專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于開關(guān)大電流的高耐壓半導(dǎo)體器件。更具體地說，涉及旨在防止關(guān)斷時(shí)過熱的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
作為常規(guī)半導(dǎo)體器件，公知在專利參考文獻(xiàn)1和2中公開的絕緣柵極半導(dǎo)體器件。在這些絕緣柵極半導(dǎo)體器件中，通過對(duì)絕緣柵極施加?xùn)艠O電壓，在半導(dǎo)體襯底中的溝道區(qū)中產(chǎn)生場(chǎng)效應(yīng)，電流在發(fā)射極與集電極之間流動(dòng)。因此，為了在發(fā)射極區(qū)與發(fā)射極電極之間交換載流子，設(shè)置接觸開口。這種絕緣柵極半導(dǎo)體器件的典型實(shí)例具有如圖18至圖20所示的結(jié)構(gòu)。圖18和圖20是縱剖視圖，圖19是這些圖中平面A-A的平面剖視圖。圖18是圖19和圖20中的位置B-B的剖視圖。圖20是圖18和圖19中的位置C-C的剖視圖。
在圖18至圖20所示的絕緣柵極半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體襯底的平面A-A側(cè)的主平面上，設(shè)置了N+發(fā)射極區(qū)904和P+發(fā)射極區(qū)900。設(shè)置P主體區(qū)903與該N+發(fā)射極區(qū)904和P+發(fā)射極區(qū)900的下部接觸。進(jìn)一步在P主體區(qū)903下設(shè)置N漂移區(qū)902，并進(jìn)一步在N漂移區(qū)902下設(shè)置P+集電極區(qū)901。至此是在半導(dǎo)體襯底內(nèi)部(在本說明書中，起始晶片的整個(gè)半導(dǎo)體單晶以及通過在其表面上外延生長形成的層稱為半導(dǎo)體襯底)。在該半導(dǎo)體襯底中，從平面A-A側(cè)還形成用于分隔分立器件的P場(chǎng)區(qū)911。P場(chǎng)區(qū)911的底部延伸到N漂移區(qū)902中。
從平面A-A側(cè)中挖出部分半導(dǎo)體襯底，并在該腔中設(shè)置柵極電極906。通過柵極絕緣膜905，柵極電極906與半導(dǎo)體襯底內(nèi)的區(qū)域絕緣。在半導(dǎo)體襯底上設(shè)置發(fā)射極電極909和柵極布線916。發(fā)射極電極909是在接觸開口908的范圍內(nèi)導(dǎo)通至N+發(fā)射極區(qū)904和P+發(fā)射極區(qū)900的電極。柵極布線916在未示出的其它位置與柵極電極906導(dǎo)通。通過層間絕緣膜907，柵極電極906及柵極布線916與其它部分絕緣。在半導(dǎo)體襯底下設(shè)置集電極電極910。
在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)在發(fā)射極電極909與集電極電極910之間施加電源電壓時(shí)，通過接通/關(guān)斷柵極電極906上的柵極電壓，可開關(guān)發(fā)射極電極909與集電極電極910之間的電流。這里，在圖19中以矩形形成接觸開口908，該接觸開口908是發(fā)射極區(qū)(N+發(fā)射極區(qū)904和P+發(fā)射極區(qū)900)與發(fā)射極電極909之間的接觸區(qū)。這旨在增大接觸開口908的面積，并增高閉鎖電阻而避免與柵極電極906和柵極布線916短路。
專利參考文獻(xiàn)1，日本專利公開號(hào)H6-101565專利參考文獻(xiàn)2，日本公開專利號(hào)H10-229191然而，該常規(guī)半導(dǎo)體器件具有在關(guān)斷后局部發(fā)熱的問題。其起因在于接觸開口908的形狀。也就是說，在關(guān)斷后，如圖21中的箭頭I所示，來自P場(chǎng)區(qū)911的空穴電流流入發(fā)射極電極909。如圖22所示，該空穴電流密度在矩形接觸開口908的四個(gè)拐角很高。器件之間的區(qū)域中沒有接觸開口908，在P場(chǎng)區(qū)911中的空穴被導(dǎo)向最近的接觸開口908。結(jié)果，當(dāng)中斷大電流時(shí)，具體地說，由于過熱的產(chǎn)生，可破壞器件。在器件陣列的終端的拐角該現(xiàn)象很突出。
