JP2501929B2

JP2501929B2 - 静電誘導半導体装置

Info

Publication number: JP2501929B2
Application number: JP2041809A
Authority: JP
Inventors: 良史白井; 正彦鈴村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH03244159A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、静電誘導半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

静電誘導半導体装置として、従来、表面ゲート型静電
誘導サイリスタがある。第３図は、表面ゲート型静電誘
導サイリスタの基本構成をあらわす。

このサイリスタは、半導体基板80の片面にカソード領
域（n⁺半導体領域）81とゲート領域（p⁺半導体領域）82
を備え、他面にアノード領域（p⁺半導体領域）83を備え
るとともに、カソード領域81とアノード領域83の間に高
比抵抗領域（不純物低濃度のn^-半導体領域）84を備えて
いる。高比抵抗領域84はいわゆるベース領域である。そ
して、カソード領域81とゲート領域82の両領域の外側に
は耐圧を一定以上に保持する機能を果たすガードリング
領域（p⁺半導体領域）85を備えている。また、カソード
領域81にはカソード電極Ｋが、ゲート領域82にはゲート
電極Ｇが、アノード領域83にはアノード電極Ａが、それ
ぞれ設けられている。

この静電誘導サイリスタでは、ゲート電極Ｇに信号を
印加し、ゲート領域82間に形成されるポテンシャルバリ
ヤの高さを調節して、カソード・アノード間に流れる電
流を制御するようになっている。

この静電誘導サイリスタの製造は、従来、つぎのよう
にして行われていた。

すなわち、第４図（ａ）にみるように、アノード領域
用p⁺半導体層80′の上に高比抵抗領域用n^-半導体層80″
のある半導体基板80の表面に、フィールド酸化により熱
酸化膜90を形成し、この熱酸化膜90に、第４図（ｂ）に
みるように、ゲート領域形成用不純物およびガードリン
グ領域形成用不純物を供給するための窓91を明けてｐ型
不純物の導入を行い、続いて、拡散炉で不純物を拡散さ
せれば、第４図（ｃ）にみるように、ゲート領域82およ
びガードリング領域85が形成される。両領域82、85を形
成した後、熱酸化膜90にカソード領域形成用不純物を供
給するための窓92を明けてｎ型不純物の導入を行い、続
いて、拡散炉で不純物を拡散させれば、第４図（ｄ）に
みるように、カソード領域81が形成される。この後、各
電極Ｇ、Ｋ、Ａを形成すればサイリスタが完成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この静電誘導サイリスタは、耐圧が十
分でない、耐環境性が十分でないという問題がある。

耐圧の問題は、主として、熱酸化膜90の厚みが厚くな
い（0.8μｍ程度）からである。熱酸化膜90はガードリ
ング領域85に耐圧保持機能を正常に発揮させる役割があ
る。発明者らの検討で得られ結果では、熱酸化膜90の厚
みが厚いほど半導体基板80と熱酸化膜90の間の界面準位
が小さくなり、耐圧が向上するという知見を得ている。

しかしながら、熱酸化膜90を厚くする（１μｍ以上）
とサイリスタの製造が難しくなる。ひとつは、熱酸化膜
90が厚くなると窓92の窓幅精度が悪く、得られたサイリ
スタは特性のバラツキが大きくなってしまうからであ
る。もうひとつは、カソード電極Ｋの信頼性が低くなる
からである。窓92の幅は通常２μｍ程度であるが、熱酸
化膜９の厚みが１μｍ以上だと、アスペクト比が大きす
ぎて断線が非常に起こり易くなる。このように、熱酸化
膜が１μｍ以上だと、製造が極めて困難となるのであ
る。

一方、耐環境性を向上させるには、チップ端に近いガ
ードリング領域を覆う熱酸化膜の上にCVD酸化膜を積層
すればよいのであるが、従来の半導体装置で熱酸化膜の
上にCVD酸化膜を積層すれば耐圧が著しく低下してしま
う。

この発明は、上記事情に鑑み、耐圧・耐環境性に優
れ、製造が容易な静電誘導半導体装置を提供することを
課題とする。

〔課題を解決するための手段〕前記課題を解決するため、この発明にかかる静電誘導
半導体装置は、例えば、第１図（ｈ）にみるように、半
導体基板１の表面部分にカソード領域10とゲート領域６
が、ゲート領域６がカソード領域10を挟むようにそれぞ
れ形成され、前記両領域６、10の外側にはガードリング
領域７が形成されており、前記ガードリング領域７を覆
う熱酸化膜２はカソード領域10およびゲート領域６の両
領域を覆う熱酸化膜８よりも厚く形成されており、前記
ガードリング領域７を覆う熱酸化膜２の上にはCVD酸化
膜４を積層するという構成をとるようにしている。ま
た、半導体基板１の界面準位は５×10¹¹cm^-2以下であ
る。

