JPH05251688A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH05251688A
JPH05251688A JP4737492A JP4737492A JPH05251688A JP H05251688 A JPH05251688 A JP H05251688A JP 4737492 A JP4737492 A JP 4737492A JP 4737492 A JP4737492 A JP 4737492A JP H05251688 A JPH05251688 A JP H05251688A
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JP
Japan
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insulating film
contact
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impurity concentration
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JP4737492A
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English (en)
Inventor
Masahide Watanabe
雅英 渡邊
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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】 【目的】サイリスタのゲート電極のように多層構造の内
側にあるある層に接触する電極の接触抵抗を下げ、その
ばらつきを少なくする。 【構成】内側の層の電極接触面から不純物を拡散してそ
の表面層を1×1019原子/cm3 以上の高不純物濃度にす
る。 【効果】表面不純物濃度の高い表面層への電極の接触の
接触抵抗の低下およびそのばらつきの減少が達せられ
る。そのほかに、高不純物濃度の表面層形成のために酸
化膜の窓を通してほう素を拡散する場合、酸化膜の上に
付着するBSGのゲッタリング作用で酸化膜内の実効電
荷量が減少し、その下のpn接合をバイパスするチャネ
ルの形成が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の一主面に
一つの半導体層のほかにその層に隣接する異なる導電型
の層の一部が露出し、双方の層にそれぞれ電極が被着す
る半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】サイリスタのように交互に導電型の異な
る複数の半導体層が隣接し、一端の半導体層に主電極が
接触し、その次の半導体層にゲート電極が接触する半導
体装置においては、ゲート電極と主電極の双方が半導体
基体の一主面側に設けられる。図2はGTOサイリスタ
(以下GTOと略す) の断面構造を示し、pエミッタ層
1、nベース層2、pベース層3、nエミッタ層4から
なるpnpnの4層構造を有し、オフ時に電流を引き出
しやすくするため、nエミッタ層4は島状のセグメント
として形成されている。そして、nエミッタ層4の表面
にカソード電極5、pベース層3の表面にゲート電極
6、pエミッタ層の表面にアノード電極7が接触してい
る。図3は図2のカソード電極5を通るA−A断面とゲ
ート電極6を通るB−B断面における表面からの深さ方
向の不純物濃度分布を示し、実線で示したA−A断面で
は約20μmの深さまで表面不純物濃度が1×20原子/cm
3 程度のnエミッタ層4が形成され、約20μm以上の深
さからpベース層3の領域となっている。また、点線で
示したB−B断面では深さ方向の不純物濃度分布は表面
濃度が1×1017原子/cm3 程度のpベース層3が形成さ
れている。
【0003】図4(a) 〜(c) はこのようなGTOの製造
工程の一部を示し、まず、一面からのエッチングなどの
方法でnエミッタ層4のセグメントを形成する (同図
(a))。次に露出したpn接合8を保護する絶縁膜を設け
るため酸化膜9により全面を被覆する (同図(b))。その
あと、フォトリソグラフィなどの方法で酸化膜9に窓を
明け、Alの蒸着およびパターニングによりカソード電極
5およびゲート電極6を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなGTOの
pベース層3とゲート電極6の界面の接触抵抗が大き
く、また接触抵抗に面内でばらつきが存在する。この原
因を調べるために図2のA−A断面およびB−B断面で
のAlの濃度分布をイオンマイクロアナライザ (IMA)
で調べたところ、図5のような結果を得た。すなわち、
A−A断面では5μm程度の深さまでのAlの拡散が認め
られる。このようなAlの拡散はAl蒸着後の約350 ℃で約
1.5 時間行われるアニールの際に起こる。しかし、B−
B断面では1μm以下の深さのAl拡散より認められなか
った。また面内でのAl濃度のばらつきについてIMAで
調べたところ、Alの拡散層が認められないところがあっ
た。これらがゲート電極の接触抵抗が小さく、また面内
でのばらつきがある原因と思われる。GTOのゲート電
