專(zhuān)利名稱：雙向阻擋型耐高壓平面型器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)半導(dǎo)體器件中的，象半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件等那樣的，雙向阻擋型的平面型器件的結(jié)構(gòu)和制造方法的技術(shù)。
背景技術(shù)：
針對(duì)過(guò)去的耐高壓平面型器件的實(shí)現(xiàn)方法，人們提出了各種技術(shù)，且被投入實(shí)用。在該技術(shù)中，基本上象圖1所示的那樣，減弱與在主面形成的PN結(jié)的端部的表面接觸的部分的電場(chǎng)，提高此處的擊穿電壓，使該電壓接近該P(yáng)N結(jié)底部的擊穿電壓。代表性的方法包括本發(fā)明人個(gè)人已于1963年提出專(zhuān)利申請(qǐng)的護(hù)圈方法。另外，作為另一方法，包括有于同年提出專(zhuān)利申請(qǐng)的方法，在該方法中，從主電極，在氧化膜上，PN結(jié)越過(guò)與表面接觸的線，通過(guò)該電極，覆蓋一定距離之間的氧化膜的整個(gè)表面。
另一方面，為了確保器件的可靠性，沿主表面，從PN結(jié)延伸的阻擋層與表面溝道連接，不產(chǎn)生相對(duì)芯片的端部的泄漏電流，為此，必須設(shè)置溝道阻止部。另外，在溝道阻止區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度變強(qiáng)，為了防止該部分處的局部的擊穿的發(fā)生，從溝道阻止區(qū)域，取出電極，沿阻擋層延伸的方向，將該電極在氧化膜上伸出，改善該氧化膜下的電場(chǎng)(圖1，圖2)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1專(zhuān)利“耐高壓平面型晶體管或二極管)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公告號(hào)12739/1965，申請(qǐng)人川名喜之、巖田三郎專(zhuān)利文獻(xiàn)2專(zhuān)利“耐高壓平面型晶體管或二極管)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公告號(hào)15139/1965，申請(qǐng)人若宮欽次、矢木肇、朝比奈秀郎發(fā)明內(nèi)容在雙向阻擋型耐高壓平面型器件中，在與主結(jié)的表面接觸的邊界部上，形成上述的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，必須制作與主結(jié)相同的結(jié)構(gòu)，在該主結(jié)中，象圖1所示的那樣，減弱用于芯片周邊的反向阻擋用的，從PN結(jié)，延伸到表面的阻擋層的電場(chǎng)，同時(shí)發(fā)揮溝道阻止效果。為此，象圖1所示的那樣，在芯片周邊部，必須要求采用較大的面積。在該情況下，減小有效能動(dòng)區(qū)域相對(duì)芯片的面積比，使芯片成本上升。
本發(fā)明提供一種用于解決上述課題的新的技術(shù)方案。象圖2所示的那樣，不形成圖1所示的這樣的溝道阻止部3。代替該方式，從芯片周邊的PN結(jié)的P側(cè)，取出電極，該電極在芯片主面上的氧化膜上，按照跨過(guò)該P(yáng)N結(jié)的方式朝向內(nèi)側(cè)伸出，形成伸出電極4。該方案為在先已描述的過(guò)去的平面型PN結(jié)的耐高壓化的方式的一種。同時(shí)，本發(fā)明基于下述的原理，即，伸出電極4相對(duì)主PN結(jié)的阻擋層，具有溝道阻止部的效果，為此，可去除過(guò)去必需的圖1所示的溝道阻止部3。于是，象圖2所示的那樣，為了也使主PN結(jié)，具有相對(duì)芯片周邊的溝道阻止效果，柵極2在氧化膜上伸出的結(jié)構(gòu)以對(duì)稱的方式構(gòu)成。由此，即使相對(duì)從芯片周邊的PN結(jié)反向阻擋層的延伸，仍可具有溝道阻止效果。
按照本發(fā)明，大大減少雙向阻擋型耐高壓平面型器件的芯片尺寸，提高有效能動(dòng)區(qū)域占芯片面積的比例，大大有助于成本的降低。
