JP2003115589A - 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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JP2003115589A JP2001307314A JP2001307314A JP2003115589A JP 2003115589 A JP2003115589 A JP 2003115589A JP 2001307314 A JP2001307314 A JP 2001307314A JP 2001307314 A JP2001307314 A JP 2001307314A JP 2003115589 A JP2003115589 A JP 2003115589A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドリフト部の周りの耐圧構造部が並列pn構
造を有する半導体装置において、その耐圧構造部の占有
面積の拡大を招かずに、耐圧構造部の表面電界を緩和で
き、高耐圧化を図ることができる半導体装置を提供する
ことにある。 【解決手段】 縦形ドリフト部22の周りの耐圧構造部
120は、基板の厚さ方向に配向する層状縦形のn型領
域120aと、基板の厚さ方向に配向する層状縦形のp
型領域120bとを交互に繰り返して接合して成る第2
の並列pn構造を有している。この耐圧構造部120の
第2の並列pn構造の長さは縦形ドリフト部22の第1
の並列pn構造のそれよりも短くなっている。耐圧構造
部120のうち、第2の並列pn構造の主面側にはn型
の高抵抗層122が形成されている。pベース領域13
aの周りには複数のp型リング124a〜124eが形
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSFET(絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ)、IGBT(伝導度
変調型MOSFET)、バイポーラトンラジスタ等の能
動素子やダイオード等の受動素子に適用可能で高耐圧化
と大電流容量化が両立する縦形パワー半導体装置及びそ
の製造方法に関する。
【0002】基板の両面に電極部を備えてその基板の厚
さ方向に電流を流す縦形ドリフト部を持つ縦形半導体装
置においては、オン抵抗(電流容量)と耐圧との間には
トレードオフ関係が存在することから、縦形ドリフト部
として、不純物濃度を高めたn型の縦形領域とp型の縦
形領域とを基板の横方向へ交互に繰り返した並列pn構
造を採用することが知られている。しかし、この並列p
n構造の縦形ドリフト部では速く空乏化するものの、ド
リフト部の周りの耐圧構造部では空乏層が外方向や基板
深部へは拡がり難く、電界強度がシリコンの臨界電界強
度に速く達し、耐圧構造部で耐圧が低下してしまうの
で、耐圧構造部にも並列pn構造を採用することが知ら
れている。
【0003】図9は縦形MOSFETにおけるドリフト
部及び素子外周部(耐圧構造部)を示す平面図、図10
は図9中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断
面図、図11は図9中のB−B′線に沿って切断した状
態を示す縦断面図である。なお、図9ではドリフト部の
1/4を斜線部分で示してある。
【0004】このnチャネル縦形MOSFETは、裏側
のドレイン電極18が導電接触した低抵抗のnドレ
イン層(コンタクト層)11の上に形成された第1の並
列pn構造のドレイン・ドリフト部22と、このドリフ
ト部22の表面層に選択的に形成された素子活性領域た
る高不純物濃度のpベース領域(pウェル,チャネル領
域)13aと、そのpベース領域13a内の表面側に選
択的に形成された高不純物濃度のnソース領域14
と、基板表面上にゲート絶縁膜15を介して設けられた
ポリシリコン等のゲート電極層16と、層間絶縁膜19
aに開けたコンタクト孔を介してpベース領域13a及
びnソース領域14に跨って導電接触するソース電
極17とを有している。ウェル状のpベース領域13a
の中にn ソース領域14が浅く形成されており、2
重拡散型MOS部を構成している。なお、26はp
コンタクト領域で、また、図示しない部分でゲート電極
層16の上に金属膜のゲート配線が導電接触している。
【0005】第1の並列pn構造のドレイン・ドリフト
部22は、基板の厚み方向に層状縦形のn型ドリフト電
路領域22aと基板の厚み方向に層状縦形のp型仕切領
域22bとを交互に繰り返して接合した構造である。n
型のドリフト電路領域22aは、その上端がpベース領
域13aの挾間領域12eに達し、その下端がnドレ
イン層11に接している。また、p型の仕切領域22b
は、その上端がpベース領域13aのウェル底面に接
し、その下端がnドレイン層11に接している。
【0006】基板表面とnドレイン層11との間で
縦形ドリフト部22の周りの耐圧構造部20には、基板
の厚さ方向に配向する層状縦形のn型領域20aと、基
板の厚さ方向に配向する層状縦形のp型領域20bとを
交互に繰り返して接合して成る第2の並列pn構造が形
成されている。耐圧構造部20の第2の並列pn構造の
表面上には、表面保護及び安定化のために、熱酸化膜又
は燐シリカガラス(PSG)から成る酸化膜(絶縁膜)
23が成膜されている。
【0007】耐圧構造部20の表面側にはpベース領域
