JPH04274330A - 電力用半導体素子の製造方法 - Google Patents

電力用半導体素子の製造方法

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JPH04274330A
JPH04274330A JP3485991A JP3485991A JPH04274330A JP H04274330 A JPH04274330 A JP H04274330A JP 3485991 A JP3485991 A JP 3485991A JP 3485991 A JP3485991 A JP 3485991A JP H04274330 A JPH04274330 A JP H04274330A
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JP
Japan
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electrode
insulating film
layer
source electrode
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JP3485991A
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English (en)
Inventor
Masahide Watanabe
渡邊 雅英
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主電極間を流れる主電
流制御用のゲート電極を持つ、バイポーラトランジスタ
 (BJT),絶縁ゲートトランジスタ (IGBT)
,MOS型電界効果トランジスタ (MOSFET),
ゲートターンオフサイリスタ (GTO) などの電力
用半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電力用半導体素子の半導体基体上の電極
と外部端子との間に信頼性の高い接続を行うために加圧
接触構造を採用することはよく知られている。電力用半
導体素子がゲート電極をもつ場合、主電極と接触板との
加圧接触が、ゲート電極に圧力が加わらないように、ま
た接触板とゲート電極との間に短絡が起こらないように
する必要がある。そのためには、例えば図2に示したG
TOにおけるように、pエミッタ層21, nベース層
22, pベース層23, nエミッタ層24からなり
、金属基板25の上に固着されたGTO基体のエミッタ
電極26の設けられるnエミッタ層24がゲート電極2
7の設けられるpベース層23から突出した段差電極構
造が作られ、エミッタ電極26とゲート電極27が電気
的に分離される。そして、突出したエミッタ電極26は
金属接触板28により、加圧接触が可能となる。
【0003】類似の段差電極構造は加圧接触形BJTの
エミッタ電極, ベース電極間にも適用される。
【0004】このような段差は、従来、所要の各層を形
成した平らな基体の一面上に酸化膜によりマスクを設け
、弗硝酸などを用いたエッチングにより形成していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の段差電極構造の
形成方法では、段差のある基体に表面に酸化膜パターン
, 電極パターンなどの形成を行わなければならないた
め、各パターンの最小寸法で200 〜300 μmが
限界である。電力用半導体素子の制御特性を向上させる
ためには、素子を多数の微小な素子ユニットに分割する
ことが行われ、素子の高性能化のためにはパターンの一
層の微細化が必要とされるが、半導体基体表面に段差が
ある状態ではフォト工程での精度を上げられないという
欠点がある。
【0006】本発明の目的は、上述の問題を解決し、素
子ユニットをさらに微細化した場合にも主電極, ゲー
ト電極間の電気的分離を確保した加圧接触が可能である
段差電極構造をもつ電力用半導体素子の製造方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電力用半導体素子の製造方法は、平行な
二つの主面を有する半導体基板にそれぞれ所定の導電型
をもつ所定の領域を形成する工程と、その半導体基板の
一主面を所定の位置に開口部を有する絶縁膜によって被
覆する工程と、半導体基板のその絶縁膜を被覆した主面
上に低抵抗の半導体層を堆積する工程と、その半導体層
のうち前記絶縁膜の所定の開口部の上に存在する部分を
残して他の部分を除去する工程とを含むものとする。そ
して、半導体がシリコンであって半導体層の堆積がSi
HCl3 を用いたCVD法によること、堆積半導体層
の厚さは10μm以上であること、あるいは堆積半導体
層の残された部分の上に金属膜を被覆することが有効で
ある。
【0008】また、半導体基板が第一導電型の第一領域
とその第一領域の表面層内に選択的に形成された第二導
電型の第二領域とその第二領域の表面層内に選択的に形
成された第一導電型の第三領域とを有し、第二領域の第
一, 第三領域にはさまれた部分の表面上に第一絶縁膜
を介するゲート電極が、第二,第三領域に共通に接触す
るソース電極がそれぞれ設けられ、ゲート電極とソース
電極が第二絶縁膜で絶縁される素子の製造方法であって
、堆積半導体層は第二絶縁膜の開口部に露出する第二,
 第三領域上に残されてソース電極となるか、あるいは
堆積半導体層は第二絶縁膜の開口部に露出する第二, 
第三領域上では第二絶縁膜の上面とほぼ同一平面まで除
去されてソース電極となり、第二絶縁膜の開口部に露出
する第三領域の存在しない第二領域上に残されてソース
