JP2982421B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2982421B2 JP3235927A JP23592791A JP2982421B2 JP 2982421 B2 JP2982421 B2 JP 2982421B2 JP 3235927 A JP3235927 A JP 3235927A JP 23592791 A JP23592791 A JP 23592791A JP 2982421 B2 JP2982421 B2 JP 2982421B2
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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、絶縁ゲートの側面に絶
縁膜を有するIGBTやパワーMOSFETなどの半導
体装置に係り、特にソース電極の段切れ防止及び、ゲー
ト・ソース間の容量低減と短絡防止に好適な半導体装置
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置の一実施例を図8により説明
する。アイ・ディ・イー・エム,インターナショナル
エレクトロンデバイス ミーティング,(1988年)
第813頁から第816頁(IEDM International Ele
ctron Devices Meeting(1988)pp813−816)に
記載のように、IGBTやパワーMOSFETの開発動
向には高耐圧・大電流化及び高速化の動きがある。大電
流化するとチップ面積が大きくなり、コスト高となる。
チップ面積を小さくするためには、出力電流密度の向上
が必要である。一方、高耐圧化するとn- 層12が厚く
なり、抵抗が大きく大電流化できない。その結果、高耐
圧化でも出力電流密度の向上が必要となる。さらに、高
速化するにはn- 層12のライフタイムを小さくする必
要があるが、IGBTの場合、ホールの注入量が減少
し、n- 層12が伝導度変調されにくくなり、出力電流
密度が低下する。そこで、本構造のIGBTまたはパワ
ーMOSFETは、MOS構造を微細化し、ユニットセ
ルを高密度に配列することによって、大電流密度化を図
ったものである。以下、その詳細について説明する。
【0003】ドレイン電極41をもつ低抵抗のn型また
はp型の半導体基板11の上に、高抵抗のn- 層12を
もち、n- 層12上にゲート酸化膜21,ゲート電極3
1,第1の絶縁膜22の3層からなる絶縁ゲートが等間
隔に形成されている。半導体基板11がn型の場合がパ
ワーMOSFET、p型の場合がIGBTである。これ
らの絶縁ゲートをマスクとしてp型不純物例えばボロン
をイオン注入し、pウエル層13が形成されている。絶
縁ゲートの両端部の側面の全てには、不純物を含む絶縁
膜24′が設けられており、この不純物を含む絶縁膜2
4′から膜中に含む不純物例えばリンをpウエル層13
中に拡散し、n+ 層15が形成されている。ソース電極
42は、n+ 層15の横方向の拡散領域とpウエル層1
3を短絡している。不純物を含む絶縁膜24はn+ 層1
5を形成後、そのままゲート電極31とソース電極42
の絶縁に用いられる。このように、pウエル層13,n
+層15、及びソース電極42用のコンタクト孔を全て
絶縁ゲートに対して自己整合で形成できる特徴を持つ。
その結果、チップ面積を小さくでき、出力電流密度の大
きなIGBTまたはパワーMOSFETを実現した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構造では、
図9に示すようにある程度の高さyをもつ絶縁ゲートの
側面にサイドウォール24′を形成しており、このサイ
ドウォール24′の上部でソース電極42のカバレジが
悪く、図中tで示す部分でソース電極42が段切れを生
じ易いという問題があった。また、第1の絶縁膜22の
厚さが厚いため、例えば、図中Bに示すように膜にクラ
ック等の割れを生じることがあった。第1の絶縁膜22
に割れを生じると、ゲート電極31とソース電極42が
短絡するという問題がある。そこで、第1の絶縁膜22
の厚さdを薄くし、絶縁ゲートと絶縁ゲート間のSi表
面との段差を小さくし、ソース電極42の段切れと第1
の絶縁膜22の膜の割れを防止すると、ゲート・ソース
間の容量が大きく、IGBTやパワーMOSFET等の
スイッチング速度に遅れを生じるという問題があった。
また、第1の絶縁膜22の厚さdが薄いと第1の絶縁膜
22に例えば図10中に示すC部のようにピンホールを
生じ易くなる。このC部にピンホールを生じると、図9
と同様にゲート電極31とソース電極42が短絡すると
いう問題があった。本発明の目的は、以上のように絶縁
ゲートの側面にサイドウォール24′をもつ半導体装置
において、ソース電極42の段切れを防止することであ
り、さらにゲート・ソース間容量の低減とピンホール等
によるゲート電極31とソース電極42の短絡を防止す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、一方導電型の