在已實(shí)現(xiàn)的0.8A，耐壓為600V的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中，相對(duì)采用過(guò)去的方法的芯片為1.4mm的方形的情況，通過(guò)采用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)芯片尺寸為1.1mm的方形的相同制品。如果對(duì)圖1b和圖2b進(jìn)行比較，與在圖1b的已有實(shí)例的情況，從主結(jié)端部到與表面陽(yáng)極區(qū)域邊界線之間的距離為275μm的情況相對(duì)，在圖2的本發(fā)明的情況，上述距離為125μm。由于芯片的4條邊必須要求相同的結(jié)構(gòu)，故1條邊的尺寸產(chǎn)生此差的倍數(shù)，即，150μm×2＝300μm的差值。該值為上述的芯片尺寸的差。在此情況，陰極面積相同。由此，可使芯片面積減少38％。


圖1a為過(guò)去的雙向阻擋型耐高壓平面型器件的俯視圖；圖1b為過(guò)去的雙向阻擋型耐高壓平面型器件的剖面示意圖；圖2a為本發(fā)明的雙向阻擋型平面型器件的俯視圖；圖2b為本發(fā)明的雙向阻擋型平面型器件的剖面示意圖；圖3a為構(gòu)成過(guò)去的護(hù)圈的剖面示意圖；圖3b為表示本發(fā)明的護(hù)圈結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選形式象圖2a，圖2b和圖3b所示的那樣，其具體內(nèi)容通過(guò)實(shí)施例描述。
第1實(shí)施例作為實(shí)施例，在此情況下，根據(jù)圖2a，圖2b，對(duì)本發(fā)明用于0.8A、600V的雙向阻擋型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的結(jié)構(gòu)和步驟進(jìn)行描述。
在所采用的硅片(N型襯底8)中，采用50歐姆(Ohm)cm的N型(111)FZ晶體，硅片的厚度為230μm。芯片尺寸為1.1mm，通過(guò)熱氧化處理的方式，設(shè)置厚度約為3000埃的第1氧化膜，接著，通過(guò)光刻步驟，去除距芯片端部，40μm的4條邊的兩個(gè)面的氧化膜。此時(shí)，通過(guò)兩面掩模對(duì)準(zhǔn)步驟，使內(nèi)外的氧化膜剝離的位置對(duì)準(zhǔn)。然后，針對(duì)加熱到1100℃的溫度的硅片，通過(guò)氮?dú)?，在室溫的BBr3液體中形成氣泡，由此，使其變?yōu)闅怏w，使該氣體流入到對(duì)硅片加熱的擴(kuò)散爐中，同時(shí)，從另一系統(tǒng)，使氧氣流入到該擴(kuò)散爐中，進(jìn)行30分鐘的硼的預(yù)先沉積(predeposition)。
通過(guò)稀釋的(buffered)氟酸，去除形成于第1氧化膜上的硼硅酸玻璃，在1250℃的溫度下，進(jìn)行240小時(shí)擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)從硅的兩個(gè)面的對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)散。由此，構(gòu)成周邊部為全部P區(qū)域的分散擴(kuò)散區(qū)域9。
接著，對(duì)內(nèi)面的氧化膜進(jìn)行蝕刻處理，將其去除。表面的氧化膜采用柵極擴(kuò)散掩模，將形成柵極區(qū)域的氧化膜去除。
然后，在加熱到950℃的擴(kuò)散爐中，插入硅片，與在先的方法相同，通過(guò)氮?dú)?，在BBr3的液體中形成氣泡，從另一系統(tǒng)，使氧氣流入到爐中，進(jìn)行硼的預(yù)先沉積(predeposition)。時(shí)間為30分鐘。對(duì)在其后表面上呈現(xiàn)的硼硅酸玻璃進(jìn)行蝕刻處理，將其去除，在1250℃的溫度下，進(jìn)行20小時(shí)的擴(kuò)散。由此，完成相對(duì)內(nèi)外的P擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)主PN結(jié)。P型柵極擴(kuò)散區(qū)域10的深度約為30μm。
之后，在表面的氧化膜中，對(duì)于進(jìn)行陰極擴(kuò)散領(lǐng)域的氧化膜使用陰極擴(kuò)散用掩膜進(jìn)行蝕刻處理，將其去除。
