專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別是涉及利用RESURF效應(yīng)的半導(dǎo)體裝置的性能的改善。
背景技術(shù)：
提倡采用一種應(yīng)用了被稱為RESURF(Reduced SURface Field)效應(yīng)的電場(chǎng)緩和現(xiàn)象的微細(xì)的n型層和p型層的重復(fù)結(jié)構(gòu)(以下稱pn重復(fù)結(jié)構(gòu))的元件，例如USP6,040,600等，來(lái)代替現(xiàn)有型的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的同樣的n型漂移層。
在該pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中，由于n型層和p型層反復(fù)地重疊，所以漂移層容易被耗盡，由于提高了漂移層的劑量濃度，所以具有能降低導(dǎo)通電阻的特征。因此，能獲得一種只用單獨(dú)的高濃度n型漂移層就能實(shí)現(xiàn)通常所能獲得的主耐壓的數(shù)倍耐壓的STM(Super Trench powerMOSFET)結(jié)構(gòu)。以下作為現(xiàn)有例，說(shuō)明USP6,040,600中公開(kāi)的STM的結(jié)構(gòu)。
圖19是簡(jiǎn)略地表示現(xiàn)有的STM結(jié)構(gòu)的剖面圖。參照?qǐng)D19，在半導(dǎo)體襯底101的第一主面上反復(fù)設(shè)置多個(gè)槽101a。在被該槽101a夾持的區(qū)域內(nèi)，設(shè)有各個(gè)n型及p型擴(kuò)散區(qū)103、104。n型擴(kuò)散區(qū)103被設(shè)置在一個(gè)槽101a的側(cè)壁面上，p型擴(kuò)散區(qū)104被設(shè)置在另一個(gè)槽101a的側(cè)壁面上。該n型擴(kuò)散區(qū)103和p型擴(kuò)散區(qū)104沿著槽101a的深度方向構(gòu)成pn結(jié)。
在n型及p型擴(kuò)散區(qū)103、104的第一主面上形成p型基體區(qū)105。在該p型基體區(qū)105內(nèi)，在一個(gè)槽101a的側(cè)壁面上設(shè)有源n+擴(kuò)散區(qū)106。在被該源n+擴(kuò)散區(qū)106和n型擴(kuò)散區(qū)103夾持著的p型基體區(qū)105中，通過(guò)柵絕緣層108相對(duì)地沿著一個(gè)槽101a的側(cè)壁面形成柵極層109。
由絕緣物構(gòu)成的填充層110被填充在槽101a內(nèi)。p+擴(kuò)散區(qū)107被設(shè)置在該填充層110的第一主面?zhèn)壬?，與p型基體區(qū)105連接。另外半導(dǎo)體襯底101的n+區(qū)位于n型及p型擴(kuò)散區(qū)103、104和槽101a反復(fù)構(gòu)成的第二主面?zhèn)取?br> 在第一主面上形成源極層111，導(dǎo)電性地連接在p型基體區(qū)105、源n+擴(kuò)散區(qū)106及p+擴(kuò)散區(qū)107上。另外在第二主面上形成漏極層112，與n+區(qū)101導(dǎo)電性地連接。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于互相相鄰的n型擴(kuò)散區(qū)103的電荷總量和p型擴(kuò)散區(qū)104的電荷總量相等，所以能實(shí)現(xiàn)高耐壓。
可是，在互相相鄰的n型及p型擴(kuò)散區(qū)103、104的各電荷總量相等的情況下，雪崩擊穿時(shí)(主耐壓保持時(shí))的電場(chǎng)強(qiáng)度在n型及p型擴(kuò)散區(qū)103、104的形成區(qū)域內(nèi)大致均勻。因此，發(fā)生由雪崩電流產(chǎn)生的正反饋，所以存在雪崩破壞承受能力(非箝位感應(yīng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)破壞承受能力)低的問(wèn)題。
特別是在圖19所示的STM中，如圖20所示，n型及p型擴(kuò)散區(qū)103、104內(nèi)的各雜質(zhì)集中在槽101a的側(cè)壁附近。因此，上述的雪崩擊穿時(shí)，如圖21所示，電流集中地流到槽101a的側(cè)壁附近。因此，STM中的有效電流密度比具有均勻的漂移濃度的其他裝置高，存在STM對(duì)雪崩承受能力特別弱的傾向。
另外，圖21示出了模擬的結(jié)果，另外在圖21中，n型及p型擴(kuò)散區(qū)103、104內(nèi)的點(diǎn)分布密度大的區(qū)域意味著電流密度大的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在雪崩擊穿時(shí)電流集中地流到槽側(cè)壁上的STM或多用途型半導(dǎo)體裝置中，保持高耐壓，同時(shí)改善雪崩擊穿時(shí)呈降壓狀態(tài)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，提高雪崩破壞承受能力。
本發(fā)明的一個(gè)方面的半導(dǎo)體裝置是一種在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，有反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成互相連接形成pn結(jié)的第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)區(qū)和第二導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)區(qū)被槽夾在中間的單元結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)量和第二雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)量不等。
如果采用本發(fā)明的一個(gè)方面的半導(dǎo)體裝置，則由于被槽夾在中間的第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)的各雜質(zhì)量不同，所以即使在STM這樣的雪崩破壞承受能力特別弱的裝置中，也能提高雪崩破壞承受能力。
