JP2616705B2 - 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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JP2616705B2
JP2616705B2 JP6201714A JP20171494A JP2616705B2 JP 2616705 B2 JP2616705 B2 JP 2616705B2 JP 6201714 A JP6201714 A JP 6201714A JP 20171494 A JP20171494 A JP 20171494A JP 2616705 B2 JP2616705 B2 JP 2616705B2
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森  睦宏
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOSゲートを有する
半導体装置に係わり、特にその大電流化が可能な構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来のMOSゲートをもつ半導体
装置を示す。この半導体装置2には、n+ 型またはp+
型の半導体基板11の上に、例えば高抵抗のn- 層12
が形成されている。さらにn- 層12内にp層13が、
p層13内にn+ 層15が、そして表面に露出している
n- 層12を挟んでp層13,n+ 層15の間にMOS
ゲートが形成されている。MOSゲートはゲート酸化膜
21,ゲート電極31及び絶縁膜22の三層積層体から
なる。n+ 層15とp層13はソース電極42で短絡さ
れ、ソース電極42とゲート電極31は絶縁膜22で電
気的に絶縁されている。一方、半導体基板11にはドレ
イン電極41が低抵抗接触している。
【0003】半導体基板11がn+ 型の場合は通常MOSF
ETと呼ばれているユニポーラデバイスである。ソース電
極42を例えば0Vとし、ドレイン電極41に正の電位
を加え、ゲート電極31に正の電位を印加すると、MO
Sゲート下のp層13にn層の反転層が形成され、電子
(−)がソース電極42,n+ 層15,p層の反転層,
n- 層12,n+ 層11を通ってドレイン電極41へ流
れる結果、ドレイン電極41からソース電極42へ電流
が流れ、半導体装置2はオン状態になる。ここでゲート
電極31の電位を取り除くとMOSゲート下に形成され
た反転層が消滅し、電子(−)の通路が遮断される結
果、装置はオフ状態へ移行する。
【0004】一方半導体基板11がp+ 型の半導体装置
1は伝導度変調型MOSFETなどと呼ばれているバイポーラ
デバイスである。各電極への電位の加え方はn+ 型の半
導体基板11の場合と同じで、ゲート電極31に正の電
位を加えると、n- 層12ヘ電子(−)が流れ込む。次
にこの電子がp+ 層11から多量のホール(+)の注入
を促し、n- 層12に多量の過剰キャリアが存在するよ
うになる。この結果、高抵抗のn- 層12は低抵抗の導
電性を示すようになる。これが伝導度変調型といわれる
所以である。電子がベース電流となり、p+ 層11・n
- 層12・p層13のpnpトランジスタを動作させた
状態である。n- 層12に注入したホールはn+ 層15
下のp層13を通ってソース電極42へ流れ込む。オフ
状態へ移行させるには、前記のMOSFETと同じくゲート電
極31の電位を取り除けば良い。電子の流れが遮断さ
れ、pnpトランジスタのベース電流が供給されなくな
る結果、ホールの注入もなくなり、電流は流れなくな
る。
【0005】上記の構造に関連するものとして、特開昭
60−202967号公報又は、ソリッド・ステート・エレクト
ロニクス第28巻No.3第289〜297頁(1985
年)「テンペラチャ・ビヘイビア・オブ・インシュレー
テッド・ゲート・トランジスタ・キャラクタリステック
ス」(Solid State Electronics 28,No.3,pp28
9〜297,1985,“Temperature Behavior of Ins
ulated Gate Transistor Characteristics”)等があ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上から半導体装置2
を大電流化するには、n+ 基板,p+ 基板を用いたいず
れの場合も電子電流を増やすことが不可欠なことが判
る。そのためには、単位面積あたりに占めるゲート領域
Bの割合を大きくし、Aの領域を最小にすることが望ま
しい。しかし、従来の半導体装置2では、例えばホトリ
ソグラフィーの合わせ精度が3μmの場合、ゲート電極
31とソース電極42を絶縁するための絶縁膜22のA
1の寸法,ソース電極42とn+ 層15を確実に接触さ
せるのに必要なA2の寸法,n+ 層15を分離しp層1
3とソース電極42を接触させるのに必要なA3の寸法
