JP3186298B2 - Method for manufacturing MOS type semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing MOS type semiconductor device

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JP3186298B2
JP3186298B2 JP02457593A JP2457593A JP3186298B2 JP 3186298 B2 JP3186298 B2 JP 3186298B2 JP 02457593 A JP02457593 A JP 02457593A JP 2457593 A JP2457593 A JP 2457593A JP 3186298 B2 JP3186298 B2 JP 3186298B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、静止衛星に搭載される
など、宇宙空間で使用されたり、あるいは原子力施設で
使用されるMOS型半導体素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a MOS type semiconductor device used in outer space such as mounted on a geostationary satellite or used in a nuclear facility.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS型半導体素子にはキャリアのみを
利用する電力用MOSFETと、電子と正孔の2種類の
キャリアによる伝導度変調を利用する絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタなどがある。絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタはIGTあるいはCOMFETとも呼ば
れているが以下IGBTと記す。
2. Description of the Related Art MOS type semiconductor devices include a power MOSFET using only carriers and an insulated gate bipolar transistor using conductivity modulation by two kinds of carriers of electrons and holes. The insulated gate bipolar transistor is also called an IGT or a COMFET, but is hereinafter referred to as an IGBT.

【0003】図2は従来の電力用MOSFETの断面構
造を示し、一側にドレイン層としてのn+ 層2が隣接す
るn- 高抵抗層1の表面層にはp形ベース層3が選択的
に形成され、またそのベース層3の表面層にn+ ソース
層4が選択的に形成されている。n- 層1の露出面上か
らn+ ソース層4の表面上にかけてゲート絶縁膜51を介
してゲート電極6が設けられ、このゲート電極6と絶縁
膜52で絶縁されるソース電極7はp形ベース層3とn+
ソース層4に共通に接触するが、その接触部には深いp
+ 拡散層8と浅いp+ 拡散層9が形成されている。そし
てn+ ドレイン層2にはドレイン電極10が接触してい
る。このMOSFETは、通常次に示すような工程で製
造される。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a conventional power MOSFET. A p-type base layer 3 is selectively formed on a surface layer of an n high resistance layer 1 adjacent to an n + layer 2 serving as a drain layer on one side. The n + source layer 4 is selectively formed on the surface layer of the base layer 3. A gate electrode 6 is provided from the exposed surface of the n - layer 1 to the surface of the n + source layer 4 via a gate insulating film 51. The source electrode 7 insulated from the gate electrode 6 and the insulating film 52 is a p-type. Base layer 3 and n +
A common contact is made with the source layer 4, but a deep p
+ Diffusion layer 8 and shallow p + diffusion layer 9 are formed. The drain electrode 10 is in contact with the n + drain layer 2. This MOSFET is usually manufactured by the following steps.

【0004】先ず、n+ ドレイン層2とn- 高抵抗層1
からなる半導体基板のn- 層1の表面からの不純物拡散
で深いp+ 拡散層8と浅いp+ 拡散層9を形成する。次
いで同じく高抵抗層1の表面にゲート絶縁膜51を介して
ゲート電極6を形成した後、フォトリソグラフィによっ
てゲート電極6に窓開けを行う。この窓開けしたゲート
電極6をマスクとしてp形ベース層3を拡散で形成す
る。このあと、再びゲート電極6をマスクの一部として
用いてn+ 形ソース層4を形成し、表面を絶縁膜52で覆
い接続のための窓開けを行ってソース電極7を、また裏
面のn+ 層2に接触させてドレイン電極10を形成する。
このようにして製造される半導体素子は、ゲート電極6
にソース電極7に対してしきい値を超える正の電圧を印
加すると、ゲート絶縁膜51直下のp形ベース層3の表面
にチャネル11が形成され、ソース層4からチャネル11を
通って高抵抗層1と低抵抗層2からなるドレイン層へと
電子が注入されることによって導通状態となり、またゲ
ート電極6をソース電極7と同電位または負にバイアス
することによって阻止状態となる、いわゆるスイッチン
グ素子としてのはたらきを持つ。
First, an n + drain layer 2 and an n high resistance layer 1
A deep p + diffusion layer 8 and a shallow p + diffusion layer 9 are formed by impurity diffusion from the surface of the n layer 1 of the semiconductor substrate composed of. Next, after the gate electrode 6 is formed on the surface of the high resistance layer 1 via the gate insulating film 51, a window is opened in the gate electrode 6 by photolithography. Using the gate electrode 6 with the window opened as a mask, the p-type base layer 3 is formed by diffusion. Thereafter, the n + -type source layer 4 is formed again using the gate electrode 6 as a part of the mask, the front surface is covered with the insulating film 52, and a window for connection is opened to form the source electrode 7 and the n-type on the back surface. The drain electrode 10 is formed in contact with the + layer 2.
The semiconductor device manufactured in this manner is provided with a gate electrode 6.
When a positive voltage exceeding the threshold value is applied to the source electrode 7, a channel 11 is formed on the surface of the p-type base layer 3 immediately below the gate insulating film 51, and a high resistance A so-called switching element which becomes conductive when electrons are injected into the drain layer composed of the layer 1 and the low-resistance layer 2 and is turned off when the gate electrode 6 is biased to the same potential as the source electrode 7 or negatively. Has a working as.

