JPH0451068B2 - - Google Patents

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JPH0451068B2
JPH0451068B2 JP60052608A JP5260885A JPH0451068B2 JP H0451068 B2 JPH0451068 B2 JP H0451068B2 JP 60052608 A JP60052608 A JP 60052608A JP 5260885 A JP5260885 A JP 5260885A JP H0451068 B2 JPH0451068 B2 JP H0451068B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、高いゲート破壊耐圧を有する
MOSFETのゲート絶縁膜形成方法に関するもの
である。
<発明の概要> 最初にゲート絶縁膜を熱酸化により形成する。
その後、チツプのフイールド領域の保護膜として
酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコンを被着する。
MOSFET領域に被着した酸素ドープ半絶縁性多
結晶シリコン膜はエツチングにより除去する。さ
らに、MOSFETの領域以外のフイールド領域に
は、電極との絶縁分離のためにCVD法のSiO2
を厚く形成する。その際、MOSFET領域の熱酸
化SiO2(ゲート酸化膜)とCVD法によるSiO2とを
分離するためシリコン窒化膜を使う。
<発明の背景> 本発明は、電力用トライアツクのオンオフ制御
のために使用される点弧用SSR(Solid−State
Relay)の受光側のプレーナ型ホトトライアツク
のうち、ゼロクロス機能を有するモノリシツク半
導体装置に適用される。さらに、ホトトライアツ
クチツプにゼロクロス機能を付加する手段とし
て、MOSFETをチツプに内蔵させる製造方法に
関するものである。さらに、ホトトライアツクチ
ツプは、AC100V用、AC200V用等用途に応じて
要求されるブレイクオーバー電圧が異なるが、本
発明は定格ブレイクオーバー電圧600Vの
AC200V用のチツプに内蔵するMOSFETに適用
される。定格ブレイクオーバー電圧はそのまま
MOSゲートに印加される。本発明は、600V以上
のゲート破壊電圧を有するMOSFETのゲート絶
縁膜形成に関するものである。
<従来の技術> AC200V系用ゼロクロス型ホトトライアツクの
ゲート絶縁膜形成方法としての従来技術はみあた
らないが、近い技術として、MOS−ICのゲート
絶縁膜形成方法としての酸素ドープ多結晶シリコ
ン膜の局所酸化法がある。そのプロセスを第2図
に示す。この方法は、シリコンウエハ10に対す
る拡散工程完了後、半導体基板表面のSiO2膜を
全面除去し、その後、酸素ドープ多結晶シリコン
膜11と気相成長によるSiO2膜(以下CVDSiO2
膜と略す)12とを連続して被着する。その後、
ホトエツチング及びウエツトエツチングによつて
選択的にCVD SiO212を除去する。しかる後
に、熱酸化を施すことによつて、CVD SiO212
の窓開けを行つた領域の酸素ドープ多結晶シリコ
ン膜11を酸化しSiO2膜に変化させる。これを
MOSのゲート絶縁膜(符号13で示す)として
使用するのである。一方、CVD SiO2膜12の窓
開けを行つていない領域は、CVD SiO2膜12の
厚みのために酸化が進行せず、酸素ドープ多結晶
シリコン膜11が残るため、そのパツシベーシヨ
ン効果が保存される。
<発明が解決しようとする問題点> 従来法では、酸素ドープ多結晶シリコン膜11
の被着後に熱酸化を行うため、高温(T=1100℃
以上)の処理では、酸素ドープ多結晶シリコン膜
11中のシリコン粒径が変化し、パツシベーシヨ
ン効果の低下やPN接合のリーク電流が増大する
などの併害があつた。そのため、ゲート酸化は低
温(T=1100℃以下)、短時間(30min以下)に
限定され、酸化膜厚としてはせいぜい2000〜3000
Åが上限であつた。
ゲート絶縁破壊電圧を高める必要のある
MOSFETは、ゲート絶縁膜厚を厚くできないの
は致命的である。
本発明は上述のような点に鑑みて、高いゲート
破壊電圧を有するMOSFETのゲート絶縁膜形成
方法を提供することを目的とする。
<問題点を解決するための手段> まず、MOSFETのゲート絶縁膜としてSiO2
を熱酸化により形成する。その後、選択エツチン
グによつてMOSFET領域以外の表面SiO2膜を除
去し、表面に酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン
膜を被着する。そしてさらにその後、MOSFET
領域の酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン膜を除
去して、フイールド領域の酸素ドープ半絶縁性多
結晶シリコン膜上にさらにシリコン窒化膜及び
CVD法によるSiO2膜を形成する。
<作用> 上記プロセスにより、酸素ドリープ半絶縁性多
結晶シリコン膜の非存在下で、ゲート絶縁酸化膜
が形成され、容易にその膜厚を厚くすることが可
能となる。また、その後のCVD法によるSiO2
は電極との絶縁分離作用を果すとともに、シリコ
ン窒化膜は上記ゲート絶縁酸化膜としての熱酸化
SiO2とを分離することとなる。
<実施例> 本発明のゲート絶縁膜形成法における具体的な
プロセス例を第1図に示す。ここではn型半導体
基板(ウエハ)1内に、拡散によつてPウエル領
域2及びn型の各ソース領域3とドレイン領域4
を形成している。このような拡散工程の完了後、
まずMOSFET領域のSiO2膜5を選択エツチング
により除去し、熱酸化によつてゲート絶縁膜とし
てのSiO2膜(tox=1.2μm)6をこの段階で形成
する。次に、MOSFET領域以外のフイールド領
域のSiO2膜6を選択エツチングにより除去する。
そして、保護膜として酸素ドープ半絶縁性多結晶