作為降低電流集中的方法，可簡單地考慮增大接觸開口908的面積。但就與柵極電極906等的隔離而言，該方法受到限制。如果過度增大接觸開口908的面積，在接通態(tài)空穴可能過多地穿過發(fā)射極電極909。結(jié)果，接通電壓變高。因此很難增大接觸開口908的面積。
本發(fā)明旨在解決常規(guī)半導(dǎo)體器件的這些問題。因此本發(fā)明的一個(gè)目的在于，通過降低關(guān)斷后在接觸開口的拐角的電流集中，并抑制局部熱產(chǎn)生而不增大接通電壓，提出能夠在大電流下穩(wěn)定工作的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
旨在解決上述問題的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括在面對(duì)其主平面的半導(dǎo)體襯底中設(shè)置的有源器件，以及在與所述有源器件導(dǎo)通的所述半導(dǎo)體襯底的外部設(shè)置的接觸電極。這里特征(1)為利用曲線或利用鈍角形成所述有源器件和所述接觸電極的導(dǎo)通部分的邊緣拐角。
在該半導(dǎo)體器件中，當(dāng)關(guān)斷所述有源器件時(shí)，在所述有源器件中的剩余載流子逸出至所述接觸電極。該電流逸出路徑受限于所述有源器件和所述接觸電極的所述導(dǎo)通部分。這里，由于利用曲線或利用鈍角形成所述導(dǎo)通部分的邊緣拐角，進(jìn)入所述拐角的所述導(dǎo)通部分的電流有些分散。因此，在邊緣的頂角電流密度沒有過高。因此，由熱產(chǎn)生引起的破壞很小。另一方面，接通電壓不是特別高。這是因?yàn)闆]有增大所述導(dǎo)通部分的面積。因此，在接通態(tài)載流子沒有過多地進(jìn)入所述接觸電極。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可具有代替上述特征(1)的特征(2)，即以端部寬于中心部分的寬度形成所述有源器件和接觸電極的導(dǎo)通部分的形狀。結(jié)果，降低了在導(dǎo)通部分的所述端部中的電流集中。這是因?yàn)樗龆瞬康拿娣e稍微變大。另一方面，整個(gè)導(dǎo)通部分的面積沒有顯著變大。這是因?yàn)樵谥行膮^(qū)域中寬度不很大。因此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)斷后的局部熱產(chǎn)生的防止以及在接通態(tài)中的低接通電壓。
此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可具有代替上述特征(1)或(2)的特征(3)，即在所述有源器件和所述接觸電極的導(dǎo)通部分的端部的雜質(zhì)濃度低于其中心部分。結(jié)果，降低了在導(dǎo)通部分的所述端部中的電流集中。這是因?yàn)榫哂休^低雜質(zhì)濃度的所述端部具有較高的電阻，因此電流更可能流入具有較低電阻的所述中心部分。另一方面，沒有增大整個(gè)導(dǎo)通部分的面積。相反地，由于所述端部具有較高電阻，所述整個(gè)導(dǎo)通部分具有稍微增大的電阻。因此，防止了關(guān)斷后局部熱產(chǎn)生，而在接通態(tài)中的接通電壓很低。
一般地說，在這種半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體襯底中分立地設(shè)置多個(gè)有源器件，并且各有源器件具有與接觸電極接觸的導(dǎo)通部分。在該配置中，需要在所有有源器件的接觸部分中實(shí)現(xiàn)特征(1)至(3)中的一個(gè)。在一些所述有源器件的接觸部分中實(shí)現(xiàn)一個(gè)特征就足夠了。在這種情況下，在位于端部的所述有源器件的所述導(dǎo)通部分中實(shí)現(xiàn)特征(1)至(3)中的一個(gè)尤其有利。這是因?yàn)閬碜运霭雽?dǎo)體襯底的周邊區(qū)域的電流也集中于位于端部的有源器件的所述導(dǎo)通部分中。因此，與位于中心區(qū)域的有源器件相比，關(guān)斷后就電流集中而言該情況更嚴(yán)重。在與其它有源器件的相反側(cè)的拐角或端部中該現(xiàn)象尤其顯著。這是因?yàn)閷?duì)于該拐角部分，距周邊區(qū)域的距離非常近。
