JPH01253281A - 伝導度変調型mosfetの製造方法 - Google Patents

伝導度変調型mosfetの製造方法

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JPH01253281A
JPH01253281A JP8093488A JP8093488A JPH01253281A JP H01253281 A JPH01253281 A JP H01253281A JP 8093488 A JP8093488 A JP 8093488A JP 8093488 A JP8093488 A JP 8093488A JP H01253281 A JPH01253281 A JP H01253281A
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JP
Japan
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region
conductivity type
type semiconductor
polycrystalline semiconductor
gate
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Pending
Application number
JP8093488A
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English (en)
Inventor
Katsunori Ueno
勝典 上野
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333Vertical insulated gate bipolar transistors

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  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はたて型の絶縁ゲート電界効果トランジスタの伝
導度変調型MOSFET  (以下これをICBTと略
称する)を製造する方法に関する。
〔従来の技術〕
I GBTはオン電圧が低く、またスイッチングスピー
ドも速いことから、近年注目されている半導体スイッチ
ング素子である。はじめにI GBTの要部構成を第3
図、その等価回路を第4図に示し、両図を参照してI 
GBTの構成と動作の概要を述べる。第3図はNチャネ
ルのr GBT素子の部分断面図であり、主要な部分は
符号順にエミンタ端子1.ゲート端子2.コレクタ端子
3.P゛コレクタfil域4 + N ゛ハソフプ51
5.N−ベース層6.Pベース領域7.29エミッタ領
域8.N。
ソース領域9.ゲート酸化膜10.ポリシリコンゲート
11である。この素子は第4図の等価回路図に見られる
ようにPNP )ランジスタ14とNPN I−ランジ
スタ13からなる寄生サイリスタが存在する。
rGBTはMOSFET12からPNPトランジスタ1
4のベースに電流を供給して動作させるが、電流を流し
すぎると寄生サイリスタがオン状態となり、主電流をし
ゃ断することができなくなり遂に素子が破壊されるとい
うランチアンプ現象が生ずる。
ランチアンプ現象が生ずるのを防止するには第4図15
のシッート抵抗を小さくして寄生サイリスタを動作しに
くくすればよい、このことは第3図で言えばN0ソース
領域9の直下のPベース領域7の抵抗を下げることに相
当する。そのために第3図のP″領域8をチャネル形成
領域でできるだけポリシリコンゲート11のエツジ部に
近づけるようにして設けるのが好ましい。
P′領域8を形成するには従来衣のように行なっている
や第5図はIGBTを製造する過程のうちP″領域8の
形成に必要な部分のみの工程順を示したものであり、第
3図と共通部分を同一符号で表わしである。第5図18
+はゲート酸化膜10.ポリシリコンゲート11.  
Pベース領域7を形成し、フォトレジスト16を塗布し
た所である0次に第5図中)でP′領域8を形成する不
純物を導入する。
不純物導入を矢印17.その不純物の蓄積された領域を
18で表わす、そして第5図(C1ではフォトレジスト
16を剥離して不純物18を熱処理し活性化することに
よりP’tJr域8が形成される0以上の過程において
前述のようにI GBT素子のランチアップの発生を防
止するためには第5図18+のポリシリコンゲート11