另外，由于有第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)反復(fù)重復(fù)的結(jié)構(gòu)，所以能利用備用效果實(shí)現(xiàn)高耐壓。
在上述的半導(dǎo)體裝置中，最好各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第二雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)量對(duì)第一雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)量的比為0.99以下及1.04以上兩者中的任意一者。
因此，能獲得雪崩破壞承受能力改善的顯著效果。
在上述一方面的半導(dǎo)體裝置中，最好各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第二雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)量對(duì)第一雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)量的比為0.95以上0.99以下及1.04以上1.10以下兩者中的任意一者。
因此，能獲得雪崩破壞承受能力改善的顯著效果，同時(shí)能比通常的MOSFET更好地保持耐壓。
在上述一方面的半導(dǎo)體裝置中，最好在被各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的槽夾持著的半導(dǎo)體襯底的主表面上形成絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
因此，在STM中，能獲得良好的雪崩破壞承受能力及耐壓。
在上述一方面的半導(dǎo)體裝置中，最好各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)起二極管作用。
因此，在二極管中也能獲得良好的雪崩破壞承受能力及耐壓。
在上述一方面的半導(dǎo)體裝置中，最好各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)密度和第二雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)密度不等。
這樣由于使第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)的各雜質(zhì)密度不同，所以能使第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)的各雜質(zhì)量不同。
在上述一方面的半導(dǎo)體裝置中，最好各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一雜質(zhì)區(qū)的體積和第二雜質(zhì)區(qū)的體積不等。
這樣由于使第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)的各體積不同，所以能使第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)的各雜質(zhì)量不同。
在上述一方面的半導(dǎo)體裝置中，最好半導(dǎo)體襯底的材質(zhì)由SiC構(gòu)成。
這樣能選擇Si以外的材質(zhì)作為半導(dǎo)體襯底的材質(zhì)。
在上述一方面的半導(dǎo)體裝置中，最好在各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)，還備有連接在第二雜質(zhì)區(qū)上，而且伸出到第一雜質(zhì)區(qū)一側(cè)形成的第二導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)區(qū)。
即使在備有這樣的伸出到第一雜質(zhì)區(qū)一側(cè)形成的第二導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)區(qū)的裝置中，也能獲得良好的雪崩破壞承受能力及耐壓。
本發(fā)明的另一方面的半導(dǎo)體裝置是一種在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，有反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成具有互相并聯(lián)配置的第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)區(qū)和第二導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)區(qū)的單元結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于備有連接在各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一雜質(zhì)區(qū)及第二雜質(zhì)區(qū)兩者中的至少一者上配置的帶電層，各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的帶電層的負(fù)電荷和硅層的p型雜質(zhì)總量的和、與帶電層的正電荷和硅層的n型雜質(zhì)總量的和不等。
如果采用本發(fā)明的另一方面的半導(dǎo)體裝置，則由于備有帶電層，且使帶電層的負(fù)電荷和硅層的p型雜質(zhì)總量的和、與帶電層的正電荷和硅層的n型雜質(zhì)總量的和不等，所以能謀求提高雪崩破壞承受能力。
另外，由于有第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)反復(fù)重復(fù)的結(jié)構(gòu)，所以能利用備用效果實(shí)現(xiàn)高耐壓。
本發(fā)明的再一方面的半導(dǎo)體裝置是一種在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，有反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成互相連接形成pn結(jié)的有第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)區(qū)和第二導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)區(qū)的單元結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于配置在重復(fù)結(jié)構(gòu)外周部的保護(hù)環(huán)及場(chǎng)電極兩者中的至少一者有比在重復(fù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部獲得的耐壓低的耐壓。