極はpベース層との接触抵抗が小さく、しかも面内での
ばらつきの少ないことが可制御電流を上げるために重要
である。
【0005】本発明の第一の目的は上記の問題を解決
し、複数層構造の端部層に隣接した層の露出部に設けら
れる電極の接触抵抗を小さくし、かつその面内でのばら
つきを抑えた半導体装置およびその製造方法を提供する
ことにある。別の問題として、図2に示すようなGTO
サイリスタにおいて、pベース層3とnエミッタ層4と
の間に逆バイアスがかかったとき、カソード電極5とゲ
ート電極6の間にもれ電流が流れることがある。これ
は、pn接合8の表面近傍に形成されるチャネルを通じ
て無効電流が流れるためである。このチャネルは、酸化
膜9に含まれる電荷に誘起されて半導体基体表面層に形
成される電荷層であり、pn接合8にバイアスが印加さ
れると、その電荷層中の電荷が移動する。GTOの場
合、このような無効電流が点弧電流あるいはオン電圧の
劣化の原因となる。
【0006】従って、本発明の目的の第二は、pn接合
を覆う保護絶縁膜中の実効電荷量が少なく、無効電流の
流れない半導体装置の製造方法で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、本発明は、交互に導電型の異なる複数の層が厚さ
方向に隣接する半導体基板の一主面上に端部の第一層と
その層に隣接する異なる導電型の第二層のそれぞれに接
触する電極が設けられる半導体装置において、第二層の
電極に接する表面層がその層の他の部分に比して高不純
物濃度であるものとする。その第二層の高不純物濃度の
表面層の不純物濃度が1×1019原子/cm 3 以上であるこ
とが有効である。そして、本発明の半導体装置の製造方
法は、交互に導電型の異なる複数の層が厚さ方向に隣接
する半導体基板の一主面から端部の第一層を通じてその
層に隣接する第二層に達する凹部を形成したのち、一主
面の全面を絶縁膜で被覆し、その凹部底面上で絶縁膜に
窓を明け、その窓を通して第二層に不純物を拡散して高
不純物濃度の表面層を形成し、次いで凸部表面上でも絶
縁膜に窓を明け、絶縁膜の凸部表面上および凹部底面上
の窓でそれぞれ第一層および第二層に接触する電極を形
成するものとする。あるいは、その方法で高不純物濃度
の表面層を形成後、再び前記一主面全面を絶縁膜で被覆
し、凸部表面上および凹部底面上で絶縁膜に窓を明け、
絶縁膜の凸部表面上および凹部底面上の窓でそれぞれ第
一層および第二層に接触する電極を形成するものとす
る。それらの場合、第二層がp型であり、主面を被覆す
る絶縁膜が酸化膜であり、第二層の高不純物濃度の表面
層を形成するために拡散する不純物がほう素であること
が有効である。
【0008】
【作用】内側にある第二層の表面不純物濃度を高めるこ
とにより、それに接触する電極の接触抵抗が下がり、そ
のばらつきも少なくなることにより第一の目的が達成さ
れる。また、表面絶縁膜が酸化膜であってその上からほ
う素を拡散すれば、酸化膜の表面層はBSG (Boro-Sil
icate Glass)となり、このBSGが酸化膜中のNa + 、K
+ などをゲッタリングする効果があるため、酸化膜中の
実効電荷量が減少して第二の目的が達成された。
【0009】
【実施例】以下、図2、図4と共通の部分には同一の符
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。図1(a) 〜(d) に示す実施例では、nエミッタ層4
のセグメントを形成する工程の図4と同様である (同図
(a))。次にやはり図4(b) と同様にして厚さ1μmの熱
酸化膜9を形成し、フォトリソグラフィなどの方法でそ
の酸化膜に窓10を明けた (同図(b))。次にB2 6 ガス
を用い1150℃で1時間のほう素の拡散を窓10を通じて行
ったところ、ほう素の表面濃度1×1019原子/cm3 、拡
散深さ3μmのB拡散層11が生じた (同図(c))。この
際、酸化膜9の上にBSG層12が形成される。このあ
と、カソード電極のための窓明けを行い、Alを蒸着し、
アニールしたのちパターニングしてカソード電極5とゲ
ート電極6を形成した (同図(d))。
【0010】別の実施例を示す図6(a) 〜(e) は、わか
りやすくするために図1に比して横方向の寸法が誇張さ
れている。この実施例では同図(b) の工程で酸化膜9に
明けられる窓10が図1(b) の10に比して大きい。そし
て、同図(c) の工程でB拡散層11を形成したのち、熱酸
化を行った。これにより窓10の領域で約0.3 μmの厚さ
の熱酸化膜13が形成され、BSG層12の付着した酸化膜
9は約1.2 μmの厚さになる (同図(d))。このあと、カ
ソード電極およびゲート電極のための酸化膜の窓明けを
行い、BSG層12の付着した酸化膜9の窓でカソード電
極5をnエミッタ層4に接触させ、酸化膜13の窓でゲー
ト電極6をpベース層3に接触させた (同図(e))。この
ようにしてB拡散層11をゲート電極6の大きさより拡げ
てpn接合8に近づけることにより、ゲートインピーダ
ンスが図1の実施例によるGTOより下がり、可制御電
流にとってさらに有利となる。そしてゲート電極6の大
きさは変わらないので、カソード電極5との間の絶縁沿
面距離が減少することはない。
【0011】図7は上述した両実施例により製造された
GTOでの図2のA−A断面、B−B断面に対応する断