この発明の静電誘導半導体装置としては、サイリスタ
構成に限らずトランジスタ構成もある。ただ、トランジ
スタの場合、カソードはソースと通称され（アノードは
ドレインと通称される）ので、トランジスタの場合、特
許請求の範囲のカソードはソースと読み変えるものとす
る。

この発明の静電誘導半導体装置のガードリング領域を
覆う熱酸化膜の厚みは、１μｍ以上、通常、１〜２μｍ
の範囲に設定される。この熱酸化膜の上に積まれるCVD
（Chemical Vapour Deposition−化学反応を伴う気相成
長）酸化膜の厚みは、通常、0.5μｍ以上、例えば、0.5
〜1.5μｍの範囲に設定される。熱酸化膜は、半導体基
板の材質によるが、例えば、シリコン半導体基板の場
合、SiO₂膜である。

この発明にかかる半導体装置は、例えば、つぎのよう
にして製造することができる。

すなわち、半導体基板として、第１図（ｄ）にみるよ
うに、ゲート領域とガードリング領域形成用不純物がそ
れぞれある深さl₁まで拡散され表面が厚い熱酸化膜２と
その上に積層形成されたCVD酸化膜４で覆われてなる半
導体基板１を用い、第１図（ｅ）にみるように、前記厚
い熱酸化膜２とCVD酸化膜４のうちのゲート領域・カソ
ード領域形成用域を覆う部分を選択的に除去してから、
第１図（ｆ）にみるように、前記ゲート領域およびガー
ドリング領域形成のための不純物熱拡散処理を施し、つ
いで、第１図（ｇ）にみるように、前記不純物熱拡散処
理でゲート領域・カソード領域形成用域に生じた薄い熱
酸化膜８のカソード領域形成個所に窓９を明けて前記カ
ソード領域用の不純物の供給を行うようにする。

この発明の静電誘導半導体装置は、第１図（ｈ）に例
示した構成や、上記製造例に限らないことは言うまでも
ない。

〔作用〕

この発明の静電誘導半導体装置は、ガードリング領域
を覆う熱酸化膜がカソード領域およびゲート領域の両領
域を覆う熱酸化膜よりも厚いため、十分な耐圧を有す
る。

そして、厚い熱酸化膜の上にはCVD酸化膜が積層さ
れ、外界からの影響を受け難いため、耐環境性に優れ
る。このとき半導体装置の界面準位が５×10¹¹cm^-2以下
である場合は、CVD膜を積んでも耐圧が低下しないこと
を発明者らは見出した。この点に関して、第２図を参照
して具体的に説明する。

第２図中、■は厚み１μｍの熱酸化膜の場合の半導体
装置の界面準位および耐圧を示し、●は厚み0.8μｍの
熱酸化膜の場合の半導体装置の界面準位および耐圧を示
す（他の構成は両者同一）。□は厚み1.5μｍ熱酸化膜
の上に厚み１μｍのCVD酸化膜を積層した場合の界面準
位および耐圧を示し、○は厚み0.8μｍ熱酸化膜の上に
厚み１μｍのCVD酸化膜を積層した場合の界面準位およ
び耐圧を示す（他の構成は両者同一）。■および●の示
すデータの比較から、熱酸化膜の厚みが厚いと耐圧が著
しく増すことがわかる。しかしながら、○および●の示
すデータを比較すると、単純にCVD酸化膜を積層した場
合には却って耐圧が低下している。一方、□で示される
厚み1.5μｍ熱酸化膜の上に厚み１μｍのCVD酸化膜を積
層した場合には、耐圧の低下を伴っていない。このよう
に、酸化膜の厚膜化が耐圧低下を伴うか伴わないかの境
界条件は半導体装置の特定の界面準位の値によって決定
され、界面準位が５×10¹¹cm^-2以下である場合には耐圧
の低下を伴わないことがわかる。

さらに、カソード領域およびゲート領域の両領域を覆
う熱酸化膜は厚みが薄いから、不純物供給用の窓を良好
な幅精度で明けることができ、窓のアスペクト比も高く
ないため、特性のバラツキが少なく、電極の信頼性も高
い。

〔実施例〕

以下、この発明にかかる静電誘導半導体装置の実施例
を製造の段階から詳しく説明する。

−実施例１− まず、第１図（ａ）にみるように、アノード領域用p⁺
半導体層１′の上に高比抵抗領域用n^-半導体層１″のあ
る半導体基板１の表面にウエット酸化（1100℃、320
分）により厚み1.5μｍの熱酸化膜２を形成する。な
お、半導体基板１は、例えば、n^-シリコン半導体ウエハ
の裏面にｐ型不純物を拡散することにより作ることがで
きる。