當(dāng)用于絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，本發(fā)明尤其重要，該絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括與有源器件絕緣的絕緣柵極，以及有源器件之間的場(chǎng)半導(dǎo)體區(qū)，用于通過對(duì)絕緣柵極施加的電壓開關(guān)有源器件。在該半導(dǎo)體器件中，一般地說，場(chǎng)半導(dǎo)體區(qū)不與接觸電極直接接觸。在場(chǎng)半導(dǎo)體區(qū)正上方的位置通常是用于對(duì)絕緣柵極布線的區(qū)域，要求與此處絕緣。因此，關(guān)斷后，在場(chǎng)半導(dǎo)體區(qū)中的剩余載流子不能直接逸出至接觸電極。因此，通過最近的有源器件，所述載流子通過其導(dǎo)通部分逸出至接觸電極。因此，在導(dǎo)通部分的邊緣空間中，具體地說，在拐角部分中，電流密度可能很高。通過在該區(qū)域應(yīng)用特征(1)至(3)中的一個(gè)，可降低通過電流集中引起的破壞。一般地說，在特征(3)的情況下，場(chǎng)半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度很低，在導(dǎo)通部分的端部，場(chǎng)半導(dǎo)體區(qū)和接觸電極應(yīng)相互直接接觸。


圖1是剖視圖(圖2中的B-B)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖2是剖視圖(圖1中的A-A)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖3是剖視圖(圖1中的D-D)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖4是剖視圖(圖1中的C-C)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；
圖5是圖解圖，示出了在關(guān)斷第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件后空穴電流的分布；圖6是示出了在第一實(shí)施例中接觸開口的平面形狀的變化的圖；圖7是示出了在第一實(shí)施例中僅在器件陣列的終端的邊緣中實(shí)施的測(cè)量的變化的圖；圖8是剖視圖(部分1，剖面B-B)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖9是剖視圖(部分2，剖面B-B)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖10是剖視圖(部分3，剖面C-C)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖11是剖視圖(部分4，剖面C-C)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖12是剖視圖(部分5，剖面B-B)，示出了在第一實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖13是剖視圖(圖14中的C-C)，示出了在第二實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖14是剖視圖(圖13中的A-A)，示出了在第二實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖15是示出了在第二實(shí)施例中接觸開口的平面形狀的變化的圖；圖16是剖視圖(圖17中的A-A)，示出了在第三實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖17是剖視圖(圖16中的C-C)，示出了在第三實(shí)施例中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖18是剖面B-B視圖，示出了在現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖19是剖面A-A視圖，示出了在現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；