を取り囲むように多重のp型リング20cが巡らされて
いる。このp型リング20cは第2の並列pn構造の多
数のp型領域20bと電気的に接続するものである。
【0008】ゲートをソースにショートし、ドレイン電
位を正に高めていくと、ドリフト部22の第1の並列p
n構造は、n型ドリフト電路領域22aがnドレイ
ン層(コンタクト層)11に導電接続していると共にp
型の仕切領域22bがpベース領域13aに導電接続し
ているため、早期に空乏化し、ドリフト部22から耐圧
構造部20へと空乏層が拡張する。ここで、p型リング
20cがない場合、耐圧構造部20の第2の並列pn構
造のうち、一端がpベース領域13a又はドリフト部2
2の仕切領域22bに直接接続しているp型領域20b
b(図9のドリフト部22からY方向の領域)ではY方
向に空乏層が拡張するものの、一端がpベース領域13
a又はドリフト部22の仕切領域22bに直接接続して
いないp型領域20baは電位浮遊状態でガードリング
としてのみ機能するために、ドリフト部22から空乏層
のX方向への拡張が弱く、臨界電界に達し易い。ところ
が、p型リング20cが存在すると、一端がpベース領
域13a又はドリフト部22の仕切領域22bに直接接
続していないp型領域20baはp型リング20cを介
して一端がpベース領域13a又はドリフト部22の仕
切領域22bに直接接続しているp型領域20bbに電
気的に接続されているため、p型領域20baの電位浮
遊状態が解消し、p型領域20baはソース電位側に固
定されるので、p型領域20baでのpn接合も確実に
逆バイアスになり、空乏層がドリフト部22からX方向
へ拡張する。従って、高耐圧化を図ることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図9乃
至図11に示す縦形MOSFETにあっては、次のよう
な問題点があった。
【0010】即ち、並列pn構造はエピタキシャル層の
成長と選択的イオン打ち込みとを繰り返した後熱拡散で
形成するものであるから、耐圧構造部20の並列pn構
造はドリフト部22の並列pn構造と同時に形成され
る。耐圧構造部20の並列pn構造はドリフト部22の
オン抵抗の低減のために不純物濃度が高くなっているた
め、p型領域20bbのp型リング20cまでの距離に
応じた電圧降下が少ないので、複数のp型リング20c
間に相互電位差が現れ難く、耐圧構造部20の表面電界
が緩和され難くなる。耐圧構造部20のp型領域20b
の幅がドレイン部22の仕切領域22bの幅よりも狭い
と、抵抗断面の縮小によりp型領域20bの距離に応じ
た電圧降下が現れるため、p型領域20bとp型リング
20cとの交差点の電位はある程度ドレイン部22から
の距離に応じた電位となるものの、p型リング20cの
本数が増える。これでは、リング間隔を拡げざるを得な
いため、耐圧構造部20の占有面積の拡大を招き、集積
化の障害になる。
【0011】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題
は、ドリフト部の周りの耐圧構造部が並列pn構造を有
する半導体装置において、その耐圧構造部の占有面積の
拡大を招かずに、耐圧構造部の表面電界を緩和でき、高
耐圧化を図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。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る半導体装置の基本構造は、基板の第1
主面側に形成された素子活性部に導電接続する第1の電
極層と、基板の第2主面側に形成された第1導電型の低
抵抗層に導電接続する第2の電極層と、素子活性部と低
抵抗層との間に介在し、オン状態ではドリフト電流を縦
方向に流すと共にオフ状態では空乏化する縦形ドリフト
部と、縦形ドリフト部の周りで第1主面と低抵抗層との
間に介在し、オン状態では概ね非電路領域であってオフ
状態では空乏化する耐圧構造部とを有し、縦形ドリフト
部及び耐圧構造部が基板の厚み方向に配向する縦形第1
導電型領域と基板の厚み方向に配向する縦形第2導電型
領域とを交互に繰り返して接合して成る並列pn構造を
有する。ここで、基板の第1主面側に形成された素子活
性部とは、例えば縦型MOSFETの場合は第1主面側
で反転層を形成するチャネル拡散層とソース領域を含む
スイッチング部、バイポーラトランジスタの場合はエミ
ッタ又はコレクタ領域を含むスイッチング部であり、ド
リフト部の第1主面側の能動又は受動部分を指す。
【0013】そして、本発明においては、耐圧構造部
が、並列pn構造の主面側に接続する第1導電型の高抵
抗層を有することを特徴する。第1導電型の高抵抗層が
ない並列pn構造の場合に比して、表面電界を緩和でき
る。この高抵抗層は第1導電型と第2導電型の不純物の
双方をドープして形成することができる。
【0014】また、本発明は、素子活性部の周りで縦形
第2導電型領域に非接続で高抵抗層の主面側に形成され
た第2導電型のリングとを有することを特徴する。第2
導電型のリングが耐圧構造部の縦形第2導電型領域に接
続していないため、オフ状態の場合、耐圧構造部におけ
る縦形第2導電型領域の幅の広狭に拘わらず、第2導電
型のリングには素子活性部又はドリフト部からの距離に
応じた電圧降下が現れるので、耐圧構造部の表面電界が
緩和される。
【0015】第2導電型のリングが間隔をおいて複数形
