JPH0494134A - Mos型半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Mos型半導体デバイスおよびその製造方法

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JPH0494134A
JPH0494134A JP21194890A JP21194890A JPH0494134A JP H0494134 A JPH0494134 A JP H0494134A JP 21194890 A JP21194890 A JP 21194890A JP 21194890 A JP21194890 A JP 21194890A JP H0494134 A JPH0494134 A JP H0494134A
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JP
Japan
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gate
insulating film
layer
polycrystalline silicon
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JP21194890A
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Seiji Momota
聖自 百田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (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、第一導電型の半導体層の表面層に選択的に設
けられた第二導電型の第一領域の表面層にさらに第一導
電型の第二領域が選択的に形成され、半導体層と第二領
域にはさまれた第一領域の表面上にゲート絶縁膜を介し
てゲートを備え、第一領域と第二領域にゲートと絶縁さ
れた電極が共通に接触するMOS型半導体デバイスおよ
びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
スイッチング電源、インバータ等の高速化に伴い、電力
用スイッチング電源に高速化と低損失化が求められてい
る。MOSFETあるいは絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ (以下I GBTと略す)などのMOS型デ
バイスは、その高速性によりこの分野での利用が拡大し
ている。
第2図I11〜(elはnチャネルのたで型MOSFE
Tの製造工程を示す、すなわち、先ずN型半導体基板1
の表面上に絶縁酸化膜2とゲートとなる多結晶シリコン
層3を積層する (同図IJII)、この多結晶シリコ
ン層3をパターニングして窓を設け、その窓よりほう素
を導入、拡散してP型の第一領域4を形成し、さらにひ
素を導入してソース領域としての第二領域5を形成する
。そのあと、窓部の表面にイオン注入の際に不純物イオ
ンの入るのを防ぐスクリーン膜として残した絶縁酸化膜
2を除去する (同図(b))、次に、表面を層間絶縁
膜としてのPSG膜6により被覆し、これを選択的にエ
ツチングすることで多結晶シリコン屡3および第二領域
5の一部を露出させる (同図(C1)、さらにエツチ
ングすることで第二領域5の露出部分を除去して第一領
域4の一部を露出させ、次いでPSGIIの等方性エツ
チングを行い第二領域5の一部も露出させる (同図1
dl)、つづいて、表面に金属を蒸着し、その蒸着金属
層をパターニングすることで、前記の露出した多結晶シ
リコンゲート3に接触する金属ゲート電極7と前記の露
出した第一領域4およびソース領域5に接触する金属ソ
ース電極8とする。最後にNjilの反対側表面に金属
を蒸着して金属ドレイン電極9とすt22このデバイス
では、第一領域4ON層1とソース領域5とにはさまれ
て絶縁酸化膜2に接している部分がチャネル領域10と
なっている。このデバイスを動作させるには、例えばソ
ース電極8が接地され、ドレイン電極9に正の電圧がか
けられているときに、ゲート電極7にしきい値以上の正
の電圧を印加すると、チャネル領域10がN型に反転す
ることにより、ソース電極8からソース領域5チャネル
領域10.N屡1を過りドレイン電極9へ電子が流れ、
導通する。
〔発明が解決しようとする課題〕
このようなMOS型半導体デバイスのlIaの一つは、
ゲート電極7とソース電極80間の短絡不良である。そ
の原因としては、ゲート絶縁酸化膜2の欠陥、多結晶シ
リコン層3あるいはPSG絶縁1j6の形状不良などが
あげられる。多結晶シリコン層3やPSG絶縁1!6の
形状不良には、それぞれの形成時に塵埃粒子などが付い
た場合と、フォト工程での現像やエツチング時のパター
ン不良によるものがある。
他のml!は、例えばMOS型半導体デバイスがnチャ
ネルの場合、導通時のキャリアは電子であるが、接合の
アバランシェ時など正孔電流が流れる場合がある。この
電流は、N暦1からチャネル領域10を通り、第一領域
4のソース領域5直下を流れてソース電極8へ抜ける。
この電流11が大きくなってソース領域5直下の抵抗R
によって住しる電圧降下V−1kRが大きくなり、0.