圖20是剖面C-C視圖，示出了在現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖21是圖解圖(部分1，剖面B-B)，示出了在關(guān)斷現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件后空穴電流的分布；圖22是圖解圖(部分2，剖面A-A)，示出了在關(guān)斷現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件后空穴電流的分布；以及圖23是圖解圖(部分3，在端部的剖面B-B)，示出了在關(guān)斷現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件后空穴電流的分布。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖具體說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在下面的實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用于開關(guān)大電流的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件。
第一實(shí)施例通過參考圖1至圖4說明根據(jù)第一實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖1、圖3和圖4是縱剖視圖，圖2是這些圖中平面A-A的平面剖視圖。圖1是圖2至圖4中的位置B-B的剖視圖。圖3是圖1和圖2中的位置D-D的剖視圖。圖4是圖1和圖3中的位置C-C的剖視圖。
在圖1至圖4所示的絕緣柵極半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體襯底的平面A-A側(cè)的主平面上；設(shè)置高雜質(zhì)濃度的N+發(fā)射極區(qū)104和高雜質(zhì)濃度的P+發(fā)射極區(qū)100。設(shè)置P主體區(qū)103與該N+發(fā)射極區(qū)104和P+發(fā)射極區(qū)100的下部接觸。進(jìn)一步在P主體區(qū)103下設(shè)置N漂移區(qū)102，并進(jìn)一步在N漂移區(qū)102下設(shè)置P+集電極區(qū)101。至此是在半導(dǎo)體襯底內(nèi)部。在該半導(dǎo)體襯底中，從平面A-A側(cè)還形成用于分隔分立器件的P場(chǎng)區(qū)111。P場(chǎng)區(qū)111的底部延伸到N漂移區(qū)102中。P場(chǎng)區(qū)111的雜質(zhì)濃度低于P+發(fā)射極區(qū)100的雜質(zhì)濃度。
從平面A-A側(cè)中挖出部分半導(dǎo)體襯底，并在該腔中形成溝槽結(jié)構(gòu)的柵極電極106。通過柵極絕緣膜105，柵極電極106與半導(dǎo)體襯底內(nèi)的區(qū)域絕緣。在圖2中的橫向方向，柵極電極106的平面內(nèi)的形狀很長，平行且等間距地形成多個(gè)柵極電極106。柵極電極106的底部比P主體區(qū)103的底部深，但比P場(chǎng)區(qū)111的底部淺。也就是說，半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意性地如下所述。通過柵極電極106的溝槽結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體襯底的平面A-A側(cè)被分隔成例如脊形，通過P場(chǎng)區(qū)111各脊形被分隔成多個(gè)單元。各單元包括具有發(fā)射極(N+發(fā)射極區(qū)104和P+發(fā)射極區(qū)100)以及體(P主體區(qū)103)的絕緣柵極晶體管?？傊?，該半導(dǎo)體器件具有多個(gè)分立設(shè)置的絕緣柵極晶體管。
