專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造，且具體而言涉及半導(dǎo)體裝置的開關(guān)速
度和耐壓(withstand voltage )的改善。
背景技術(shù)：
近年來，在例如電源裝置或者諸如等離子體顯示器或液晶顯示器的平板 顯示器的半導(dǎo)體裝置中，強(qiáng)烈要求高的耐壓和快速的開關(guān)速度。為了應(yīng)對該 最近要求，JP-A-2002-246610中披露的半導(dǎo)體元件具有MPS (混合Pin/肖特 基二極管)結(jié)構(gòu)，其中pn二極管和肖特基二極管并聯(lián)布置在一個(gè)芯片內(nèi)。
圖5為上述文獻(xiàn)披露的半導(dǎo)體元件的俯視圖。此外，圖6為在圖5所示 半導(dǎo)體元件的A-A線上截取的斷面圖。除了圖5，陽極電極13示于圖6。在 圖5和6所示半導(dǎo)體元件1中，多個(gè)P+型硅區(qū)域15等間距地在N型硅區(qū)域 12的表面內(nèi)形成島狀，該N型硅區(qū)域12形成于1ST型硅層11上。具有開口 16a的絕緣膜16形成在包括置于P+型硅區(qū)域15最外圍的P+型硅區(qū)域15a的 N型硅區(qū)域12的上部上。此外，如圖6所示，陽極電極13布置在絕緣膜16、 以及從絕緣膜16的開口 16a露出的P+型硅區(qū)域15和N型硅區(qū)域12上。陰 極電極14布置在W型硅層11的下表面，即，與陽極電極13相對的表面上。
在半導(dǎo)體元件1中，絕緣膜16形成在置于P+型硅區(qū)域15最外圍的P+ 型硅區(qū)域15a的上部上，使得陽極電極13不與P+型石圭區(qū)域15a接觸。此外， P+型硅區(qū)域15布置成在施加反向電壓時(shí)形成如圖7所示大致上一體化的耗 盡層30。
然而，上述半導(dǎo)體元件1變?yōu)樗^的夾斷(pinch off)狀態(tài)，其中在施 加反向電壓時(shí)，N型硅區(qū)域12和島狀P+型硅區(qū)域15之間的PN結(jié)形成的耗 盡層相互耦合并大致上一體化。此時(shí)，從相鄰P+型硅區(qū)域15延伸的耗盡層 交疊的區(qū)域變?yōu)椴贿B續(xù)狀態(tài)，且與延伸成連續(xù)狀態(tài)的耗盡層相比，耐壓降低。 此外，從島狀P+型硅區(qū)域15延伸的耗盡層具有預(yù)定的大曲率，但是在施加 反向電壓時(shí)，電場集中在其曲率部分且耐壓出現(xiàn)降低。本發(fā)明的目的是提供一種用于改善開關(guān)速度和耐壓的半導(dǎo)體裝置以及 該半導(dǎo)體裝置的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體裝置，包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；雜
質(zhì)濃度低于該半導(dǎo)體村底的雜質(zhì)濃度且形成于該半導(dǎo)體襯底的第一主表面
上的第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成于該第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面區(qū)域
內(nèi)且與該第一半導(dǎo)體區(qū)域形成PN結(jié)的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域；包 括該第一半導(dǎo)體區(qū)域的一部分和該第二半導(dǎo)體區(qū)域的一部分的接觸區(qū)域；具 有開口部的絕緣層，其中至少該接觸區(qū)域通過該開口部而露出；形成為至少 與該接觸區(qū)域接觸的第一電極；以及形成于該半導(dǎo)體襯底的第二主表面上的 第二電極。此外，從與該第一主表面垂直的方向觀察，該第二半導(dǎo)體區(qū)域包 括第一區(qū)域，其中該第二半導(dǎo)體的多個(gè)島有間隔地排列；以及第二區(qū)域， 該第二區(qū)域?qū)⒃摰?一 區(qū)域的島的各端相互連接。
優(yōu)選地，在上述半導(dǎo)體裝置中，該第二半導(dǎo)體區(qū)域的邊角呈圓形。 優(yōu)選地，在上述半導(dǎo)體裝置中，該第一電極由鋁或者主要包括鋁的合金 形成。
優(yōu)選地，在上述半導(dǎo)體裝置中，該第一電極和該第一半導(dǎo)體區(qū)域之間形 成肖特基結(jié)，且該第 一 電極和該第二半導(dǎo)體區(qū)域之間形成歐姆結(jié)。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括步驟在第一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體襯底的第一主表面上形成雜質(zhì)濃度低于半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度的第 一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；對第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面區(qū)域進(jìn)行具有開口 部的第一掩蔽，開口部具有包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的形狀，其中在第一區(qū) 域中，多個(gè)島有間隔地排列，以及在第二區(qū)域中，第一區(qū)域的多個(gè)島的各端 相互連接；從開口部注入雜質(zhì)到第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，形成與第一半導(dǎo)體區(qū)域 形成PN結(jié)第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，以及隨后除去第一掩蔽；進(jìn)行 第二掩蔽用于至少覆蓋用作電接觸區(qū)域的第二半導(dǎo)體區(qū)域的一部分和第一 半導(dǎo)體區(qū)域的一部分，在第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面上形成絕緣層，以及隨后除 去第二掩蔽；形成至少與接觸區(qū)域的第二半導(dǎo)體區(qū)域和第 一半導(dǎo)體區(qū)域接觸 的第一電極；以及在半導(dǎo)體襯底的第二主表面上形成第二電極。