のエツジ部19とp + 65域8のエツジ部20とが
できるだけ近くなるようにP”領域8を形成すればよい
のである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら以上の方法にはなお解決しなければならな
い問題がある。それは第5図18+の前工程の図示して
ないポリシリコンゲート11のパターンニングと第5図
(alのフォトレジスト16によるパターンニングをそ
れぞれ異なるフォトマスクを用いるフォトエツチング工
程で行なうため、パターンニングずれが必ず生じてしま
うことである。とくにI GBTはICなどのフォトエ
ツチング工程に比べてマスクの位置合わせ精度が劣るた
めに、そのずれが0.5〜1μ程度生じる。そこでマス
クずれをできるだけ少なくするために通常第5図(al
のレジスト16によるパターンニングはポリシリコンゲ
ート11のパターンニングに対して位置ずれを見込んで
フォトマスクを2−以上離す必要がある。
しかし、実際にはポリシリコンゲート11やフォトレジ
スト16の厚さは1〜2μあり、これらがかなりJ7い
ためにフォトマスクを3〜5μ離さなければならない、
この後、導入する不純物を拡散してP″領域8を形成す
ることを考慮するとこのように大きなマスクのずれは重
大な影響を及ぼすことになる。もし、第5図tc+のポ
リシリコンエツジ部19とP′″領域エツジ部20が重
なってしまうと、ゲートに加えるしきい値電圧の上昇を
招く0以上のことからI GBT素子の製造に際しては
、ラッチアンプの発生を防ぐためにポリシリコンエツジ
部19とP J hl域エツジ部20をできるだけ接近
させるようにすべきであるにも拘らず、製造上の歩留り
を考慮すると、これらエツジ部を一定の距離だけ離さざ
るを得ないのである。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、シッー
ト抵抗を可能な限り小さくし、すなわち、ポリシリコン
ゲートとP″領域互のエツジ部をできるだけ近づけるこ
とによりランチアップの発生を防止し、特性のばらつき
が少なく製造歩留りの高いI GBTの製造方法を提供
することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の伝導度変調型MOSFETは次の手順にしたが
って第1導電型半導体ベース領域、第1導電型高不純物
濃度半導体領域および第2導電型半導体ソース領域を形
成するものである。
1)第2導電型半導体領域上にゲート酸化膜を介して形
成された多結晶半導体層にレジストを塗布し、多結晶半
導体ゲート形成領域をパターンニングした後、多結晶半
導体層を厚さ方向に所定の深さまでエツチング除去する
ii )熱処理を施し、多結晶半導体ゲート形成領域上
に残したレジストの一部をレジストパターンニングの端
部から前記所定の深さにエツチングした多結晶半導体層
表面まで所定の距離を保つように溶出させる。
iii )  レジストの溶出した位置で多結晶半導体
層をエツチング除去した後、レジストを全て除去し、段
付きの多結晶半導体層を残す。
iv )上記段付きの多結晶半導体層をマスクとして不
純物を導入して熱処理し、第2導電型半導体領域表面に
第1導電型半導体ベース頌域を形成する。
■)再び前記段付きの多結晶半導体層をマスクとして不
純物を導入して熱処理し、前記第1導電型半導体ベース
領域に第1導電型の高不純物濃度半導体領域を形成する
vl )前記段付きの多結晶半導体層を多結晶半導体ゲ
ート形成領域を残してその他の部分を段差がなくなるま
でエツチングし、多結晶半導体ゲートを形成する。
vi)前記多結晶半導体ゲートをマスクとして不純物を
導入して熱処理し、第2導電型半導体ソース領域を形成
する。
〔作用〕
本発明は以上のようにI GBTの製造過程におけるポ
リシリコン層のフォトエツチング工程の際、ポリシリコ
ン層を半導体板の表面までエツチングをすることなく途
中で止め、その後ゲート形成部にフォトレジストの付着
した状態で熱処理を施し、フォトレジストを僅かにポリ
シリコン層の上に溶かし出してから再びポリシリコン層
のエツチングを行なうことにより段付きのポリシリコン
層を形成する。この段付きポリシリコン層をマスクとし
て第1の不純物を導入した後、このポリシリコン層を段
差がなくなるまでエツチングして第2の不純物を導入す
る。このようにポリシリコン層を、その形状を変えて不
純物導入のマスクとして再度利用することにより、フォ
トマスクを用いることなくセルファラインで精度よく不
純物導入を行なうものである。