在半導(dǎo)體襯底的平面A-A側(cè)的主平面上設(shè)置發(fā)射極電極109和柵極布線116。在各單元中發(fā)射極電極109與發(fā)射極(N+發(fā)射極區(qū)104和P+發(fā)射極區(qū)100)接觸。接觸部分是接觸開口108。由圖2很顯然，在接觸開口108中，N+發(fā)射極區(qū)104和P+發(fā)射極區(qū)100都與發(fā)射極電極109接觸。更具體地說，在接觸開口108中，P+發(fā)射極區(qū)100占用圖2的橫向方向上兩個(gè)端部的部分。另一方面，在橫向方向的中心部分為N+發(fā)射極區(qū)104。在接觸開口108與接觸開口108之間，即在柵極布線116下的位置(見圖1)中，部分地，P場(chǎng)區(qū)111延伸到半導(dǎo)體襯底的平面A-A。
柵極布線116在未示出的其它位置與柵極電極106連接。結(jié)果，可對(duì)柵極電極106施加電壓。通過層間絕緣膜107，柵極電極106及柵極布線116與其它部分絕緣。在半導(dǎo)體襯底的P+集電極區(qū)101側(cè)的表面上設(shè)置集電極電極110。在發(fā)射極電極109與集電極電極110之間施加電源電壓。在該結(jié)構(gòu)中，無論是否對(duì)柵極電極106施加?xùn)艠O電壓，可通過接通/關(guān)斷控制在發(fā)射極電極109與集電極電極110之間的電流。
在該實(shí)施例的絕緣柵極晶體管中，如圖2所示，特征在于接觸開口108的平面形狀。也就是說，雖然在現(xiàn)有技術(shù)中其為矩形(見圖19)，但在本實(shí)施例中，在四個(gè)拐角以曲線形成邊緣。結(jié)果，消除了直角頂點(diǎn)。
本實(shí)施例的絕緣柵極晶體管如下工作。也就是說，本實(shí)施例的絕緣柵極晶體管用于在發(fā)射極電極109與集電極電極110之間施加的電源電壓的狀態(tài)。然而，在該狀態(tài)下，在發(fā)射極電極109與集電極電極110之間沒有電流流過。這是因?yàn)樵赑主體區(qū)103與N漂移區(qū)102之間的PN結(jié)反向偏置。也就是說，這是關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)對(duì)柵極電極106施加?xùn)艠O電壓時(shí)，在面對(duì)P主體區(qū)103中的柵極電極106的面上通過場(chǎng)效應(yīng)形成N溝道。結(jié)果，從N發(fā)射極區(qū)104到在P主體區(qū)103中形成的N溝道，以及到N漂移區(qū)102連接電子導(dǎo)通路徑，電流在發(fā)射極電極109和集電極電極110之間流動(dòng)。這是接通態(tài)。當(dāng)切斷柵極電壓，其又回到關(guān)斷態(tài)。
在接通態(tài)，空穴從N漂移區(qū)102等流入P場(chǎng)區(qū)111。結(jié)果，P場(chǎng)區(qū)111的空穴濃度相當(dāng)高。當(dāng)關(guān)斷時(shí)，驅(qū)使在P場(chǎng)區(qū)111中累積的空穴逸出到發(fā)射極電極109。然而，P場(chǎng)區(qū)111沒有與發(fā)射極電極109直接接觸。因此，通過P+發(fā)射極區(qū)100，來自P場(chǎng)區(qū)111的空穴電流經(jīng)過接觸開口108逸出到發(fā)射極電極109。
在本實(shí)施例的柵極絕緣晶體管中，接觸開口108的平面形狀帶來以下優(yōu)點(diǎn)。也就是說，在接觸開口108的拐角空穴電流的集中幾乎沒有損害。其原因在于該拐角用曲線形成。換句話說，由于在拐角沒有直角頂點(diǎn)，來自P場(chǎng)區(qū)111的空穴電流在拐角的整個(gè)曲線部分分散，如圖5所示。因此，即使在最高電流密度的部位，電流密度也低于常規(guī)絕緣柵極晶體管的拐角頂點(diǎn)處的電流密度(見圖22)。因此，在關(guān)斷后不會(huì)引起過量的熱產(chǎn)生。
另外，接觸開口108的面積不大于在圖19中的矩形接觸開口908。其要小得多。因此，在接通態(tài)，空穴沒有過量地逸出到發(fā)射極電極109。因此，在接通態(tài)器件中的載流子濃度保持較高。結(jié)果，接通電壓很低。