電極と段差があり、ソース電極と表面を被覆する金属膜
で接続される電極となることが有効である。
【0009】
【作用】半導体基体への所定の導電型をもつ各領域の形
成および主面上の絶縁膜パターンの形成などは、平行な
二つの主面をもつ半導体基体に対して行われるから、高
精度を実現することができ、パターンの微細化が可能で
ある。そして、加圧接触は、堆積半導体層の除去された
部分より一段突出した低抵抗の堆積半導体層によって形
成される段差電極によって行うことができ、突出部が基
体と同一材料であるため破損のおそれがない。
【0010】
【実施例】以下図を引用して本発明のIGBTにおける
実施例について説明する。図1(a) 〜(c) は本
発明の一実施例のIGBTのユニットセルについての製
造工程を示し、図一(a) は、従来のウエーハプロセ
スによりn− シリコン基板1の一面側の表面層に全面
にわたってpドレイン層2、他面側の表面層内に選択的
にpウエル3、pウエルの表面層内に選択的にnソース
領域4、そしてその表面上にゲート酸化膜5を介して多
結晶シリコンからなるゲート電極6を形成し、ゲート電
極上をPSG膜7で覆った状態である。そして一部のp
ウエル31にはソース領域4が形成されておらない。P
SG膜7の開口部81ではpウエル3およびソース領域
4が露出し、他の開口部82ではpウエル31が露出し
ている。ここまでのウエーハプロセスは平らなシリコン
基板に対して行われるので、通常のプロセス並の精度が
得られる。
【0011】図1(b) では、シリコン基板1のソー
ス領域4側に全面にシリコンを成長, 堆積させる。こ
の成長, 堆積は、通常のシリコンのエピタキシャル成
長と同様にエピタキシャル炉を用い、SiHCl3  
(トリクロロシラン) 雰囲気にして1000℃におい
て約15分間SiHCl3 +B2 H6 を流すこと
によって行った。これにより約20μmの厚さのシリコ
ン層10が基板上に成長, 堆積した。成長, 堆積と
記したのは領域81, 82ではシリコン面が露出して
いるため、シリコンのエピタキシャル成長が起こってお
り、他の部分はPSG膜7の上にシリコンが堆積して多
結晶シリコンになっている。シリコン層10にはほう素
がドープされており、B濃度は1019/cm3 程度
であって低抵抗になっている。
【0012】図1(c) では、成長, 堆積したシリ
コン層10のエッチングを行う。よく知られたフォトプ
ロセスによりPSG膜7の開口部82の上のシリコン層
10の上のみを酸化膜で覆い、例えば弗酸,硝酸なるエ
ッチング液を用いてPSG膜7のやや上までエッチング
した。エッチングの終点はエッチング時間で決めた。P
SG膜7の開口部81の上ではシリコン層10がPSG
膜7のほぼ上面の高さまで残ってp層3およびn層4に
接触するソース電極11となる。エッチングされない開
口部82の上のシリコン層10は段差集電電極12とな
る。そして主電流をソース電極11から集電電極12へ
集めるためシリコン層10の上にAl−Si合金膜13
を形成した。一方、ドレイン層2の上にドレイン電極1
4をAl−Si合金で形成した。
【0013】このようにして作成された段差集電電極1
2は、幅200 μm, 高さ20μm, 長さ1mm
の寸法をもつ。 このようなユニットセルを多数1枚のシリコン基板に形
成した。そして各段差集電極12に図2に示したように
金属接触板を加圧接触させることができ、加圧接触型の
IGBTが完成する。なお、p層2をn層にすればMO
SFETとなり、本発明は全く同様に実施できる。
【0014】図3は本発明の別の実施例のIGBTのユ
ニットセルについての製造工程を示し、図1と共通の部
分には同一の符号が付されている。この場合は各ソース
領域4の上を含む絶縁膜7の開口部上にソース電極を兼
ねる段差電極15を形成したもので、図1に示した工程
と異なるのは、図2(b) で成長, 堆積したシリコ
ン層10の上をPSG膜7のpウエル3およびソース領
域4を露出させる開口部81のすべての上方で酸化膜で
覆ったことで、同図(c) のようにエッチングした。 エッチングの終点は上記の実施例と同様である。エッチ
ング後各段差ソース電極15上にAl−Si合金膜13
を形成した。
【0015】このようにして作成された段差ソース電極
15は幅20μm, 高さ20μm, 長さ1mmの寸
法をもつ。そして1枚のシリコン基板上に多数形成され
たこのような段差ソース電極15に金属接触板を加圧接
触させることにより、加圧接触型IGBTが完成する。
【0016】図1および図3に示したIGBTユニット
セルを直径3インチのシリコン基板に作成し、両面から
金属接触板を段差電極12, 15およびトランジスタ
電極14に対して3トンの圧力で加圧接触させたが、段
差電極が破壊することがなく、ゲート電極6には圧力が
加わらないため、ゲート特性の異常は発生しなかった。 このようにゲート電極6に機械的なひずみを与えること
なく、また段差電極, ゲート電極間の短絡発生を確実
に防止するためには、段差の高さ,すなわちシリコン層
10の厚さは10μm以上必要であることがわかった。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、加圧接触のために段差
のある電極を半導体基体自体に段差を形成することによ
らないで、平らな半導体基板面上に低抵抗の半導体層を
堆積し、段差電極以外の部分を除去することによって形
成したので、加圧しても段差電極部で破壊されることが
なく、ゲート電極, 段差電極間の絶縁が確保され、ゲ
ート領域に圧力がかからないのでゲート特性の異常の発
