JP2859400B2 - ゲートターンオフサイリスタの製造方法 - Google Patents

ゲートターンオフサイリスタの製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ゲートターンオフサイリスタの製造方法
に関し、特に、埋め込みゲートターンオフサイリスタの
製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕 第4図に従来のhigh−lowの不純物濃度領域が掌状に
配置されたゲート構造を有する、埋め込みTIL(Two Int
erdigitated Level)ゲートターンオフサイリスタの製
造方法の一例を示す。以下、製造方法について説明す
る。
まず、第4図(a)に示すように、N型の出発基板1
の主面と対向する面にp型不純物を拡散し、アノード領
域2を形成する。次に第4図(b)に示すように、主表
面にP型のエピタキシャル層を堆積して、Pベース領域
71を形成し、一方、アノード領域2の表面には酸化膜32
を形成する。さらに第4図(c)ではP型エピタキシャ
ル層71表面からP型高濃度不純物を選択拡散し、P+ベー
ス領域51,52を形成し、表面を酸化して酸化膜31,32を形
成する。そして、第4図(d)に示すように、第4図
(c)で形成した酸化膜31を除去した後、再びP型のエ
ピタキシャル層72を形成し、P+ベース領域52を埋め込
む。
その後、前記エピタキシャル層72表面に高濃度のN型
不純物を拡散し、N+エミッタ(カソード)領域8を形成
し、埋め込みP+ベース52となる領域状を島状に残し他の
領域をエッチングし、P+ベース領域51の一部を露出させ
絶縁膜34を形成した後、カソード8,P+ベース領域51及び
アノード2の一部あるいは全面の絶縁膜34,32を除去
し、カソードメタル電極11,ゲートメタル電極12,アノー
ドメタル電極13を形成したのが、第4図(e)である。
次に動作について説明する。
従来のゲートターンオフサイリスタは、オン状態で主
電流はPベースを通ってカソードに流れる。このためP
ベース領域は、オン電圧を抑える必要から比較的低不純
物濃度の層として形成される。また、従来のゲートター
ンオフサイリスタはターンオフ時には少数キャリアがP
ベースを通じて引き抜かれるため、Pベースの比較的大
きな抵抗は、スイッチング速度を制限することになる。
一方、埋め込みゲートターンオフサイリスタでは、オ
ン時の主電流は低不純物濃度のPベース領域を流れ、タ
ーンオフ時には低抵抗P+ベースにより少数のキャリアが
引き抜かれる。このため、従来のゲートターンオフサイ
リスタより高速のスイッチングが可能である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来の埋め込みゲートターンオフサイ
リスタの製造方法では、第4図に示すように、高濃度の
P+ベース51,52拡散後、表面に高濃度のP型不純物が露
出した状態で、エピタキシャル成長を行うことになり、
オートドープの抑制が大きな問題となる。P+領域からの
オートドープはPベース領域の不純物濃度を上昇させオ
ン電圧の上昇をもたらす。このため、エピ成長条件,P+
領域,P領域の表面濃度に制約が生じる。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、エピ成長時のオートドープを考える必要が
なく、パターン寸法,不純物濃度プロファイル等,設計
通りの素子を容易にしかも精度よく製造でき、しかも安
定した製造が可能であるゲートターンオフサイリスタの
製造方法を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係るゲートターンオフサイリスタの製造方法
は、第1導電型の半導体基板の第2の主表面に第2導電
型の不純物を拡散して第1の半導体層を形成した後、Me
V注入法により第1の主表面から深い領域に第2導電型
の高濃度不純物の第1の領域を選択的に形成し、さらに
MeV注入法により前記第1の領域とほぼ同じ深さの位置
に第2導電型の比較的低濃度の不純物を導入し、素子活
性領域全面,あるいは選択的に第1の領域を継ぐように
第2導電型の第2の領域を形成し、さらにアニールした
後、第1の主表面上に第1導電型のエピタキシャル層を
形成し、該エピタキシャル層表面に第1導電型の高濃度
不純物を拡散して第1導電型の第3の領域を形成し、埋
め込みゲート領域を島状に残し、他の領域をエッチング
により除去し、ゲート配線領域となる前記第2導電型の
第1の領域の一部を露出させ、前記第2導電型の第1の
領域のゲート配線する一部領域上,前記島状に残った第
1導電型の第3の領域の一部領域上,及び前記第2導電
型の第1の半導体層上にコンタクト領域を形成し、それ
ぞれコンタクト領域上に電気的に分離してメタル配線を
形成するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、MeV注入法により第2導電型の
高濃度不純物の第1の領域を基板主表面より比較的深い
