JPH0358429A - 高電圧半導体デバイスとその製造方法 - Google Patents
高電圧半導体デバイスとその製造方法Info
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- JPH0358429A JPH0358429A JP2190907A JP19090790A JPH0358429A JP H0358429 A JPH0358429 A JP H0358429A JP 2190907 A JP2190907 A JP 2190907A JP 19090790 A JP19090790 A JP 19090790A JP H0358429 A JPH0358429 A JP H0358429A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
-
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- H01L29/402—Field plates
- H01L29/405—Resistive arrangements, e.g. resistive or semi-insulating field plates
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- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/408—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor with an insulating layer with a particular dielectric or electrostatic property, e.g. with static charges or for controlling trapped charges or moving ions, or with a plate acting on the insulator potential or the insulator charges, e.g. for controlling charges effect or potential distribution in the insulating layer, or with a semi-insulating layer contacting directly the semiconductor surface
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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。
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、電力用トランジスタのような高電圧電力用半
導体デバイスとこの種の装置を製造する方法に関する。
導体デバイスとこの種の装置を製造する方法に関する。
ざらに詳しくは、本発明は、抵抗性電界面半導体技術を
使用する方法に関する。
使用する方法に関する。
(従来技術および解決すべき課題)
理想的には、パワー◆トランジスタのような電力用半導
体デバイスの場合、デバイスが半導体の理論上の破壊電
圧に近い高電圧で動作できることが望ましい。しかし、
製造過程において半導体に欠陥が生じ、この欠陥が半導
体の特性(例えば、キャリアのスt命、再結合速度、易
勤度など)に影響し、結果として、デバイスの特性に影
響することは避けられない。その結果、破壊の発生した
時点で実測した電圧は理論上の降伏電圧よりがなり低い
。したがって、この種のデバイスの動作電圧が制限され
、このことは、幾つかの用途で最高800ボルトと90
0ボルトとの間の電圧で動作する必要のある電力用デバ
イスにとって重大である。
体デバイスの場合、デバイスが半導体の理論上の破壊電
圧に近い高電圧で動作できることが望ましい。しかし、
製造過程において半導体に欠陥が生じ、この欠陥が半導
体の特性(例えば、キャリアのスt命、再結合速度、易
勤度など)に影響し、結果として、デバイスの特性に影
響することは避けられない。その結果、破壊の発生した
時点で実測した電圧は理論上の降伏電圧よりがなり低い
。したがって、この種のデバイスの動作電圧が制限され
、このことは、幾つかの用途で最高800ボルトと90
0ボルトとの間の電圧で動作する必要のある電力用デバ
イスにとって重大である。
説明の都合上シリコンは最もよく使用ざれる半導体であ
るので、代表的な半導体材料としてシリコンを使用して
説明を続ける。
るので、代表的な半導体材料としてシリコンを使用して
説明を続ける。
プレナー技術を使用した電力用デバイスの実測耐降伏電
圧を増加させるために多くの方法が開発されている。こ
れらの方法の1つには、補助電極であるガードリングを
有するデバイスの製造方法がある。このような製造方法
は、技術上周知である。NPNトランジスタの場合、例
えば、P十刀一ト・リングはP十を拡散する段階で製造
され、NPNトランジスタのコレクタ電極とガード・リ
ングとの間に十分な空間が形成ざれるように、このカー
ト・リングは位置決めされる。ガード・リングはコレク
タ・ベース接合部で電界を減少させこれによって、デバ
イスの耐電圧を向上させる。
圧を増加させるために多くの方法が開発されている。こ
れらの方法の1つには、補助電極であるガードリングを
有するデバイスの製造方法がある。このような製造方法
は、技術上周知である。NPNトランジスタの場合、例
えば、P十刀一ト・リングはP十を拡散する段階で製造