シリコン膜(酸素濃度15〜35atm% t=2000
Å)7を減圧気相成長法によつて被着し、
MOSFET領域の酸素ドープ半絶縁性多結晶シリ
コン膜7をCF4ガスによるプラズマエツチングに
よつて選択的に除去する。このとき、下地の
SiO2膜(ゲート絶縁膜)6のエツチングレート
に対して、酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン7
のエツチングレートは十分大きく、一般的な光セ
ンサによる終点検出法によりエツチングを終了す
れば、オーバーエツチングによる下地SiO2膜6
の膜厚減少は無視できる。
その後、減圧気相成長法によつてシリコン窒化
膜(t=1000Å)8を被着し、連続して、電極配
線による絶縁破壊防止のためのCVDSiO2膜9を
被着する。シリコン窒化膜8は、熱酸化による
SiO2膜(ゲート絶縁膜)6とCVDSiO2膜9との
電気的絶縁を行ない、またMOSFET以外の領域
の保護膜となる。次に、ホトエツチングとウエツ
トエツチング(いわゆるバツフアエツチヤント
HF:NH4F=1:4など)によつて、MOSFET
領域のCVDSiO2膜9を除去する。このとき、下
地のシリコン窒化膜8のエツチングレートは極め
て小さい(15Å/min)ので、膜厚の減少はほ
とんど生じない。続いて、プラズマエツチングに
よりシリコン窒化膜8を除去する。ここでもエツ
チングレートの差により、下地の熱酸化による
SiO2膜6の膜厚減少は問題にならない。
こうして、合計2回のプラズマエツチングによ
る熱酸化によるSiO2膜6の膜厚減少を5%以下
に抑えることは容易である。この後、熱処理(T
=1000℃)、電極形成の工程を行うが、一般的な
ので省略する。なお、上記ゲート絶縁膜の形成方
法において、MOSFET領域上の減圧気相成長法
によるシリコン窒化膜8を保存し、熱酸化による
SiO2膜6との2層構造としてもよい。すなわち、
シリコン窒化膜8はゲート絶縁膜の一部として使
用できる。また、シリコン窒化膜8の下の保護膜
7は、酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン膜のみ
の場合について述べたが、いわゆるポリシリコン
膜との2層構造、またはそれらを多層に積み重ね
た場合についても工程は基本的には同様である。
以上のようなプロセスであつて、先にゲート絶
縁膜6としてSiO2膜を熱酸化により形成するの
で、ゲート酸化膜6の膜厚を厚くできる。例え
ば、tpx=1.2μmで、ゲート絶縁破壊電圧は200V
程度となつた。
参考までに、上記プロセスを経て作成されたゼ
ロクロス型ホトトライアツクチツプの断面構造を
第3図に、また、その等価回路を第4図に示す。
第3図において第1図と同一部分は( )書きで
示している。また、第4図の符号は第3図と対応
している。
図において、 21(1):n型半導体基板、 22:抵抗RGK拡散領域、23:Pゲート拡散
領域、24:カソード拡散領域、25:アノード
拡散領域、 26(2):Pウエル拡散領域、27(3):ソース拡
散領域、28(4):ドレイン拡散領域、29(6):
MOSゲート絶縁膜(熱酸化によるSiO2膜)、30
(7):酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン膜、31
(8):シリコン窒化膜、32(9):CVDSiO2膜、 33:MOSゲート電極、34:ドレイン電極、
35:ソース電極、36:アノード電極(T2
極)、37:カソード電極(T1電極)、38:
MOSゲード配線 である。
以上、ゼロクロス型ホトトライアツクチツプの
ゲート絶縁膜形成方法について説明したが、他の
耐圧を要するMOSFET等についても同様に実施
できることは明らかである。
<発明の効果> 上記した如く本発明の方法によれば、ゲート絶
縁膜としては膜厚の厚い熱酸化によるSiO2膜か
らなり、高絶縁破壊耐圧が要求されるゲート絶縁
膜が容易に形成できるとともに、MOSFET以外
のフイールド領域に形成される酸素ドープ半絶縁
性多結晶シリコン膜からなるパツシベーシヨン膜
は、酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン膜の被着
後、パツシベーシヨン効果に影響を及ぼす熱処理
にさらされることがなく、パツシベーシヨン効果
の低下やリーク電流の増大を防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するプロセス
図、第2図は従来例を説明するプロセス図、第3
図は本発明による製作例を示すチツプの断面構成
図、第4図は第3図の等価回路図である。 1……n型半導体基板、5……SiO2膜、6…
…ゲート酸化膜、7……酸素ドープ半絶縁性多結
晶シリコン膜、8……シリコン窒化膜、9……
CVDSiO2膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板にMOSFETの各ソース領域及び
    ドレイン領域を形成する工程、 MOSFETのゲート絶縁膜として上記基板上に
    熱酸化によるSiO2膜を形成する工程、 その後、選択エツチングにより上記MOSFET
    領域以外のSiO2膜を除去し、該表面にフイール
    ド領域におけるパツシベーシヨン膜となる酸素ド
    ープ半絶縁性多結晶シリコン膜を被着する工程、 選択エツチングにより上記MOSFET領域の上
    記酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン膜を除去し
    て、上記フイールド領域のパツシベーシヨン膜と
    なる酸素ドープ半絶縁性多結晶シリコン膜上に、
    さらに少なくともシリコン窒化膜及びCVD法に
    よるSiO2膜を被着、形成する工程、 とを含むことを特徴とするMOSFETのゲート絶
    縁膜形成方法。
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