如果采用本發(fā)明的再一方面的半導(dǎo)體裝置，則由于重復(fù)結(jié)構(gòu)外周部的保護(hù)環(huán)及場(chǎng)電極有比重復(fù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部低的耐壓，所以其外周部比重復(fù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部先引起雪崩擊穿，結(jié)果能提高元件的雪崩破壞承受能力。


圖1是簡(jiǎn)略地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是通過(guò)模擬分析了圖1中互相相鄰的p型及n型雜質(zhì)區(qū)內(nèi)的雜質(zhì)的離子注入量變化了的情況下的n型雜質(zhì)區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的變化的圖。
圖3是表示使有效的p型雜質(zhì)注入量和有效的n型雜質(zhì)注入量的比變化了的情況下的雪崩破壞承受能力的變化的圖。
圖4是表示有效的p型雜質(zhì)注入量和有效的n型雜質(zhì)注入量的比變化了的情況下的性能指標(biāo)的變化的圖。
圖5至圖9是按照工序表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的半導(dǎo)體裝置的制造方法的簡(jiǎn)略剖面圖。
圖10是作為本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的半導(dǎo)體裝置簡(jiǎn)略地表示二極管的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11是作為本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的半導(dǎo)體裝置簡(jiǎn)略地表示橫型的MOSFET的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖12是作為本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的半導(dǎo)體裝置簡(jiǎn)略地表示橫型的二極管的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖13是簡(jiǎn)略地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖14是簡(jiǎn)略地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的半導(dǎo)體裝置的另一結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖15是簡(jiǎn)略地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的半導(dǎo)體裝置的再一結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖16是簡(jiǎn)略地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的半導(dǎo)體裝置的再一結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖17是簡(jiǎn)略地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖18是簡(jiǎn)略地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3的半導(dǎo)體裝置的另一結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖19是簡(jiǎn)略地表示USP6,040,600所示的STM的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖20是表示圖19中的互相相鄰的n型及p型擴(kuò)散區(qū)的雜質(zhì)濃度分布的圖。
圖21是表示STM中電流集中在槽的側(cè)壁附近的模擬結(jié)果的圖。
發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
(實(shí)施形態(tài)1)參照?qǐng)D1，在半導(dǎo)體襯底1的第一主面(圖中上側(cè)主面)上反復(fù)地設(shè)有多個(gè)槽1a。由雜質(zhì)密度低的硅(包括單晶、多晶、非晶及微晶)、氧化硅膜等絕緣物構(gòu)成的填充層10被填充在各槽1a內(nèi)。在被該槽1a夾在中間的臺(tái)面區(qū)內(nèi)，設(shè)有n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4。n型擴(kuò)散區(qū)3設(shè)在一個(gè)槽1a的側(cè)壁面上，p型擴(kuò)散區(qū)4設(shè)在另一個(gè)槽1a的側(cè)壁面上。該n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4沿槽1a的深度方向構(gòu)成pn結(jié)。
反復(fù)構(gòu)成這樣的用槽1a將n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4夾在中間的單元結(jié)構(gòu)。各單元結(jié)構(gòu)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的各雜質(zhì)濃度分布與圖20所示的分布大致相同。