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置以及該半導(dǎo)體裝置的制造方法，第二半導(dǎo)體區(qū)域如上所述由第 一和第二區(qū)域形成。該第 一 區(qū)域?yàn)橛虚g隔地排列的第二類型 半導(dǎo)體區(qū)域的多條線。該第二區(qū)域?yàn)樵摰谝粎^(qū)域的線的各端之間的連接。第 二半導(dǎo)體區(qū)域的這種構(gòu)造使得從第二半導(dǎo)體區(qū)域延伸的耗盡層的曲率小。由 于耗盡層的曲率小，防止了電場集中在曲率削弱的區(qū)域以及耐壓的減小。
此外，耗盡層的小曲率使得當(dāng)施加反向電壓時(shí)從相鄰第二半導(dǎo)體區(qū)域延 伸的耗盡層的交疊是連續(xù)的且耗盡層大致上一體化。因此，耐壓更接近半導(dǎo) 體襯底的理論值并得到改善。結(jié)果，半導(dǎo)體襯底的比電阻可以降低，使得半 導(dǎo)體裝置的雪崩特性和開關(guān)特性改善且半導(dǎo)體裝置的正向特性改善。


圖1為一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
圖2為圖1所示半導(dǎo)體裝置的在X-X線截取的斷面圖。 圖3為圖1所示半導(dǎo)體裝置的在Y-Y線截取的斷面圖。 圖4A、 4B、 4C和4D為沿著圖1所示半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟流 程的斷面圖。
圖5為JP-2002-246610所披露的半導(dǎo)體元件的俯視圖。 圖6為圖5所示半導(dǎo)體元件的在A-A線截取的斷面圖。 圖7為在施加反向電壓時(shí)形成耗盡層的圖5所示半導(dǎo)體元件的在A-A線 截取的斷面圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1為一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖2為圖1所示半導(dǎo)體裝置 的在X-X線截取的斷面圖。圖3為圖1所示半導(dǎo)體裝置的在Y-Y線截取的 斷面圖。在圖1至3所示的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，雜質(zhì)濃度低于N型 半導(dǎo)體襯底101的雜質(zhì)濃度的低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102形成于N型半導(dǎo) 體襯底101的上表面上，且P型半導(dǎo)體區(qū)域103形成于低濃度N型半導(dǎo)體區(qū) 域102的表面區(qū)域的一部分內(nèi)。P型半導(dǎo)體區(qū)域103和低濃度N型半導(dǎo)體區(qū) 域102在他們之間形成PN結(jié)。
當(dāng)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置是耐壓為300V的產(chǎn)品時(shí)，比電阻值約為 lOMQ'cm至15MQ'cm的N型半導(dǎo)體襯底101祐_使用。此外，低濃度N型如圖1所示，在俯視圖中觀察，P型半導(dǎo)體區(qū)域103具有這樣的形狀， 其中四個(gè)矩形浮置島按照相鄰島等間隔地排列且島的各終端相互連接。P型 半導(dǎo)體區(qū)域103延伸到低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102內(nèi)部的深度約為51im，且 浮置島相互間隔為5nm至20iam。此外，P型半導(dǎo)體區(qū)域103的形狀不限于 這種形狀，且這樣的形狀可以使用，即，在俯視圖中具有諸如圓形、橢圓形 或多邊形形狀的多個(gè)浮置島的終端的每一個(gè)相互連接。
當(dāng)反向電壓施加到本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置時(shí)，其變?yōu)樗^的夾斷狀態(tài)， 其中從P型半導(dǎo)體區(qū)域103延伸的耗盡層相互耦合并大致上一體化。由于P 型半導(dǎo)體區(qū)域103具有這樣的形狀，其中等間隔排列的多個(gè)浮置島的終端的 每一個(gè)相互連接，因此在施加反向電壓時(shí)從P型半導(dǎo)體區(qū)域103延伸的耗盡 層的曲率減小。當(dāng)耗盡層的曲率小時(shí)，集中在該曲率部分的電場減小。因此， 耐壓的降低得以防止。此外，當(dāng)構(gòu)成P型半導(dǎo)體區(qū)域103的邊角的部分被倒 圓時(shí)，耗盡層的曲率可以進(jìn)一步減小且耐壓的降低得以進(jìn)一步防止。
此外，在本實(shí)施例中，具有開口 104a的絕緣層104形成于具有預(yù)定寬 度且包含P型半導(dǎo)體區(qū)域103外圍部分的低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102外圍區(qū) 域上。絕緣層104是由氧化硅膜等形成。由此，在該實(shí)施例的描述中，從絕 緣層104的開口 104a露出的該P(yáng)型半導(dǎo)體區(qū)域103和低濃度N型半導(dǎo)體區(qū) 域102的部分稱為"接觸區(qū)域"。