生しない、信頼性の高い電力用半導体素子を得ることが
できた。
【0018】そして、本発明によれば、平らな半導体基
板に対してウエーハプロセスを適用できるため、段差の
ある半導体基体におけるのと異なり、各パターンの高精
度が維持できる。また、半導体層の堆積をエピタキシャ
ル法と同様にして行えば、半導体基板内の拡散領域の寸
法にも影響を与えることがなく、微細化された高性能の
電力用半導体素子が得られる。
【0019】なお、本発明は上述の実施例について述べ
たIGBT, MOSFETに限らずBJT, GTO
にも実施できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のIGBTの製造工程を(a
),(b),(c) の順に示す断面図
【図2】従来の加圧接触型GTOの断面図
【図3】本発
明の別の実施例のIGBTの製造工程を(a),(b)
,(c) の順に示す断面図
【符号の説明】
1    n− シリコン基板 2    pドレイン層 3    pウエル 31    pウエル 4    nソース領域 5    ゲート酸化膜 6    ゲート電極 7    PSG膜 10    シリコン層 11    ソース電極 12    段差集電電極 13    Al−Si合金膜 14    ドレイン電極 15    段差ソース電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平行な二つの主面を有する半導体基板にそ
    れぞれ所定の導電型をもつ所定の領域を形成する工程と
    、その半導体基板をその一主面を所定の位置に開口部を
    有する絶縁膜によって被覆する工程と、半導体基板のそ
    の絶縁膜を被覆した主面上に低抵抗の半導体層を堆積す
    る工程と、その半導体層のうち前記絶縁膜の所定の開口
    部の上に存在する部分を残して他の部分を除去する工程
    を含むことを特徴とする電力用半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の方法において、半導体がシ
    リコンであって半導体層の堆積がトリクロロシランを用
    いたCVD法による電力用半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1あるいは2記載の方法において、
    堆積半導体層の厚さが10μm以上である電力用半導体
    素子の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1, 2あるいは3記載の方法にお
    いて、堆積半導体層の残された部分の上に金属膜を被覆
    する電力用半導体素子の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1ないし4のいずれかに記載の方法
    において、半導体基板が第一導電型の第一領域とその第
    一領域の表面層内に選択的に形成された第二領域とその
    第二領域の表面層内に選択的に形成された第一導電型の
    第三領域とを有し、第二領域の第一, 第二領域にはさ
    まれた部分の表面上に第一絶縁膜を介するゲート電極が
    、第二, 第三領域に共通に接触するソース電極がそれ
    ぞれ設けられ、ゲート電極とソース電極が第二絶縁膜で
    絶縁される素子の製造方法であって、堆積半導体層は第
    二絶縁膜の開口部に露出する第二, 第三領域上に残さ
    れてソース電極となる電力用半導体素子の製造方法。
  6. 【請求項6】請求項1ないし4のいずれかに記載の方法
    において、半導体基板が第一導電型の第一領域とその第
    一領域の表面層内に選択的に形成された第二領域とその
    第二領域の表面層内に選択的に形成された第一導電型の
    第三領域とを有し、第二領域の第一, 第二領域にはさ
    まれた部分の表面上に第一絶縁膜を介するゲート電極が
    、第二, 第三領域に共通に接触するソース電極がそれ
    ぞれ設けられ、ゲート電極とソース電極とが第二絶縁膜
    で絶縁される素子の製造方法であって、堆積半導体層は
    第二絶縁膜の開口部に露出する第二, 第三領域上では
    第二絶縁膜の上面とほぼ同一平面まで除去されてソース
    電極となり、第二絶縁膜の開口部に露出する第三領域の
    存在しない第二領域上に残されてソース電極と段差があ
    り、ソース電極と表面を被覆する金属膜で接続される電
    極となる電力用半導体素子の製造方法。
JP3485991A 1991-03-01 1991-03-01 電力用半導体素子の製造方法 Pending JPH04274330A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04322471A (ja) * 1991-04-23 1992-11-12 Mitsubishi Electric Corp Mos型半導体装置およびその製造方法
US5635734A (en) * 1994-03-16 1997-06-03 Hitachi, Ltd. Insulated gate type semiconductor device in which the reliability and characteristics thereof are not deteriorated due to pressing action and power inverter using the same

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