JPH0945912A - 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Info
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- JPH0945912A JPH0945912A JP7194717A JP19471795A JPH0945912A JP H0945912 A JPH0945912 A JP H0945912A JP 7194717 A JP7194717 A JP 7194717A JP 19471795 A JP19471795 A JP 19471795A JP H0945912 A JPH0945912 A JP H0945912A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/101—Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
- H10D84/141—VDMOS having built-in components
- H10D84/148—VDMOS having built-in components the built-in components being breakdown diodes, e.g. Zener diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
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- H10D30/665—Vertical DMOS [VDMOS] FETs having edge termination structures
-
- H—ELECTRICITY
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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-
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D88/00—Three-dimensional [3D] integrated devices
-
- H—ELECTRICITY
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
- H10D89/601—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
- H10D89/611—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using diodes as protective elements
-
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Element Separation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲート保護用のツェナーダイオードを有する
半導体装置において、ゲート・ソース間にリーク電流が
発生するのを防止する。 【解決手段】 MOSFETのゲート保護のためにゲー
ト・ソース間に接続したツェナーダイオード19をN+
/P/P+/P/N+構造とすることにより、P領域表面
の反転によるリーク電流の発生をP+領域によって防止
し、さらに、P+領域の幅によってツェナー電圧の制御
を容易にする。
半導体装置において、ゲート・ソース間にリーク電流が
発生するのを防止する。 【解決手段】 MOSFETのゲート保護のためにゲー
ト・ソース間に接続したツェナーダイオード19をN+
/P/P+/P/N+構造とすることにより、P領域表面
の反転によるリーク電流の発生をP+領域によって防止
し、さらに、P+領域の幅によってツェナー電圧の制御
を容易にする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特にMOS型半導体装置のゲート
保護装置及びその製造方法に関するものである。
その製造方法に関し、特にMOS型半導体装置のゲート
保護装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MOS型半導体装置の中で、比較的高電
圧・大電流のスイッチング素子に用いられるパワーMO
SFETには、過電圧や静電気によって素子が破壊され
るのを防ぐために、そのゲート・ソース間に保護回路を
集積する試みがなされている。
圧・大電流のスイッチング素子に用いられるパワーMO
SFETには、過電圧や静電気によって素子が破壊され
るのを防ぐために、そのゲート・ソース間に保護回路を
集積する試みがなされている。
【0003】従来のパワーMOSFETは図6に示すよ
うに、NチャネルパワーMOSFET110のゲートG
・ソースS間に保護素子としてツェナーダイオード20
0が接続されていた。その具体的な構造を図7に示す。
図7に示されるようにドレイン電極DとなるN+型基板
1上にN型エピタキシャル層2が積層され、エピタキシ
ャル層2表面の一部にP型ベース拡散層10が形成され
さらにP型ベース拡散層10表面の一部にN+型ソース
拡散層14が形成され、ゲート絶縁膜6を介してゲート
ポリシリコン9が設けられ、ゲートポリシリコン9とは
層間絶縁膜16によって隔てられたアルミニウム配線1
8をソース電極Sとした縦型二重拡散MOSFET(縦
型DMOSFET)構造となっていた。
うに、NチャネルパワーMOSFET110のゲートG
・ソースS間に保護素子としてツェナーダイオード20