成されている構造では、リング間隔を拡げずとも、耐圧
構造部の表面電界を緩和できるので、耐圧構造部の占有
面積を縮小でき、高集積化を図ることができる。
【0016】ここで、耐圧構造部の並列pn構造の長さ
はドリフト部の並列pn構造の長さよりも短くても良い
し、また同一長さでも良い。
【0017】更に、耐圧構造部の並列pn構造のpn繰
り返しピッチを縦形ドリフト部の並列pn構造のpn繰
り返しピッチよりも狭くすることが望ましい。遮断瞬時
では構造耐圧部での空乏層の拡張がドリフト部よりも早
まり、ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが
構造耐圧部では発生し難くなり、安定した耐圧の確保が
可能である。
【0018】耐圧構造部の周囲には第1導電型のチャネ
ルストッパー領域が形成されていることが望ましい。漏
れ電流を低減できる。このチャネルストッパー領域は側
縁領域を介して低抵抗層に接続していても良い。耐圧構
造部の周囲が第2電極層の電位となるため、耐圧構造部
の占有面積を縮小化でき、また素子耐圧の安定化を図る
ことができる。
【0019】次に、本発明は、基板の第1主面側に形成
された素子活性部に導電接続する第1の電極層と、基板
の第2主面側に形成された第1導電型の低抵抗層に導電
接続する第2の電極層と、素子活性部と前記低抵抗層と
の間に介在し、オン状態ではドリフト電流を縦方向に流
すと共にオフ状態では空乏化する縦形ドリフト部と、前
記縦形ドリフト部の周りで第1主面と低抵抗層との間に
介在し、オン状態では概ね非電路領域であってオフ状態
では空乏化する耐圧構造部とを有し、縦形ドリフト部及
び耐圧構造部が基板の厚み方向に配向する縦形第1導電
型領域と前記基板の厚み方向に配向する縦形第2導電型
領域とを交互に繰り返して接合して成る並列pn構造を
有し、耐圧構造部は並列pn構造の主面側に接続する第
1導電型の高抵抗層と素子活性部の周りで縦形第2導電
型領域に非接続で前記高抵抗層の主面側に形成された第
2導電型のリングとを有する半導体装置の製造方法に関
する。
【0020】この製造方法は、第1導電型の低抵抗基体
上の縦形ドリフト部及び耐圧構造部を形成すべき領域に
おいて、第1導電型高抵抗のエピタキシャル層を成長さ
せた後、そのエピタキシャル層に離散的に配置した不純
物導入窓を介して第2の導電型の不純物イオンを選択的
に導入する工程を繰り返す第1の段階と、次いで、新た
に第1導電型高抵抗のエピタキシャル層を成長させた
後、耐圧構造部を形成すべき領域をマスクした状態で、
縦形ドリフト部を形成すべき領域において第2の導電型
の不純物イオンを離散的に配置した不純物導入窓を介し
て選択的に導入する工程を少なくとも1回行う第2の段
階と、しかる後、熱処理を施して各エピタキシャル層に
選択的に導入した不純物を熱拡散させて層違いの熱拡散
領域同士を上下相互に接続し、並列pn構造を形成する
第3の段階と、を有することを特徴とする。なお、各エ
ピタキシャル層毎の全面にイオン注入により第1導電型
の不純物を導入し、形成される縦形のn型領域の不純物
濃度を高め、縦形ドリフト部のオン抵抗の低減を図って
も構わない。
【0021】このように、各エピタキシャル層に仕込ん
だ不純物を最後に熱拡散させて会合させ、縦形第1導電
型領域と縦形第2導電型領域とを一気に形成するもので
あるから、並列pn構造の形成が容易であるが、第2の
段階では耐圧構造部のエピタキシャル層がマスクで覆わ
れているため、不純物イオンの導入が阻止されているの
で、耐圧構造部の並列pn構造の長さはドリフト部のそ
れに比して短くすることができ、耐圧構造部の並列pn
構造の上に形成される第1導電型高抵抗のエピタキシャ
ル層に第2導電型のリングを形成できる。ドリフト部及
び耐圧構造部の並列pn構造が同じ長さの場合に比し、
特段のプロセス追加を招かずに済む。
【0022】この製造方法においては、各エピタキシャ
ル層毎の全面にイオン注入により第1導電型の不純物を
導入する場合、上層側のエピタキシャル層での耐圧構造
部では第1導電型の不純物導入を阻止するための専用の
マスクの成膜及びその除去工程を必要とし、工程数の増
加を招く。そこで、第2の段階としては、新たに第1導
電型高抵抗のエピタキシャル層を成長させた後、耐圧構
造部を形成すべき領域での不純物導入窓のピッチと窓幅
が前記縦形ドリフト部を形成すべき領域でのピッチと窓
幅よりも狭いマスクを形成して第2の導電型の不純物イ
オンを選択的に導入する工程を少なくとも1回行う方法
を採用する。上層側のエピタキシャル層の耐圧構造部と
なるべき領域には、ドリフト部となるべき範囲での不純
物導入窓のピッチ及び窓幅よりも狭いピッチ及び窓幅の
マスクが覆われているので、熱拡散工程では、導入され
た分散的な狭限定領域の第2の不純物はその拡散により
第1の不純物の拡散と混ざり合うことから、上層側のエ
ピタキシャル層の耐圧構造部に当たる部分には第2導電
型の領域が形成されず、略一様な第1導電型の高抵抗層
が形成される。従って、第1導電型の不純物導入を阻止
するための専用のマスクの成膜及びその除去工程を必要
とせず、製造プロセスの簡略化と半導体装置の低コスト
化を図ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】[実施例1]図1は本発明の実施
例1に係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平
