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Info
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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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- mos gate
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Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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))。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6201714A JP2616705B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6201714A JP2616705B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62082911A Division JPH0766966B2 (ja) | 1987-04-06 | 1987-04-06 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07302801A JPH07302801A (ja) | 1995-11-14 |
JP2616705B2 true JP2616705B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=16445717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6201714A Expired - Lifetime JP2616705B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2616705B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106328533A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 北大方正集团有限公司 | 功率器件的制备方法及功率器件 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5923544A (ja) * | 1982-07-30 | 1984-02-07 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPS6263472A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-20 | Sharp Corp | パワ−mos−fet |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP6201714A patent/JP2616705B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07302801A (ja) | 1995-11-14 |
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