【0005】図3は従来のIGBTを示し、n- 高抵抗
層1の下側にはバッファ層としてのn+ 層2を介してp
+ ドレイン層12が存在し、このドレイン層12にドレイン
電極10が接触している。この素子は、p+ ドレイン層12
とn+ バッファ層2およびn - 高抵抗層1からなる半導
体基板を用いて電力用MOSFETと同様の工程を通し
て製造することができる。IGBTが電力用MOSFE
Tと動作の異なる点は、ドレイン層12がp+ 層であるた
めに、ソース層4からチャネル11、n- 層1、n+ バッ
ファ層2を通ってp+ 層12に電子が注入されると、これ
に呼応してp+ドレイン層12からn+ バッファ層2を通
ってn- 層1に正孔が注入され、n- 層1が伝導度変調
を起こして低抵抗となる点である。
FIG. 3 shows a conventional IGBT, in which n-High resistance
On the lower side of layer 1, n as a buffer layer+P through layer 2
+The drain layer 12 exists, and the drain layer 12
Electrode 10 is in contact. This element has p+Drain layer 12
And n+Buffer layer 2 and n -Semiconductor made of high resistance layer 1
Through the same process as the power MOSFET using the body substrate
Can be manufactured. IGBT is power MOSFET
The difference in operation from T is that the drain layer 12+Layer
For example, from source layer 4 to channel 11, n-Layer 1, n+Bag
Through the pha layer 2+When electrons are injected into layer 12,
In response to+From drain layer 12 to n+Through buffer layer 2
Tte n-Holes are injected into layer 1 and n-Layer 1 is conductivity modulated
This causes a low resistance.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図2に示したMOSF
ETが、原子炉周囲のような多量の放射線が存在する雰
囲気中で用いられて放射線照射を受けた場合、しばしば
しきい値電圧の変動が生じ、スイッチング素子としての
機能をはたさなくなる。このしきい値電圧の変動の原因
を図4を用いて説明する。
The MOSF shown in FIG.
When the ET is used in an atmosphere where a large amount of radiation exists, such as around a reactor, and is irradiated, the threshold voltage often fluctuates, and the ET does not function as a switching element. The cause of the fluctuation of the threshold voltage will be described with reference to FIG.

【0007】MOSFETのスイッチ機能の動作原理
は、ゲート電極6に、ソース電極7に対して正の電圧を
印加すると、ゲート絶縁膜51が誘電体として機能し、そ
の直下のp形ベース層3の表面に負電荷が誘起される。
さらにゲート電極6に印加する電圧を上げると、p形ベ
ース層3の表面に誘起される負電荷の量も増加し、つい
に誘起された負電荷量濃度がp形ベース層3の不純物濃
度を超えるとチャネル11が形成され、n+ ソース層4か
ら注入される電子が、チャネル11を通って、高抵抗層1
と低抵抗層2からなるn形ドレイン層へと流れ導通状態
となる。一方、ゲート電極6をソース電極7と同電位ま
たはソース電極に対して負にバイアスすると、p形ベー
ス層3に負電荷は誘起されず、阻止状態となる。
The operating principle of the switch function of the MOSFET is that when a positive voltage is applied to the gate electrode 6 and the source electrode 7, the gate insulating film 51 functions as a dielectric and the p-type base layer 3 immediately below the gate insulating film 51 functions as a dielectric. A negative charge is induced on the surface.
When the voltage applied to the gate electrode 6 is further increased, the amount of negative charges induced on the surface of the p-type base layer 3 also increases, and the concentration of the induced negative charges finally exceeds the impurity concentration of the p-type base layer 3. And a channel 11 are formed, and electrons injected from the n + source layer 4 pass through the channel 11 and pass through the high resistance layer 1.
To the n-type drain layer composed of the low-resistance layer 2 to be in a conductive state. On the other hand, when the gate electrode 6 is biased at the same potential as the source electrode 7 or negatively with respect to the source electrode, a negative charge is not induced in the p-type base layer 3 and the p-type base layer 3 enters a blocking state.