在各單元結(jié)構(gòu)的p型擴(kuò)散區(qū)4的第一主面?zhèn)壬闲纬缮煜騨型擴(kuò)散區(qū)3的p型基體區(qū)5。在該p型基體區(qū)5的第一主面上互相相鄰地形成源n+擴(kuò)散區(qū)6和p+擴(kuò)散區(qū)7。在被該成源n+擴(kuò)散區(qū)6和n型擴(kuò)散區(qū)3夾持著的p型基體區(qū)5上通過(guò)柵絕緣層8相對(duì)地在第一主面上形成柵極層9。該柵極層9的一端部連接在該充電層10上。
覆蓋著該第一主面的全部表面形成絕緣層11，在該絕緣層11上形成使源n+擴(kuò)散區(qū)6和p+擴(kuò)散區(qū)7各自的一部分表面露出的接觸孔11a。通過(guò)該接觸孔11a，與源n+擴(kuò)散區(qū)6和p+擴(kuò)散區(qū)7兩者導(dǎo)電性連接地在絕緣層11上形成源極層12。另外半導(dǎo)體襯底1的n+區(qū)位于n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4和槽1a的重復(fù)結(jié)構(gòu)的第二主面?zhèn)?。在第二主面上與半導(dǎo)體襯底1的n+區(qū)導(dǎo)電性連接地形成漏極層13。
設(shè)定這樣的各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的n型擴(kuò)散區(qū)3的雜質(zhì)量和p型擴(kuò)散區(qū)4的雜質(zhì)量不等(即不平衡)。
這里n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的雜質(zhì)量不平衡，意味著圖1中n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4互相沿半導(dǎo)體襯底的深度方向構(gòu)成pn結(jié)的區(qū)域H內(nèi)的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的雜質(zhì)量不平衡。
本申請(qǐng)發(fā)明者們通過(guò)模擬分析，研究了圖1中各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的n型擴(kuò)散區(qū)3的雜質(zhì)量和p型擴(kuò)散區(qū)的雜質(zhì)量變化時(shí)n型擴(kuò)散區(qū)3的深度方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的變化。其結(jié)果，獲得了圖2所示的結(jié)果。
參照?qǐng)D2，在n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的雜質(zhì)量大致相等的情況下(P≈N)，備用效果作用最大，所以n型擴(kuò)散區(qū)3的電場(chǎng)強(qiáng)度分布呈平坦?fàn)?，幾乎在全部區(qū)域上施加接近于絕緣破壞電場(chǎng)(≈2×105~3×105V/cm)的電場(chǎng)。另一方面，通過(guò)使雜質(zhì)量不平衡(P＜N、P＞N)，降低備用效果，所以電場(chǎng)強(qiáng)度分布變化，接近絕緣破壞電場(chǎng)的電場(chǎng)施加區(qū)域變小。這樣n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的各雜質(zhì)量不平衡的一方由于接近絕緣破壞電場(chǎng)的電場(chǎng)施加區(qū)域變小，所以雪崩破壞承受能力增大。
但是，在n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的各雜質(zhì)量不平衡的情況下，由于備用效果變小、耐壓下降，所以為了使作為元件的總的性能好，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定不平衡的程度是重要的。
另外，圖2的橫軸表示從半導(dǎo)體襯底1的第一主面算起的深度位置，縱軸表示電場(chǎng)強(qiáng)度。
本申請(qǐng)發(fā)明者們研究了在圖1所示的STM中，使n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的各雜質(zhì)量達(dá)到怎樣程度的不平衡為好。可是，在STM的情況下，如后面所述，由于從槽的側(cè)壁注入離子，形成n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4，所以不能與沒(méi)有槽的其他裝置同樣地考慮。
因此，本申請(qǐng)發(fā)明者們研究了有效的p型雜質(zhì)注入量和有效的n型雜質(zhì)注入量的比變化了的情況下的雪崩破壞承受能力的變化和性能指標(biāo)(導(dǎo)通電阻和主耐壓的綜合特性)的變化。其結(jié)果，獲得了圖4所示的結(jié)果。
參照?qǐng)D3，有效的p型雜質(zhì)注入量對(duì)有效的n型雜質(zhì)注入量的比如果達(dá)到0.99以下或1.04以上，則雪崩破壞承受能力急劇增大，可知能顯著地改善。因此，有效的p型雜質(zhì)注入量對(duì)有效的n型雜質(zhì)注入量的比最好為0.99以下或1.04以上。
另外在上述中所謂“有效的注入量”，不是實(shí)際注入的量，而是處理結(jié)束后，作為雜質(zhì)離子對(duì)應(yīng)于有效地起作用的離子的注入量，是能獲得最高耐壓的注入量。
其次，參照?qǐng)D4，在該曲線圖中將縱軸作為性能指標(biāo)，但如下規(guī)定該性能指標(biāo)。
在MOSFET的導(dǎo)通電阻率中，有與耐壓有關(guān)的硅極限值，能用下式計(jì)算。
硅極限(Ωcm2)＝5.9×10-9×主耐壓2.5(V)以n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4取得了最佳平衡時(shí)的導(dǎo)通電阻對(duì)硅極限的比率為基準(zhǔn)，將其他情況下的導(dǎo)通電阻率對(duì)硅極限的比率作為性能指標(biāo)，用下式表示性能指標(biāo)。
性能指標(biāo)＝(各條件的導(dǎo)通電阻率/對(duì)應(yīng)于各條件的耐壓的硅極限)/(取得了最佳平衡時(shí)的導(dǎo)通電阻率/對(duì)應(yīng)于取得了最佳平衡時(shí)的耐壓的硅極限)為了提高雪崩承受能力，如果使n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的雜質(zhì)量不平衡，則導(dǎo)通電阻增大，或耐壓下降，所以其性能指標(biāo)變壞(值增大)，最好達(dá)到取得了最佳平衡時(shí)的5倍左右。根據(jù)圖4中的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，可知如果有效的p型雜質(zhì)注入量對(duì)有效的n型雜質(zhì)注入量的比在0.95以上至1.10以下的范圍內(nèi)，性能指標(biāo)變?yōu)榇蠹s5以下。