〔実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明する。
第1図、第2図は本発明のプロセスを順を逼って示した
工程図であり、第3図と共通部分に同一符号を用いであ
る。ここでは初期のよく知られた工程は省略し、第1図
(alから出発する。第1図fa)はN−ベース層6の
表面にゲート酸化膜10を介してCVD法などにより形
成されたポリシリコン層にフォトレジストを塗布し、ポ
リシリコンゲートとなる部分のレジスト21以外のレジ
ストを除去してポリシリコン層の厚さ方向にエツチング
を行なうが、このときエツチングを途中で止めて、ポリ
シリコン層をある程度残し段差をもったポリシリコンl
I22を形成したものである0次に第1図(blは熱処
理を施してレジスト21を僅かに溶かし、ボリシリコン
ゲート形成部の端部から下方のポリシリコン層22にレ
ジスト21が溶は出した状態である。
このときレジスト21が溶は出してポリシリコン層22
の段差部で流れる距@Dを制御する必要があるが、これ
はレジスト21の厚さと熱処理条件などを正しく設定す
ることによりDの寸法を0.5〜1.5μの範囲に収め
ることが可能である。ここでポリシリコン層22をエツ
チングして第1図(C1のように段付きのポリシリコン
122aを形成する0次いでこのポリシリコン層22a
をマスクとしてボロンなどの不純物をイオン注入法など
により導入して熱処理し、N−ベース層6内にPベース
領域7を形成する過程が第1図fdlである。このPベ
ース領域7はMOSFETのチャネルが形成される部分
となる。第2図filでは再度ポリシリコン層22aを
マスクとしてP9頭領域を形成するためのボロンなどの
不純物をイオン注入する。ボロンのイオン注入を矢印2
3で示し、注入されたボロンを24で表わす、第2図(
f)は熱処理を施し、ボロン24を活性化してP′領域
8を形成した後、ポリシリコン層22aの段差をなくす
ようにこれをエツチングし、ポリシリコン層−)11を
形成する過程である。続いて第2図(にでポリシリコン
ゲートをマスクとして第3図のN°ソース領域9を形成
するための砒素などの不純物をイオン注入する。(f)
のときと同様、砒素のイオン注入を矢印25で示し、注
入された砒素を26で表わす、その後は熱処理によりN
″″ソース領域9を形成するがこの過程は第2図には図
示を省略した。
以上のように本発明の方法によればP″領域8の不純物
導入とN°ソース領域9の不純物導入をフォトレジスト
21が熔は出した分に相当する段付きポリシリコン層の
22aの横方向の寸法差によって行なうことができるの
で基本的にセルファラインであって、確実にP”eJl
域8のエツジ部20(第5図)をポリシリコンゲート1
1のエツジ部19(第5図)に近づけることができる。
なお以上の過程において、ポリシリコン層を段付きにせ
ず、フォトレジスト21を溶かした状態でP″領域8の
不純物のイオン注入ができそうにも思われるが、MOS
 F ETのチャネル部となろPベース領域7を形成す
るときに高温熱処理を必要とするのでそのときレジスト
21を残したままにしておくことができない、したがっ
てポリシリコン1122aを段付きとするのである。
また以上すべてNチャネル素子の場合で説明してきたが
、Pチャネル素子に対しても原理的に本発明の方法を適
用することができる。
〔発明の効果〕
I GBTはラッチアップが生ずるのを抑制するため、
Pベース領域内にその抵抗を小さくするようP″領域エ
ツジ部をポリシリコンゲートのエツジ部にできるだけ接
近させて形成するのがよいが、従来P″領域形成にはポ
リシリコンゲートを形成するのに用いるフォトマスクと
は異なるフォトマスクを用いるために、合わせ位置のず
れを見込んでポリシリコンゲートのエツジ部から3〜5
1rmも離さなければならなかったのに対し、本発明の
方法は実施例で述べたように、ポリシリコン層に塗布し
たフォトレジストをゲート形成領域の端部゛から溶出さ
せて段付きのポリシリコン層を形成し、これをマスクと
してPベース領域とP″領域不純物導入を行ない、続い
てエツチングにより段差をなくしたポリシリコンゲート
をマスクとしてN0ソース領域の不純物を導入すること
ができ、フォトマスクを用いることなく不純物導入をセ
ルファラインで行なうものであって、各半導体領域が高
精度に形成され、さらに段付きのポリシリコン層の段差
部における横方向の寸法差はフォトレジストの加熱溶出
を制御することによって0、5〜1.5nの範囲で再現
性よく得られるので、これを利用したP″領域形成には