7 V以上に達すると、N層1.P全集−領域4および
N型ソース領域5とからなる寄生バイポーラトランジス
タが動作してデバイスが破壊することがある。
このトランジスタの動作抑制には、抵抗Rを小さくする
ことが宥効である。そのためには、ソース領域5直下の
距離を短縮することが必要である。
しかし、ソース領域5の長さを短縮するにはPSG絶1
tl16の厚さを減らさなければならないが、前記の短
絡不良を防ぐためには多結晶シリコン層3およびPSG
II6のパターニング技術の制約上ある程度の厚さ、例
えば3〜4nの厚さが必要となるので、余り短縮できな
い。
本発明の目的は、多結晶シリコンゲートとソース電極と
の間の絶縁膜を短縮して寄生バイポーラトランジスタの
動作を起こりにり<シたMOS型半導体デバイスを提供
することにある。
〔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、本発明は、第一導電型の
半導体層の表面層に選択的に形成された第二導電型の第
一領域の表面層にさらに第一導電型の第二領域が選択的
に形成され、前記半導体層と第二領域にはさまれた第−
a域の表面上にゲート絶縁膜を介して多結晶シリコンよ
りなるゲートを備え、第一領域および第二領域にゲート
と層間絶縁膜を介して絶縁された主電極が共通に接散す
るMOSJ半導体デバイスにおいて、ゲート絶縁膜の少
なくともゲート側が非酸化性の絶縁物よりなり、層間絶
縁膜が酸化シリコンよりなるものとする。あるいは、上
記のMOS型半導体デバイスの製造方法において、第一
導電型の半導体層の表面上に少なくともその半導体層側
より這い側が非酸化性の絶縁物よりなる絶縁膜および多
結晶シリコン層を積層し、多結晶シリコン層をパターニ
ングして形成された窓を通しての不純物の導入および拡
散を行って半導体層の表面層に第一領域および第二領域
を形成したのち、前記多結晶シリコン層の表面を酸化し
て酸化シリコン膜を形成し、次いで前記半導体層上の絶
縁膜の露出部を除去し、除去された個所に第一領域およ
び第二領域を露出させ、その霧出部分に主電極を接触さ
せるものとする。
〔作用〕
パターニングされた多結晶シリコン層に覆われないゲー
ト絶縁膜は、少なくとも表面層が非酸化性の絶縁物から
なるので、多結晶シリコン層の表面を任意の厚さまで酸
化して酸化シリコン絶縁膜としても露出したゲート絶縁
膜に覆われた半導体層には酸化が進行しない、そして多
結晶シリコン層の露出した表面は完全に酸化膜で覆われ
、後から形成される主電極との間を絶縁する。従って、
多結晶シリコン層のパターニング形状の不良は全く問題
にならず、酸化シリコンは従来層間絶縁膜のPSGの1
0倍程度の絶縁耐量があるため、必要な薄い酸化膜の形
成により主電極とゲートとの間の短絡不良の起こること
がない、また層間絶縁膜のパターニングがないので、そ
の形状不良の問題もない、そして、層間絶縁膜を従来よ
り薄くできるため、第二領域の下の距離を短縮すること
ができ、寄生バイポーラトランジスタがオンしにくくな
る。
〔実施例〕
以下第2図と共通の部分に同一の符号を付した図を引用
して本発明の実施例について説明する。
本発明によるnチャネルたて型MOS F ETの製造
の場合には、第1図に示すようにN型シリコン基板1上
に1000人の厚さの絶縁酸化膜2を積層し、さらに2
00 変色度の厚さのちっ化シリコン1ullを積層す
る。ちっ化シリコン1111は、減圧CVDなどで簡単
に形成でき、しかも非常に強固である。
電気的特性も、誘電率6.誘電強度10’ V/as!
で、酸化シリコン膜の3.9.10’ V/−とほぼ同
一であり、これら2種の絶縁膜によりMOS構造のゲー
ト絶、iisを形成しても問題はない1次に多結晶シリ
コン層3を11a程度の厚さに堆積する (第1図(a
l)。
この多結晶シリコン層3をパターニングして急を設け、
その窓よりほう素を導入、拡散してP型の第一領域4を
形成し、さらにひ素を導入して第二領域 (ソース領域
)5を形成することは第2図について述べた場合と同し
であるが、そのあと多結晶シリコン層3の表面層を酸化
し、約14の厚さの酸化シリコン膜12を形成する (
第1図t))、できた酸化膜のTさはl−で、このとき
多結晶シリコン層3の厚さの約50%が酸化膜へ変化す
るので、その厚さが0.5 Jlllに減少する。前述
のようにちっ化膜11は非常に強固であるので、その下
のシリコン基板1は酸化することはない0次いで、スク
リーン膜として役立った露出している部分のちっ化!1
11および酸化H2をエツチングで除去する。このとき
、多結晶シリコン層3より住した酸化[12もエツチン
グされるが、その厚さは1−で酸化膜2の約10倍の厚
さがあるので、10%減少するだけで約0.94の厚さ
が残る0次いで、この酸化l!!12をマスクにして第
二領域5をエツチングし、第一領域4を露出させる (
第1図IC+)、さらにちっ化1111および酸化1!
2をふっ酸水溶液などで等方性エツチングを行い、0.