【0008】このような動作原理を持つMOSFETに
放射線20が照射されると、ゲート絶縁膜51中に、電子と
正孔が誘起される。その内、特に正孔がゲート絶縁膜51
中にトラップされ、正電荷の固定電荷21が形成される。
このためp形ベース層3には、固定電荷21に相当する負
電荷22が誘起されることになり、あたかもゲート電極に
正電荷を印加したと同様な状態となる。結果として、ゲ
ート電極6に印加する電圧のしきい値の低下をもたら
す。例えば、吸収線量が106 rad 以上となる放射線照射
条件によっては、ゲート絶縁膜51中に発生する固定電荷
21の量が多く、ゲート電極とソース電極が同電位の場合
でも導電状態が生じ、見かけ上耐圧が無くなるような現
象が見られ、スイッチング機能の喪失をもたらすという
問題がある。
When the radiation 20 is irradiated to the MOSFET having such an operation principle, electrons and holes are induced in the gate insulating film 51. Among them, particularly holes are formed in the gate insulating film 51.
The positive fixed charges 21 are formed.
As a result, a negative charge 22 corresponding to the fixed charge 21 is induced in the p-type base layer 3, and the state is as if a positive charge was applied to the gate electrode. As a result, the threshold value of the voltage applied to the gate electrode 6 is reduced. For example, depending on the radiation irradiation conditions under which the absorbed dose is 10 6 rad or more, the fixed charge generated in the gate insulating film 51
Even when the amount of 21 is large and the gate electrode and the source electrode are at the same potential, a conductive state occurs, and a phenomenon in which the withstand voltage apparently disappears is observed, and there is a problem that the switching function is lost.

【0009】このMOS型素子に対する放射線照射によ
るしきい値電圧の変動もしくはスイッチング機能の喪失
の対策として、ゲート絶縁膜51の成膜工程およびゲート
絶縁膜成膜以後の工程における最高温度を、約900 ℃以
下の低温化することでゲート絶縁膜中に発生する固定電
荷量を少なくするという努力がなされている。しかし、
現在の製造工程では、ゲート電極6を同一マスクとして
p形ベース層3とn+ ソース層4を形成するセルフアラ
イメント法を採用しており、ベース層3の拡散とソース
層4のアニールには高温中で短時間の工程条件を用いて
効率的製造を行っている。これに対し、耐放射線性を向
上させるために、ゲート絶縁膜成膜工程およびそれ以後
の工程の温度を低温化した場合、ゲート絶縁膜51成膜工
程、p形ベース層3形成工程、ソース層4形成工程時等
の加熱あるいは拡散時間が通常の高温条件時より数十倍
〜数百倍と非常に長くなり、非効率的な製造工程とな
る。
As a countermeasure against the fluctuation of the threshold voltage or the loss of the switching function due to the irradiation of the MOS element with radiation, the maximum temperature in the step of forming the gate insulating film 51 and the steps after the formation of the gate insulating film is set to about 900 Efforts have been made to reduce the amount of fixed charges generated in the gate insulating film by lowering the temperature to not more than ° C. But,
In the current manufacturing process, a self-alignment method of forming the p-type base layer 3 and the n + source layer 4 using the gate electrode 6 as the same mask is employed. The diffusion of the base layer 3 and the annealing of the source layer 4 are performed at a high temperature. Efficient production is performed using short-time process conditions. On the other hand, when the temperature of the gate insulating film forming step and the subsequent steps are lowered to improve the radiation resistance, the gate insulating film 51 forming step, the p-type base layer 3 forming step, the source layer (4) The heating or diffusion time in the forming step or the like becomes very long, several tens to several hundred times longer than that in a normal high temperature condition, and the manufacturing process becomes inefficient.

【0010】一方、ゲート絶縁膜成膜以前にp形ベース
層3およびソース層4を形成する場合には、レジストマ
スクで不純物の導入を行うために、p形ベース層形成時
に一旦、レジストを除去することからセルフアライメン
ト構造とはならず、結果的にチャネル長が長くなり、R
DS(on)が増加するという、素子の電気特性の低下を伴う
不利な工程となっていた。
On the other hand, when the p-type base layer 3 and the source layer 4 are formed before the gate insulating film is formed, the resist is temporarily removed during the formation of the p-type base layer in order to introduce impurities using a resist mask. Therefore, a self-alignment structure is not obtained, and as a result, the channel length becomes longer, and R
This is a disadvantageous process in which the DS (on) increases and the electrical characteristics of the device decrease.