半導体層と、前記半導体層表面上に、ゲート酸化膜,ゲ
ート電極,第1の絶縁膜を順次積層した絶縁ゲートと、
前記半導体層上に達し、前記半導体層内に前記半導体層
より高不純物濃度を有する他方導電型のウェル層と、前
記絶縁ゲート側面に形成された膜と、前記膜と同材質で
前記第1の絶縁膜上方に積層された第2の絶縁膜と、前
記膜下方表面に接触し、前記ウェル層より高不純物濃度
の一方導電型のソース層と、前記ソース層と前記ウェル
層と前記膜と前記第2の絶縁膜を少なくとも覆うソース
電極とを備えた構成とする。 このように絶縁ゲート側面
に膜を設けることでソース電極の段切れを防止でき、第
1の絶縁膜の上部に第2の絶縁膜を設ける事でゲート・
ソース間の容量低減及び短絡防止ができ、膜と第2の絶
縁膜が同材質で形成されることで製造工程を簡略化する
事ができる。
【0006】
【作用】本発明では、第1の絶縁膜22の上部に新たに
少なくとも第2の絶縁膜24を絶縁ゲートの両端部から
後退して設け、絶縁ゲートの最高部と絶縁ゲート間のS
i表面との大きな段差を、階段状に形成して小さくする
のでサイドウォール24′上部でのソース電極の段切れ
を防止することができる。また、第1の絶縁膜22の上
部に第2の絶縁膜24を設け、トータルの絶縁膜厚を厚
くすることができるので、ゲート・ソース間の容量を低
減することができる。また、第1の絶縁膜22が薄い場
合に生じ易い膜のピンホールは、この第1の絶縁膜22
を上部から覆うように第2の絶縁膜24が設けられてお
り、ピンホールをカバーしているので、ピンホールによ
るゲート・ソース間の短絡を生じることがない。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。前述のように、絶縁ゲートの側面に設けたサイドウ
ォール24′の上部で生じ易いソース電極42の段切れ
を防止するためには、絶縁ゲートの最高部と絶縁ゲート
間のSi表面との急峻な段差を緩和する必要がある。本
実施例が図8の従来例の構造と異なる部分は、第1の絶
縁膜22の上部に新たに第2の絶縁膜24を設け、この
第2の絶縁膜24を絶縁ゲートの両端部から後退してい
る点にある。図1のA部を拡大し、図4に示す。図に示
すように第2の絶縁膜24と第1の絶縁膜22は段階状
に形成するので、絶縁ゲートの最高部と絶縁ゲート間の
Si表面との急峻な段差を緩和でき、ソース電極42の
サイドウォール24′上部での段切れを防止することが
できる。また、この新たに設けた第2の絶縁膜24は、
第1の絶縁膜22の表面を覆うように形成するので、第
1の絶縁膜22にクラックやピンホールを生じた場合で
もゲート電極31とソース電極42が短絡するのを防ぐ
ことができる。また、第1の絶縁膜22の上部に新たに
第2の絶縁膜24を設け、トータルの絶縁膜厚を厚くす
ることができるので、ゲート電極31とソース電極42
の間の容量を低減することができる。
【0008】次に、図1の実施例の製造方法について図
2,図3により説明する。(a)n- 層12上に、ゲー
ト酸化膜21,ゲート電極31,第1の絶縁膜22を順
次形成する。(b)フォトリソグラフィにてフォトレジ
ストを加工後、(a)で形成したゲート酸化膜21,ゲ
ート電極31,第1の絶縁膜22をドライエッチングに
より加工面が垂直になるようにエッチングし、絶縁ゲー
トを形成する。次に、この絶縁ゲートをマスクとし、エ
ッチングで取り除かれた部分に例えばp型不純物のボロ
ンをイオン注入後、拡散しpウエル層13を形成する。
(c)上面全面に第2の絶縁膜24となる例えばPSG
(リンガラス)を堆積する。ここで、この第2の絶縁膜
24の材料には、SiO2 ,SiN,BSG,BPSG
等を用いても良いが、堆積膜の応力が小さいPSGが好
ましい。また、次の工程(d)で形成する絶縁ゲートの
側面に設ける不純物を含む絶縁膜24′(サイドウォー
ル)と同じ材料にすれば製造工程を簡略化することがで
きる。以下、第2の絶縁膜24にPSGを用いた場合の
一例を説明する。(d)フォトリソグラフィにより絶縁
ゲートの両端部から、例えば3μmずつ内側にフォトレ
ジスト10を残すように加工し、ドライエッチング(異
方性)を施す。これにより、絶縁ゲートの側面及び上部
の一部分にPSGを残す。(e)その後、熱処理するこ
とにより、絶縁ゲートの側面に形成した第2の絶縁膜2
1′(サイドウォール)であるPSG中のリンをpウエル
層13中に拡散し、n+ 層15を形成する。(f)上方
よりソース電極42を形成し、n+層15とpウエル層
13が短絡される。
【0009】次に、本発明の他の実施例を図5により説
明する。本実施例によれば、図1の実施例の効果の他、
ゲート電極31とソース電極42の間の容量をさらに低
減することができる。本実施例が前に述べた図1の実施
例と異なる部分は、第2の絶縁膜24の上部にさらに第
3の絶縁膜52を設けて、図のdの厚さをより厚くし、
ゲート・ソース間容量を低減した点である。第3の絶縁