0が接続されていた。その具体的な構造を図7に示す。
図7に示されるようにドレイン電極DとなるN+型基板
1上にN型エピタキシャル層2が積層され、エピタキシ
ャル層2表面の一部にP型ベース拡散層10が形成され
さらにP型ベース拡散層10表面の一部にN+型ソース
拡散層14が形成され、ゲート絶縁膜6を介してゲート
ポリシリコン9が設けられ、ゲートポリシリコン9とは
層間絶縁膜16によって隔てられたアルミニウム配線1
8をソース電極Sとした縦型二重拡散MOSFET(縦
型DMOSFET)構造となっていた。
【0004】またエピタキシャル層2表面の一部には絶
縁膜3が形成され、絶縁膜3上にはN+型ポリシリコン
15,P型ポリシリコン11からなる逆方向直列接続さ
れたポリシリコンツェナーダイオード20が形成されて
おり、ゲート・ソース間に配置されている。このポリシ
リコンツェナーダイオード20はゲート絶縁膜6の耐圧
より低い電圧でツェナー降伏するように設計されてい
る。なお、P型拡散層5はガードリング,12はP+型
拡散層,17はコンタクトホールである。
縁膜3が形成され、絶縁膜3上にはN+型ポリシリコン
15,P型ポリシリコン11からなる逆方向直列接続さ
れたポリシリコンツェナーダイオード20が形成されて
おり、ゲート・ソース間に配置されている。このポリシ
リコンツェナーダイオード20はゲート絶縁膜6の耐圧
より低い電圧でツェナー降伏するように設計されてい
る。なお、P型拡散層5はガードリング,12はP+型
拡散層,17はコンタクトホールである。
【0005】また、この種ゲート保護回路については、
特開昭64−8674号公報,特開平5−21721号
公報によっても公知となっている。図8は特開昭64−
8674号公報に開示された縦型のパワーMOSFET
を示す断面図である。図8に示された従来の縦型パワー
MOSFETは、ドレイン電極DとなるN+型基板10
1上にN型エピタキシャル層102が積層され、エピタ
キシャル層102表面の一部にP型ベース拡散層10が
形成され、さらにP型ベース拡散層10表面の一部にN
+型ソース拡散層14が形成され、ゲート絶縁膜6を介
してゲートポリシリコン9が設けられ、ゲートポリシリ
コン9とは層間絶縁膜16によって隔てられたアルミニ
ウム配線18がソース電極Sとなっている縦型二重拡散
MOSFET(縦型DMOSFET)構造に構成されて
いる。
特開昭64−8674号公報,特開平5−21721号
公報によっても公知となっている。図8は特開昭64−
8674号公報に開示された縦型のパワーMOSFET
を示す断面図である。図8に示された従来の縦型パワー
MOSFETは、ドレイン電極DとなるN+型基板10
1上にN型エピタキシャル層102が積層され、エピタ
キシャル層102表面の一部にP型ベース拡散層10が
形成され、さらにP型ベース拡散層10表面の一部にN
+型ソース拡散層14が形成され、ゲート絶縁膜6を介
してゲートポリシリコン9が設けられ、ゲートポリシリ
コン9とは層間絶縁膜16によって隔てられたアルミニ
ウム配線18がソース電極Sとなっている縦型二重拡散
MOSFET(縦型DMOSFET)構造に構成されて
いる。
【0006】さらにP型ベース拡散層10と同一プロセ
スにて形成されたP型拡散層103の表面にはP+型拡
散層104及びN+型拡散層105が形成されており、
P+型拡散層104を挾むようにして形成された二つの
N+型拡散層105はそれぞれアルミニウム配線18に
よってゲート電極G及びソース電極Sに接続されてい
る。ここで、P型拡散層103,P+型拡散層104及
びN+型拡散層105は逆方向直列接続されたツェナー
ダイオードとなっている。
スにて形成されたP型拡散層103の表面にはP+型拡
散層104及びN+型拡散層105が形成されており、
P+型拡散層104を挾むようにして形成された二つの
N+型拡散層105はそれぞれアルミニウム配線18に
よってゲート電極G及びソース電極Sに接続されてい
る。ここで、P型拡散層103,P+型拡散層104及
びN+型拡散層105は逆方向直列接続されたツェナー
ダイオードとなっている。
【0007】図9は特開平5−21721号公報に開示
された横型パワーMOSFETを示す断面図である。図
9に示された従来の横型パワーMOSFETは、N型基
板201の表面の一部にP型ベース拡散層10が形成さ
れ、さらにP型ベース拡散層10表面の一部にN+型ソ
ース拡散層14が形成され、ゲート絶縁膜6を介してゲ
ートポリシリコン9が設けられている。N型基板201
の表面の一部にはN+型ドレイン拡散層204も形成さ
れている。さらに、ゲートポリシリコン9とは第1層間
絶縁膜205によって隔てられた第1アルミニウム配線
206がソース電極S,第1アルミニウム配線206と
は第2層間絶縁膜207によって隔てられた第2アルミ
ニウム配線208がドレイン電極D,ゲート電極Gをな
す、2層配線構造をもつ横型二重拡散MOSFET(横
型DMOSFET)構造となっている。
された横型パワーMOSFETを示す断面図である。図
9に示された従来の横型パワーMOSFETは、N型基
板201の表面の一部にP型ベース拡散層10が形成さ
れ、さらにP型ベース拡散層10表面の一部にN+型ソ
ース拡散層14が形成され、ゲート絶縁膜6を介してゲ
ートポリシリコン9が設けられている。N型基板201
の表面の一部にはN+型ドレイン拡散層204も形成さ
れている。さらに、ゲートポリシリコン9とは第1層間
絶縁膜205によって隔てられた第1アルミニウム配線
206がソース電極S,第1アルミニウム配線206と
は第2層間絶縁膜207によって隔てられた第2アルミ
ニウム配線208がドレイン電極D,ゲート電極Gをな