面図、図2は図1中のA−A′線に沿って切断した状態
を示す縦断面図、図3は図1中のB−B′線に沿って切
断した状態を示す縦断面図である。なお、図1ではドリ
フト部の1/4を斜線部分で示してある。
【0024】本例の縦形MOSFETは、裏側のドレイ
ン電極18が導電接触した低抵抗のnドレイン層
(コンタクト層)11の上に形成された第1の並列pn
構造のドレイン・ドリフト部22と、このドリフト部2
2の表面層に選択的に形成された素子活性領域たる高不
純物濃度のpベース領域(pウェル)13aと、そのp
ベース領域13a内の表面側に選択的に形成された高不
純物濃度のnソース領域14と、基板表面上にゲー
ト絶縁膜15を介して設けられたポリシリコン等のゲー
ト電極層16と、層間絶縁膜19aに開けたコンタクト
孔を介してpベース領域13a及びnソース領域1
4に跨って導電接触するソース電極17とを有してい
る。ウェル状のpベース領域13aの中にnソース
領域14が浅く形成されており、2重拡散型MOS部を
構成している。なお、26はpコンタクト領域で、
また、図示しない部分でゲート電極層16の上に金属膜
のゲート配線が導電接触している。
【0025】第1の並列pn構造のドレイン・ドリフト
部22は、基板の厚み方向に層状縦形のn型ドリフト電
路領域22aと基板の厚み方向に層状縦形のp型仕切領
域22bとを交互に繰り返して接合した構造である。n
型のドリフト電路領域22aは、その上端がpベース領
域13の挾間領域12eに達し、その下端がnドレ
イン層11に接している。また、p型の仕切領域22b
は、その上端がpベース領域13aのウェル底面に接
し、その下端がnドレイン層11に接している。
【0026】縦形ドリフト部22の周りの耐圧構造部1
20は、基板の厚さ方向に配向する層状縦形のn型領域
120aと、基板の厚さ方向に配向する層状縦形のp型
領域120bとを交互に繰り返して接合して成る第2の
並列pn構造を有している。この耐圧構造部120の第
2の並列pn構造の長さ(基板厚方向の長さ)は縦形ド
リフト部22の第1の並列pn構造のそれよりも短くな
っている。また本例の場合、耐圧構造部120の第2の
並列pn構造の繰り返しピッチは縦形ドリフト部22の
第1の並列pn構造の繰り返しピッチと同じである。耐
圧構造部120のうち、第2の並列pn構造の主面側に
はn型の高抵抗層122が形成されている。そして、p
ベース領域13aの周りには複数のp型リング124a
〜124eが形成されている。各p型リング124a〜
124eは第2の並列pn構造のp型領域120bに非
接続で高抵抗層122の主面側に形成されており、図1
に示すように、平面y方向ではp型領域120bに直交
し、平面x方向ではp型領域120bに平行している。
【0027】耐圧構造部120の周りにはn型側縁領域
126が形成されており、n型側縁領域126の主面側
にはnのチャネルストッパー領域128が形成され
ている。なお、耐圧構造部120の主面上には、表面保
護及び安定化のために、熱酸化膜又は燐シリカガラス
(PSG)から成る酸化膜(絶縁膜)23が成膜されて
いる。
【0028】このように、複数のp型リング124a〜
124eが耐圧構造部120の第2の並列pn構造のp
型領域120bに直接接続していないため、オフ状態で
は、p型リング124a〜124eにはpベース領域1
3a又はドリフト部22からの距離に応じた電圧降下が
現れるので、耐圧構造部120の表面電界が緩和され
る。また、耐圧構造部120の占有面積を縮小でき、高
集積化を図ることができる。
【0029】また、チャネルストッパー領域120が形
成されているため、漏れ電流を低減できる。このチャネ
ルストッパー領域120は側縁領域126を介してn
ドレイン層11に接続されているため、耐圧構造部
120の周囲がドレイン電圧となるため、耐圧構造部1
20の占有面積を縮小化でき、また素子耐圧の安定化を
図ることができる。また、遮断瞬時では構造耐圧部12
0での空乏層の拡張がドリフト部22よりも早まり、ダ
イナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが耐圧構造
部120では発生し難くなり、安定した耐圧の確保が可
能である。
【0030】なお、本例ではp型リング124a〜12
4eの表面が酸化膜23で覆われているが、p型リング
124a〜124eに接続してフィールドプレートが形
成されていても耐圧を保持することができる。
【0031】[実施例2]図4は本発明の実施例2に係
る縦形MOSFETを示す部分縦断面図である。本例の
実施例1と異なる点は、耐圧構造部220の第2の並列
pn構造の繰り返しピッチが縦形ドリフト部22の第1
の並列pn構造の繰り返しピッチよりも狭いところにあ
る。第2の並列pn構造のp型領域220bが幅狭にな
っても、p型リング124a〜124eを幅狭に合わせ
る必要がなく、それらの間隔を自由に設計できる。ま
た、遮断瞬時では構造耐圧部220での空乏層の拡張が
ドリフト部22よりも早まり、ダイナミック・アバラン
シェ・ブレイクダウンが耐圧構造部220では発生し難
くなり、安定した耐圧の確保が可能である。
【0032】[実施例3]図5は本発明の実施例3に係
る縦形MOSFETを示す部分縦断面図である。
【0033】本例と実施例1との違いは、ドリフト部2
22の第1の並列pn構造の上端側にも高抵抗層122
が形成されており、pベース領域13aにはp型仕切領