膜52は第2の絶縁膜24の両端部から後退し、図1の
実施例同様、ソース電極42の段切れを防止する。以
下、図5の実施例の製造方法について図6,図7により
説明する。製造工程(b)までは前に述べた図2,図3
と同じである。(c)上面全面に第2の絶践膜24例え
ばPSG(リンガラス)を堆積する。(d)フォトリソ
グラフィにより絶縁ゲートの両端部からたとえば3μm
ずつ内側にフォトレジストを残すように加工し、ドライ
エッチング(異方性)を施す。これにより、絶縁ゲート
の側面及び上部の一部分にPSGを残す。(e)上面全
面に第3の絶縁膜52例えばSiO2 をCVD法により
堆積する。(f)フォトリソグラフィにより第2の絶縁
膜24の両端部からたとえば3μmずつ内側にフォトレ
ジストを残すように加工し、ドライエッチング(異方
性)を施す。これにより、第2の絶縁膜24の上部の一
部分にSiO2 を残す。その後、熱処理することによ
り、絶縁ゲートの側面に形成した第2の絶縁膜24′で
あるPSG中のリンをpウエル層13中に拡散し、n+
層15を形成する。(g)上方よりソース電極42を形
成し、n+ 層15とpウエル層13が短絡される。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、第1の絶縁膜22の上
部に第2の絶縁膜24を絶縁ゲートの両端部から後退し
て形成することにより、絶縁ゲートの最高部と絶縁ゲー
ト間のn+ 層15及びpウエル層13の表面との急峻な
段差を段階状に設けて緩和し、その結果ソース電極42
の絶縁ゲート間でのカバレジを改善し、サイドウォール
24′上部でのソース電極42の段切れを防止すること
ができる。また、第1の絶縁膜22の上部に、新たに第
2の絶縁膜24を設け、トータルの絶縁膜厚を厚くする
ことができるのでゲート電極31とソース電極42の間
の容量を低減することができる。また、第1の絶縁膜2
2にクラックやピンホールを生じても第1の絶縁膜22
の上部表面に第2の絶縁膜24が覆うように形成してい
るのでゲート電極31とソース電極42の短絡を防止す
る効果がある。本発明により、サイドウォール24′上
部でのソース電極42の段切れを100%防止すること
ができた。また、ゲート電極31とソース電極42の間
の容量は従来の85%に低減できた。さらに、ゲート・
ソース間耐圧の歩留りは従来の60%から90%に向上
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の断面図である。
【図2】図1の製造方法の一例の断面図である。
【図3】同断面図である。
【図4】図1の拡大断面図である。
【図5】本発明の他の実施例の断面図である。
【図6】図4の製造方法の一例の断面図である。
【図7】同断面図である。
【図8】従来例の一実施例の断面図である。
【図9】従来例の問題点を示す断面図である。
【図10】従来の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
1…半導体装置、10…フォトレジスト、11…半導体
基板、12…n-層、13…pウエル層、15…n+
層、21…ゲート酸化膜、22…第1の絶縁膜、24…
第2の絶縁膜、24′…絶縁ゲートの側面に設けた第2
の絶縁膜(サイドウォール)、31…ゲート電極、42
…ソース電極、41…ドレイン電極、52…第3の絶縁
膜。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一方導電型の半導体層と、 前記半導体層表面上に、 ゲート酸化膜,ゲート電極,第
    1の絶縁膜を順次積層した絶縁ゲートと、前記半導体層上 に達し、前記半導体層内に前記半導体層
    より高不純物濃度を有する他方導電型のウェル層と、前記 絶縁ゲート側面に形成された膜と、前記膜と同材質で前記第1の絶縁膜上方に積層された第
    2の絶縁膜と、 前記膜下方表面に接触し、 前記ウェル層より高不純物濃
    度の一方導電型のソース層と、 前記ソース層と前記ウェル層と前記膜と前記第2の絶縁
    膜を少なくとも覆うソース電極とを有する 半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記 第2の絶縁膜が前記絶縁ゲートの両端より後退して
    形成された半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、 前記膜と前記第2の絶縁膜は一方導電型の不純物を含む
    半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項1,3において、 前記膜と前記第2の絶縁膜がPSG(リンガラス)であ
    る半導体装置。
  5. 【請求項5】請求項1,3,4の少なくとも1つの半導
    体装置において、 前記ソース層は、リンが拡散された拡散層である半導体
    装置。
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