す、2層配線構造をもつ横型二重拡散MOSFET(横
型DMOSFET)構造となっている。
【0008】さらにN型基板201上の一部に絶縁膜2
02を隔ててポリシリコンツェナーダイオード209が
形成されている。このポリシリコンツェナーダイオード
209はN+領域の中に多数のセル状のP+領域が規則的
に配置された構造となっており、ゲート・ソース間のP
NP型の双方向のツェナーダイオードとして用いる場合
の配線が形成されている。
02を隔ててポリシリコンツェナーダイオード209が
形成されている。このポリシリコンツェナーダイオード
209はN+領域の中に多数のセル状のP+領域が規則的
に配置された構造となっており、ゲート・ソース間のP
NP型の双方向のツェナーダイオードとして用いる場合
の配線が形成されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし図7に示された
従来例では、ポリシリコンツェナーダイオード20にお
けるP+型ポリシリコン領域は、MOSFETのP型ベ
ース拡散層10と同一プロセスで形成されるため比較的
濃度が低く、ポリシリコンツェナーダイオード形成以降
のプロセス、すなわち層間絶縁膜,配線,カバー膜,モ
ールド樹脂などの形成方法によっては、P+型ポリシリ
コン領域表面が反転しやすくなり、ゲート・ソース間に
リーク電流が流れるという問題が生じることがあった。
従来例では、ポリシリコンツェナーダイオード20にお
けるP+型ポリシリコン領域は、MOSFETのP型ベ
ース拡散層10と同一プロセスで形成されるため比較的
濃度が低く、ポリシリコンツェナーダイオード形成以降
のプロセス、すなわち層間絶縁膜,配線,カバー膜,モ
ールド樹脂などの形成方法によっては、P+型ポリシリ
コン領域表面が反転しやすくなり、ゲート・ソース間に
リーク電流が流れるという問題が生じることがあった。
【0010】また図8に示された従来例では、ツェナー
ダイオードが拡散層を用いて形成されているため、P型
拡散層103,N+型拡散層105が順バイアスされた
場合、N型エピタキシャル層102に少数キャリアが注
入されラッチアップや誤動作を引き起こすことがあると
いう問題点が生じる。
ダイオードが拡散層を用いて形成されているため、P型
拡散層103,N+型拡散層105が順バイアスされた
場合、N型エピタキシャル層102に少数キャリアが注
入されラッチアップや誤動作を引き起こすことがあると
いう問題点が生じる。
【0011】また図9に示された従来例では、ポリシリ
コンツェナーダイオード209におけるN+,P+領域の
各不純物濃度については、必要とするツェナー電圧に応
じて選定されなければならず、MOSFET形成のため
のプロセスにツェナーダイオード形成のためのプロセス
を付加する必要があり、製造コストが増大するという問
題点が生じる。
コンツェナーダイオード209におけるN+,P+領域の
各不純物濃度については、必要とするツェナー電圧に応
じて選定されなければならず、MOSFET形成のため
のプロセスにツェナーダイオード形成のためのプロセス
を付加する必要があり、製造コストが増大するという問
題点が生じる。
【0012】MOSFETの形成と同一プロセスを用い
て、ポリシリコンツェナーダイオード209におけるN
+,P+領域の形成を行うことも可能であるが、その場
合、N+,P+領域の各不純物濃度はプロセスにより制約
を受けるため、必要とするツェナー電圧が得られないと
いった問題点が生じる。
て、ポリシリコンツェナーダイオード209におけるN
+,P+領域の形成を行うことも可能であるが、その場
合、N+,P+領域の各不純物濃度はプロセスにより制約
を受けるため、必要とするツェナー電圧が得られないと
いった問題点が生じる。
【0013】本発明の目的は、前記ゲート・ソース間の
リーク電流の発生を防止し、さらにツェナー電圧を必要
に応じて制御可能なゲート保護ポリシリコンツェナーダ
イオードを有する半導体装置およびその製造方法を提供
することにある。
リーク電流の発生を防止し、さらにツェナー電圧を必要
に応じて制御可能なゲート保護ポリシリコンツェナーダ
イオードを有する半導体装置およびその製造方法を提供
することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、ツェナーダイオードを
有する半導体装置であって、ツェナーダイオードは、M
OS型半導体装置のゲート・ソース間に接続され、該M
OS型半導体装置のゲートを保護するものであって、濃
度が異なる半導体の接合構造体からなるものであり、前
記半導体の接合構造体は、チャネルストッパを有してお
り、前記チャネルストッパは、低濃度領域表面の反転に
よるリーク電流の発生を抑制するものである。
め、本発明に係る半導体装置は、ツェナーダイオードを
有する半導体装置であって、ツェナーダイオードは、M
OS型半導体装置のゲート・ソース間に接続され、該M
OS型半導体装置のゲートを保護するものであって、濃
度が異なる半導体の接合構造体からなるものであり、前
記半導体の接合構造体は、チャネルストッパを有してお
り、前記チャネルストッパは、低濃度領域表面の反転に
よるリーク電流の発生を抑制するものである。
【0015】また前記チャネルストッパは、高濃度の半
導体からなり、前記半導体の接合構造体のうち低濃度領
域内に設けられ、該低濃度領域を分断するものである。
導体からなり、前記半導体の接合構造体のうち低濃度領
域内に設けられ、該低濃度領域を分断するものである。
【0016】またMOS型半導体装置のゲート・ソース
間にツェナーダイオードを接続した半導体装置であっ
て、前記ツェナーダイオードは、チャネルストッパを有