従来のフォトマスクを用いた3〜5−ずらせる方法では
到底制御不可能な位置までP″領域ポリシリコンゲート
エツジに近づけることが可能となり、I GBTのラン
チアップの発生を抑制するのに寄与する所が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の方法によるT GBTの製造
工程図、第3図はI GBTの要部構成断面図、第4図
は同じく等価回路図、第5図は従来の製造工程図である
。 6:N−ベース層、78Pベース領域、8:P4領域、
9:N′″領域、10:ゲート酸化膜、11:ポリシリ
コンゲート、I2:MOSFET、13:NPNトラン
ジスタ、14:PNP)ランジスタ、15:シッート抵
抗、16,21:フォトレジスト、19:ボリシリコン
ゲートエソジ部、20:P″領域エツジ部、22;ポリ
シリコン層、22a:段付きポリシリコン層、23:ボ
ロンのイオン注入、24:注入されたボロン、25:砒
素のイオン注入、26:注入された代理人井理士山 口
  巌′]゛− 第1図 11↓↓↓l 「−23 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)第1導電型半導体領域と、この第1導電型半導体領
    域上に形成された第2導電型半導体領域と、この第2導
    電型半導体領域の表面に拡散形成された第1導電型半導
    体ベース領域と、このベース領域内の表面に拡散形成さ
    れた第2導電型半導体ソース領域と、このソース領域の
    下に拡散形成された第1導電型の高不純物濃度半導体領
    域と、前記ベース領域と前記ソース領域の横方向の不純
    物拡散距離の相違により前記第2導電型半導体領域の表
    面に形成されるチャネル領域上にゲート酸化膜を介して
    形成された多結晶半導体ゲートとを備えてなる伝導度変
    調型MOSFETを製造する方法であって、以下の手順
    により前記第1導電型半導体ベース領域、前記第1導電
    型高不純物濃度半導体領域および前記第2導電型半導体
    ソース領域を形成する工程を含むことを特徴とする伝導
    度変調型MOSFETの製造方法。 i)第2導電型半導体領域上にゲート酸化膜を介して形
    成された多結晶半導体層にレジストを塗布し、多結晶半
    導体ゲート形成領域をパターンニングした後、多結晶半
    導体層を厚さ方向に所定の深さまでエッチング除去する
    。 ii)熱処理を施し、多結晶半導体ゲート形成領域上に
    残したレジストの一部をレジストパターンニングの端部
    から前記所定の深さにエッチングした多結晶半導体層表
    面まで所定の距離を保つように溶出させる。 iii)レジストの溶出した位置で多結晶半導体層をエ
    ッチング除去した後、レジストを全て除去し、段付きの
    多結晶半導体層を残す。 iv)上記段付きの多結晶半導体層をマスクとして不純
    物を導入して熱処理し、第2導電型半導体領域表面に第
    1導電型半導体ベース領域を形成する。 v)再び前記段付きの多結晶半導体層をマスクとして不
    純物を導入して熱処理し、前記第1導電型半導体ベース
    領域に第1導電型の高不純物濃度半導体領域を形成する
    。 vi)前記段付きの多結晶半導体層を多結晶半導体ゲー
    ト形成領域を残してその他の部分を段差がなくなるまで
    エッチングし、多結晶半導体ゲートを形成する。 vii)前記多結晶半導体ゲートをマスクとして不純物
    を導入して熱処理し、第2導電型半導体ソース領域を形
    成する。
JP8093488A 1988-04-01 1988-04-01 伝導度変調型mosfetの製造方法 Pending JPH01253281A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5382538A (en) * 1990-10-16 1995-01-17 Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelectronica Nel Method for forming MOS transistors having vertical current flow and resulting structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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