另外，斷定為能允許上述性能指標(biāo)達(dá)到5倍左右的根據(jù)如下。
從提高雪崩破壞承受能力的觀點(diǎn)看，雖然n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的雜質(zhì)量的比率不平衡好，但在STM中如果使n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4不平衡，則導(dǎo)通電阻和主耐壓的綜合特性(性能指標(biāo))惡化。因此。能允許多大程度的不平衡是重要的。該指標(biāo)是“導(dǎo)通電阻比硅極限值低”。在通常的MOSFET中從原理上說(shuō)，也能實(shí)現(xiàn)比硅極限值大的導(dǎo)通電阻，因?yàn)樽鳛镾TM的超低導(dǎo)通電阻的特性的優(yōu)點(diǎn)減少。
在STM中，由于槽1a的側(cè)壁形成漂移層3、4，所以容易使單元間距小，與其他多備用裝置相比，具有容易使導(dǎo)通電阻和主耐壓的綜合特性(性能指標(biāo))好的特征。根據(jù)模擬結(jié)果，STM在p型雜質(zhì)量和n型雜質(zhì)量最平衡的情況下，能獲得大致為硅極限的1/5以下的導(dǎo)通電阻。就是說(shuō)為了提高雪崩承受能力，使p型雜質(zhì)量和n型雜質(zhì)量不平衡，即使達(dá)到5倍左右時(shí)特性(性能指標(biāo))變壞，但能具有比通常的MOSFET好的特性。
因此，在STM中，能選擇兼顧“高雪崩破壞承受能力”和“良好的導(dǎo)通電阻和主耐壓的綜合特性”的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的平衡。在其他的多備用裝置的情況下，如STM所示難以縮小間距，在能兼顧“高雪崩破壞承受能力”和“良好的導(dǎo)通電阻和主耐壓的綜合特性”的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的平衡范圍極端小的情況下，或者只在呈現(xiàn)硅極限的1/2左右的特性的裝置中，可能存在沒(méi)有能兼顧它們的平衡的范圍的情況。
為了實(shí)現(xiàn)比圖3及圖4的結(jié)果好的雪崩破壞承受能力、以及導(dǎo)通電阻和主耐壓的綜合特性(性能指標(biāo))，有效的p型雜質(zhì)注入量對(duì)有效的n型雜質(zhì)注入量的比最好為0.95以上0.99以下或1.04以上1.10以下。
其次，說(shuō)明本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
參照?qǐng)D5，首先，準(zhǔn)備有n+區(qū)1和n-區(qū)2的半導(dǎo)體襯底。將用CVD(Chemical Vapor Deposition)法形成的氧化硅膜等作為掩模材料21，通過(guò)用通常的方法進(jìn)行各向異性刻蝕，在半導(dǎo)體襯底的第一主面上形成多個(gè)槽1a。
參照?qǐng)D6，只在呈條狀形成的槽1a的一個(gè)側(cè)壁中注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。
參照?qǐng)D7，只在呈條狀形成的槽1a的相對(duì)的側(cè)壁中注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。這里，設(shè)定它們的注入量，以便硼和磷的有效的雜質(zhì)量不平衡。即使代替該圖6及圖7中的工序也沒(méi)關(guān)系。
參照?qǐng)D8，通過(guò)熱處理使硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3同時(shí)擴(kuò)散，形成有所希望的雜質(zhì)濃度剖面的的p型擴(kuò)散區(qū)4和n型擴(kuò)散區(qū)3。
參照?qǐng)D9，用利用CVD法形成的氧化硅膜等填充層10進(jìn)行槽1a的埋入。
這樣處理后，形成反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成互相連接形成pn結(jié)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4被槽1a夾持著的單元結(jié)構(gòu)。此后，通過(guò)進(jìn)行各種處理，還能制造圖1所示的STM。
另外如上所述，由于從槽1a的側(cè)壁注入離子，所以如圖20所示，n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的各雜質(zhì)濃度在槽1a的側(cè)壁附近最大，朝向臺(tái)面區(qū)域的內(nèi)部逐漸降低。
以上雖然作為使構(gòu)成pn結(jié)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的各雜質(zhì)量不平衡的裝置，說(shuō)明了STM，但也能適用于圖10所示的縱型二極管、圖11所示的橫型MOSFET、以及圖12所示的橫型二極管。
參照?qǐng)D10，在該二極管中，反復(fù)構(gòu)成互相連接構(gòu)成pn結(jié)的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4被槽1a夾持著的單元結(jié)構(gòu)。在該各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的第一主面?zhèn)刃纬蓀+雜質(zhì)區(qū)31，電極12導(dǎo)電性地連接在該p+雜質(zhì)區(qū)31上。另外，半導(dǎo)體襯底1的n+區(qū)位于第二主面?zhèn)?，電極13導(dǎo)電性地連接在該n+區(qū)上。
另外，除此以外的結(jié)構(gòu)與用圖1說(shuō)明的結(jié)構(gòu)大致相同，所以省略其說(shuō)明。
在該二極管中，由于構(gòu)成pn結(jié)的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的各雜質(zhì)量被設(shè)定得不平衡，所以與上述相同，也能提高雪崩破壞承受能力。