面での不純物濃度分布、図8は同じくIMA測定による
Al濃度分布である。図8から分かるように、いずれの断
面でも5μm程度の深さのAl拡散層が形成されており、
また面内でのAl拡散層の深さのばらつきも生じていなか
った。
【0012】このほかに、酸化膜9内の実効電荷量がB
SG層12の効果により従来のGTOにくらべ減少してお
り、pn接合8の露出面近傍でのチャネル形成による点
弧電流やオン電圧の変動などの特性劣化は生じなかっ
た。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、多層構造の内側の層に
電極を接触させる場合、その接触領域の表面層に不純物
濃度を高めることにより、電極と内側層とのオーミック
接触が良好となり、接触抵抗の低下およびそのばらつき
の低減が得られるため、例えばベース層へゲート電極を
接触させるGTOの可制御電流を向上させるなどの効果
が得られた。
【0014】また、そのような高不純物濃度の層がp型
の場合、ほう素の拡散の際に表面上の酸化膜の上に付着
するBSG層のゲッタリング効果により、酸化膜中の実
効電荷量が減少し、酸化膜の下に露出するpn接合をバ
イパスするチャネルの形成を防止する効果も得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のGTO製造工程の一部を
(a) 〜(d) の順に示す断面図
【図2】GTOの構造を示す断面図
【図3】従来のGTOの不純物濃度分布図
【図4】従来のGTOの製造工程の一部を(a) 〜(c) の
順に示す断面図
【図5】従来のGTOの電極接触部のAl濃度分布図
【図6】本発明の別の実施例のGTOの製造工程の一部
を(a) 〜(e) の順に示す断面図
【図7】本発明の実施例によるGTOの不純物濃度分布
【図8】本発明の実施例によるGTOの電極接触部のAl
濃度分布図
【符号の説明】
1 pエミッタ層 2 nベース層 3 pベース層 4 nエミッタ層 5 カソード電極 6 ゲート電極 9 酸化膜 10 窓 11 B拡散層 12 BSG層 13 酸化膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交互に導電型の異なる複数の層が厚さ方向
    に隣接する半導体基板の一主面上に端部の第一層とその
    層に隣接する異なる導電型の第二層のそれぞれに接触す
    る電極が設けられるものにおいて、第二層の電極に接す
    る表面層がその層の他の部分に比して高不純物濃度であ
    ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】第二層の高不純物濃度の表面層の不純物濃
    度が1×1019原子/cm3 以上である請求項1記載の半導
    体装置。
  3. 【請求項3】交互に導電型の異なる複数の層が厚さ方向
    に隣接する半導体基板の一主面から端部の第一層を通じ
    てその層に隣接する第二層に達する凹部を形成したの
    ち、一主面の全面を絶縁膜で被覆し、その凹部底面上で
    絶縁膜に窓を明け、その窓を通して第二層に不純物を拡
    散して高不純物濃度の表面層を形成し、次いで凸部表面
    上で絶縁膜に窓を明け、絶縁膜の凸部表面上および凹部
    底面上の窓でそれぞれ第一層および第二層に接触する電
    極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】交互に導電型の異なる複数の層が厚さ方向
    に隣接する半導体基板の一主面から端部の第一層を通じ
    てその層に隣接する第二層に達する凹部を形成したの
    ち、一主面の前面を絶縁膜で被覆し、その凹部底面上で
    絶縁膜に窓を明け、その窓を通して第二層に不純物を拡
    散して高不純物濃度の表面層を形成し、次いで再び前記
    一主面全面を絶縁膜で被覆し、凸部表面上および凹部底
    面上で絶縁膜に窓を明け、絶縁膜の凸部表面上および凹
    部底面上の窓でそれぞれ第一層および第二層に接触する
    電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】第二層がp型であり、主面を被覆する絶縁
    膜が酸化膜であり、第二層の高不純物濃度の表面層を形
    成するために拡散する不純物がほう素である請求項3あ
    るいは4記載の半導体装置の製造方法。
JP4737492A 1992-03-05 1992-03-05 半導体装置およびその製造方法 Pending JPH05251688A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005236170A (ja) * 2004-02-23 2005-09-02 Ngk Insulators Ltd 半導体装置
JP2012109601A (ja) * 2012-02-01 2012-06-07 Ngk Insulators Ltd 半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005236170A (ja) * 2004-02-23 2005-09-02 Ngk Insulators Ltd 半導体装置
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