され、NPNトランジスタのコレクタ電極とガード・リ
ングとの間に十分な空間が形成ざれるように、このカー
ト・リングは位置決めされる。ガード・リングはコレク
タ・ベース接合部で電界を減少させこれによって、デバ
イスの耐電圧を向上させる。
しかし、この製造方法によって製造されたデバイスの最
大動作電圧は、一般的に理論降伏電圧の約70%しかな
い。
大動作電圧は、一般的に理論降伏電圧の約70%しかな
い。
力一ト・リングを使用して電力用デバイスの酌電圧を増
加させる他の周知の方法は、例えば12oo’ c以上
の非常に高い温度でベースを駆動する製造段階を別に必
要とする。しかし、この方法には、別の2つの製造段階
を必要とし結晶欠陥と少数キャリアの寿命の変動を生じ
る温if領域を必要とする。
加させる他の周知の方法は、例えば12oo’ c以上
の非常に高い温度でベースを駆動する製造段階を別に必
要とする。しかし、この方法には、別の2つの製造段階
を必要とし結晶欠陥と少数キャリアの寿命の変動を生じ
る温if領域を必要とする。
万−ド・リングを使用する全ての方法は、各ガード・リ
ングがダイの寸法を10%ないし15%程度増加ざぜる
点で不利である。ざらに、ガード・リングを製造する場
合、電界を十分減少させるために、コレクタ・ベース接
合部とガード・リングとの間の空間を明確に形成するこ
とが極めて重要であるので、これが問題になる可能性が
ある。
ングがダイの寸法を10%ないし15%程度増加ざぜる
点で不利である。ざらに、ガード・リングを製造する場
合、電界を十分減少させるために、コレクタ・ベース接
合部とガード・リングとの間の空間を明確に形成するこ
とが極めて重要であるので、これが問題になる可能性が
ある。
降伏の発生した時点で実測した電圧がなお理論降伏電圧
より低いこともこの方法の別の欠点である。
より低いこともこの方法の別の欠点である。
高電圧電力用デバイスの耐電圧を増加させる問題にとり
くむ別の方法として、電界プレートを使用する必要があ
るものがある。この場合、このデバイスは絶縁酸化物上
に堆積されたアルミ板のような金属板を有する。このア
ルミ板は、コレクタ・ベース接合部の近傍の絶縁酸化物
の一部のみを横切って伸びるようにエッチングによって
取り除かれ、これによって、接合部の曲率効果、すなわ
ちコレクタ・ベース接合部の周囲の等電位線の力一ブを
減少させる。しかし、このアルミ板の端部で等電位線は
収斂する傾向にあり、したがって、この電界は強くなる
。シリコン酸化物が最もよく使用されるが、これは、こ
れがシリコンと極めてよく適合するためである。
くむ別の方法として、電界プレートを使用する必要があ
るものがある。この場合、このデバイスは絶縁酸化物上
に堆積されたアルミ板のような金属板を有する。このア
ルミ板は、コレクタ・ベース接合部の近傍の絶縁酸化物
の一部のみを横切って伸びるようにエッチングによって
取り除かれ、これによって、接合部の曲率効果、すなわ
ちコレクタ・ベース接合部の周囲の等電位線の力一ブを
減少させる。しかし、このアルミ板の端部で等電位線は
収斂する傾向にあり、したがって、この電界は強くなる
。シリコン酸化物が最もよく使用されるが、これは、こ
れがシリコンと極めてよく適合するためである。
この種の電界板デバイスの場合、降伏電圧を得るための
シリコン酸化物の最小厚さと半導体エピタキシャル層の
抵抗性との間には関係があることが実験により示された
。これに対して、アルミニウム板の端部の電界を減少す
るため、コレクタ・ベース接合部とアルミ板の端部との
間のシリコン酸化物の厚さを最適化1−ることもまた重
要である。
シリコン酸化物の最小厚さと半導体エピタキシャル層の
抵抗性との間には関係があることが実験により示された
。これに対して、アルミニウム板の端部の電界を減少す
るため、コレクタ・ベース接合部とアルミ板の端部との
間のシリコン酸化物の厚さを最適化1−ることもまた重
要である。
これら2つの矛盾する要求を考慮して、このパラメータ
に対する最適値は実験によって周知である。
に対する最適値は実験によって周知である。
しかし、この製造方法によって製造されたデバイスの最
大動作電圧は、一般的に理論上降伏電圧の約60%でし
かない。
大動作電圧は、一般的に理論上降伏電圧の約60%でし
かない。
抵抗性電界板を使用した周知の改良方法が開梵されてい
る。これは電界板の方法と似ているが、多結晶シリコン
(SIPOS)のような半絶縁多結晶半導体をアルミ板
をエッチングによって取り除いたシリコン酸化物上に堆
積している。このようa製造方法よって製造されたデバ
イスはより高い動作電圧に耐えるが、このデバイスはウ
オーク・アウト効果として知られる新らしい問題に遭遇
している。
る。これは電界板の方法と似ているが、多結晶シリコン
(SIPOS)のような半絶縁多結晶半導体をアルミ板
をエッチングによって取り除いたシリコン酸化物上に堆
積している。このようa製造方法よって製造されたデバ
イスはより高い動作電圧に耐えるが、このデバイスはウ
オーク・アウト効果として知られる新らしい問題に遭遇
している。
このウオーク・アウト効果は、実測した降伏電圧が徐々
に変動し、これはデバイスの安定性に影響を及ぼす。ウ
ォーク・アウトに起因する影響を克服するために、別の
誘電体層を高温化学気相成長法(CVD)を使用してs
i posの上部に堆積する。一般的に、この第2層は
、酸化シリコン、窒化シリコンまたはリンシリケート・
ガラス(リン・ケイ酸ガラス)によって構或することが
できる。しかし、CVDによる第2層はウォーク・アウ
ト効果を低減するが、かかる層は高抵抗によって電界板
効果が低下し、その結果、半導体電力用デバイスの耐動