し、濃度の異なる半導体領域を絶縁膜上に接合して構成
されたものであり、前記チャネルストッパは、低濃度の
半導体領域中に設けられ、該領域を分断するものであ
る。
間にツェナーダイオードを接続した半導体装置であっ
て、前記ツェナーダイオードは、チャネルストッパを有
し、濃度の異なる半導体領域を絶縁膜上に接合して構成
されたものであり、前記チャネルストッパは、低濃度の
半導体領域中に設けられ、該領域を分断するものであ
る。
【0017】また前記ツェナーダイオードのツェナー電
圧は、前記低濃度側半導体領域の不純物濃度により制御
するものである。
圧は、前記低濃度側半導体領域の不純物濃度により制御
するものである。
【0018】また前記ツェナーダイオードのツェナー電
圧は、前記チャネルストッパの幅寸法により制御するも
のである。
圧は、前記チャネルストッパの幅寸法により制御するも
のである。
【0019】また前記ツェナーダイオードは、複数段直
列接続されたものである。
列接続されたものである。
【0020】また本発明に係る半導体装置の製造方法
は、エピ層形成処理と、導電層形成処理と、低濃度半導
体形成処理と、高濃度半導体形成処理と、接合処理とを
行い、MOS型半導体装置のゲート・ソース間にツェナ
ーダイオードが接続される半導体装置を製造する半導体
装置の製造方法であって、エピ層形成処理は、ツェナー
ダイオードが形成される領域の半導体基板にエピタキシ
ャル層を形成する処理であり、導電層形成処理は、前記
エピタキシャル層に拡散層を形成し、かつ該拡散層上に
絶縁膜を介して導電層を形成する処理であり、低濃度半
導体形成処理は、前記導電層を低濃度の半導体領域に転
換する処理であり、高濃度半導体形成処理は、前記導電
層内に転換された低濃度半導体領域の一部に高濃度半導
体領域を形成し、該高濃度半導体領域により低濃度半導
体領域を分断する処理であり、接合処理は、前記分断さ
れた低濃度半導体領域に導電型が異なる高濃度半導体領
域を形成して、濃度が異なる半導体の接合構造体を形成
する処理である。
は、エピ層形成処理と、導電層形成処理と、低濃度半導
体形成処理と、高濃度半導体形成処理と、接合処理とを
行い、MOS型半導体装置のゲート・ソース間にツェナ
ーダイオードが接続される半導体装置を製造する半導体
装置の製造方法であって、エピ層形成処理は、ツェナー
ダイオードが形成される領域の半導体基板にエピタキシ
ャル層を形成する処理であり、導電層形成処理は、前記
エピタキシャル層に拡散層を形成し、かつ該拡散層上に
絶縁膜を介して導電層を形成する処理であり、低濃度半
導体形成処理は、前記導電層を低濃度の半導体領域に転
換する処理であり、高濃度半導体形成処理は、前記導電
層内に転換された低濃度半導体領域の一部に高濃度半導
体領域を形成し、該高濃度半導体領域により低濃度半導
体領域を分断する処理であり、接合処理は、前記分断さ
れた低濃度半導体領域に導電型が異なる高濃度半導体領
域を形成して、濃度が異なる半導体の接合構造体を形成
する処理である。
【0021】また前記低濃度半導体形成処理,高濃度半
導体形成処理と、接合処理は、ゲート・ソース間にツェ
ナーダイオードが接続されるMOS型半導体装置を構成
する重層構造の拡散層を形成する段階毎に行うものであ
る。
導体形成処理と、接合処理は、ゲート・ソース間にツェ
ナーダイオードが接続されるMOS型半導体装置を構成
する重層構造の拡散層を形成する段階毎に行うものであ
る。
【0022】以上のようにMOSFETのゲート保護用
としてゲート・ソース間に接続したツェナーダイオード
をなす濃度の異なる半導体の接合構造体を、具体的には
N+/P/P+/N構造とすることにより、P領域表面の
反転によるリーク電流の発生をP+領域によって防止
し、さらにP+領域の幅によってツェナー電圧の制御を
容易にする。
としてゲート・ソース間に接続したツェナーダイオード
をなす濃度の異なる半導体の接合構造体を、具体的には
N+/P/P+/N構造とすることにより、P領域表面の
反転によるリーク電流の発生をP+領域によって防止
し、さらにP+領域の幅によってツェナー電圧の制御を
容易にする。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面により説明す
る。
る。
【0024】図において本発明に係る半導体装置は、ツ
ェナーダイオード19を有する半導体装置を対象とする
ものであり、ツェナーダイオード19は、MOS型半導
体装置のゲート電極G・ソース電極S間に接続され、該
MOS型半導体装置のゲート電極Gを保護するものであ
って、濃度が異なる半導体の接合構造体11,15から
なるものであり、半導体の接合構造体11,15は、チ
ャネルストッパ13を有しており、チャネルストッパ1
3は、低濃度領域110表面の反転によるリーク電流の
発生を抑制するものであり、DはMOS型半導体装置の
ドレイン電極である。
ェナーダイオード19を有する半導体装置を対象とする
ものであり、ツェナーダイオード19は、MOS型半導
体装置のゲート電極G・ソース電極S間に接続され、該
MOS型半導体装置のゲート電極Gを保護するものであ
って、濃度が異なる半導体の接合構造体11,15から
なるものであり、半導体の接合構造体11,15は、チ
ャネルストッパ13を有しており、チャネルストッパ1
3は、低濃度領域110表面の反転によるリーク電流の
発生を抑制するものであり、DはMOS型半導体装置の
ドレイン電極である。
【0025】チャネルストッパ13は具体的には高濃度
の半導体13からなり、半導体の接合構造体11,15
のうち低濃度領域11内に設けられ、低濃度領域11を
分断するものである。
の半導体13からなり、半導体の接合構造体11,15
のうち低濃度領域11内に設けられ、低濃度領域11を
