー型高抵抗層、14・・・P型ベース拡散層、
15 ・n生型ソース拡散層、16・・・ゲート絶縁膜
、17・・ゲート電極、18・・・ソース電極、18′
 ・・71i極、19・・絶縁膜、21・・・ドレイン
電極、22・抵抗性フィールドプレート(アモルファス
S1膜)、23・・・n十型拡散層、24・・・CVD
絶縁膜、25・チャネル領域。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 2′l 第1図 第2図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高濃度第1導電型半導体層上に高濃度第2導電型
    半導体層を介して第2導電型高抵抗層を有するウェーハ
    の、前記第2導電型高抵抗層表面に選択的に形成された
    第1導電型拡散層を有し、かつこの拡散層表面に選択的
    に形成された第2導電型拡散層を有する自己ターンオフ
    機能を持つプレーナ型の半導体装置において、有効素子
    領域の外側のウェーハ表面に絶縁膜を介して、一端が前
    記第1導電型拡散層の電位に設定され他端が前記第2導
    電型高抵抗層の電位に設定された高抵抗体膜が配設され
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)前記高濃度第2導電型半導体層の総不純物量は5
    ×10^1^3/cm^2〜8×10^1^4/cm^
    2である特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  3. (3)前記高抵抗体膜はアモルファスSi膜である特許
    請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  4. (4)前記第2導電型高抵抗層の前記第1導電型拡散層
    の外側所定距離に高濃度第2導電型拡散層が形成され、
    この拡散層および前記第1導電型拡散層表面に金属電極
    が形成された後、両者の金属電極に各端部が重なるよう
    に前記高抵抗体膜を構成するアモルファスSi膜が配設
    されている特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0327573A (ja) * 1989-06-26 1991-02-05 Hitachi Ltd 半導体装置
EP0685890A1 (en) * 1994-05-31 1995-12-06 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a MOS gate structure and a surface protective film and method of fabricating the same
US6246092B1 (en) 1997-03-17 2001-06-12 Fuji Electric Co., Ltd. High breakdown voltage MOS semiconductor apparatus

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