作電圧をかなり低減する。
に変動し、これはデバイスの安定性に影響を及ぼす。ウ
ォーク・アウトに起因する影響を克服するために、別の
誘電体層を高温化学気相成長法(CVD)を使用してs
i posの上部に堆積する。一般的に、この第2層は
、酸化シリコン、窒化シリコンまたはリンシリケート・
ガラス(リン・ケイ酸ガラス)によって構或することが
できる。しかし、CVDによる第2層はウォーク・アウ
ト効果を低減するが、かかる層は高抵抗によって電界板
効果が低下し、その結果、半導体電力用デバイスの耐動
作電圧をかなり低減する。
(発明の概要〉
したがって、本発明の目的は、上述の欠点を取り除く改
良された高電圧電力用半導体デバイスおよびそのような
デバイスを製造するための改良された製造方法を提供す
ることである。
良された高電圧電力用半導体デバイスおよびそのような
デバイスを製造するための改良された製造方法を提供す
ることである。
本発明の第1の特徴によれば、
基板;
前記基板上のエピタキシャル領域であって、互いに第1
の距離だけ分離された不純物を添加した電極領域と不純
物を添加した絶縁領域とを有するエピタキシャル領域; 前記の不純物添加絶縁領域と不純物添加電極領域との間
の前記エピタキシャル領域の一部の上にあり、前記の不
純物添加電極領域の端部の一部を被覆する絶縁層; 前記絶縁層上の第1多結晶半導体層; メタライゼーション層;および 前記第1多結晶半導体層上の第2多結晶半導体層; によって構成されることを特徴とする高電圧用半導体デ
バイスが提供ざれる。
の距離だけ分離された不純物を添加した電極領域と不純
物を添加した絶縁領域とを有するエピタキシャル領域; 前記の不純物添加絶縁領域と不純物添加電極領域との間
の前記エピタキシャル領域の一部の上にあり、前記の不
純物添加電極領域の端部の一部を被覆する絶縁層; 前記絶縁層上の第1多結晶半導体層; メタライゼーション層;および 前記第1多結晶半導体層上の第2多結晶半導体層; によって構成されることを特徴とする高電圧用半導体デ
バイスが提供ざれる。
本発明の第2特徴によれば、
基板を設ける段階:
該基板上にエピタキシャル領域を形成する段階;該エピ
タキシャル領域内に第1の不純物を添加した電極領域を
形成する段階; 該第1の不純物添加電極領域内に第2の不純物を添加し
た電極領域を形成し、かつ前記エピタキシャル領域内に
不純物を添加した絶縁領域を形戒する段階: 前記エビタキシVル領域上に絶縁層を形成づる段階: 該絶縁層上に第1および第2多結晶半導体1i¥iを堆
積する段階; 該第1および第2多結晶半導体層内a3よび前記絶縁層
内に第1,第2および第3開口部を形成づる段階; 前記第2多結晶半導体層および前記エピタキシャル酒域
の上にメタライゼーション層2!−堆枯する段階;およ
び 前記第1,第2および第3開口部内に第1,第2および
第3メタライゼーション部分を形成するように前記メタ
ライピーション層をエッヂングする段階であって、前記
第2メタライゼーション部分が前記の不純物添加電極領
域の端部から短い距離だけ前記第2多結晶半導体層上を
横切って延びるようにする段階; によって構或されることを特徴とする高電圧用半導体デ
バイスの製造方法が提供ざれる。
タキシャル領域内に第1の不純物を添加した電極領域を
形成する段階; 該第1の不純物添加電極領域内に第2の不純物を添加し
た電極領域を形成し、かつ前記エピタキシャル領域内に
不純物を添加した絶縁領域を形戒する段階: 前記エビタキシVル領域上に絶縁層を形成づる段階: 該絶縁層上に第1および第2多結晶半導体1i¥iを堆
積する段階; 該第1および第2多結晶半導体層内a3よび前記絶縁層
内に第1,第2および第3開口部を形成づる段階; 前記第2多結晶半導体層および前記エピタキシャル酒域
の上にメタライゼーション層2!−堆枯する段階;およ
び 前記第1,第2および第3開口部内に第1,第2および
第3メタライゼーション部分を形成するように前記メタ
ライピーション層をエッヂングする段階であって、前記
第2メタライゼーション部分が前記の不純物添加電極領
域の端部から短い距離だけ前記第2多結晶半導体層上を
横切って延びるようにする段階; によって構或されることを特徴とする高電圧用半導体デ
バイスの製造方法が提供ざれる。
したがって、電界板は第2層の抵抗が第1層よりもはる
かに大きい2層を有する多結晶シリコン板と共に使用ざ
れるので、本発明による半導体デバイスは、800ボル
トないし900ボルトの間の電圧に耐える能力を有する
と共に、ウォーク・アウト効果を除去する。
かに大きい2層を有する多結晶シリコン板と共に使用ざ
れるので、本発明による半導体デバイスは、800ボル
トないし900ボルトの間の電圧に耐える能力を有する
と共に、ウォーク・アウト効果を除去する。
添付の図面を参照して、実施例によって一つの高電圧用
半導体デバイスとこれの製造方法を説明する。
半導体デバイスとこれの製造方法を説明する。
〈実施例)
以下の説明および第3図ないし第10図では、一定の領
域を特定の材料、導電性および/または導電型として説
明する。しかし、これは単に説明上の都合であって、こ
れに限定するものではない。
域を特定の材料、導電性および/または導電型として説
明する。しかし、これは単に説明上の都合であって、こ
れに限定するものではない。
ここでの説明に基づいて、当業者は、異なったデバイス
の機能を得るため、種々の半導体および誘電体材料を使
用することができ、半導体基板の種々の領域に対する不
純物の添加を変更することができることを理解する。
の機能を得るため、種々の半導体および誘電体材料を使
用することができ、半導体基板の種々の領域に対する不
純物の添加を変更することができることを理解する。