分断するものである。
【0026】またツェナーダイオード19は、チャネル
ストッパ13を有し、濃度の異なる半導体領域11と1
5を絶縁膜3上に接合して構成されたものであり、ツェ
ナーダイオード19のツェナー電圧は、低濃度側半導体
領域11の不純物濃度により制御する、或いはツェナー
ダイオード19のツェナー電圧は、チャネルストッパ1
3の幅寸法により制御するようになっている。またツェ
ナーダイオード19は図4に示すように、複数段直列接
続されてツェナーダイオード20の群をなすようにして
もよい。
ストッパ13を有し、濃度の異なる半導体領域11と1
5を絶縁膜3上に接合して構成されたものであり、ツェ
ナーダイオード19のツェナー電圧は、低濃度側半導体
領域11の不純物濃度により制御する、或いはツェナー
ダイオード19のツェナー電圧は、チャネルストッパ1
3の幅寸法により制御するようになっている。またツェ
ナーダイオード19は図4に示すように、複数段直列接
続されてツェナーダイオード20の群をなすようにして
もよい。
【0027】次に本発明に係る半導体装置の製造方法は
エピ層形成処理と、導電層形成処理と、低濃度半導体形
成処理と、高濃度半導体形成処理と、接合処理とを行
い、MOS型半導体装置のゲート電極Gとソース電極S
との間にツェナーダイオード19が接続される半導体装
置を製造するようになっている。
エピ層形成処理と、導電層形成処理と、低濃度半導体形
成処理と、高濃度半導体形成処理と、接合処理とを行
い、MOS型半導体装置のゲート電極Gとソース電極S
との間にツェナーダイオード19が接続される半導体装
置を製造するようになっている。
【0028】各処理の機能を説明すると、エピ層形成処
理は図2(a)に示すように、ツェナーダイオード19
が形成される領域の半導体基板1にエピタキシャル層2
を形成する処理であり、導電層形成処理は図2(c),
(d)に示すように、前記エピタキシャル層2に拡散層
5を形成し、かつ該拡散層5上に絶縁膜3を介して導電
層7を形成する処理である。
理は図2(a)に示すように、ツェナーダイオード19
が形成される領域の半導体基板1にエピタキシャル層2
を形成する処理であり、導電層形成処理は図2(c),
(d)に示すように、前記エピタキシャル層2に拡散層
5を形成し、かつ該拡散層5上に絶縁膜3を介して導電
層7を形成する処理である。
【0029】また低濃度半導体形成処理は図3(e)に
示すように、前記導電層7を低濃度の半導体領域11に
転換する処理であり、高濃度半導体形成処理は図3
(f)に示すように、前記導電層7内に転換された低濃
度の半導体領域(P)11の一部に高濃度半導体領域
(P+)13を形成し、該高濃度半導体領域(P+)13
により低濃度半導体領域(P)11を分断する処理であ
り、接合処理は図3(g)に示すように、前記分断され
た低濃度半導体領域(P)11に導電型が異なる高濃度
半導体領域(N+)15を形成して、濃度が異なる半導
体の接合構造体(N+/P/P+/P/N+接合)11,
13,15を形成する処理である。
示すように、前記導電層7を低濃度の半導体領域11に
転換する処理であり、高濃度半導体形成処理は図3
(f)に示すように、前記導電層7内に転換された低濃
度の半導体領域(P)11の一部に高濃度半導体領域
(P+)13を形成し、該高濃度半導体領域(P+)13
により低濃度半導体領域(P)11を分断する処理であ
り、接合処理は図3(g)に示すように、前記分断され
た低濃度半導体領域(P)11に導電型が異なる高濃度
半導体領域(N+)15を形成して、濃度が異なる半導
体の接合構造体(N+/P/P+/P/N+接合)11,
13,15を形成する処理である。
【0030】また前記低濃度半導体形成処理,高濃度半
導体形成処理と、接合処理は、ゲート電極Gとソース電
極Sとの間にツェナーダイオード19が接続されるMO
S型半導体装置を構成する重層構造の拡散層10,1
2,14を形成する段階毎に行うようになっている。
導体形成処理と、接合処理は、ゲート電極Gとソース電
極Sとの間にツェナーダイオード19が接続されるMO
S型半導体装置を構成する重層構造の拡散層10,1
2,14を形成する段階毎に行うようになっている。
【0031】(実施形態1)次に本発明の具体例を図
1,図2に従って説明する。図1は本発明の実施形態1
に係る半導体装置を示す縦断面図、図2及び図3は本発
明に係る製造方法を工程順に示す断面図である。
1,図2に従って説明する。図1は本発明の実施形態1
に係る半導体装置を示す縦断面図、図2及び図3は本発
明に係る製造方法を工程順に示す断面図である。
【0032】図1に示すように本発明の実施形態1に係
る半導体装置は、ドレイン電極DとなるN+型基板1上
にN型エピタキシャル層2が積層され、エピタキシャル
層2表面の一部にP型ベース拡散層10が形成され、さ
らにP型ベース拡散層10表面の一部にN+型ソース拡
散層12が形成され、ゲート絶縁膜6を介してゲートポ
リシリコン9が設けられ、ゲートポリシリコン9とは層
間絶縁膜16によって隔てられたアルミニウム配線18
がソース電極Sとなっている縦型二重拡散MOSFET
(縦型DMOSFET)構造に構成されている。
る半導体装置は、ドレイン電極DとなるN+型基板1上
にN型エピタキシャル層2が積層され、エピタキシャル
層2表面の一部にP型ベース拡散層10が形成され、さ
らにP型ベース拡散層10表面の一部にN+型ソース拡
散層12が形成され、ゲート絶縁膜6を介してゲートポ
リシリコン9が設けられ、ゲートポリシリコン9とは層
間絶縁膜16によって隔てられたアルミニウム配線18
がソース電極Sとなっている縦型二重拡散MOSFET