此外，在本實(shí)施例的柵極絕緣晶體管中，也可在四個(gè)拐角通過鈍角和直線形成接觸開口108的形狀，如圖6所示。在該形狀中，與在圖19中的矩形接觸開口908相比，降低了在拐角頂點(diǎn)的電流的集中。并且，可通過僅僅倒角矩形的四個(gè)拐角形成接觸開口108的形狀。不需要在接觸開口108的所有四個(gè)拐角采用該方法。例如，如圖7所示，如果僅在器件陣列的終端的拐角采用該方法，預(yù)期可得到一定的效果。這是因?yàn)椋鐖D23的現(xiàn)有技術(shù)中所說明的，電流的集中很可能在器件陣列的終端的拐角發(fā)生。
參考圖8至圖12說明本實(shí)施例的柵極絕緣晶體管的制造方法。在本實(shí)施例的柵極絕緣晶體管的制造中，P+硅晶片是起始襯底。該晶片的P+硅成為P+集電極區(qū)101。通過外延生長在其表面上形成N型硅層。該N型硅層成為N漂移區(qū)102。在本發(fā)明中，硅晶片的整個(gè)單晶硅以及通過外延生長在其上形成的層稱為半導(dǎo)體襯底。可選地，N型硅晶片可用作起始襯底。在這種情況下，晶片的N型硅為N漂移區(qū)102?？赏ㄟ^從背面表面引入P雜質(zhì)，或者通過在背面表面上沉積P型硅層，形成P+集電極區(qū)101。
隨后，在N型硅層的表面上形成厚度為500nm的熱氧化物膜。通過光刻和蝕刻構(gòu)圖該熱氧化物膜。結(jié)果，僅在用于形成P場(chǎng)區(qū)111的部分中去除熱氧化物層。通過離子注入，在60keV的加速電壓下注入硼。該離子注入是形成P場(chǎng)區(qū)111的工藝。為將該范圍(N漂移區(qū)102)中的N硅層轉(zhuǎn)變?yōu)镻型，劑量應(yīng)足夠大。通過隨后的熱擴(kuò)散，形成P場(chǎng)區(qū)111。P場(chǎng)區(qū)111的底部深度約為7μm。僅在器件區(qū)而不在周邊區(qū)，通過利用氫氟酸的濕法蝕刻去除氧化物膜。通過加熱和再次氧化，在表面上形成厚度為50nm的氧化物膜107b(見圖8)。在該階段，再次通過離子注入，在60keV的加速電壓下注入硼。該離子注入是用于形成P主體區(qū)103的工藝。為將在該范圍(N漂移區(qū)102)中的N型硅層轉(zhuǎn)變?yōu)镻型，劑量應(yīng)足夠大。通過隨后的熱擴(kuò)散，形成P主體區(qū)103。P主體區(qū)103的底部深度約為5μm。在該階段的剖面B-B視圖為圖8。
通過CVD工藝在氧化物膜107b上進(jìn)一步沉積氧化物膜107c(見圖9和圖10)。其厚度為400nm。通過蝕刻構(gòu)圖氧化物膜107b和107c。將要形成的圖形是在用于形成柵極電極106的區(qū)域中具有開口的圖形。在該狀態(tài)中，通過干法蝕刻硅，形成溝槽開口117。在該階段圖9是剖面B-B視圖，以及圖10是剖面C-C視圖。
僅在器件區(qū)而不在周邊區(qū)，通過利用氫氟酸的濕法蝕刻去除氧化物膜107b和107c。之后，通過加熱和氧化半導(dǎo)體的表面，形成柵極絕緣膜105(厚度為100nm)。通過CVD工藝形成多晶硅后，擴(kuò)散磷以將多晶轉(zhuǎn)變?yōu)镹+型。在形成的N+多晶硅中，填充溝槽開口117的部分是柵極電極106。蝕刻在半導(dǎo)體襯底的表面上的N+多晶硅。也就是說，留下連接?xùn)艠O電極106和柵極布線116所需要的部分，去除在表面上的N+多晶硅。圖11是在該階段的剖面C-C視圖。
并且，順序形成P+發(fā)射極區(qū)100和N+發(fā)射極區(qū)104。分別通過離子注入和擴(kuò)散形成該P(yáng)+發(fā)射極區(qū)100和N+發(fā)射極區(qū)104。當(dāng)然，合適的構(gòu)圖掩膜用于離子注入。去除所有構(gòu)圖掩膜后，通過CVD工藝形成層間絕緣膜107(厚度為700nm)。在層間絕緣膜107上形成構(gòu)圖掩膜，通過干法蝕刻處理該層間絕緣膜107，打開接觸開口108。圖12是在該階段的剖面B-B視圖。也就是說，通過在處理層間絕緣膜107中采用的構(gòu)圖掩膜確定接觸開口108的平面形狀。然后，通過濺射方法，在半導(dǎo)體襯底上形成鋁或其它金屬膜。通過膜的圖形蝕刻，形成發(fā)射極電極109、柵極布線116以及其它布線。在背面，通過濺射方法形成集電極電極110。從而，制造出圖1至圖4所示的半導(dǎo)體器件。