第1図に示す従来技術による高電圧用半導体トランジス
タ・デバイスの半導体基板の部分2の簡略化した断面図
において、高電圧用NPNトランジスタ2は、基板4と
、互いに逆の不純物を添加した領域8,10を埋設させ
かつ面12を有ずるN型エピタキシャル領域6とによっ
て溝或される。
タ・デバイスの半導体基板の部分2の簡略化した断面図
において、高電圧用NPNトランジスタ2は、基板4と
、互いに逆の不純物を添加した領域8,10を埋設させ
かつ面12を有ずるN型エピタキシャル領域6とによっ
て溝或される。
不純物添加領域8,10は、一般的に200μmの距1
i1tl4だけ分離ざれている。
i1tl4だけ分離ざれている。
不純物添加領域8は、高m度のアクセプタ原子(すなわ
ち、P+)を有し、高電圧トランジスタ(図示せず〉の
ベース電極を形成する。領域10は高濃度のドナー原子
を添加ざれ絶縁チャンネルを形成し、異なる回路部品と
の間の電気絶縁を行う。これらの層および領域を形成す
る手段は従来のものであり技術上周知である。
ち、P+)を有し、高電圧トランジスタ(図示せず〉の
ベース電極を形成する。領域10は高濃度のドナー原子
を添加ざれ絶縁チャンネルを形成し、異なる回路部品と
の間の電気絶縁を行う。これらの層および領域を形成す
る手段は従来のものであり技術上周知である。
ハード・マスク16は、絶縁チャンネル10とベース電
極領域8の一部との間のエピタキシ17ル領域の開口面
12上に延びるようにエピタキシャル領1jl6上に形
成ざれる。マスク16はエピタキシャル半導体領1ji
6をエッチングする材料に対して酌性を有し、同時に酸
化に対しても耐性のあることが重要である。この種のマ
スク材料は技術上周知である。しかし、マスク16は、
一般的に3QQnmの厚さ18を有ずる熱成長シリコン
酸化物によって形成することが便利である。
極領域8の一部との間のエピタキシ17ル領域の開口面
12上に延びるようにエピタキシャル領1jl6上に形
成ざれる。マスク16はエピタキシャル半導体領1ji
6をエッチングする材料に対して酌性を有し、同時に酸
化に対しても耐性のあることが重要である。この種のマ
スク材料は技術上周知である。しかし、マスク16は、
一般的に3QQnmの厚さ18を有ずる熱成長シリコン
酸化物によって形成することが便利である。
半絶縁多結晶半導体層20は、CVD、低圧CVD (
LPGVD)または他の技術−ヒ周知のプロセスによっ
て400nmないし6 0 0 n mの厚ざ22の範
囲で7スク16上に形成ざれる。一般的に、酸素!ll
度12%の多結晶シリコン(SIPOS)を使用する。
LPGVD)または他の技術−ヒ周知のプロセスによっ
て400nmないし6 0 0 n mの厚ざ22の範
囲で7スク16上に形成ざれる。一般的に、酸素!ll
度12%の多結晶シリコン(SIPOS)を使用する。
このW1素のパーセンテージによって抵抗率と誘電率が
決定され、12%の場合、抵抗率が約108Ωcm、ま
た誘電率は10に近い値であり、したがって、高電圧ト
ランジスタの動作電圧も決定される。必要なパーセンテ
ージの濃度を有するSI POSは、シラン(31口4
)および酸素プロト酸化物{N20}との間の反応を使
用して540’Cと680’ Cとの間の7fA rd
でLPCVDによって得られる。
決定され、12%の場合、抵抗率が約108Ωcm、ま
た誘電率は10に近い値であり、したがって、高電圧ト
ランジスタの動作電圧も決定される。必要なパーセンテ
ージの濃度を有するSI POSは、シラン(31口4
)および酸素プロト酸化物{N20}との間の反応を使
用して540’Cと680’ Cとの間の7fA rd
でLPCVDによって得られる。
多結晶シリコン層20は、メタライゼーション層と協力
して抵抗性泪界板を形成する。この種の抵抗性電界板に
生じるウォーク・アウl〜に起因する影響を低減するた
めに、誘電体層24を・多i,,!1品シリコン層20
上に高温CVDによって形成する。
して抵抗性泪界板を形成する。この種の抵抗性電界板に
生じるウォーク・アウl〜に起因する影響を低減するた
めに、誘電体層24を・多i,,!1品シリコン層20
上に高温CVDによって形成する。
この誘電体層24の厚さ26の範囲は5 0 0 n
mないし1000nmであり、これは熱的酸化シリコン
酸化物、窒化シリコン、リンシリク−1へ・ノjラスま
たはこれらのいずれの組み合わせによって構成してもよ
い。
mないし1000nmであり、これは熱的酸化シリコン
酸化物、窒化シリコン、リンシリク−1へ・ノjラスま
たはこれらのいずれの組み合わせによって構成してもよ
い。
一般的にアルミであるメタライヒーション層{9上真空
堆積法を使用して誘電体層24とエピタキシャル半導体
領域6の露出部゛分30A−B上に111積ざれる。エ
ッチング・プロセスを使用して絶縁チャンネル10の一
部を被覆すると共に誘電体層24の表面を横切って短い
距離32だけ伸びる一つの部分28を残す。部分34の
みが図示されているメタライゼーション層の他の部分は
、エピタキシャル半導体層のベース電極8を被覆し誘電
体層24の表面を横切って短い距離36だけ伸びる。
堆積法を使用して誘電体層24とエピタキシャル半導体
領域6の露出部゛分30A−B上に111積ざれる。エ
ッチング・プロセスを使用して絶縁チャンネル10の一
部を被覆すると共に誘電体層24の表面を横切って短い
距離32だけ伸びる一つの部分28を残す。部分34の
みが図示されているメタライゼーション層の他の部分は
、エピタキシャル半導体層のベース電極8を被覆し誘電
体層24の表面を横切って短い距離36だけ伸びる。
この誘電体層24はエピタキシャル領域を大気中の湿度