域22bが接続していないと共に、n型ドリフト電路領
域22aもpベース領域13の挾間領域12eに接続し
ていないところにある。従って、ドリフト部222の第
1の並列pn構造の上端と耐圧構造部120の第2の並
列pn構造の上端とが斉一している。
【0034】本例の場合、実施例1及び2の場合に比
し、並列pn構造を形成する際のエピタキシャル層の成
長回数とイオン注入回数を減らすことができ、低コスト
化を図ることができる。勿論、従来のMOSFETに比
べ、同じ耐圧クラスで十分に低いオン抵抗を得ることが
できる。なお、本例においても、実施例2と同様に、耐
圧構造部120の第2の並列pn構造の繰り返しピッチ
をドリフト部22の第1の並列pn構造の繰り返しピッ
チよりも狭くしても、同様の効果を得ることができる。
【0035】[実施例4]図6(a)〜(g)は本発明
の実施例1の製造方法を示す工程断面図である。
【0036】まず、図6(a)に示す如く、nドレ
イン層11となるべきn型の低抵抗半導体基体の上に第
1層目のn型高抵抗のエピタキシャル層30aを成長さ
せる。
【0037】次いで、図6(b)に示す如く、イオン注
入法によりn型の不純物となる燐イオン31を注入し、
エピタキシャル層30aの表面下に燐原子32を導入す
る。
【0038】次いで、図6(c)に示す如く、エピタキ
シャル層30aの表面に、フォトリソグラフィーにより
ドリフト部22及びその耐圧構造部120となるべき範
囲で同一ピッチの不純物導入窓33aが開けられたレジ
ストマスク33を形成した後、イオン注入法によりp型
の不純物となるホウ素イオン34を注入し、エピタキシ
ャル層30aの表面下にホウ素原子35を選択的に導入
する。なお、燐イオン31の注入工程とホウ素イオン3
4の注入工程はどちらを先にしても構わない。また、エ
ピタキシャル層30aが高不純物濃度である場合は、そ
の逆導電型のホウ素イオン34の選択的導入だけで良
い。
【0039】次いで、レジストマスク33を除去した
後、図6(d)に示す如く、第1層目のエピタキシャル
層30aの上に第2層目のn型高抵抗のエピタキシャル
層30bを成長させて、上記と同様な不純物導入工程を
施し、更に、第3層目のn型高抵抗のエピタキシャル層
30cを成長させる。なお、要求される耐圧クラスに応
じて、エピタキシャル層の成長工程と不純物導入工程と
を交互に繰り返す。この後、ドリフト部22となるべき
範囲を窓開けしたレジストマスク36で覆い、イオン注
入法によりn型の不純物となる燐イオン31を注入し、
エピタキシャル層30cのドリフト部22となるべき表
面下に燐原子32を導入する。
【0040】次いで、図6(e)に示す如く、レジスト
マスク36の外、フォトリソグラフィーによりドリフト
部22となるべき範囲で同一ピッチの不純物導入窓33
aが開けられたレジストマスク33を形成した後、イオ
ン注入法によりp型の不純物となるホウ素イオン34を
注入し、エピタキシャル層30cの表面下にホウ素原子
35を選択的に導入する。
【0041】次いで、レジストマスク36及びレジスト
マスク33を除去した後、図6(f)に示す如く、第4
層目のn型高抵抗のエピタキシャル層30dを成長させ
る。
【0042】しかる後、図6(g)に示す如く、熱処理
によってエピタキシャル層30a〜30dに導入されて
仕込まれた燐元素32とホウ素元素35を同時に一斉熱
拡散させて、各拡散中心から拡散する拡散単位領域を上
下相互に接続させ、ドリフト部22におけるn型のドリ
フト電路領域22aとp型の仕切領域22b並びに耐圧
構造部120のn型領域120aとp型領域120bと
を同時に形成する。これらの縦形領域は拡散単位領域の
相互連結で形成されたものであるから、熱拡散が十分で
あればpn接合は略平坦面として観察できるが、拡散中
心を最大濃度部として濃度分布を呈している。なお、並
列pn構造のpn接合は平坦面である必要もないことか
ら、凹であっても構わない。
【0043】第3層目のエピタキシャル層30cの耐圧
構造部120となるべき領域にはレジストマスク36が
覆われていたので、不純物導入がなく、第4層目のエピ
タキシャル層30dの耐圧構造部120に当たる部分が
n型の高抵抗層122として残る。この後、第4層目の
エピタキシャル層30c又はその上層の成長させたエピ
タキシャル層に通常のプロセスによりpベース領域13
a及びp型リング124a〜124eを同時に形成し、
2重拡散型MOSFETを完成する。
【0044】このように、各エピタキシャル層30a〜
30dに仕込んだ不純物を最後に熱拡散させて会合させ
て並列pn構造を形成することができるが、耐圧構造部
120のエピタキシャル層30cがレジストマスク36
で覆われていたため、不純物イオンの導入が阻止されて
いるので、耐圧構造部120の並列pn構造の長さはド
リフト部22のそれに比して短くすることができ、エピ
タキシャル層30cにp型リング124a〜124eを
pベース領域13aと同時に形成できる。ドリフト部2
2及び耐圧構造部120の並列pn構造が同じ長さの場
合に比し、特段のプロセス追加を招かずに済み、低コス
ト化を図ることができる。
【0045】なお、実施例2のように、耐圧構造部22
0の第2の並列pn構造の繰り返しピッチが縦形ドリフ
ト部22の第1の並列pn構造の繰り返しピッチよりも
狭い構造を得るためには、図6(c)に示すレジストマ
スク33を、ドリフト部22となるべき範囲での不純物