(縦型DMOSFET)構造に構成されている。
【0033】さらにP型ベース拡散層5は、P型ベース
拡散層10と同一プロセスにて形成され、P型拡散層5
上には絶縁膜3を介してP型拡散層11及びN+型拡散
層15,15が形成されており、P型拡散層11,11
間を分断するようにP+型拡散層13が形成され、二つ
のN+型拡散層15,15はそれぞれアルミニウム配線
18によってゲート電極G及びソース電極Sに接続され
ている。ここで、P型拡散層11,11,P+型拡散層
13及びN+型拡散層15,15は逆方向直列接続され
たツェナーダイオードとなっている。
拡散層10と同一プロセスにて形成され、P型拡散層5
上には絶縁膜3を介してP型拡散層11及びN+型拡散
層15,15が形成されており、P型拡散層11,11
間を分断するようにP+型拡散層13が形成され、二つ
のN+型拡散層15,15はそれぞれアルミニウム配線
18によってゲート電極G及びソース電極Sに接続され
ている。ここで、P型拡散層11,11,P+型拡散層
13及びN+型拡散層15,15は逆方向直列接続され
たツェナーダイオードとなっている。
【0034】次に図1に示す本発明に係る半導体装置の
製造方法を図2及び図3に基づいて説明する。例えばア
ンチモンあるいはヒ素が1018〜1019cm-3程度導入
されたN+型基板1を用意し、その一主面に例えばリン
が1014cm-3〜1016cm- 3程度導入されたN-型エ
ピタキシャル層2を、後で形成する縦型パワーMOSF
ETの要求耐圧に必要な濃度および厚さで形成する。次
いで図2(a)に示したように、N+型基板1上に形成
されたN-型エピタキシャル層2の表面に一様に熱酸化
法によるSiO2などの絶縁膜3を形成し、さらにCV
D法によるSi3N4などの絶縁膜4を形成し、絶縁膜4
の一部をフォトリソグラフィ法によりパターニングを行
った後エッチングし除去する。続いて、絶縁膜4をマス
クにしてボロンをイオン注入法により拡散しP型拡散層
5を形成する。
製造方法を図2及び図3に基づいて説明する。例えばア
ンチモンあるいはヒ素が1018〜1019cm-3程度導入
されたN+型基板1を用意し、その一主面に例えばリン
が1014cm-3〜1016cm- 3程度導入されたN-型エ
ピタキシャル層2を、後で形成する縦型パワーMOSF
ETの要求耐圧に必要な濃度および厚さで形成する。次
いで図2(a)に示したように、N+型基板1上に形成
されたN-型エピタキシャル層2の表面に一様に熱酸化
法によるSiO2などの絶縁膜3を形成し、さらにCV
D法によるSi3N4などの絶縁膜4を形成し、絶縁膜4
の一部をフォトリソグラフィ法によりパターニングを行
った後エッチングし除去する。続いて、絶縁膜4をマス
クにしてボロンをイオン注入法により拡散しP型拡散層
5を形成する。
【0035】次に図2(b)に示すように、LOCOS
法により絶縁膜3を1μm程度の厚さとし、絶縁膜4お
よび絶縁膜3の薄い部分をエッチングにより除去した
後、熱処理によりP型拡散層5を押し込む。
法により絶縁膜3を1μm程度の厚さとし、絶縁膜4お
よび絶縁膜3の薄い部分をエッチングにより除去した
後、熱処理によりP型拡散層5を押し込む。
【0036】次に図2(c)に示すように、熱酸化法な
どによりゲート絶縁膜6を一様に形成し、さらにCVD
方によりポリシリコン7を一様に形成する。続いて、熱
酸化法などにより絶縁膜8を形成しフォトリソグラフィ
法によりパターニングを行い、ポリシリコン7上のポリ
シリコンツェナーダイオード形成領域のみに絶縁膜8を
マスク材として残す。
どによりゲート絶縁膜6を一様に形成し、さらにCVD
方によりポリシリコン7を一様に形成する。続いて、熱
酸化法などにより絶縁膜8を形成しフォトリソグラフィ
法によりパターニングを行い、ポリシリコン7上のポリ
シリコンツェナーダイオード形成領域のみに絶縁膜8を
マスク材として残す。
【0037】次に図2(d)に示すように、絶縁膜8を
マスクとして、ポリシリコン7を低抵抗化するためにリ
ンを高濃度に拡散した後、あらためてパターニングを行
いゲートポリシリコン9を形成する。
マスクとして、ポリシリコン7を低抵抗化するためにリ
ンを高濃度に拡散した後、あらためてパターニングを行
いゲートポリシリコン9を形成する。
【0038】次に図2(e)に示すように、ボロンをイ
オン注入法,熱処理により導入しP型ベース拡散層10
およびP型ポリシリコン11を形成する。
オン注入法,熱処理により導入しP型ベース拡散層10
およびP型ポリシリコン11を形成する。
【0039】次に図3(f)に示すように、フォトレジ
ストのパターニングを行った後に比較的高いドーズ量に
てボロンを導入し、P+型拡散層12およびP+型ポリシ
リコン13を形成する。
ストのパターニングを行った後に比較的高いドーズ量に
てボロンを導入し、P+型拡散層12およびP+型ポリシ
リコン13を形成する。
【0040】次に図3(g)に示すように、フォトレジ
ストのパターニングを行った後に比較的高いドーズ量に
てリンあるいはヒ素を導入し、N+型拡散層14および
N+型ポリシリコン15を形成する。
ストのパターニングを行った後に比較的高いドーズ量に
てリンあるいはヒ素を導入し、N+型拡散層14および
N+型ポリシリコン15を形成する。
【0041】以上のようにして、Nチャネル縦型DMO
SFETおよびN+/P/P+/P/N+構造のポリシリ
コンツェナーダイオードが形成される。さらに、層間絶
縁膜16,コンタクトホール17,配線材としてのアル
ミニウム配線18を必要なパターニングを行って形成
し、図1に示したようなゲート・ソース間にポリシリコ
ンツェナーダイオード19が接続されたパワーMOSF
ETを得る。