5−程度の幅で第二領域5を露出させる。このときも酸
化Mf12がエツチングされ、残りの厚さが0,4μと
なるが、ゲート絶縁酸化112およびちっ化1ullの
合計の厚さの0.12gにくらべて十分厚いのて、この
膜12ての絶縁耐量は問題にならない、酸化シリコン膜
の絶縁耐量は、約1000人の厚さで80V程度あり、
PSG膜では同じ絶縁耐量を得るのにIImの厚さを必
要とするのに比して著しく薄くて充分である。最後にこ
の酸化膜12の金属ゲート電極が接触するための窓をあ
け、Mにより金属ゲート電極7および金属ソース電極8
を形成し、また基板1の反対側の面に^Uなどで金属ド
レイン電極9を形成する (第1図(dl ) 。
このように、多結晶シリコンゲート3を薄い接続111
2でソース電極8と絶縁するので、ソース領域5の長さ
を従来の4〜5nから1j111に@縮でき、ソース領
域直下の抵抗が小さくなる。
第3図は、本発明に基づいて製造されたnチャネルI 
GBTを示し、シリコン基板としてP型基板13の上に
N型層1をエピタキシャル成長させたものを用いている
が、上部のMOS構造については第1図の場合と同様に
本発明が実施されている。
このほか、pチャネルのMOS型半導体デバイスでも同
様に実施できることは明らかである。
なお、上記の実施例ではソース電極8が第二領域5を貫
通して第一領域4と接触しているが、第二領jli5を
9劃して形成し、その中間に第一領域4を露出させれば
、ソース電極8を同一平面上で第一、第二NJIIEに
接触させることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ゲートとして形成される多結晶シリコ
ン層の表面を酸化シリコン膜として主電極との間の層間
絶縁膜にすることにより、層間絶縁膜のパターニングが
不要となり、多結晶シリコン層あるいは層間絶縁膜の形
状不良もしくはフォト工程不良によるゲート・生f極間
の短絡不良を激減させることができた。またjI関絶絶
mmして酸化シリコン膜を用いることにより、その軍さ
が薄くできるので、第一領域のチャネル領域と主電極の
接触する部分との間の1I21IIが短縮可能となり、
第二M載置下の抵抗を小さくして置注バイポーラトラン
ジスタの動作を抑制てきるため、アバランシェ電流によ
る破壊耐量を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のたて型MOSFETの製造
工程を(司〜(司の順に示す断面図、第2図は従来のた
て型MOSFETの製造工程を(a)〜(e)の順に示
す断面図、第3図は本発明の別の実施例のI GETの
断面図である。 1:N型シリコン基板、2.12二酸化シリコン膜、3
:多結晶シリコン層、4:P型筒−i域、5:N型第二
11M、7:ゲート電極、8:ソース電極、工l:ちっ
化シリコン躾。 第1m 第2図 ワ 第3肥

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)第一導電型の半導体層の表面層に選択的に形成され
    た第二導電型の第一領域の表面層にさらに第一導電型の
    第二領域が選択的に形成され、前記半導体層と第二領域
    にはさまれた第一領域の表面上にゲート絶縁膜を介して
    多結晶シリコンよりなるゲートを備え、第一領域および
    第二領域にゲートと層間絶縁膜を介して絶縁された主電
    極が共通に接触するものにおいて、ゲート絶縁膜の少な
    くともゲート側が非酸化性の絶縁物よりなり、層間絶縁
    膜が酸化シリコンよりなることを特徴とするMOS型半
    導体デバイス。 2)非酸化性の絶縁物がちっ化シリコンである請求項1
    記載のMOS型半導体デバイス。 3)第一導電型の半導体層の表面層に選択的に形成され
    た第二導電型の第一領域の表面層にさらに第一導電型の
    第二領域が選択的に形成され、前記半導体層と第二領域
    にはさまれた第一領域の表面上にゲート絶縁膜を介して
    多結晶シリコンよりなるゲートを備え、第一領域および
    第二領域にゲートと層間絶縁膜を介して絶縁された主電
    極が共通に接触するMOS型半導体デバイスの製造方法
    において、第一導電型の半導体層の表面上に少なくとも
    その半導体層側よりも遠い側が非酸化性の絶縁物よりな
    る絶縁膜および多結晶シリコン層を積層し、多結晶シリ
    コン層をパターニングして形成された窓を通しての不純
    物の導入および拡散を行って半導体層の表面層に第一領
    域および第二領域を形成したのち、前記多結晶シリコン
    層の表面を酸化して酸化シリコン膜を形成し、次いで前
    記半導体層上の絶縁膜の露出部を除去し、除去された個
    所に第一領域および第二領域を露出させ、その露出部分
    に主電極を接触させることを特徴とするMOS型半導体
    デバイスの製造方法。 4)非酸化性の絶縁物が窒化シリコンである請求項3記
    載のMOS型半導体デバイスの製造方法。
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