導入窓のピッチ及び窓幅よりも耐圧構造部220となる
べき範囲での不純物導入窓33cのピッチ及び窓幅を狭
くする。
【0046】[実施例5]図7(a)〜(g)は本発明
の実施例1に係る別の製造方法を示す工程断面図であ
る。
【0047】本例においては、(a)〜(c)の工程を
繰り返すところまでは実施例4と同じである。次いで、
レジストマスク33を除去した後、図7(d)に示す如
く、第1層目のエピタキシャル層30aの上に第2層目
のn型高抵抗のエピタキシャル層30bを成長させて、
上記と同様な不純物導入工程を施し、更に、第3層目の
n型高抵抗のエピタキシャル層30cを成長させる。な
お、要求される耐圧クラスに応じて、エピタキシャル層
の成長工程と不純物導入工程とを交互に繰り返す。この
後、イオン注入法によりn型の不純物となる燐イオン3
1を全面注入し、エピタキシャル層30cの表面下に燐
原子32を導入する。
【0048】次いで、図7(e)に示す如く、ドリフト
部22となるべき範囲での不純物導入窓33bのピッチ
及び窓幅よりも耐圧構造部120となるべき範囲での不
純物導入窓33cのピッチ及び窓幅が狭いレジストマス
ク33′をフォトリソグラフィーにより形成した後、イ
オン注入法によりp型の不純物となるホウ素イオン34
を注入し、エピタキシャル層30cの表面下にホウ素原
子35を選択的に導入する。
【0049】次いで、レジストマスク33′を除去した
後、図7(f)に示す如く、第4層目のn型高抵抗のエ
ピタキシャル層30dを成長させる。
【0050】しかる後、図7(g)に示す如く、熱処理
によってエピタキシャル層30a〜30dに導入されて
仕込まれた燐元素32とホウ素元素35を同時に一斉熱
拡散させて、各拡散中心から拡散する拡散単位領域を上
下相互に接続させ、ドリフト部22におけるn型のドリ
フト電路領域22aとp型の仕切領域22b並びに耐圧
構造部120のn型領域120aとp型領域120bと
を同時に形成する。これらの縦形領域は拡散単位領域の
相互連結で形成されたものであるから、熱拡散が十分で
あればpn接合は略平坦面として観察できるが、拡散中
心を最大濃度部として濃度分布を呈している。なお、並
列pn構造のpn接合は平坦面である必要もないことか
ら、凹であっても構わない。
【0051】第3層目のエピタキシャル層30cの耐圧
構造部120となるべき領域には、ドリフト部22とな
るべき範囲での不純物導入窓33bのピッチ及び窓幅よ
りも狭いピッチ及び窓幅のレジストマスク36が覆われ
ていたので、熱拡散工程では、導入された分散的な狭限
定領域のホウ素原子35はその拡散により燐元素32の
拡散と混ざり合うことから、第4層目のエピタキシャル
層30dの耐圧構造部120に当たる部分にはp型領域
が形成されず、略一様なn型の高抵抗層122が形成さ
れる。従って、実施例5における図6(d)のような、
燐イオン31の導入を阻止するための専用のレジストマ
スク36の成膜及びその除去工程を間挿する必要がな
く、製造プロセスの簡略化と半導体装置の低コスト化を
図ることができる。
【0052】なお、この後、第4層目のエピタキシャル
層30c又はその上層の成長させたエピタキシャル層に
通常のプロセスによりpベース領域13a及びp型リン
グ124a〜124eを同時に形成し、2重拡散型MO
SFETを完成する。
【0053】[実施例6]図8(a)〜(e)は本発明
の実施例3の製造方法を示す工程断面図である。
【0054】本例においては、(a)〜(c)の工程を
繰り返すところまでは実施例4と同じである。なお、要
求される耐圧クラスに応じて、エピタキシャル層の成長
工程と不純物導入工程とを交互に繰り返す。次いで、レ
ジストマスク33を除去した後、図7(d)に示す如
く、第1層目のエピタキシャル層30aの上に第2層目
のn型高抵抗のエピタキシャル層30bを成長させる。
【0055】しかる後、図8(d)に示す如く、熱処理
によってエピタキシャル層30a〜30dに導入されて
仕込まれた燐元素32とホウ素元素35を同時に一斉熱
拡散させて、各拡散中心から拡散する拡散単位領域を上
下相互に接続させ、ドリフト部222におけるn型のド
リフト電路領域22aとp型の仕切領域22b並びに耐
圧構造部120のn型領域120aとp型領域120b
とを同時に形成する。これらの縦形領域は拡散単位領域
の相互連結で形成されたものであるから、熱拡散が十分
であればpn接合は略平坦面として観察できるが、拡散
中心を最大濃度部として濃度分布を呈している。なお、
並列pn構造のpn接合は平坦面である必要もないこと
から、凹であっても構わない。この後、通常のプロセス
によりpベース領域13a及びp型リング124a〜1
24eを同時に形成し、2重拡散型MOSFETを完成
する。
【0056】本例の場合、並列pn構造を形成する際の
エピタキシャル層の成長回数とイオン注入回数を減らす
ことができ、低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、耐圧構造部が、並列pn構造の主面側に接続する第
1導電型の高抵抗層を有することを特徴する。第1導電
型の高抵抗層がない並列pn構造の場合に比して、表面
電界を緩和できる。また、素子活性部の周りで縦形第2
導電型領域に非接続で高抵抗層の主面側に形成された第
2導電型のリングとを有することを特徴する。第2導電
型のリングが耐圧構造部の縦形第2導電型領域に接続し
ていないため、オフ状態の場合、耐圧構造部における縦