之后，將該硅片插入到1100℃的擴(kuò)散爐中，使對(duì)5℃的氧氯化磷(POCI3)液體進(jìn)行氣泡處理而形成的氣體流入到擴(kuò)散爐中，使來(lái)自另一系統(tǒng)的氧氣也流入爐中，使磷擴(kuò)散到硅中。POC13氣體的流入為30分鐘，硅片的相同保持時(shí)間共計(jì)為6個(gè)小時(shí)。由此，形成陰極擴(kuò)散層6。該擴(kuò)散深度約為8μm。
接著，采用光刻法，進(jìn)行電極的開(kāi)口透光處理，在該區(qū)域，疊置電極金屬(Al，Mo，Ni)，通過(guò)蝕刻，形成柵電極、陰電極。同樣對(duì)于內(nèi)面，堆積同樣的金屬，不對(duì)其進(jìn)行蝕刻，最后，將其切斷成芯片，形成芯片。
此時(shí)，本發(fā)明的重要的要點(diǎn)在于掩模的設(shè)計(jì)。象圖2a，圖2b所示的那樣，與圖1不同，在主表面，沒(méi)有N+型的溝道阻止部。另外，最初的分離擴(kuò)散的PN結(jié)分別在距切割表面處，以及在距表面的主PN結(jié)端部，25μm的范圍內(nèi)，設(shè)置相對(duì)陽(yáng)極和柵極的伸出電極(2，4)。同時(shí)，兩個(gè)伸出電極之間的距離為75μm。該數(shù)值為計(jì)算50歐姆(Ohm)cm的晶體中的阻擋層在600V的條件下，按照什么程度擴(kuò)張的結(jié)果。另外，將擴(kuò)散的橫向的擴(kuò)散距離設(shè)計(jì)為縱向的擴(kuò)散距離的90％。于是，顯然，該設(shè)計(jì)值伴隨硅片的厚度，柵極的擴(kuò)散深度而不同。
此時(shí)，如果從主PN結(jié)和周邊PN結(jié)，延伸到N型襯底8的表面的阻擋層按照針對(duì)擊穿電壓，到達(dá)相反側(cè)的伸出電極2，4的下方的方式構(gòu)成，由于兩個(gè)伸出電極2，4之間的距離(在圖2b的情況下為75μm)較小，故可使芯片達(dá)到最小。但是，即使在沿上述阻擋層中的N型襯底8的表面而延伸的前端與相反側(cè)伸出電極的端部離開(kāi)的情況下，該伸出電極仍可具有溝道阻止的效果。其原因在于與過(guò)去的圖1b，圖11的溝道阻止部相同的效果。但是，上述阻擋層的前端與相反側(cè)伸出電極之間的距離增加，本發(fā)明的效果受到削減。與圖1b和圖2b的表面的接合部9，10之間的距離分別為275μm和125μm相比較，最好，上述阻擋層前端和伸出電極端部的距離在100μm以下。
象這樣，按照該設(shè)計(jì)，可以良好的可靠性，實(shí)現(xiàn)耐壓為600V的平面型晶體管。
第2實(shí)施例下面，按照?qǐng)D3a，圖3b的比較的方式，對(duì)為了減弱硅片的表面的電場(chǎng)，本發(fā)明用于具有護(hù)圈(圖3a，圖3b中的標(biāo)號(hào)13)的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例進(jìn)行描述。
要實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件在此時(shí)，用于900V，0.8安培的情況。在所采用的硅片(N型襯底8)中，采用50歐姆(Ohm)cm的N型(111)FZ晶體，硅片的厚度與第1實(shí)施例相同，為230μm。
圖3a為過(guò)去的方案方法的圖，圖3b為本發(fā)明的圖。在這兩者中，表面電場(chǎng)減弱用的護(hù)圈13均分別形成2個(gè)。在圖3b中，不存在圖3a中的溝道阻止層11。按照分別形成2個(gè)護(hù)圈的方式設(shè)置，以便分別與主PN結(jié)(柵極10與N襯底8之間)和芯片周邊的分離擴(kuò)散區(qū)域9與N襯底8之間的從PN結(jié)延伸的阻擋層相對(duì)應(yīng)。相應(yīng)的尺寸象圖3a，圖3b所示的那樣。