【0011】この問題はIGBTにおいても同様であ
り、また宇宙空間で使用するために放射線を浴びる素子
に対しても同様に起こる。本発明の目的は、上述の問題
を解決し、拡散あるいはアニール工程は高温で短時間で
行うが、ゲート絶縁膜の成膜およびそれ以後の工程は高
温にならぬようにして、放射線照射による特性劣化を防
ぎ、かつチャネル長の長くなることによる特性低下もな
いMOS型半導体素子の効率的な製造方法を提供するこ
とにある。
[0011] This problem is similar in IGBTs, as well as in devices exposed to radiation for use in space. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to perform the diffusion or annealing step at a high temperature in a short time, but to prevent the formation of the gate insulating film and the subsequent steps from being performed at a high temperature so that the characteristics by radiation irradiation can be reduced. It is an object of the present invention to provide an efficient method for manufacturing a MOS semiconductor device, which prevents deterioration and does not deteriorate characteristics due to an increase in channel length.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、第一導電形の半導体層の表面層に選択的
に第二導電形の第一領域を形成する工程と、前記第一領
域に選択的に第二導電形で前記第一領域より高不純物濃
度でかつ浅い第三領域を形成する工程と、前記第一領域
の表面層から第三領域上に延びるよう選択的に形成され
た第一導電形の第二領域を形成する工程と、前記半導体
層の表面上にゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜
の上にゲート電極を形成する工程とを含み、前記第一領
域と第二領域とにはさまれた部分の上にゲート絶縁膜を
介してゲート電極を備えたMOS型半導体素子の製造方
法において、第一のマスクを用いての不純物導入により
第一領域を形成し、第二のマスクを用いての不純物導入
により第三領域を形成し、第二のマスクを除いた後第一
のマスクと第三のマスクを用いての不純物導入により第
二領域を形成し、これらの工程の後でゲート絶縁膜およ
びゲート電極を形成する工程を行うこととする。あるい
は、第一導電形の半導体層の表面層に選択的に第二導電
形の第一領域を形成する工程と、前記第一領域に選択的
に第二導電形で前記第一領域より高不純物濃度でかつ深
い第四領域を形成する工程と、前記第一領域に選択的に
第二導電形で前記第一領域より高不純物濃度でかつ浅い
第三領域を形成する工程と、前記第一領域の表面層から
第三領域上に延びるよう選択的に形成された第一導電形
の第二領域を形成する工程と、前記半導体層の表面上に
ゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜の上にゲート
電極を形成する工程とを含み、前記第一領域と第二領域
とにはさまれた部分の上にゲート絶縁膜を介してゲート
電極を備えたMOS型半導体素子の製造方法において、
予め第四領域を形成する不純物導入を行い、第一のマス
クを用いての不純物導入により第一領域を形成し、第二
のマスクを用いての不純物導入により第三領域を形成
し、第二のマスクを除いた後第一のマスクと第三のマス
クを用いての不純物導入により第二領域を形成し、これ
らの工程の後でゲート絶縁膜およびゲート電極を形成す
る工程を行うことこととする。そして、第一のマスクが
熱酸化膜からなることが有効である。また、製造される
MOS型半導体素子が人工衛星内又は原子力施設内で用
いられることが有効である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a first region of a second conductivity type selectively on a surface layer of a semiconductor layer of a first conductivity type; Selectively forming a third region of the second conductivity type at a higher impurity concentration and shallower than the first region in the first region; and selectively extending from the surface layer of the first region onto the third region. Forming a second region of the formed first conductivity type, forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor layer, and forming a gate electrode on the gate insulating film, In a method for manufacturing a MOS type semiconductor device having a gate electrode on a portion sandwiched between a first region and a second region via a gate insulating film, the first region is introduced by introducing impurities using a first mask. Is formed, and the third region is formed by introducing impurities using the second mask. Forming a second region by introducing impurities using the first mask and the third mask after removing the second mask, and forming a gate insulating film and a gate electrode after these steps. Shall be performed. Alternatively, a step of selectively forming a first region of the second conductivity type on the surface layer of the semiconductor layer of the first conductivity type; Forming a fourth region with a high concentration and a depth, selectively forming a third region in the first region with a higher impurity concentration and shallower than the first region with a second conductivity type; Forming a second region of the first conductivity type selectively formed so as to extend from the surface layer to the third region; and forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor layer; Forming a gate electrode thereon, comprising: a step of forming a gate electrode on the portion between the first region and the second region;
Impurity introduction for forming the fourth region is performed in advance, the first region is formed by impurity introduction using the first mask, and the third region is formed by impurity introduction using the second mask. Forming a second region by introducing impurities using the first mask and the third mask after removing the mask, and performing a step of forming a gate insulating film and a gate electrode after these steps. I do. Then, a call first mask is made of a thermal oxide film is effective. Further, it is effective that the MOS type semiconductor element to be manufactured is used in an artificial satellite or a nuclear facility.