形第2導電型領域の幅の広狭に拘わらず、第2導電型の
リングには素子活性部又はドリフト部からの距離に応じ
た電圧降下が現れるので、耐圧構造部の表面電界が緩和
される。
【0057】第2導電型のリングが間隔をおいて複数形
成されている構造では、リング間隔を拡げずとも、耐圧
構造部の表面電界を緩和できるので、耐圧構造部の占有
面積を縮小でき、高集積化を図ることができる。
【0058】また、本発明の製造方法において、第2の
段階では耐圧構造部のエピタキシャル層がマスクで覆わ
れているため、不純物イオンの導入が阻止されているの
で、耐圧構造部の並列pn構造の長さはドリフト部のそ
れに比して短くすることができ、耐圧構造部の並列pn
構造の上に形成される第1導電型高抵抗のエピタキシャ
ル層に第2導電型のリングを形成できる。ドリフト部及
び耐圧構造部の並列pn構造が同じ長さの場合に比し、
特段のプロセス追加を招かずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る縦形MOSFET素子
のチップを示す概略平面図である。
【図2】図1中のA−A′線に沿って切断した状態を示
す縦断面図である。
【図3】図1中のB−B′線に沿って切断した状態を示
す縦断面図である。
【図4】本発明の実施例2に係る縦形MOSFETを示
す部分縦断面図である。
【図5】本発明の実施例3に係る縦形MOSFETを示
す部分縦断面図である。
【図6】(a)〜(g)は本発明の実施例1の製造方法
を示す工程断面図である。
【図7】(a)〜(g)は本発明の実施例1の別の製造
方法を示す工程断面図である。
【図8】(a)〜(e)は本発明の実施例3の製造方法
を示す工程断面図である。
【図9】縦形MOSFETにおけるドリフト部及び素子
外周部(耐圧構造部)を示す平面図である。
【図10】図9中のA−A′線に沿って切断した状態を
示す縦断面図である。
【図11】図9中のB−B′線に沿って切断した状態を
示す縦断面図である。
【符号の説明】
11…nドレイン層(コンタクト層) 12e…pベース領域の挾間領域 13a…pベース領域(pウェル) 14…nソース領域 15…ゲート絶縁膜 16…ゲート電極層 17…ソース電極 18…ドレイン電極 19a…層間絶縁膜 22,222…ドレイン・ドリフト部 22a…層状縦形のn型ドリフト電路領域 22b…層状縦形のp型仕切領域 23…酸化膜(絶縁膜) 26…pコンタクト領域 30a〜30e…n型高抵抗のエピタキシャル層 31…燐イオン 32…燐原子 33a〜33c…不純物導入窓 33,33′,36…レジストマスク 34…ホウ素イオン 35…ホウ素原子 120,220…耐圧構造部 120a,220a…層状縦形のn型領域 120b,220b…層状縦形のp型領域 122…n型の高抵抗層 124a〜124e…p型リング 126…n型側縁領域 128…nのチャネルストッパー領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 進 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の第1主面側に形成された素子活性
    部に導電接続する第1の電極層と、前記基板の第2主面
    側に形成された第1導電型の低抵抗層に導電接続する第
    2の電極層と、前記素子活性部と前記低抵抗層との間に
    介在し、オン状態ではドリフト電流を縦方向に流すと共
    にオフ状態では空乏化する縦形ドリフト部と、前記縦形
    ドリフト部の周りで前記第1主面と前記低抵抗層との間
    に介在し、オン状態では概ね非電路領域であってオフ状
    態では空乏化する耐圧構造部とを有し、前記縦形ドリフ
    ト部及び前記耐圧構造部が前記基板の厚み方向に配向す
    る縦形第1導電型領域と前記基板の厚み方向に配向する
    縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して成る
    並列pn構造を有する半導体装置において、 前記耐圧構造部は、前記並列pn構造の主面側に接続す
    る第1導電型の高抵抗層を有することを特徴する半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記高抵抗層が第1
    導電型と第2導電型の不純物の双方をドープして形成さ
    れていることを特徴する半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記素子活性部の周
    りで前記縦形第2導電型領域に非接続で前記高抵抗層の
    主面側に形成された第2導電型のリングとを有すること
    を特徴する半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記第2導電型のリ
    ングが間隔をおいて複数形成されていることを特徴とす
    る半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
    おいて、前記耐圧構造部の並列pn構造の長さは前記ド
    リフト部の並列pn構造の長さよりも短いことを特徴と
    する半導体装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に
    おいて、前記耐圧構造部の並列pn構造のpn繰り返し