のような外部環境から保護し、ウオーク・アウト効果を
低減することによってより優れた安定性を与える。しか
し、誘電体層24と多結晶シリコン溜20との界面で発
生する容量のため、誘電体層24は動作嗣電圧を20%
以上低下させる。
のような外部環境から保護し、ウオーク・アウト効果を
低減することによってより優れた安定性を与える。しか
し、誘電体層24と多結晶シリコン溜20との界面で発
生する容量のため、誘電体層24は動作嗣電圧を20%
以上低下させる。
また、酸化シリコンと多結晶層20との間の界面の電荷
が高い拡散速度を有し、その結果、耐電圧に限度8設け
る。
が高い拡散速度を有し、その結果、耐電圧に限度8設け
る。
次に第2図を参照して、高電圧トランジスタの動作耐電
圧を改良するための本発明の好適な実施嗣の場合、この
トランジスタの部分42のみが図示ざれ、第2多結晶シ
リコン層40が第ISIPOS@60上に堆積ざれる。
圧を改良するための本発明の好適な実施嗣の場合、この
トランジスタの部分42のみが図示ざれ、第2多結晶シ
リコン層40が第ISIPOS@60上に堆積ざれる。
第2図の基板の構造は第1図の構造と同様であり、第2
図の同じ部品は第1図の番号に40を加えた番号で示さ
れる。
図の同じ部品は第1図の番号に40を加えた番号で示さ
れる。
高電圧トランジスタの部分42は基板44、不純物を添
加した絶縁チャンネル50と不純物を添加したベース電
極48とを有する基板上のN型エピタキシャル領域46
、酸化物シリコン・マスク56および部分68と74を
有するアルミ層によって構或される。この酸化物シリコ
ン・マスクは、エピタキシャル領域46の開口而52と
不純物を添加したベース電極48の一部を被覆するよう
に形成される。第1多結晶シリコン層60を酸化物シリ
コン・マスク56上にLPGVDによって堆積し、ざら
に同じ装置を使用して最初の堆積に続いて第2多結晶シ
リコン層40を第1多結晶層上に堆積する。アルミ部分
68と74を第1図を参照して上で説明したのと同様の
方法で形成する。
加した絶縁チャンネル50と不純物を添加したベース電
極48とを有する基板上のN型エピタキシャル領域46
、酸化物シリコン・マスク56および部分68と74を
有するアルミ層によって構或される。この酸化物シリコ
ン・マスクは、エピタキシャル領域46の開口而52と
不純物を添加したベース電極48の一部を被覆するよう
に形成される。第1多結晶シリコン層60を酸化物シリ
コン・マスク56上にLPGVDによって堆積し、ざら
に同じ装置を使用して最初の堆積に続いて第2多結晶シ
リコン層40を第1多結晶層上に堆積する。アルミ部分
68と74を第1図を参照して上で説明したのと同様の
方法で形成する。
第2多結晶シリコン層40は第1多結晶シリコン層60
上に堆積ざれているので、第1図の多結晶シリコン層2
0と誘電体層24との間に生じる界面の問題は防止され
る。すなわち、界面の容量によって生じる電圧損失は2
層の適合性によって除去される。
上に堆積ざれているので、第1図の多結晶シリコン層2
0と誘電体層24との間に生じる界面の問題は防止され
る。すなわち、界面の容量によって生じる電圧損失は2
層の適合性によって除去される。
動作耐電圧を向上させるために第2多結晶シリコン層を
設ける以外に、理論降伏電圧の85%ないし95%の範
囲の動作電圧を実現するためには、一定のパラメータを
最適化することが重要である。
設ける以外に、理論降伏電圧の85%ないし95%の範
囲の動作電圧を実現するためには、一定のパラメータを
最適化することが重要である。
この耐降伏電圧は熱的シリコン層56の厚さ58によっ
て決定ざれ、これはこの厚さが800nmと1200n
mとの間である場合に最適であるこのことは、より広い
面積がより高い降伏電圧を維持するために必要であると
いう事実から得られたものである。
て決定ざれ、これはこの厚さが800nmと1200n
mとの間である場合に最適であるこのことは、より広い
面積がより高い降伏電圧を維持するために必要であると
いう事実から得られたものである。
第1多結晶シリコン(SIPOS)層60は12%の酸
素含有量と300nmないし5 0 0 .n ffl
の範囲の厚さを有するように構或される。ウォーク・ア
ウト効果を制御し漏洩電流を低減するために、第2誘電
体層は高い抵抗値を有することが重要である。したかっ
て、第2多結晶シリコン層40は25%と30%との間
の範囲の酸素含有担を有するように構威される。これは
、同じLPCVD管および同じ運転時間を使用するが、
しかし反応物の比率を変えることによって便利に得るこ
とができる。この結果、多結晶シリコン層は10″Ωc
mより高い抵抗を有する。第2多結晶シリコン層40の
最適厚さ41は150nmないし300nmの範囲であ
る。
素含有量と300nmないし5 0 0 .n ffl
の範囲の厚さを有するように構或される。ウォーク・ア
ウト効果を制御し漏洩電流を低減するために、第2誘電
体層は高い抵抗値を有することが重要である。したかっ
て、第2多結晶シリコン層40は25%と30%との間
の範囲の酸素含有担を有するように構威される。これは
、同じLPCVD管および同じ運転時間を使用するが、
しかし反応物の比率を変えることによって便利に得るこ
とができる。この結果、多結晶シリコン層は10″Ωc
mより高い抵抗を有する。第2多結晶シリコン層40の
最適厚さ41は150nmないし300nmの範囲であ
る。
したがって、第2多結晶シリコン層40を使用すること
は、界面の容量を回避する以外に、酸化シリコン、窒化
シリコンまたはリンシリケ−1・・ガラスの誘電体を使
用する場合に必要な別のLPCVD管を使用する必要が