第二實(shí)施例參考圖13和圖14說明根據(jù)第二實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖13是縱剖視圖，在其平面A-A的平面剖視圖為圖14。圖13是在圖14中位置C-C的剖視圖。除了參考標(biāo)號(hào)1**改變?yōu)?**外，圖13和圖14中的位置B-B的剖視圖與關(guān)于第一實(shí)施例的圖1相同。除了參考標(biāo)號(hào)類似地改變外，圖14中的位置D-D的剖視圖與關(guān)于第一實(shí)施例的圖3相同。在本實(shí)施例的以下說明中，當(dāng)參考圖1和圖3時(shí)，認(rèn)為以該方式改變了參考標(biāo)號(hào)。
在本實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件中，與第一實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的不同之處僅在于接觸開口208的平面形狀。所有其它部分與在第一實(shí)施例中的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件相同。相同特點(diǎn)引用對(duì)第一實(shí)施例的說明，僅說明不同特點(diǎn)。
在本實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件中的接觸開口208基本上是矩形，如圖14所示，其中兩個(gè)端部(位置C-C)的寬度(圖14中的垂直方向)比中心部分(位置D-D)寬。與第一實(shí)施例相同，也通過限定該圖形，具有關(guān)斷后由空穴電流的集中引起的損害較小的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)殛P(guān)斷后從P場(chǎng)區(qū)211到發(fā)射極電極209的空穴電流在接觸開口208的兩個(gè)端部中流動(dòng)。由于在本實(shí)施例中擴(kuò)展了該面積，局部電流密度的峰值低于現(xiàn)有技術(shù)。
接觸開口208的面積僅稍微大于現(xiàn)有技術(shù)的矩形接觸開口908(圖19)。這是因?yàn)閮H在兩個(gè)端部擴(kuò)展了寬度。因此，在接通態(tài)，空穴沒有過多地逸出至發(fā)射極電極209。因此，接通電壓很低。
在本實(shí)施例的絕緣柵極晶體管中，在四個(gè)拐角可由曲線形成接觸開口208的形狀，如圖15所示。在該變更中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了本實(shí)施例的特征以及第一實(shí)施例的特征。因此，更有利地降低了電流的集中。當(dāng)然，與第一實(shí)施例相同，可通過鈍角和直線形成四個(gè)拐角，或者可通過僅僅倒角形成四個(gè)拐角。即使僅在器件陣列的終端采用該方法，預(yù)期也可得到一定的效果。
除了當(dāng)通過干法蝕刻處理層間絕緣膜207時(shí)掩膜圖形(其確定接觸開口208的形狀)不同外，本實(shí)施例的絕緣柵極晶體管的制造方法與第一實(shí)施例的絕緣柵極晶體管的制造方法類似。所有其它特點(diǎn)都相同。
第三實(shí)施例參考圖16和圖17說明根據(jù)第三實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖16是平面剖視圖，在其位置C-C的縱剖視圖為圖17。圖16是在圖17中平面A-A的剖視圖。除了參考標(biāo)號(hào)1**改變?yōu)?**外，圖16和圖17中的位置B-B的剖視圖與關(guān)于第一實(shí)施例的圖1相同。除了參考標(biāo)號(hào)類似地改變外，圖16中的位置D-D的剖視圖與關(guān)于第一實(shí)施例的圖3相同。在本實(shí)施例的以下說明中，當(dāng)參考圖1和圖3時(shí)，認(rèn)為以該方式改變了參考標(biāo)號(hào)。
在本實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件中，與第一實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的不同之處僅在于接觸開口308的四個(gè)拐角的半導(dǎo)體區(qū)中的雜質(zhì)濃度。接觸開口308的形狀本身是與現(xiàn)有技術(shù)相同的矩形。其它部分與在第一實(shí)施例中的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件相同。相同的特點(diǎn)引用對(duì)第一實(shí)施例的說明，僅說明不同特點(diǎn)。