は、少なくとも3μmである。通常はより確実にするた
めにさらに余裕をとる必要が有り、その結果、Aの幅が
20〜30μmにも達し、Aの領域が全面の約50%も
占め、ゲート領域Bの割合を大きくできず、半導体装置
2の大電流化を阻んでいた。
【0007】また、p+ 基板を用いた伝導度変調型MOSF
ETの場合、n+ 層15の幅(A1+A2)が大きいと、
注入したホール(+)がn+ 層15の下のp層13の横
方向抵抗Rによりp層13に電圧降下を生じさせ、n+
層15,p層13を順バイアスする結果、n+ 層15・
p層13・n- 層12のnpnトランジスタが動作し始
め、n+ 層15から電子が注入するようになる。その結
果、先のpnpトランジスタと合わせ、pnpnサイリ
スタとして動作し、ラッチアップしてしまう。一旦ラッ
チアップするとゲート電極31の電位を取り除いても半
導体装置2をオフすることができなくなり、ゲートで半
導体装置2を制御できなくなるという問題があった。
【0008】本発明の目的は、大電流を取り出すことが
できる半導体装置及びその製造方法、さらに伝導度変調
型MOSFETではラッチアップしにくい半導体装置及びその
製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、一方主表面
(ソース電極側)における、第1の半導体領域(p層)の
露出端部の位置と、第2の半導体領域(n+ 層)のMO
Sゲートで被われていない個所及びMOSゲートの下の
個所それぞれの露出端部の位置と、第1の主電極(ソー
ス電極)と第2の半導体領域との接触個所の位置が、M
OSゲートの側壁の位置と位置合わせされていることに
より、達成される。
【0010】
【作用】本発明では、薄い側壁の多結晶半導体によって
n+ 層を自己整合で形成する。それによってn+ 層の幅
が小さくなり、また多結晶半導体を用いてn+ 層とp層
をソース電極で短絡することができるので、従来構造に
比較してゲート領域の占める割合を増すことができる結
果、半導体装置を約1.5 倍以上大電流化できる。一
方、伝導度変調型MOSFETでは従来の5倍以上の電流を流
してもラッチアップしなくなる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。
【0012】本発明の半導体装置1には従来と同じく半
導体基板11の上にn- 層12,p層13が形成されて
いる。但し、ゲート電極31の側壁にはゲート酸化膜2
1と絶縁物22を結ぶ絶縁膜が存在し、その絶縁膜上に
例えばn+ 型の多結晶半導体32が形成され、p層13
内に多結晶半導体32を囲むように半円状のn+ 層14
が自己整合で形成される。ソース電極42は、n+ 層1
4及びp層13と低抵抗接触すると共に多結晶半導体3
2及びMOSゲート上に延びている。
【0013】次にこのような半導体装置3の製造方法に
ついて図3により説明する。
【0014】まず図3(a)に示すように、n- 層上に
ゲート酸化膜21,ゲート電極31,絶縁物22を順次
堆積し、所望の領域を残し取り除きMOSを形成する。
その後、MOSゲートをマスクとして、取り除かれた部
分にp型不純物例えばB(ボロン)をイオン注入する。
【0015】イオン注入後、図3(b)に示すように、
イオン注入したBを活性化,拡散してp層13を形成す
る。この時、MOSゲートの側壁に厚さ数千Åの絶縁物
が形成される。また、同時にp層13上に形成された絶
縁物は、ドライエッチングすることにより取り除く(図
3(c))。
【0016】次に図3(d)に示すように、n+ 型の多
結晶半導体33を数千Å堆積する。その後図3(e)に
示すごとく、ドライエッチングすることにより、ゲート
電極31の側壁に絶縁物を介して多結晶半導体32が残
る。そして、熱処理することにより、n+ 型の多結晶半
導体32中の不純物がp層13に拡散し、自己整合でn
+ 層14が形成される。最後に図3(f)に示すように
上方よりソース電極42を堆積することにより、n+ 型
多結晶半導体32,n+ 層14,p層が短絡される。
【0017】以上の製造方法から判るように、本発明の
半導体装置はMOSゲートを形成した後は、自己整合で
p層13,n+ 層14及びソース電極42の接触孔もす
べて形成されるため、従来のようなホトリソグラフィー
工程の合わせ精度を気にする必要がない。その結果、図
1のAの領域は図2のそれに比べ格段に狭くすることが
できることがわかった。本発明者等が検討した結果、A
領域の幅を従来の20〜30μmから約3μm以下にす
ることができ、電流密度を約1.5 倍以上増やすことが
できた。さらに伝導度変調型MOSFETに適用した結果、n
+ 層14下のp層13の横方向抵抗も従来の1/5以下
にでき、従来の5倍以上の電流を流してもラッチアップ
しないことが判った。
【0018】図4は本発明の応用例である。図1と異な
る点は高エネルギーのp型不純物のイオン注入により、
p+ 層16を形成したことである。このp+ 層16のイ