ついで、第１図（ｂ）にみるように、熱酸化膜２に、
ゲート領域形成用不純物およびガードリング領域形成用
不純物を供給するための窓３を明けてｐ型不純物の導入
を行っておいて、第１図（ｃ）にみるように、拡散炉で
従来より短か目の拡散処理を施しｐ型不純物をそれぞれ
ある深さl₁まで拡散する。

続いて、第１図（ｄ）にみるように、熱酸化膜２の上
に、長期信頼性を確保するために、厚み１μｍのCVD酸
化膜４を積層してアニールを行ってから、第１図（ｅ）
にみるように、厚い熱酸化膜２とCVD酸化膜４のうちの
ゲート領域・カソード領域形成用域（活性領域Ｒ）を覆
う部分を選択的に除去してから、再度・拡散処理（1150
℃、220分）を行い、ｐ型不純物を所定の深さl₂まで拡
散させ、第１図（ｆ）にみるように、ゲート領域６およ
びガードリング領域７を形成する。この時、活性領域Ｒ
表面には厚み0.4μｍの薄い熱酸化膜８が同時に形成さ
れている。このように、ゲート領域６およびガードリン
グ領域７は２回の拡散処理により形成されている。

両領域６、７の形成後、第１図（ｇ）にみるように、
薄い熱酸化膜８にカソード領域形成用不純物を供給する
ための窓９を明け（窓幅２μｍ）、ｎ型不純物の導入し
拡散してカソード領域10をゲート領域６の間に形成す
る。この後、ゲート電極Ｇおよびカソード電極Ｋの形成
を行い、最終保護膜（例えば、CVD酸化膜）12を積層し
た後、ポリイミド樹脂膜13を積層するとともに、半導体
基板１裏面に金属蒸着膜を積層しアノード電極Ａを形成
すれば、第１図（ｈ）にみる表面ゲート型縦型構造静電
誘導サイリスタが完成する。このサイリスタは、従来の
ものに比べ、耐圧が約300V向上していた。

この発明は、上記実施例に限らない。例えば、半導体
基板１のp⁺半導体層１′がn⁺半導体層であれば、静電誘
導トランジスタが得られる。また、上記実施例１におい
てｎ型とｐ型が逆のものも他の実施例となる。

〔発明の効果〕

本発明の静電誘導半導体は、ガードリング領域を覆う
熱酸化膜がゲート領域およびカソード領域の両領域を覆
う熱酸化膜よりも厚く形成されているため、製造が容易
で、かつ十分な耐圧を有することになる。また、ガード
リング領域を覆う熱酸化膜の上にはCVD酸化膜が積層さ
れているため、静電誘導半導体装置の耐環境性が向上す
る。さらに、静電誘導半導体の界面準位が５×10¹¹cm^-2
以下であることから、優れた耐圧性を維持したまま熱酸
化膜の厚膜化が可能となる。しかも、カソード領域およ
びゲート領域の両領域を覆う熱酸化膜は厚みが薄いた
め、特性のバラツキが少なく、電極の信頼性も高いとい
う実用上優れた多くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である静電誘導サイリス
タを製造するときの様子を工程順にあらわす断面図、第
２図は、半導体装置の半導体基板と熱酸化膜の界面準位
と半導体装置の耐圧の関係をあらわすグラフ、第３図
は、表面ゲート型静電誘導サイリスタの基本構成をあら
わす断面図、第４図は、従来の静電誘導サイリスタを製
造するときの様子を工程順にあらわす断面図である。１……半導体基板、２……厚い熱酸化膜、４……CVD酸
化膜、６……ゲート領域、７……ガードリング領域、８
……薄い熱酸化膜、10……カソード領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の表面部分にカソード領域とゲ
ート領域が、ゲート領域がカソード領域を挟むようにそ
れぞれ形成され、前記カソード領域およびゲート領域両
領域の外側にはガードリング領域が形成されており、前
記半導体基板表面が熱酸化膜で覆われている静電誘導半
導体装置において、前記ガードリング領域を覆う第１の熱酸化膜は前記ゲー
ト領域およびカソード領域の両領域を覆う第２の熱酸化
膜よりも厚く形成されており、前記第１の酸化膜の上に
はCVD酸化膜がさらに積層されており、かつ界面準位が
５×10¹¹cm^-2以下であることを特徴とする静電誘導半導
体装置。