領域に選択的に形成したので、表面には高濃度の第2導
電型の第1の領域は露出せず、基板の主表面は基板の濃
度と同程度の不純物が保持され、第1の領域の埋め込み
を完成するための第1導電型のエピタキシャル層成長時
にオートドープの問題は生じない。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図において説明する。
第1図は本発明の第1の実施例によるゲートターンオ
フサイリスタの製造方法を示す各主要工程の断面構造を
示す図である。図において、1は第1導電型(N型)の
基板、2は基板1の裏面に形成された第2導電型(P
型)の半導体層であるアノード層、51,52は基板1内に
選択的に埋め込んで形成された第2の導電型の高濃度不
純物の第1の領域であるP+ベース領域、6は該第2導電
型の第1の領域であるP+ベース領域52,51を繋なぐよう
に形成した第2導電型の第2の領域であるPベース領
域、7はN型エピタキシャル層、8はN型エピタキシャ
ル層上に形成された高濃度のN+カソード(エミッタ)領
域、9,10はそれぞれカソードコンタクトホール,ゲート
コンタクトホール、14はアノードコンタクト領域、11,1
2,13はそれぞれカソードメタル電極、ゲートメタル電
極、アノードメタル電極、31,32,34は酸化膜である。
以下、製造方法について説明する。
第1図(a)はN型の出発基板1を示す。
第1図(b)に示すように、基板1の主表面と反対面
にP型不純物を拡散し、アノード層2を形成する。
次に工程の第1図(c)は、本発明部分であるMeV注
入によるP+ベース領域を形成する工程であり、本実施例
では、薄い酸化膜31を介して膜厚レジスト4等をマスク
として選択的にP型不純物を注入し、P+ベース領域51,5
2を形成する。マスクとしては、注入イオン種,加速電
圧によって材料、厚みを選択すればよい。例えばボロン
を1.5MeVで注入する場合、約5μm程度のレジストで十
分にマスクの効果を持つ。P+ベース領域51,52の深さは
イオン種と加速電圧によって変えることができる。例え
ばボロンを1.5MeVで単結晶シリコンに注入した場合この
P+層の深さは表面より約2.5μmとなる。注入の位置は
以後の工程での熱処理による上方への拡散を考慮し、エ
ピタキシャル成長時に表面にオートドープをひきおこす
可能性のあるP領域ができないように注入位置を決定す
ればよい。なお、場合によっては、酸化膜31がなくても
よい。また第1図(c)図の中で広いパターンとなるP+
ベース領域51は後にゲートコンタクトが形成されるとこ
ろであり、一方、比較的細いパターンのP+ベース領域52
は埋め込まれるP+ベース領域である。両P+ベース領域5
1,52は外辺部で繋がっている。
次に、第1図(c)の工程に引き続き、比較的低濃度
のPベース領域6の形成を第1図(d)に示す。このP
ベース領域6はP+ベース領域51,52の形成と同様MeVイオ
ン注入法により行われ、P+ベース領域51,52と同程度の
加速電圧により領域51,52とほぼ同じ深さに形成され
る。本実施例では、素子の活性領域全面に注入される
が、選択的に拡散することも可能である。いずれの場合
も埋め込まれる領域直下のP+領域52以外の領域を完全に
Pベース領域とする必要があり、P+ベース領域51あるい
は52と繋がなければならない。
また、第1図(e)は第1図(d)に示した工程後、
注入により生じた欠陥の除去と注入イオンの電気的活性
化のためのアニールを施した後、表面の酸化膜31を除去
してN型のエピタキシャル層7を形成したものである。
前記p+ベース領域51,52及びPベース領域6は表面より
深い位置に形成されており、エピタキシャル成長はこれ
らのオートドープを考慮することなく、設計通りの濃
度,厚みとすることができる。
第1図(f)はエピタキシャル層7の表面にN型の不
純物を拡散し、高濃度N+領域8を形成する工程を示す。
次に第1図(g)に示すように酸化膜33を形成した
後、このパターニングし、P+埋め込みベース52,P型ベー
ス領域6を形成した領域以外の領域をエッチングにより
除去し、ゲートコンタクト領域となるP+ベース領域51の
高濃度領域を露出させる。
そして第1図(h)に示すように、酸化膜のパッシベ
ーション膜34を形成した後、メタル電極との電気的接触
を得るため、カソードコンタクトホール9,ゲートコンタ
クトホール10,アノードコンタクト領域11を形成する。
ゲート,カソードの電気的絶縁は絶縁膜34によって行わ
れる。
最後に、第1図(i)に示すように、各コンタクト領
域上に、カソードメタル電極11,ゲートメタル電極12,ア
ノードメタル電極13を形成する。カソードメタル電極11
とゲートメタル電極12は電気的に分離されており、また
絶縁膜34によってより完全に絶縁されている。
以上のような本実施例の製造方法によれば、P+ベース
領域51,52及びPベース領域6の形成にMeVイオン注入法
を用い、これらの領域をN基板の表面より比較的深い所
に形成し、表面は基板の濃度と同程度の不純物を保持す
るようにしたので、P+ベース領域51,52、Pベース領域