オン注入は、図3(c)の後、または(e)のn+ 層1
4を拡散する前が望ましい。このように本発明の半導体
装置3では自己整合でp+ 層16を形成することも可能
であり、絶縁物22により高エネルギーのイオンがゲー
ト酸化膜21に到達しないようにできるのでゲート酸化
膜21を破壊することもない。このp+ 層を形成するこ
とによって、p層13の横方向抵抗を格段に下げること
ができる結果、本発明を適用した伝導度変調型MOSFETで
は殆どはラッチアップしなくなった。また、ユニポーラ
デバイスのMOSFETではオン状態からオフ状態に移行する
ときに生じるn+ 層14・p層13・n- 層12の寄生
npnトランジスタの動作を押さえることができるた
め、安全動作領域を大きくできることも判った。
【0019】図5は本発明の他の応用例を示す。この例
では、ドレイン電極41とゲート電極31,ソース電極
42が半導体基板11の上主表面にラテラル状に配置さ
れている。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート領域の面積の占
める割合を増やすことができるので、半導体装置を大電
流化できる効果がある。また、伝導度変調型MOSFETでは
大電流を流してもラッチアップしない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す縦断面図。
【図2】従来例を示す縦断面図。
【図3】図1に示す一実施例の製造方法を示す部分縦断
面図。
【図4】本発明の応用例を示す縦断面図。
【図5】本発明の応用例を示す縦断面図。
【符号の説明】
1〜4…半導体装置、11…半導体基板、12…n-
層、13…p層、14,15…n+ 層、31…ゲート電
極、32…多結晶半導体、41…ドレイン電極、42…
ソース電極。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の主表面を持つ一方導電型の半導体基
    板の一方主表面上に設けられ、ゲート酸化膜,ゲート電
    極及び絶縁膜の積層体を有するMOSゲートと、 MOSゲートの側壁間の個所であって、上記一方主表面
    のMOSゲートで被われていない個所に設けられ、MO
    Sゲートの下まで延びる他方導電型の第1の半導体領域
    と、 上記第1の半導体領域に隣接するMOSゲートの側壁に
    絶縁物を介して設けられる導電性の部材と、 上記第1の半導体領域内に設けられ、一方主表面におい
    て上記部材と接触し、MOSゲートの下まで延びる一方
    導電型の第2の半導体領域と、 を有し、 上記部材間において第1及び第2の半導体領域と接触
    し、部材及びMOSゲート上に延びる第1の主電極と、 半導体基板の他方の主表面に接触する第2の主電極と、を備え、 一方主表面における、上記第1の半導体領域の露出端部
    の位置と、上記第2の半導体領域のMOSゲートで被わ
    れていない個所及びMOSゲートの下の個所それぞれの
    露出端部の位置と、上記第1の主電極と第2の半導体領
    域との接触個所の位置が、上記MOSゲートの側壁の位
    置と位置合わせされている ことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1において、上記接触個所を挟むM
    OSゲートの側壁間の幅が、該MOSゲートの幅よりも小
    さいことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、上記部材が多結晶半導
    体であることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】一対の主表面を持つ一方導電型の半導体基
    板の一方主表面上に設けられ、ゲート酸化膜,ゲート電
    極及び絶縁膜の積層体を有するMOSゲートを所定間隔
    で形成する第1の工程と、 MOSゲートをマスクにして、MOSゲートの側壁間の
    個所であって、上記一方主表面のMOSゲートで被われ
    ていない個所に、MOSゲートの下まで延びる他方導電
    型の第1の半導体領域を形成する第2の工程と、 MOSゲートの側壁に絶縁物を介して、一方導電型の不
    純物を含む導電性の部材を形成する第3の工程と、 上記部材からそれに含まれた不純物を第1の半導体領域
    内に拡散して、一方導電型の第2の半導体領域を形成す
    る第4の工程と、 上記部材間において第1及び第2の半導体領域と接触
    し、部材及びMOSゲート上に延びる第1の主電極、及
    び半導体基板の他方の主表面に接触する第2の主電極を
    形成する第5の工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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