ないことも怠味することが理解ざれる。ベース電極と絶
縁チャンネル50との間の第1および第2多結晶シリコ
ン層が電界板として動作し、それにより等電位線がアル
ミ部分68の端部と絶縁チャンネル30との間に広がる
。したがって、コレクタ・ベース接合部の電界を低下さ
せる。
は、界面の容量を回避する以外に、酸化シリコン、窒化
シリコンまたはリンシリケ−1・・ガラスの誘電体を使
用する場合に必要な別のLPCVD管を使用する必要が
ないことも怠味することが理解ざれる。ベース電極と絶
縁チャンネル50との間の第1および第2多結晶シリコ
ン層が電界板として動作し、それにより等電位線がアル
ミ部分68の端部と絶縁チャンネル30との間に広がる
。したがって、コレクタ・ベース接合部の電界を低下さ
せる。
降伏電圧はまたこの電界板の形状、″ejなわちアルミ
部分68と74の形状によって決定される。
部分68と74の形状によって決定される。
最大測定降伏電圧は、不純物を添加したベース電極48
の端部からアルミ部分74の端部まで測定した最適距離
43が40μmないし120μmの範囲である場合に得
られる。この範囲の場合、測定降伏電圧はバルク・シリ
コンの雪崩効果によるものである。不純物を添加したP
+ベース電極48と不純物を添加した絶縁チャンネル5
0との間の距離54は150μmないし225μmであ
ることがまた重要であるが、その理由は、もし距離54
が150μm未満であれば、降伏電圧は表面電界効果の
降伏のために低下するからである。
の端部からアルミ部分74の端部まで測定した最適距離
43が40μmないし120μmの範囲である場合に得
られる。この範囲の場合、測定降伏電圧はバルク・シリ
コンの雪崩効果によるものである。不純物を添加したP
+ベース電極48と不純物を添加した絶縁チャンネル5
0との間の距離54は150μmないし225μmであ
ることがまた重要であるが、その理由は、もし距離54
が150μm未満であれば、降伏電圧は表面電界効果の
降伏のために低下するからである。
ここで第3図ないし第10図を参照して本発明による高
電圧1〜ランジスク・デバイスの製造方法を説明する。
電圧1〜ランジスク・デバイスの製造方法を説明する。
第3図にあいて、プロセスは基板100上にエピタキシ
ャル領域101を成長させることによって聞始される。
ャル領域101を成長させることによって聞始される。
このエピタキシャル領1iA101は、N型シリ」ンに
よって構成することが可能であり、酸化シリコン・マス
ク102によって選択的にマスクされる。次に、不純物
添加領域104をエピタキシャル領域101の所定のマ
スクざれていない部分に拡散によって形成する。この領
域104はP十導電性の不純物によってドーピングざれ
る。
よって構成することが可能であり、酸化シリコン・マス
ク102によって選択的にマスクされる。次に、不純物
添加領域104をエピタキシャル領域101の所定のマ
スクざれていない部分に拡散によって形成する。この領
域104はP十導電性の不純物によってドーピングざれ
る。
このトランジスタのベース電極として機能しエピタキシ
ャル領域101内に形成された一度不純物を添加された
領III1104は、新しい酸化シリコン・マスク10
6によってマスクざれる。次に、エピタキシャル領域1
01とP十の不純物を添加した領域104のそれぞれ所
定の2つの領域108,110をN十導電性の不純物の
拡散によって形成する。P十領域104内に形成された
N+の不純物を添加した領域110はトランジスタのエ
ミッタ電極を形成し、N十の不純物を添加した領域10
8は絶縁チャンネルを形成する。
ャル領域101内に形成された一度不純物を添加された
領III1104は、新しい酸化シリコン・マスク10
6によってマスクざれる。次に、エピタキシャル領域1
01とP十の不純物を添加した領域104のそれぞれ所
定の2つの領域108,110をN十導電性の不純物の
拡散によって形成する。P十領域104内に形成された
N+の不純物を添加した領域110はトランジスタのエ
ミッタ電極を形成し、N十の不純物を添加した領域10
8は絶縁チャンネルを形成する。
エミッタ電極110と絶縁チャンネル108の形成に続
いて、第7図で新しいマスク106が取り除かれる。次
に、所定の厚さを有するハード・マスク114をエピタ
キシャル領域101上に形成する。このマスク114は
技術上周知の方法によって熱的に或長ざせた酸化シリコ
ンから形成すると便利である。いったん酸化シリコン・
マスク114を形成したら、この酸化シリコン・マスク
114上に12%の酸素m度と所定の厚さを有する第1
多結晶シリコン層116が堆積ざれ、続いて30%の酸
素濃度と所定の厚さを有する第2多結晶シリコン層11
8が堆積される。第1多結晶シリコン層116と第2多
結晶シリコン層118{よマスク114上に、540’
Cないし680゜Cの温度でシラン(Slト14)と酸
索ブロト酸化物(N20)との間の反応を使用して一つ
の動作[14間でLPGVDによって形成される。
いて、第7図で新しいマスク106が取り除かれる。次
に、所定の厚さを有するハード・マスク114をエピタ
キシャル領域101上に形成する。このマスク114は
技術上周知の方法によって熱的に或長ざせた酸化シリコ
ンから形成すると便利である。いったん酸化シリコン・
マスク114を形成したら、この酸化シリコン・マスク
114上に12%の酸素m度と所定の厚さを有する第1
多結晶シリコン層116が堆積ざれ、続いて30%の酸
素濃度と所定の厚さを有する第2多結晶シリコン層11
8が堆積される。第1多結晶シリコン層116と第2多
結晶シリコン層118{よマスク114上に、540’