參照?qǐng)D11，在硅襯底51上通過(guò)氧化硅膜等絕緣膜52形成半導(dǎo)體層60。然后在該半導(dǎo)體層60上形成橫型MOSFET。
在該半導(dǎo)體層60上反復(fù)形成互相連接形成pn結(jié)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4被槽1a夾持著的單元結(jié)構(gòu)。填充層10被填充在槽1a內(nèi)。在該單元結(jié)構(gòu)反復(fù)的重復(fù)結(jié)構(gòu)的一端側(cè)形成p型區(qū)5。在該p型區(qū)5的表面上形成n+源區(qū)6，導(dǎo)電性地連接在源極上。
在被n型擴(kuò)散區(qū)3和n+源區(qū)6夾持著的p型區(qū)5通過(guò)柵絕緣層8相對(duì)地形成柵極層9。該柵極層9在第一主面上沿著單元結(jié)構(gòu)的重復(fù)方向延伸。在上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的另一端側(cè)形成n+雜質(zhì)區(qū)54和nb區(qū)53，n+雜質(zhì)區(qū)54導(dǎo)電性地連接在漏極上。
另外，除此以外的結(jié)構(gòu)與用圖1說(shuō)明的結(jié)構(gòu)大致相同，所以省略其說(shuō)明。
在該橫型MOSFET中，由于構(gòu)成pn結(jié)的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的各雜質(zhì)量被設(shè)定得不平衡，所以與上述相同，也能提高雪崩破壞承受能力。
參照?qǐng)D12，在硅襯底51上通過(guò)氧化硅膜等絕緣膜52形成半導(dǎo)體層60。然后在該半導(dǎo)體層60上形成橫型二極管。
在該半導(dǎo)體層60上反復(fù)形成互相連接形成pn結(jié)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4被槽1a夾持著的單元結(jié)構(gòu)。填充層10被填充在槽1a內(nèi)。
在半導(dǎo)體襯底的表面上反復(fù)形成互相連接形成pn結(jié)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4被槽1a夾持著的單元結(jié)構(gòu)。填充層10被填充在槽1a內(nèi)。在該單元結(jié)構(gòu)反復(fù)的重復(fù)結(jié)構(gòu)的一端側(cè)形成p+雜質(zhì)區(qū)31，源極12導(dǎo)電性地連接在該p+雜質(zhì)區(qū)31上。另外，在上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的另一端側(cè)形成n+雜質(zhì)區(qū)54，漏極13導(dǎo)電性地連接在該n+雜質(zhì)區(qū)54上。
另外，除此以外的結(jié)構(gòu)與用圖1說(shuō)明的結(jié)構(gòu)大致相同，所以省略其說(shuō)明。
在該橫型二極管中，由于構(gòu)成pn結(jié)的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4的各雜質(zhì)量被設(shè)定得不平衡，所以與上述相同，也能提高雪崩破壞承受能力。
另外，在圖1、圖10至圖12所示的各結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體襯底1的材質(zhì)不限定于硅(Si)，也可以由SiC構(gòu)成。
另外，由于使n型擴(kuò)散區(qū)3的雜質(zhì)密度和p型擴(kuò)散區(qū)4的雜質(zhì)密度不同，以便不相等(由于使其不平衡)，所以也可以使n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的各雜質(zhì)量不平衡。另外，由于使n型擴(kuò)散區(qū)3的體積和p型擴(kuò)散區(qū)4的體積不同(由于使其不平衡)，所以也可以使n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的各雜質(zhì)量不平衡。
(實(shí)施形態(tài)2)參照?qǐng)D13，在單元部上形成二極管。該二極管有互相連接形成pn結(jié)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4反復(fù)的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)；在該pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的第一主面上形成的p型阱31；以及位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的第二主面上的n+襯底區(qū)1。在該單元部的外圍區(qū)域例如包圍著該單元部形成五重保護(hù)環(huán)61。該保護(hù)環(huán)61的耐壓被設(shè)定得比單元部的耐壓低。
例如，采用使保護(hù)環(huán)61的各環(huán)的間隔比通常狹窄等多種方法，能實(shí)現(xiàn)將保護(hù)環(huán)61的耐壓設(shè)定得比單元部的耐壓低。
通常，保護(hù)環(huán)部的耐壓也能設(shè)定得比單元部的耐壓高。因此，在單元部的耐壓為300V的情況下，保護(hù)環(huán)61的各環(huán)間隔a、b、c、d、e通常分別被設(shè)定為5微米、7微米、9微米、11微米及13微米，因此保護(hù)環(huán)部的耐壓被設(shè)計(jì)得超過(guò)了300V。
在本實(shí)施形態(tài)中，保護(hù)環(huán)61的各環(huán)間隔a、b、c、d、e中的任意一個(gè)都縮小到上述尺寸的一半左右。因此保護(hù)環(huán)部的耐壓變成小于300V，能比單元部的耐壓低。
在本實(shí)施形態(tài)中，由于使包圍在單元部外周的保護(hù)環(huán)61的耐壓比單元部的耐壓低，所以與單元部相比，先在外周部引起雪崩擊穿，所以其結(jié)果能提高元件的雪崩破壞承受能力。