6の埋め込みを完成するためのエピタキシャル成長層7
の成長時にP+ベース領域,Pベース領域からのオートドー
プをほとんど考慮する必要がなく、パターン寸法、不純
物濃度のプロファイル等を設計通りに形成でき、再現性
よく安定した素子の製造が可能となる。
また、第2図は本発明の第2の実施例によるゲートタ
ーンオフサイリスタの製造方法の一部工程を示すもので
あり、図において、第1図と同一符号は同一部分を示
し、30は基板1の表面に形成した酸化膜、53は基板内に
形成したPベース内部ガードリング領域である。
上記の実施例では、P+ベース領域51,52,Pベース領域
6の拡散の深さを深くすることが難しい面があり、高耐
圧素子の製造に問題がある。このため本第2の実施例で
は上記第1の実施例の第1図(b)と(c)の工程の間
にゲートコンタクト領域となるP+ベース領域51と同じ領
域に第2図(a)に示すように、あらかじめPベース内
部ガードリング領域としてのP型の深い拡散層53を形成
する工程を挿入した。
素子耐圧は53のP型拡散深さx,と間隔Wによって決ま
り、例えばxとして30μm、Wとして200μm以下とす
れば、1600V以上の高耐圧が得られる。
第2図(a)の工程後は第1図(c)ないし(i)の
工程と同様であり、本第2の実施例により製造された素
子構造は第2図(b)に示すようになる。
このような本実施例では、上記第1の実施例の効果を
有することは勿論のこと、該効果に加えて、さらに高耐
圧化が実現できる素子が得られるという効果がある。
また、第3図は上記第1,第2実施例の表面パターンの
1例を示す図である。図において、第1図,第2図と同
一符号は同一部分を示しており、このパターンではP+
ース埋め込み領域52をはしご状のパターンとし、Pベー
ス埋め込み領域6はストライプ状のパターンとなってい
る。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、埋め込みP+ベース
層をMeV注入法により基板表面より深い領域に形成した
ことにより、後工程のエピタキシャル成長時に高濃度不
純物領域が表面に露出することがないようにしたので、
エピタキシャル成長時にオートドープの影響を考慮する
必要がなく、埋め込みのP+,Pベース領域のパターン寸
法,不純物濃度のプロファイルを設計値通りに容易にし
かも精度よく形成でき、より高性能の埋め込みTILゲー
トターンオフサイリスタが安定して製造できるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるゲートターンオフサイリスタの製
造方法の第1の実施例を示す図、第2図は本発明による
ゲートターンオフサイリスタの製造方法の第2の実施例
を示す図、第3図は本発明の第1及び第2実施例のゲー
トターンオフサイリスタの製造方法の表面パターンの一
例を示す図、第4図は従来の埋め込みゲートターンオフ
サイリスタの製造方法を示す図である。 図において、1は出発基板、2はアノード層、30,31,3
2,33,34は酸化膜、4は注入マスク、51はP+ベースゲー
トコンタクト領域、52は埋め込みP+ベース領域、53はP
ベース内部ガードリング領域、6は埋め込みPベース領
域、7はN型エピタキシャル層、71,72はP型エピタキ
シャル層、8はN+カソード(エミッタ)領域、9はカソ
ードコンタクトホール、10はゲートコンタクトホール、
11はアノードコンタクト領域、12はカソードメタル領
域、13はゲートメタル電極、14はアノードメタル電極を
示す。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板の第2の主表面に
    第2導電型の不純物を拡散し、第1の半導体層を形成す
    る工程、 MeV注入法を用い、前記基板の第1の主表面から深い領
    域に選択的に第2導電型不純物を高濃度に有する第1の
    領域を形成する工程、 さらに、MeV注入法を用い、前記第1の領域とほぼ同じ
    深さの位置に素子活性領域全面,あるいは第1の領域を
    継ぐように、第2導電型の不純物を比較的低濃度に有す
    る第2の領域を形成する工程、 さらにアニールした後、前記第1の主表面上に第1導電
    型のエピタキシャル層を形成する工程、 該エピタキシャル層表面に第1導電型の不純物を高濃度
    に有する第3の領域を形成する工程、 埋め込みゲート領域を島状に残し、他の領域をエッチン
    グにより除去し、ゲート配線領域となる前記第2導電型
    の第1の領域の一部を露出させる工程、 前記第2導電型の第1の領域のゲート配線する一部領域
    上、前記島状に残った第1導電型の第3の領域の一部領
    域上、及び第2の主表面に形成した第2導電型の第1の
    半導体層上にそれぞれ電気的に分離してメタル配線を形
    成する工程を含むことを特徴とするゲートターンオフサ
    イリスタの製造方法。
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