陽極電極105形成在絕緣層104和該接觸區(qū)域上。陽極電極105與該接 觸區(qū)域的P型半導(dǎo)體區(qū)域103和低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102接觸，且由鋁或 者主要包括鋁的合金形成。低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102和陽極電極105之間 的接觸為肖特基結(jié)，且陽極電極105和P型半導(dǎo)體區(qū)域103之間為歐姆結(jié)。
陰極電極106形成于N型半導(dǎo)體襯底101的下表面，即，與陽極電極 105相對的表面上。陰極電極106與N型半導(dǎo)體襯底101歐姆接觸。
接著，描述本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖4A、 4B、 4C和4D 為沿著圖1所示半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟流程的斷面圖。首先，雜質(zhì)濃 度低于N型半導(dǎo)體襯底101的雜質(zhì)濃度的低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102通過 外延生長方法形成于N型半導(dǎo)體襯底101的上表面上(圖4A)。接著，使用 具有這樣形狀的開口對低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102的表面執(zhí)行掩蔽 (masking),即，等間隔排列的多個(gè)矩形的終端的每一個(gè)相互連接，隨后硼通過熱擴(kuò)散方法注入到開口部內(nèi)。在此，P型半導(dǎo)體區(qū)域103形成為浮置島 狀態(tài)，且隨后該掩蔽除去(圖4B)。
在該制造步驟，通過在對低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102的表面執(zhí)行掩蔽的 該開口部的邊角布置預(yù)定曲率(圓形)，從P型半導(dǎo)體區(qū)域103延伸的耗盡 層的曲率減小。此外，在將硼注入掩蔽的開口部時(shí)通過使用離子注入方法， 雜質(zhì)的分布或濃度的控制變得容易。
隨后，在執(zhí)行掩蔽用于覆蓋如上所述用作接觸區(qū)域的P型半導(dǎo)體區(qū)域 103和低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102的部分區(qū)域之后，氧化物膜形成為絕緣層 104，且之后，該掩蔽除去(圖4C)。隨后，通過蒸鍍鋁或鋁合金從而覆蓋 至少該接觸區(qū)域的P型半導(dǎo)體區(qū)域103和低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102，陽極 電極105形成。此外，由能夠形成歐姆結(jié)的金屬形成的陰極電極106形成于 N型半導(dǎo)體襯底101的下表面上(圖4D)。其結(jié)果為，低濃度N型半導(dǎo)體區(qū) 域102和P曰極電極105之間形成肖特基結(jié)，P型半導(dǎo)體區(qū)域103和陽極電極 105之間形成歐姆結(jié)。
根據(jù)如上所述的本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，在施加反向電壓時(shí)從P型半導(dǎo) 體區(qū)域103延伸的耗盡層的曲率小，使得耗盡層趨于連續(xù)地延伸且耐壓接近 晶片材料的理論耐壓。其結(jié)果為，晶片材料(N型半導(dǎo)體襯底101)的比電 阻可以減小，使得該半導(dǎo)體裝置的雪崩特性和開關(guān)特性改善且該半導(dǎo)體裝置 的正向特性可以改善。
此外，可以使用P型半導(dǎo)體襯底替代N型半導(dǎo)體襯底101，使用低濃度 P型半導(dǎo)體區(qū)域替代低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102，以及使用N型半導(dǎo)體區(qū)域 替代P型半導(dǎo)體區(qū)域103。同樣，在本實(shí)施例中，絕緣層104形成于包括P 型半導(dǎo)體區(qū)域103外圍部分的低濃度N型半導(dǎo)體區(qū)域102外圍區(qū)域上，但是 不需要形成絕緣層104于P型半導(dǎo)體區(qū)域103的外圍部分上。也就是說，絕 緣層104可以形成于不包含P型半導(dǎo)體區(qū)域103外圍部分的低濃度N型半導(dǎo) 體區(qū)域102外圍區(qū)域上。
作為于具有良好開關(guān)特性和高耐壓的半導(dǎo)體裝置以及該半導(dǎo)體裝置的 制造方法相關(guān)聯(lián)的技術(shù)，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置以及該半導(dǎo)體裝置的制造方法 是有用的。具體而言，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置以及該半導(dǎo)體裝置的制造方法適 合于其中采用MPS (混合Pin/肖特基二極管)結(jié)構(gòu)的FRD (快速恢復(fù)二極 管)。