    ピッチは前記縦形ドリフト部の並列pn構造のpn繰り
    返しピッチよりも狭いことを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に
    おいて、前記耐圧構造部の周囲に形成された第1導電型
    のチャネルストッパー領域を有することを特徴とする半
    導体装置。
  8. 【請求項8】 請求項7において、前記チャネルストッ
    パー領域は第1導電型の側縁領域を介して前記低抵抗層
    に接続していることを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項9】 基板の第1主面側に形成された素子活性
    部に導電接続する第1の電極層と、前記基板の第2主面
    側に形成された第1導電型の低抵抗層に導電接続する第
    2の電極層と、前記素子活性部と前記低抵抗層との間に
    介在し、オン状態ではドリフト電流を縦方向に流すと共
    にオフ状態では空乏化する縦形ドリフト部と、前記縦形
    ドリフト部の周りで前記第1主面と前記低抵抗層との間
    に介在し、オン状態では概ね非電路領域であってオフ状
    態では空乏化する耐圧構造部とを有し、前記縦形ドリフ
    ト部及び前記耐圧構造部が前記基板の厚み方向に配向す
    る縦形第1導電型領域と前記基板の厚み方向に配向する
    縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して成る
    並列pn構造を有し、前記耐圧構造部は前記並列pn構
    造の主面側に接続する第1導電型の高抵抗層と前記素子
    活性部の周りで前記縦形第2導電型領域に非接続で前記
    高抵抗層の主面側に形成された第2導電型のリングとを
    有する半導体装置の製造方法であって、 第1導電型の低抵抗基体上の前記縦形ドリフト部及び前
    記耐圧構造部を形成すべき領域において、第1導電型高
    抵抗のエピタキシャル層を成長させた後、そのエピタキ
    シャル層に離散的に配置した不純物導入窓を介して第2
    の導電型の不純物イオンを選択的に導入する工程を繰り
    返す第1の段階と、次いで、新たに第1導電型高抵抗の
    エピタキシャル層を成長させた後、前記耐圧構造部を形
    成すべき領域をマスクした状態で、前記縦形ドリフト部
    を形成すべき領域において第2の導電型の不純物イオン
    を離散的に配置した不純物導入窓を介して選択的に導入
    する工程を少なくとも1回行う第2の段階と、しかる
    後、熱処理を施して前記各エピタキシャル層に選択的に
    導入した前記不純物を熱拡散させて層違いの熱拡散領域
    同士を上下相互に接続し、前記並列pn構造を形成する
    第3の段階と、を有することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  10. 【請求項10】 基板の第1主面側に形成された素子活
    性部に導電接続する第1の電極層と、前記基板の第2主
    面側に形成された第1導電型の低抵抗層に導電接続する
    第2の電極層と、前記素子活性部と前記低抵抗層との間
    に介在し、オン状態ではドリフト電流を縦方向に流すと
    共にオフ状態では空乏化する縦形ドリフト部と、前記縦
    形ドリフト部の周りで前記第1主面と前記低抵抗層との
    間に介在し、オン状態では概ね非電路領域であってオフ
    状態では空乏化する耐圧構造部とを有し、前記縦形ドリ
    フト部及び前記耐圧構造部が前記基板の厚み方向に配向
    する縦形第1導電型領域と前記基板の厚み方向に配向す
    る縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して成
    る並列pn構造を有し、前記耐圧構造部は前記並列pn
    構造の主面側に接続する第1導電型の高抵抗層と前記素
    子活性部の周りで前記縦形第2導電型領域に非接続で前
    記高抵抗層の主面側に形成された第2導電型のリングと
    を有する半導体装置の製造方法であって、 第1導電型の低抵抗基体上の前記縦形ドリフト部及び前
    記耐圧構造部を形成すべき領域において、第1導電型高
    抵抗のエピタキシャル層を成長させた後、そのエピタキ
    シャル層に離散的に配置した不純物導入窓を介して第2
    の導電型の不純物イオンを選択的に導入する工程を繰り
    返す第1の段階と、次いで、新たに第1導電型高抵抗の
    エピタキシャル層を成長させた後、前記耐圧構造部を形
    成すべき領域での不純物導入窓のピッチと窓幅が前記縦
    形ドリフト部を形成すべき領域でのピッチと窓幅よりも
    狭いマスクを形成して第2の導電型の不純物イオンを選
    択的に導入する工程を少なくとも1回行う第2の段階
    と、しかる後、熱処理を施して前記各エピタキシャル層
    に選択的に導入した前記不純物を熱拡散させて層違いの
    熱拡散領域同士を上下相互に接続し、前記並列pn構造
    を形成する第3の段階と、を有することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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