制造方法與第1實(shí)施例完全相同，但是，護(hù)圈13的擴(kuò)散按照與柵極擴(kuò)散同時(shí)的方式進(jìn)行。即，在柵極擴(kuò)散的氧化膜開(kāi)口透光步驟時(shí)，同時(shí)進(jìn)行護(hù)圈13的擴(kuò)散開(kāi)口透光處理。另外，圖3a的溝道阻止區(qū)域11的擴(kuò)散按照與陰極區(qū)域6的擴(kuò)散同時(shí)的方式進(jìn)行。在全部的擴(kuò)散結(jié)束后，經(jīng)過(guò)電極開(kāi)口透光步驟，形成全部的電極、陰電極1、陽(yáng)電極5、伸出柵電極2、溝道阻止電極3、伸出陽(yáng)電極4、護(hù)圈電極12。此時(shí)，應(yīng)注意的是，溝道阻止電極3，護(hù)圈電極12分別朝向芯片內(nèi)側(cè)和周邊側(cè)，在氧化膜上伸出。圖3a的溝道阻止電極3的伸出部分使所延伸的阻擋層的溝道阻止效果增加。另一方面，在圖3b的方案中，與第1實(shí)施例的相對(duì)圖2b所示的陽(yáng)極和柵極的伸出電極(2，4)具有溝道阻止效果相同，護(hù)圈電極12本身具有溝道阻止效果。由此，相應(yīng)的護(hù)圈電極12越過(guò)再1個(gè)護(hù)圈，相對(duì)從相反側(cè)延伸的阻擋層而伸出。由此，可廢除溝道阻止區(qū)域11和上述電極3，可大大減少芯片尺寸。即，與在圖3a中，主結(jié)10的表面端部，與表面陽(yáng)極區(qū)域9的邊界線之間的距離為605μm的情況相對(duì)，在圖3b的本發(fā)明的情況下，上述距離為405μm，芯片尺寸縮小(605-405)×2＝400(μm)。即，與在已有實(shí)例的場(chǎng)合，芯片尺寸的一條邊為2.06m的情況相對(duì)，在本發(fā)明的場(chǎng)合，一條邊為1.66mm，縮小35％。
比較實(shí)例在上述第1實(shí)施例中，芯片周邊的內(nèi)外對(duì)準(zhǔn)，過(guò)度地進(jìn)行分散擴(kuò)散，增加其橫向的擴(kuò)散距離，其表面結(jié)端部與柵極的主PN結(jié)端部之間的距離為90μm，在此情況下，由于大大小于125μm的設(shè)計(jì)值，相對(duì)伸出陽(yáng)電極位于下方的PN結(jié)的邊界之外，故無(wú)法發(fā)揮伸出電極(4)的溝道阻止效果，主PN結(jié)的耐壓僅僅達(dá)到450V。
權(quán)利要求
1.一種雙向阻擋型耐高壓平面型器件，其特征在于從與硅片的主表面接觸而設(shè)置的主PN結(jié)和周邊PN結(jié)的P型區(qū)域，分別伸出電極，在PN結(jié)上的氧化膜上，阻擋層按照在針對(duì)其擊穿電壓，相反側(cè)的伸出電極下的區(qū)域，或在距其端部100μm以下的范圍內(nèi)延伸的方式構(gòu)成，該阻擋層從其表面與PN結(jié)接觸的線，沿N型襯底表面，按照一定間距的間隔，將其上的氧化膜全部覆蓋而伸出，另外，從相應(yīng)的PN結(jié)的表面氧化膜接觸的部分，沿N型襯底表面而延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向阻擋型耐高壓平面型器件，其特征在于在與硅片的主表面接觸而設(shè)置的主PN結(jié)和周邊PN結(jié)的N型的硅襯底的表面上，設(shè)置用于兩個(gè)PN結(jié)的電場(chǎng)減弱的P型半導(dǎo)體環(huán)區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙向阻擋型耐高壓平面型器件，在該器件中，必須要求采用用于提高主結(jié)和反向PN結(jié)與主表面氧化膜接觸處的擊穿電壓的結(jié)構(gòu)。即，采用下述的方法，其中，在從主PN結(jié)，以及反向PN結(jié)的P層露出表面的地方，取出電極，分別在氧化膜上，按照跨過(guò)PN結(jié)的方式使電極伸出。另外，為了確?？煽啃?，在表面，在PN結(jié)端部的中間，形成溝道阻止層。由此，芯片尺寸增加，有效面積比率減少。本發(fā)明在于抑制該芯片面積的增加，增加有效面積率。通過(guò)下述的結(jié)構(gòu)，解決上述課題，在該結(jié)構(gòu)中，主陰電極和從表面取出的反向電極按照跨過(guò)PN結(jié)的方式在氧化膜上伸出，并且不形成溝道阻止層，使兩個(gè)伸出電極的相反側(cè)的阻擋層，具有溝道阻止效果。
文檔編號(hào)H01L29/00GK1574386SQ20041004557
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者松下孟史, 川名喜之 申請(qǐng)人:成達(dá)國(guó)際株式會(huì)社