【0013】[0013]

【作用】MOSFETあるいはIGBTでベース層とな
る第一領域とソース層となる第二領域と第一の同一マス
クを用いてセルフアライメント法で形成することによ
り、チャネル形成領域をはさむ第二領域の縁部と第一領
域の縁部を精度よく近付けることができ、チャネル抵抗
が非常に小さくなってオン抵抗が低く抑えられる。そし
て、第一乃至第四領域形成後、ゲート絶縁膜を形成する
ので、拡散あるいはアニール工程は高温で行ってもゲー
ト絶縁膜の成膜およびその後の工程における最高温度を
低く抑えることができ、放射線照射によりゲート絶縁膜
中に発生する固定電荷の量を少なくすることができる。
The first region serving as a base layer and the second region serving as a source layer of a MOSFET or an IGBT are formed by a self-alignment method using a first identical mask, thereby forming an edge of a second region sandwiching a channel forming region. The portion and the edge of the first region can be made close to each other with high accuracy, and the channel resistance becomes very small, so that the on-resistance can be kept low. Further, since the gate insulating film is formed after the formation of the first to fourth regions, even if the diffusion or annealing step is performed at a high temperature, the maximum temperature in the formation of the gate insulating film and the subsequent steps can be kept low. The amount of fixed charge generated in the gate insulating film by irradiation can be reduced.

【0014】[0014]

【実施例】図1(a) 〜(i) は本発明の一実施例のnチャ
ネルMOS型半導体素子の製造工程を順に示し、図2、
図3と共通の部分には同一の符号が付されている。先
ず、既に深いp+ 拡散層8を形成したn- シリコン基板
1の表面上に厚い酸化層13を成長させておく。そして、
フォトリソグラフィとエッチングによってマスク部分を
残して薄い酸化膜14を形成し、ほう素イオン( B+ )15
の注入を適当なエネルギーで行えば、B+ は薄い酸化膜
の部分にのみ注入される〔同図(a) 〕。次いで、拡散に
よりp形ベース層3を形成する〔同図(b) 〕。このあ
と、フォトリソグラフィによってレジストマスク16を形
成し、B+ 15の注入を適当なエネルギーで行い〔同図
(c) 〕、次いでレジストマスク16を剥離した後アニール
してp+ 層9を形成する〔同図(d) 〕。そのあと、再度
フォトリソグラフィによりレジストマスク17を形成し、
そのマスクと酸化層マスク13とを用いてひ素イオン(As
+ )18 の注入を適当なエネルギーで行い〔同図(e) 〕、
レジストマスク17を剥離した後アニールしてn+ ソース
層4を形成する〔同図(f) 〕。次に、酸化膜14および酸
化層マスク13をエッチングによって除去し〔同図(g)
〕、その表面にゲート絶縁膜51を形成する〔同図(h)
〕。そして、その上に多結晶シリコン層を形成し、フ
ォトリソグラフィ、エッチングを行ってゲート電極6を
形成し、絶縁層の成膜およびフォトリソグラフィ、エッ
チングによるパターニングを行って絶縁膜52を形成して
セル構造を完成する〔同図(i) 〕。
1 (a) to 1 (i) sequentially show the steps of manufacturing an n-channel MOS type semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. First, a thick oxide layer 13 is grown on the surface of the n - silicon substrate 1 on which the deep p + diffusion layer 8 has already been formed. And
A thin oxide film 14 is formed by photolithography and etching while leaving a mask portion, and boron ions (B + ) 15
If B is implanted with appropriate energy, B + is implanted only into the thin oxide film [FIG. Next, a p-type base layer 3 is formed by diffusion [FIG. Thereafter, a resist mask 16 is formed by photolithography, and B + 15 is implanted at an appropriate energy.
(c)] Then, the resist mask 16 is peeled off and annealed to form the p + layer 9 (FIG. 2 (d)). After that, a resist mask 17 is formed again by photolithography,
Using the mask and the oxide layer mask 13, arsenic ions (As
+ ) 18 is implanted with appropriate energy (Fig. (E)),
After the resist mask 17 is removed, annealing is performed to form the n + source layer 4 (FIG. 4F). Next, the oxide film 14 and the oxide layer mask 13 are removed by etching [FIG.
], And a gate insulating film 51 is formed on the surface [FIG.
]. Then, a polycrystalline silicon layer is formed thereon, photolithography and etching are performed to form a gate electrode 6, and an insulating layer is formed, and photolithography and patterning are performed by etching to form an insulating film 52. The structure is completed (FIG. (I)).