SFETおよびN+/P/P+/P/N+構造のポリシリ
コンツェナーダイオードが形成される。さらに、層間絶
縁膜16,コンタクトホール17,配線材としてのアル
ミニウム配線18を必要なパターニングを行って形成
し、図1に示したようなゲート・ソース間にポリシリコ
ンツェナーダイオード19が接続されたパワーMOSF
ETを得る。
【0042】(実施形態2)図4は本発明の実施形態2
に係る半導体装置の一部を示す断面図である。図4に示
す半導体装置は、実施形態1と同様に図2および図3に
示す製造工程を経て形成される。
に係る半導体装置の一部を示す断面図である。図4に示
す半導体装置は、実施形態1と同様に図2および図3に
示す製造工程を経て形成される。
【0043】図4に示す半導体装置はゲート・ソース間
にN+/P/P+/P/N+構造のポリシリコンツェナー
ダイオードが3段に直列接続されている。図4に示す半
導体装置の構成は、1段より2段,2段より3段の方が
ツェナー降伏が急峻であり、より素早い保護動作が行わ
れるという発明者の見知によるものである。
にN+/P/P+/P/N+構造のポリシリコンツェナー
ダイオードが3段に直列接続されている。図4に示す半
導体装置の構成は、1段より2段,2段より3段の方が
ツェナー降伏が急峻であり、より素早い保護動作が行わ
れるという発明者の見知によるものである。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
ート・ソース間の保護用にツェナーダイオードを有する
パワーMOSFETにおいて、ツェナーダイオードがN
+/P/P+/P/N+構造すなわち低濃度のP領域中に
高濃度のP+領域を設けた構造にて形成されているた
め、ツェナーダイオード形成以降のプロセスによって低
濃度のP領域表面が反転しやすい構成となった場合にお
いてもP+領域がチャネルストッパーの役割を果たし、
ゲート・ソース間のリーク電流の発生を防止することが
できる。
ート・ソース間の保護用にツェナーダイオードを有する
パワーMOSFETにおいて、ツェナーダイオードがN
+/P/P+/P/N+構造すなわち低濃度のP領域中に
高濃度のP+領域を設けた構造にて形成されているた
め、ツェナーダイオード形成以降のプロセスによって低
濃度のP領域表面が反転しやすい構成となった場合にお
いてもP+領域がチャネルストッパーの役割を果たし、
ゲート・ソース間のリーク電流の発生を防止することが
できる。
【0045】さらに、N+,P,P+各領域をMOSFE
Tと同一プロセスで形成するため、MOSFETの特性
を重視するとツェナー電圧の設計に制限が加わることが
あるが、母体であるN+/P/N+構造の各領域の大きさ
・濃度を変更することなく、P+領域の幅のみを変える
ことによってツェナー電圧を必要に応じて制御できる。
具体例を図5に示す。図5はP+領域すなわちP+型ポリ
シリコン形成の際のマスクパターンの幅とポリシリコン
ツェナーダイオードの降伏電圧との関係の一例を示した
ものである。図5から明らかなようにP+領域の幅を0
〜3μmに変化させることで20V以上のツェナー電圧
を制御することができる。
Tと同一プロセスで形成するため、MOSFETの特性
を重視するとツェナー電圧の設計に制限が加わることが
あるが、母体であるN+/P/N+構造の各領域の大きさ
・濃度を変更することなく、P+領域の幅のみを変える
ことによってツェナー電圧を必要に応じて制御できる。
具体例を図5に示す。図5はP+領域すなわちP+型ポリ
シリコン形成の際のマスクパターンの幅とポリシリコン
ツェナーダイオードの降伏電圧との関係の一例を示した
ものである。図5から明らかなようにP+領域の幅を0
〜3μmに変化させることで20V以上のツェナー電圧
を制御することができる。
【図1】本発明の実施形態1に係る半導体装置を示す断
面図である。
面図である。
【図2】本発明の実施形態1に係る半導体装置を製造工
程順に示す断面図である。
程順に示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態1に係る半導体装置を製造工
程順に示す断面図である。
程順に示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態2に係る半導体装置の一部を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図5】本発明の実施形態2におけるP+型ポリシリコ
ンの幅とツェナー電圧の関係を示す図である。
ンの幅とツェナー電圧の関係を示す図である。
【図6】ゲート保護回路を有するMOSFETを示す図
である。
である。
【図7】従来例の半導体装置を示す断面図である。
【図8】従来例の半導体装置を示す断面図である。
【図9】従来例の半導体装置を示す断面図である。
1 N型基板 2 N-型エピタキシャル層 3 絶縁膜 4 絶縁膜 5 P型拡散層 6 ゲート絶縁膜 7 ポリシリコン 8 絶縁膜 9 ゲートポリシリコン 10 P型ベース拡散層 11 P型ポリシリコン 12 P+型拡散層 13 P+型ポリシリコン 14 N+型ソース拡散層 15 N+型ポリシリコン 16 層間絶縁膜 17 コンタクトホール 18 アルミニウム 19 ポリシリコンツェナーダイオード 20 ポリシリコンツェナーダイオード 100 MOSFET 101 N+型基板 102 N型エピタキシャル層 103 P型拡散層 104 P+型拡散層 105 N+型拡散層 106 ツェナーダイオード 200 ツェナーダイオード 201 N型基板 202 絶縁膜 203 P型拡散層 204 N+型ドレイン拡散層 205 第1層間絶縁膜 206 第1アルミニウム 207 第2層間絶縁膜 208 第2アルミニウム 209 ポリシリコンツェナーダイオード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年8月30日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし図7に示された