上述中雖然說(shuō)明了保護(hù)環(huán)61，但如圖14所示，也可以利用場(chǎng)電極包圍單元部的外周。就是說(shuō)，使導(dǎo)電性地連接在p型阱31上的電極62沿著單元部外周延伸，將絕緣層63夾在中間，與n-區(qū)2相對(duì)地構(gòu)成場(chǎng)電極，也可以采用將該場(chǎng)電極的耐壓設(shè)定得比單元部的耐壓低的結(jié)構(gòu)。
另外，除此以外的結(jié)構(gòu)與圖13所示的結(jié)構(gòu)大致相同，所以同一構(gòu)件標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)，省略其說(shuō)明。
在通常的場(chǎng)電極的情況下，由電極62與n-區(qū)2相對(duì)的寬度a的大小決定場(chǎng)電極部的耐壓。而且，通常場(chǎng)電極部的耐壓被設(shè)定得比單元部的耐壓高。因此，例如在單元部的耐壓為100V的情況下，該寬度a被設(shè)定為10微米左右，場(chǎng)電極部的耐壓被設(shè)計(jì)為超過(guò)100V。
在本實(shí)施形態(tài)中，該寬度a的大小有一半左右(5微米左右)被夾持，因此場(chǎng)電極部的耐壓比100V小，能比單元部的耐壓低。
在本實(shí)施形態(tài)中，通過(guò)使包圍單元部外周的場(chǎng)電極的耐壓比單元部的耐壓低，與單元部相比先在外周部引起雪崩擊穿，所以其結(jié)果能提高元件的雪崩破壞承受能力。
另外，如圖15所示，單元部的結(jié)構(gòu)也可以是圖10所示的二極管的結(jié)構(gòu)(用槽1a將一組n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4夾在中間構(gòu)成)。另外，如圖16所示，單元部的結(jié)構(gòu)也可以是圖1所示的STM的結(jié)構(gòu)。因此，在有槽的二極管(圖15)或STM(圖16)中，由于與單元部相比先在外周部引起雪崩擊穿，所以其結(jié)果能提高元件的雪崩破壞承受能力。
(實(shí)施形態(tài)3)參照?qǐng)D17，在半導(dǎo)體襯底1的第一主面上形成多個(gè)槽1a，在被這些槽1a夾持的各個(gè)區(qū)域中交替地形成n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4。在該n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的第一主面上形成p+雜質(zhì)區(qū)31。另外由帶有正電荷或負(fù)電荷的絕緣膜或半絕緣膜構(gòu)成的帶電層71被填充在槽1a內(nèi)。
半導(dǎo)體襯底1的n+區(qū)位于這些n型擴(kuò)散區(qū)3、p型擴(kuò)散區(qū)4及帶電層71的第二主面?zhèn)取?br> 在將被槽1a夾持著的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4和帶電層71作為單元結(jié)構(gòu)的情況下，該單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的正電荷的總量和n型雜質(zhì)的和、與該單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的負(fù)電荷的總量和p型雜質(zhì)的和不相等，不同(不平衡)。就是說(shuō)，通過(guò)將帶有正電荷或負(fù)電荷的帶電層71設(shè)置在單元結(jié)構(gòu)內(nèi)，能獲得與使單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4的雜質(zhì)量不平衡的情況相同的效果。因此，與實(shí)施形態(tài)1相同，能提高雪崩破壞承受能力。
另外雖然說(shuō)明了在圖17中在每個(gè)n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4之間配置了帶電層71的結(jié)構(gòu)，但如圖18所示，也可以將n型擴(kuò)散區(qū)3和p型擴(kuò)散區(qū)4相鄰的結(jié)構(gòu)作為一組，在這樣的每一組之間配置帶電層71。
即使在該結(jié)構(gòu)中，在將被槽1a夾持著的n型及p型擴(kuò)散區(qū)3、4和帶電層71作為單元結(jié)構(gòu)的情況下，該單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的正電荷的總量和n型雜質(zhì)的和、與該單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的負(fù)電荷的總量和p型雜質(zhì)的和不相等，不同(不平衡)。就是說(shuō)，通過(guò)將帶有正電荷或負(fù)電荷的帶電層71設(shè)置在單元結(jié)構(gòu)內(nèi)，能獲得與使單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的n型擴(kuò)散區(qū)和p型擴(kuò)散區(qū)的雜質(zhì)量不平衡的情況相同的效果。
此次公開(kāi)的實(shí)施形態(tài)應(yīng)認(rèn)為全部都是例示，不受其限制。本發(fā)明的范圍不是上述的說(shuō)明，而由權(quán)利要求給出，試圖包括與權(quán)利要求均等的意思及范圍內(nèi)的全部變更。
如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置能有利地應(yīng)用于要求高耐壓和高雪崩破壞承受能力的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，它是在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底(1)內(nèi)，有反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成的以下結(jié)構(gòu)互相連接形成pn結(jié)的第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)區(qū)(3)和第二導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)區(qū)(4)被槽(1a)夾在中間的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述第一雜質(zhì)區(qū)(3)的雜質(zhì)量和上述第二雜質(zhì)區(qū)(4)的雜質(zhì)量不等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述第二雜質(zhì)區(qū)(4)的雜質(zhì)量對(duì)上述第一雜質(zhì)區(qū)(3)的雜質(zhì)量的比為0.99以下及1.04以上兩者中的任意一者。