【0015】マスク13の材質としては、ベース層3を形
成する際の高温度に対しても安定であり、亀裂が入った
り、変形したり、膜質が変化したりすることが起こりに
くく、また図1(g) の工程でエッチングにより除去する
際にも、バッファドふっ酸溶液で比較的簡単に、しかも
ソース層4、高不純物濃度領域8、9を含むベース層3
およびドレイン層2の表面をエッチングすることなく実
施することができる点で熱酸化シリコン膜が優れてい
る。
The material of the mask 13 is stable even at a high temperature when the base layer 3 is formed, and is unlikely to be cracked, deformed, or changed in film quality. When removing by etching in the step of 1 (g), the base layer 3 including the source layer 4 and the high impurity concentration regions 8 and 9 can be relatively easily formed with a buffered hydrofluoric acid solution.
The thermal silicon oxide film is excellent in that it can be performed without etching the surface of the drain layer 2.

【0016】これらの工程によれば、チャネル領域長さ
lがレジストマスクによる製造法に比べて2分の1以下
になり、チャネル抵抗も小さくなるのでRDS(on)も小さ
くなる。また、ゲート絶縁膜51形成後にベース層3の拡
散や、高不純物濃度層9のアニール、ソース層4のアニ
ールを低温で行う製造法に比べて、ベース層3の拡散お
よびソース層4のアニールを高温で行うことができるの
で、工程時間を数分の1から数百分の1と非常に短時間
でできる。
According to these steps, the length l of the channel region is reduced to half or less as compared with the manufacturing method using a resist mask, and the channel resistance is reduced, so that R DS (on) is also reduced. In addition, the diffusion of the base layer 3 and the annealing of the source layer 4 are performed in comparison with a manufacturing method in which the diffusion of the base layer 3, the annealing of the high impurity concentration layer 9, and the annealing of the source layer 4 are performed at a low temperature after the gate insulating film 51 is formed. Since the process can be performed at a high temperature, the process time can be shortened to a few hundredths to a few hundredths in a very short time.

【0017】図5(a)〜(i)は、やはりnチャネル
のMOS型半導体素子の製造のための別の実施例の工程
を示し、図1、図2、図3と共通の部分には同一の符号
が付されている。この場合は、n-シリコン基板1上に
薄めの酸化膜14を形成し、その上にCVD法による酸
化シリコン、多結晶シリコンあるいは窒化シリコンから
なるマスク層23を被着し、フォトリソグラフィによっ
て窓開けを行い、マスクのパターンを形成し、適当なエ
ネルギーでB+15の注入を行う[同図(a)]。この
あとの、同図(b)におけるベース層3の形成、同図
(c)におけるレジストマスク16の形成およびB+
5の注入、同図(d)におけるレジストマスク16の剥
離およびp+層9の形成、同図(e)におけるレジスト
マスク17の形成およびAs+18の注入、同図(f)
におけるレジストマスク17の剥離およびソース層4の
形成、同図(g)における酸化膜14およびマスク層2
3の除去、同図(h)におけるゲート絶縁膜51の形
成、同図(i)におけるゲート電極6の形成、絶縁層5
2の成膜およびパターニングは図1(b)〜(i)と同
様である。
FIGS. 5A to 5I show the steps of another embodiment for manufacturing an n-channel MOS type semiconductor device, and parts common to FIGS. 1, 2 and 3 are shown in FIG. The same reference numerals are given. In this case, n - silicon substrate 1 to form an oxide film 14 thinner on, deposited silicon oxide by a CVD method, a mask layer 23 made of polycrystalline silicon or silicon nitride on it, open windows by photolithography Is performed to form a mask pattern, and B + 15 is implanted with appropriate energy [FIG. That follow, the figure formed of the base layer 3 in (b), formation of the resist mask 16 in FIG. (C) and B + 1
5, the peeling of the resist mask 16 and the formation of the p + layer 9 in FIG. 5D, the formation of the resist mask 17 and the implantation of As + 18 in FIG.
Of the resist mask 17 and formation of the source layer 4 in FIG. 2, the oxide film 14 and the mask layer 2 in FIG.
3, formation of a gate insulating film 51 in FIG. 4H, formation of a gate electrode 6 in FIG.
The film formation and patterning of No. 2 are the same as in FIGS.