従来例では、ポリシリコンツェナーダイオード20にお
けるP型ポリシリコン11は、MOSFETのP型ベー
ス拡散層10と同一プロセスで形成されるため比較的濃
度が低く、ポリシリコンツェナーダイオード形成以降の
プロセス、すなわち層間絶縁膜,配線,カバー膜,モー
ルド樹脂などの形成方法によっては、P型ポリシリコン
11表面が反転しやすくなり、ゲート・ソース間にリー
ク電流が流れるという問題が生じることがあった。
従来例では、ポリシリコンツェナーダイオード20にお
けるP型ポリシリコン11は、MOSFETのP型ベー
ス拡散層10と同一プロセスで形成されるため比較的濃
度が低く、ポリシリコンツェナーダイオード形成以降の
プロセス、すなわち層間絶縁膜,配線,カバー膜,モー
ルド樹脂などの形成方法によっては、P型ポリシリコン
11表面が反転しやすくなり、ゲート・ソース間にリー
ク電流が流れるという問題が生じることがあった。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】以上のようにMOSFETのゲート保護用
としてゲート・ソース間に接続したツェナーダイオード
をなす濃度の異なる半導体の接合構造体を、具体的には
N+/P/P+ /P/N構造とすることにより、P領域表
面の反転によるリーク電流の発生をP+領域によって防
止し、さらにP+領域の幅によってツェナー電圧の制御
を容易にする。
としてゲート・ソース間に接続したツェナーダイオード
をなす濃度の異なる半導体の接合構造体を、具体的には
N+/P/P+ /P/N構造とすることにより、P領域表
面の反転によるリーク電流の発生をP+領域によって防
止し、さらにP+領域の幅によってツェナー電圧の制御
を容易にする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
Claims (8)
- 【請求項1】 ツェナーダイオードを有する半導体装置
であって、 ツェナーダイオードは、MOS型半導体装置のゲート・
ソース間に接続され、該MOS型半導体装置のゲートを
保護するものであって、濃度が異なる半導体の接合構造
体からなるものであり、 前記半導体の接合構造体は、チャネルストッパを有して
おり、 前記チャネルストッパは、低濃度領域表面の反転による
リーク電流の発生を抑制するものであることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項2】 前記チャネルストッパは、高濃度の半導
体からなり、前記半導体の接合構造体のうち低濃度領域
内に設けられ、該低濃度領域を分断するものであること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 MOS型半導体装置のゲート・ソース間
にツェナーダイオードを接続した半導体装置であって、 前記ツェナーダイオードは、チャネルストッパを有し、
濃度の異なる半導体領域を絶縁膜上に接合して構成され
たものであり、 前記チャネルストッパは、低濃度の半導体領域中に設け
られ、該領域を分断するものであることを特徴とする請
求項1又は2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧
は、前記低濃度側半導体領域の不純物濃度により制御す
るものであることを特徴とする請求項1,2又は3に記
載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧
は、前記チャネルストッパの幅寸法により制御するもの
であることを特徴とする請求項1,2,3又は4に記載
の半導体装置。 - 【請求項6】 前記ツェナーダイオードは、複数段直列
接続されたものであることを特徴とする請求項1,2,
3,4又は5に記載の半導体装置。 - 【請求項7】 エピ層形成処理と、導電層形成処理と、
低濃度半導体形成処理と、高濃度半導体形成処理と、接
合処理とを行い、MOS型半導体装置のゲート・ソース
間にツェナーダイオードが接続される半導体装置を製造
する半導体装置の製造方法であって、 エピ層形成処理は、ツェナーダイオードが形成される領
域の半導体基板にエピタキシャル層を形成する処理であ
り、 導電層形成処理は、前記エピタキシャル層に拡散層を形
成し、かつ該拡散層上に絶縁膜を介して導電層を形成す
る処理であり、 低濃度半導体形成処理は、前記導電層を低濃度の半導体
領域に転換する処理であり、 高濃度半導体形成処理は、前記導電層内に転換された低
濃度半導体領域の一部に高濃度半導体領域を形成し、該
高濃度半導体領域により低濃度半導体領域を分断する処
理であり、 接合処理は、前記分断された低濃度半導体領域に導電型
が異なる高濃度半導体領域を形成して、濃度が異なる半
導体の接合構造体を形成する処理であることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記低濃度半導体形成処理,高濃度半導
体形成処理と、接合処理は、ゲート・ソース間にツェナ
ーダイオードが接続されるMOS型半導体装置を構成す
る重層構造の拡散層を形成する段階毎に行うものである
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方
法。
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