Cないし680゜Cの温度でシラン(Slト14)と酸
索ブロト酸化物(N20)との間の反応を使用して一つ
の動作[14間でLPGVDによって形成される。
第1開口部120、第2間口部]22おJ、び第3開口
部124をここで形成づ″る。3つの開口部は全てエピ
タキシャル領域101まで伸びる。第1 fFil口8
1s 1 2 0はN十エミツタ電極110上に配置ざ
れ、第2開口部122はP十ベース電極104上に配置
され、第3開口部12刺よN十絶縁チャンネル108上
に配直される。次に、アルミのようなメタライぜーショ
ン層を真空堆積法によって第2多結晶層118上と露出
されたエピタキシX・ル領域101上に堆積する。これ
にエッチング・プロセスが続いて不要のアルミ部分を全
て除去し、これによって第1開口部120内に部分12
6が形成ざれ、これは第2多結晶シリコン層118を横
切って短い距離だけ延びる。第2部分128が第2開口
部122内に形成され、第2多結晶シリコン層118を
横切って40μmと120μmとの間の短い距離Iと【
プ延びる。このシリコン層118はベース電極104と
絶縁チャンネル108との間の領1或を被覆する。第2
部分は、空間127によって第1部分126から分離さ
れる。第3部分130か第3開口部]24内に形成され
、第10図に示すように第2多結晶シリ」ン層118@
横切って第2アルミ部分128に向かって短い距離だけ
延びる。
部124をここで形成づ″る。3つの開口部は全てエピ
タキシャル領域101まで伸びる。第1 fFil口8
1s 1 2 0はN十エミツタ電極110上に配置ざ
れ、第2開口部122はP十ベース電極104上に配置
され、第3開口部12刺よN十絶縁チャンネル108上
に配直される。次に、アルミのようなメタライぜーショ
ン層を真空堆積法によって第2多結晶層118上と露出
されたエピタキシX・ル領域101上に堆積する。これ
にエッチング・プロセスが続いて不要のアルミ部分を全
て除去し、これによって第1開口部120内に部分12
6が形成ざれ、これは第2多結晶シリコン層118を横
切って短い距離だけ延びる。第2部分128が第2開口
部122内に形成され、第2多結晶シリコン層118を
横切って40μmと120μmとの間の短い距離Iと【
プ延びる。このシリコン層118はベース電極104と
絶縁チャンネル108との間の領1或を被覆する。第2
部分は、空間127によって第1部分126から分離さ
れる。第3部分130か第3開口部]24内に形成され
、第10図に示すように第2多結晶シリ」ン層118@
横切って第2アルミ部分128に向かって短い距離だけ
延びる。
以上、本発明による高電圧トランジスタの製造方法を説
明した。この製造方法のマスキング、拡散による不純物
添加、半導体材料のエピタキシャル手段のようなプロセ
ス自体は、技術上周知である。
明した。この製造方法のマスキング、拡散による不純物
添加、半導体材料のエピタキシャル手段のようなプロセ
ス自体は、技術上周知である。
要約すると、ウオーク・アウトによる影響を除去するた
めに第2多結晶半導体層を使用することによって、およ
び高電圧プレナー構造の形状と電気的特性を最適化する
ことによって、抵抗性電界板の技術を使用した高電圧半
導体デバイスが得られる。
めに第2多結晶半導体層を使用することによって、およ
び高電圧プレナー構造の形状と電気的特性を最適化する
ことによって、抵抗性電界板の技術を使用した高電圧半
導体デバイスが得られる。
高電圧バイボーラ・トランジスタ・デバイスに関連する
特定実施例を説明したか、本発明は、この実施例に限定
されるものではなく、トランジスタや整流器のような全
ての高電圧MOSおよびバイボーラ半導体デバイスにも
使用できることを当業者は理解すべきである。
特定実施例を説明したか、本発明は、この実施例に限定
されるものではなく、トランジスタや整流器のような全
ての高電圧MOSおよびバイボーラ半導体デバイスにも
使用できることを当業者は理解すべきである。
第1図は、従来技術の高電圧半導体デバイスの基板の1
部を表わす簡略化した概略断面図である。 第2図は、本発明による高電圧半導体デバイスの基板の
一部の簡略化した概略断面図である。 第3図ないし第10図は本発明に従った!!!造工程を
順を追って示した半導体基板の一部の簡略化した概略断
面図である。 (主要符号の説明) 2・・・高電圧NPNトランジスタ、 4、44、100・・・基板、 6、46、101・・・N型エピタキシャル領域、8、
48、104、108・・・P十に不純物添加したベー
ス領域、 10、50、110・・・N十に不純物添加した絶縁領
域、 12、52・・・エピタキシャル領域6の面、14・・
・8と10の距離、 16、56、102、106、114・・・ハード・マ
スク、 18・・・16の厚ざ、 20・・・半絶縁多結晶半導体層、 22・・・20の厚さ、 24・・・誘電体層、26・・・24の厚ざ、28・・
・10の変形した部分、 30A、30B・・・6の露出した部分、32・・・2
8の伸びる距離、 34、74・・・金属被覆の一部、 36・・・34の伸びる距離、 40、118・・・第2多結晶シリコン層、42・・・
本発明の高電圧トランジスタ、43・・・不純物添加し
たベース電極の端部からアルミ部分74の端部までを測
定した距離、54・・・不純物添加したP+ベース電極
48と不純物添加した絶縁チャンネル50との間の距離
、58・・・56の厚さ、 60、116・・・第1多結晶シリコン層、62・・・
60の厚さ、 68・・・50の変形した部分、 70B・・ 46の露出した部分、 120・ 第1開口部、 122・ 第2開口部、 124・ 第3開口部、 126・ 金属被覆の第1部分、 128・ 金属被覆の第2部分、 130・ ・金属被覆の第3部分、