【0018】これらの工程によったものも前述のものと
同じく、チャネル領域長さlはレジストマスクのみによ
る製造法に比べて2分の1以下になり、チャネル抵抗も
小さくなってRDS(on)が小さくなると共に、ゲート絶縁
膜51形成後にベース層3の拡散、高不純物濃度層9のア
ニールあるいはソース層4のアニールを低温で行う製造
法に比べて非常に短時間で形成できる。
In the steps according to these steps, as in the above-described steps, the channel region length 1 is less than one half of that in the manufacturing method using only a resist mask, the channel resistance is reduced, and R DS (on ) Can be formed and the diffusion of the base layer 3, the annealing of the high impurity concentration layer 9 or the annealing of the source layer 4 after the formation of the gate insulating film 51 can be formed in a very short time as compared with the manufacturing method in which the annealing is performed at a low temperature.

【0019】以上の実施例ではnチャネルの素子だけに
関して述べたわけであるが、これがpチャネルの素子に
も応用できること、電力用MOSFETやIGBT以外
のMOS型半導体素子にも応用できることはいうまでも
ない。
In the above embodiment, only the n-channel element has been described. However, it is needless to say that this can be applied to the p-channel element and also to the MOS type semiconductor element other than the power MOSFET and the IGBT. .

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、MOS型半導体素子の
一部がゲート電極直下のチャネル形成領域となる第一領
域およびチャネルへ電荷を供給するための第二領域の形
成を、ゲート電極をマスクとしないで、表面上に形成し
たマスクを用いてのセルフアライメント法による不純物
導入によって行うことにより、それらの領域の形成ある
いはラッチアップ防止のための高不純物濃度層の形成の
工程がゲート絶縁膜形成の前に行われるため、高温で実
施でき、工程時間が短くなる。そして、ゲート絶縁膜は
900 ℃以下の低温で形成することができ、それ以後の工
程で900 ℃を超える高温にさらされることもないため、
放射線照射時にゲート絶縁膜に発生する固定電荷量を低
減することができ、耐放射線性を備えたMOS型半導体
素子が低いコストで製造可能になる。しかも、第一、第
二領域がセルフアライメント法で形成できるため、両者
の位置関係の精度が良好でチャネル長が短くなり、オン
抵抗が小さい素子が得られる。
According to the present invention, the formation of the first region and the second region for supplying charges to the channel, in which a part of the MOS type semiconductor element is a channel formation region immediately below the gate electrode, is performed by using the gate electrode. By using a mask formed on the surface and introducing impurities by a self-alignment method without using a mask, the process of forming those regions or forming a high impurity concentration layer for preventing latch-up is performed by a gate insulating film. Since it is performed before the formation, it can be performed at a high temperature, and the process time is shortened. And the gate insulating film
It can be formed at temperatures as low as 900 ° C or less, and will not be exposed to temperatures above 900 ° C in subsequent processes.
The amount of fixed charges generated in the gate insulating film during irradiation with radiation can be reduced, and a radiation-resistant MOS semiconductor device can be manufactured at low cost. In addition, since the first and second regions can be formed by the self-alignment method, the accuracy of the positional relationship between the two is good, the channel length is short, and an element with low on-resistance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例のMOS型半導体素子製造工
程を(a) から(i) までの順に示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a MOS semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of (a) to (i).

【図2】電力用MOSFETの構造を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a power MOSFET.

【図3】IGBTの構造を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the IGBT.

【図4】MOS型半導体素子への放射線照射時の挙動を
示す断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a behavior when irradiating a MOS type semiconductor element with radiation.

【図5】本発明の別の実施例のMOS型半導体素子製造
工程を(a) から(i) までの順に示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing the steps of manufacturing a MOS type semiconductor device according to another embodiment of the present invention in the order of (a) to (i).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n- シリコン基板 3 p形ベース層 4 n+ ソース層 51 ゲート絶縁膜 6 ゲート電極 13 酸化層マスク 14 酸化膜 15 ほう素イオン 17 レジストマスク 18 ひ素イオン 23 マスク層Reference Signs List 1 n - silicon substrate 3 p-type base layer 4 n + source layer 51 gate insulating film 6 gate electrode 13 oxide layer mask 14 oxide film 15 boron ion 17 resist mask 18 arsenic ion 23 mask layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/334 - 21/336 H01L 29/78 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/334-21/336 H01L 29/78