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述第二雜質(zhì)區(qū)(4)的雜質(zhì)量對(duì)上述第一雜質(zhì)區(qū)(3)的雜質(zhì)量的比為0.95以上0.99以下及1.04以上1.10以下兩者中的任意一者。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在被各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述槽(1a)夾持著的上述半導(dǎo)體襯底(1)的主表面上形成絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述第一雜質(zhì)區(qū)(3)和上述第二雜質(zhì)區(qū)(4)起二極管作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述第一雜質(zhì)區(qū)(3)的雜質(zhì)密度和上述第二雜質(zhì)區(qū)(4)的雜質(zhì)密度不等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述第一雜質(zhì)區(qū)(3)的體積和上述第二雜質(zhì)區(qū)(4)的體積不等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述半導(dǎo)體襯底(1)的材質(zhì)由SiC構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)，還備有連接在上述第二雜質(zhì)區(qū)(4)上，而且伸出到上述第一雜質(zhì)區(qū)(3)一側(cè)形成的第二導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)區(qū)(5)。
10.一種半導(dǎo)體裝置，它是在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底(1)內(nèi)，有反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成的以下結(jié)構(gòu)具有互相并聯(lián)配置的第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)區(qū)(3)和第二導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)區(qū)(4)的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于備有連接在各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一雜質(zhì)區(qū)(3)及第二雜質(zhì)區(qū)(4)兩者中的至少一者上配置的帶電層(71)，各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述帶電層(71)內(nèi)的正電荷量和各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的n型雜質(zhì)量的和、與各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的上述帶電層(71)內(nèi)的負(fù)電荷量和各上述單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的p型雜質(zhì)量的和不等。
11.一種半導(dǎo)體裝置，它是在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底(1)內(nèi)，有反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成的以下結(jié)構(gòu)互相連接形成pn結(jié)的有第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)區(qū)(3)和第二導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)區(qū)(4)的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于配置在上述重復(fù)結(jié)構(gòu)外周部的保護(hù)環(huán)(61)及場(chǎng)電極(63)兩者中的至少一者有比在重復(fù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部獲得的耐壓低的耐壓。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，在半導(dǎo)體襯底(1)內(nèi)，有反復(fù)重復(fù)地構(gòu)成互相連接形成pn結(jié)的n型擴(kuò)散區(qū)(3)和p型擴(kuò)散區(qū)(4)被槽(1a)夾在中間的單元結(jié)構(gòu)，給各單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的n型擴(kuò)散區(qū)(3)的雜質(zhì)量和p型擴(kuò)散區(qū)(4)的雜質(zhì)量被設(shè)定得不等(不同)。因此，在有槽(1a)的半導(dǎo)體裝置中能兼顧良好的耐壓和雪崩破壞承受能力。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1488172SQ02803195
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2002年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月28日
發(fā)明者新田哲也, 湊忠玄 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社