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權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體裝置，包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其雜質(zhì)濃度低于所述半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度，并且，該第一半導(dǎo)體區(qū)域形成于所述半導(dǎo)體襯底的第一主表面上；第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，形成于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面區(qū)域中，且與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域形成PN結(jié)；包括所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的一部分和所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的一部分的接觸區(qū)域；具有開口部的絕緣層，其中至少所述接觸區(qū)域通過所述開口部而露出；形成為至少與所述接觸區(qū)域接觸的第一電極；以及形成于所述半導(dǎo)體襯底的第二主表面上的第二電極，其中從與所述第一主表面垂直的方向觀察，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域包括第一區(qū)域，在該第一區(qū)域中，第二半導(dǎo)體的多個(gè)島有間隔地排列；和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域?qū)⑺龅谝粎^(qū)域的島的各端相互連接。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的邊角 呈圓形。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一電極由鋁或者主要 包括鋁的合金形成。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一電極和所述第一半 導(dǎo)體區(qū)域之間形成肖特基結(jié)，并且所述第 一電極和所述第二半導(dǎo)體區(qū)域之間 形成歐姆結(jié)。
5. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的第一主表面上形成雜質(zhì)濃度低于所述 半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度的第 一導(dǎo)電類型的第 一半導(dǎo)體區(qū)域；對所述第 一半導(dǎo)體區(qū)域的表面區(qū)域進(jìn)行具有開口部的第 一掩蔽，所述開 口部具有包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的形狀，其中在所述第一區(qū)域中，多個(gè)島 有間隔地排列，并且在所述第二區(qū)域中，所述第一區(qū)域的多個(gè)島的各端相互 連接；從所述開口部注入雜質(zhì)到所述第一半導(dǎo)體區(qū)域中，形成與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域形成PN結(jié)的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，隨后除去所述第 一掩 蔽；進(jìn)行第二掩蔽，用于至少覆蓋用作電接觸區(qū)域的一部分第二半導(dǎo)體區(qū)域 和一部分第一半導(dǎo)體區(qū)域，并在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面上形成絕緣層， 隨后除去所述第二掩蔽；形成至少與所述接觸區(qū)域的第二半導(dǎo)體區(qū)域和第 一半導(dǎo)體區(qū)域接觸的 第一電才及；以及在所述半導(dǎo)體襯底的第二主表面上形成第二電極。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于改善開關(guān)速度和耐壓的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。半導(dǎo)體裝置包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；雜質(zhì)濃度低于半導(dǎo)體襯底且形成于半導(dǎo)體襯底第一主表面上的第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成于第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面區(qū)域內(nèi)且與第一半導(dǎo)體區(qū)域形成PN結(jié)的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域；包括一部分第一半導(dǎo)體區(qū)域和一部分第二半導(dǎo)體區(qū)域的接觸區(qū)域；具有開口部的絕緣層，至少接觸區(qū)域通過開口部而露出；至少與接觸區(qū)域接觸的第一電極；形成于半導(dǎo)體襯底第二主表面上的第二電極，從與第一主表面垂直的方向觀察，第二半導(dǎo)體區(qū)域包括第一區(qū)域，其中第二半導(dǎo)體的多個(gè)島有間隔地排列；以及將第一區(qū)域的島的各端相互連接的第二區(qū)域。
文檔編號H01L29/861GK101452965SQ200810182740
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者吉井亮 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社