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第一導電形の半導体層の表面層に選択的に
第二導電形の第一領域を形成する工程と、前記第一領域
に選択的に第二導電形で前記第一領域より高不純物濃度
でかつ浅い第三領域を形成する工程と、前記第一領域の
表面層から第三領域上に延びるよう選択的に形成された
第一導電形の第二領域を形成する工程と、前記半導体層
の表面上にゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜の
上にゲート電極を形成する工程とを含み、前記第一領域
と第二領域とにはさまれた部分の上にゲート絶縁膜を介
してゲート電極を備えたMOS型半導体素子の製造方法
において、第一のマスクを用いての不純物導入により第
一領域を形成し、第二のマスクを用いての不純物導入に
より第三領域を形成し、第二のマスクを除いた後第一の
マスクと第三のマスクを用いての不純物導入により第二
領域を形成し、これらの工程の後でゲート絶縁膜および
ゲート電極を形成する工程を行うことを特徴とするMO
S型半導体素子の製造方法。
A step of selectively forming a first region of a second conductivity type in a surface layer of a semiconductor layer of a first conductivity type; and a step of selectively forming a first region of a second conductivity type in the first region. Forming a third region with a higher impurity concentration and shallower, and forming a second region of the first conductivity type selectively formed to extend over the third region from the surface layer of the first region. Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor layer, and forming a gate electrode on the gate insulating film, on the portion sandwiched between the first region and the second region In a method for manufacturing a MOS type semiconductor device having a gate electrode with a gate insulating film interposed therebetween, a first region is formed by introducing impurities using a first mask, and a first region is formed by introducing impurities using a second mask. After forming the three regions and removing the second mask, the first mask and the third mask The second region is formed by introduction of impurities using click, and performing the step of forming a gate insulating film and the gate electrode after these steps MO
A method for manufacturing an S-type semiconductor device.
【請求項2】第一導電形の半導体層の表面層に選択的に
第二導電形の第一領域を形成する工程と、前記第一領域
に選択的に第二導電形で前記第一領域より高不純物濃度
でかつ深い第四領域を形成する工程と、前記第一領域に
選択的に第二導電形で前記第一領域より高不純物濃度で
かつ浅い第三領域を形成する工程と、前記第一領域の表
面層から第三領域上に延びるよう選択的に形成された第
一導電形の第二領域を形成する工程と、前記半導体層の
表面上にゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜の上
にゲート電極を形成する工程とを含み、前記第一領域と
第二領域とにはさまれた部分の上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極を備えたMOS型半導体素子の製造方法に
おいて、予め第四領域を形成する不純物導入を行い、第
一のマスクを用いての不純物導入により第一領域を形成
し、第二のマスクを用いての不純物導入により第三領域
を形成し、第二のマスクを除いた後第一のマスクと第三
のマスクを用いての不純物導入により第二領域を形成
し、これらの工程の後でゲート絶縁膜およびゲート電極
を形成する工程を行うことを特徴とするMOS型半導体
素子の製造方法。
2. A step of selectively forming a first region of a second conductivity type on a surface layer of a semiconductor layer of a first conductivity type; and selectively forming a first region of a second conductivity type on the first region. A step of forming a fourth region with a higher impurity concentration and deeper, and a step of selectively forming a third region with a higher impurity concentration and shallower than the first region with a second conductivity type in the first region selectively; Forming a second region of the first conductivity type selectively formed so as to extend from the surface layer of the first region onto the third region; forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor layer; Forming a gate electrode on an insulating film, and manufacturing a MOS type semiconductor device including a gate electrode on a portion sandwiched between the first region and the second region via a gate insulating film. In the method, an impurity for forming the fourth region is introduced in advance, and the first mask is used. Forming a first region by introducing impurities, forming a third region by introducing impurities using a second mask, removing the second mask, and then using the first and third masks. A method for manufacturing a MOS semiconductor device, comprising: forming a second region by introducing impurities; and performing a step of forming a gate insulating film and a gate electrode after these steps.
【請求項3】第一のマスクが熱酸化膜からなる請求項1
又は2記載のMOS型半導体素子の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first mask comprises a thermal oxide film.
3. A method for manufacturing a MOS semiconductor device according to item 2.
【請求項4】製造されるMOS型半導体素子が人工衛星
内又は原子力施設内で用いられる請求項1又は2記載の
MOS型半導体素子の製造方法。
4. The method for manufacturing a MOS semiconductor device according to claim 1, wherein the manufactured MOS semiconductor device is used in an artificial satellite or a nuclear facility.
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