部を表わす簡略化した概略断面図である。 第2図は、本発明による高電圧半導体デバイスの基板の
一部の簡略化した概略断面図である。 第3図ないし第10図は本発明に従った!!!造工程を
順を追って示した半導体基板の一部の簡略化した概略断
面図である。 (主要符号の説明) 2・・・高電圧NPNトランジスタ、 4、44、100・・・基板、 6、46、101・・・N型エピタキシャル領域、8、
48、104、108・・・P十に不純物添加したベー
ス領域、 10、50、110・・・N十に不純物添加した絶縁領
域、 12、52・・・エピタキシャル領域6の面、14・・
・8と10の距離、 16、56、102、106、114・・・ハード・マ
スク、 18・・・16の厚ざ、 20・・・半絶縁多結晶半導体層、 22・・・20の厚さ、 24・・・誘電体層、26・・・24の厚ざ、28・・
・10の変形した部分、 30A、30B・・・6の露出した部分、32・・・2
8の伸びる距離、 34、74・・・金属被覆の一部、 36・・・34の伸びる距離、 40、118・・・第2多結晶シリコン層、42・・・
本発明の高電圧トランジスタ、43・・・不純物添加し
たベース電極の端部からアルミ部分74の端部までを測
定した距離、54・・・不純物添加したP+ベース電極
48と不純物添加した絶縁チャンネル50との間の距離
、58・・・56の厚さ、 60、116・・・第1多結晶シリコン層、62・・・
60の厚さ、 68・・・50の変形した部分、 70B・・ 46の露出した部分、 120・ 第1開口部、 122・ 第2開口部、 124・ 第3開口部、 126・ 金属被覆の第1部分、 128・ 金属被覆の第2部分、 130・ ・金属被覆の第3部分、
Claims (12)
- (1)基板; 前記基板上のエピタキシャル領域であって、互いに第1
の距離だけ分離された不純物を添加した電極領域と不純
物を添加した絶縁領域とを有するエピタキシャル領域; 前記の不純物添加絶縁領域と不純物添加電極領域との間
の前記エピタキシャル領域の一部の上にあり、前記の不
純物添加電極領域の端部の一部を被覆する絶縁層; 前記絶縁層上の第1多結晶半導体層; メタライゼーシヨン層;および 前記第1多結晶半導体層上の第2多結晶半導体層; によって構成されることを特徴とする高電圧用半導体デ
バイス。 - (2)前記メタライゼーシヨン層が、前記の不純物添加
絶縁領域を被覆し、前記第2多結晶半導体層上を短い距
離だけ延び、前記の不純物添加電極領域を被覆し、前記
不純物添加電極領域の端部から40μmと120μmと
の間の距離だけ前記第2多結晶半導体層上を延びるよう
に構成される、ことを特徴とする請求項1記載の高電圧
半導体デバイス。 - (3)前記絶縁層が800nmと1200nmとの間の
厚さを有する、ことを特徴とする請求項1または2記載
の高電圧半導体デバイス。 - (4)前記第1多結晶半導体層が300nmと500n
mとの間の厚さを有する、ことを特徴とする請求項1、
2または3記載の高電圧半導体デバイス。 - (5)前記第2多結晶半導体層が150nmと300n
mとの間の厚さを有することを特徴とする請求項1、2
、3または4記載の高電圧半導体デバイス。 - (6)前記第1および第2多結晶半導体層が、それぞれ
第1および第2の酸素の百分率濃度を有する多結晶シリ
コンによつて構成される、ことを特徴とする請求項1、
2、3、4または5記載の高電圧半導体デバイス。 - (7)前記第2多結晶半導体層の前記第2の百分率濃度
は25%ないし30%の範囲である、ことを特徴とする
請求項6記載の高電圧半導体デバイス。 - (8)前記第1の距離が150μmないし225μmの
範囲である、ことを特徴とする上記請求項のいずれかに
記載の高電圧半導体デバイス。 - (9)前記の不純物添加電極領域と不純物添加絶縁領域
とは反対の導電型にドープされる、ことを特徴とする請
求項8記載の高電圧半導体デバイス。 - (10)基板を設ける段階; 該基板上にエピタキシャル領域を形成する段階;該エピ
タキシャル領域内に第1の不純物を添加した電極領域を
形成する段階; 該第1の不純物添加電極領域内に第2の不純物を添加し
た電極領域を形成し、かつ前記エピタキシャル領域内に
不純物を添加した絶縁領域を形成する段階; 前記エピタキシャル領域上に絶縁層を形成する段階; 該絶縁層上に第1および第2多結晶半導体層を堆積する
段階; 該第1および第2多結晶半導体層内および前記絶縁層内
に第1、第2および第3開口部を形成する段階; 前記第2多結晶半導体層および前記エピタキシャル領域
の上にメタライゼーション層を堆積する段階;および 前記第1、第2および第3開口部内に第1、第2および
第3メタライゼーシヨン部分を形成するように前記メタ
ライゼーション層をエッチングする段階であつて、前記
第2メタライゼーシヨン部分が前記の不純物添加電極領
域の端部から短い距離だけ前記第2多結晶半導体層上を
延びるようにする段階; によって構成されることを特徴とする高電圧用半導体デ
バイスの製造方法。 - (11)前記第1の不純物添加電極領域は第1導電型を
有するベース電極を形成し、前記第2の不純物添加電極
領域はエミッタ電極を形成し、前記第2の不純物添加電
極領域と前記の不純物添加絶縁領域は第2導電型を有す
る、ことを特徴とする請求項10記載の製造方法。 - (12)前記短い距離は40μmないし190μmの範
囲である、ことを特徴とする請求項10または11記載
の製造方法。
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