在本實(shí)施例的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件中，P+發(fā)射極區(qū)300的平面形狀不同于第一和第二實(shí)施例。更具體地說，在該實(shí)施例中，并非在接觸開口308的四個(gè)拐角形成P+發(fā)射極區(qū)300。在這些部分中，具有低于P+發(fā)射極區(qū)300中的雜質(zhì)濃度的P場(chǎng)區(qū)311與發(fā)射極電極309接觸。從而，與第一和第二實(shí)施例相同，具有關(guān)斷后由空穴電流的集中引起的損害較小的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)榕cP+發(fā)射極區(qū)300相比，P場(chǎng)區(qū)311的雜質(zhì)濃度較低，因此電阻較大。因此，關(guān)斷后從P場(chǎng)區(qū)311至發(fā)射極電極309的部分空穴電流傾向于一次性地離開P場(chǎng)區(qū)311至較低電阻的P+發(fā)射極區(qū)300，并從此處逸出進(jìn)入發(fā)射極電極309，而不是直接從高電阻的P場(chǎng)區(qū)311逸出進(jìn)入發(fā)射極電極309。因此，在接觸開口308的四個(gè)拐角的頂點(diǎn)的局部電流密度的峰值低于現(xiàn)有技術(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)的矩形接觸開口908(圖19)相比，接觸開口308的面積并未改變。相反地，由于部分被高電阻的P場(chǎng)區(qū)311占用，總電阻稍微增大。因此，在接通態(tài)，空穴沒有過多地逸出至發(fā)射極電極309。因此，接通電壓很低。
在本實(shí)施例的絕緣柵極晶體管中，接觸開口308的形狀可由如第一實(shí)施例所示的四個(gè)拐角的曲線形成。在該變更中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了本實(shí)施例的特征以及第一實(shí)施例的特征。因此，更有利地降低了電流的集中。當(dāng)然，與第一實(shí)施例相同，可通過鈍角和直線形成四個(gè)拐角，或者可通過僅僅倒角形成四個(gè)拐角?；蛘咴趦蓚€(gè)端部中擴(kuò)展接觸開口308的形狀的寬度，如第二實(shí)施例所示。在該變更中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了本實(shí)施例的特征以及第二實(shí)施例的特征。因此，更有利地降低了電流的集中。當(dāng)然，可在一個(gè)變更中實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例、第一實(shí)施例以及第二實(shí)施例的所有特征。即使僅在器件陣列的終端采用該方法，預(yù)期也可得到一定的效果。
除了當(dāng)通過干法蝕刻處理層間絕緣膜307時(shí)掩膜圖形(其確定接觸開口308的形狀)不同，以及在用于形成P+發(fā)射極區(qū)300的離子注入中掩膜圖形不同外，本實(shí)施例的絕緣柵極晶體管的制造方法與第一實(shí)施例的絕緣柵極晶體管的制造方法類似。所有其它特點(diǎn)都相同。
如這里具體說明，在上述實(shí)施例中，通過P場(chǎng)區(qū)分隔，具有發(fā)射極、體以及集電極，并通過對(duì)柵極電極施加的電壓控制發(fā)射極與集電極之間的導(dǎo)通的絕緣柵極晶體管，具有以下特征(1)至(3)中的至少一個(gè)特征。(1)在四個(gè)拐角以曲線或鈍角形成在發(fā)射極區(qū)和發(fā)射極電極接觸的位置的接觸開口的形狀。這消除了直角頂點(diǎn)。(2)接觸開口的形狀基本上為矩形，形成為在兩個(gè)端部寬于中心部分的形狀。(3)接觸開口的四個(gè)拐角的半導(dǎo)體區(qū)中的雜質(zhì)濃度低于在除了四個(gè)拐角的其它部分中的雜質(zhì)濃度。
因此，在不增大接通態(tài)的接通電壓的情況下，降低了關(guān)斷后從場(chǎng)區(qū)進(jìn)入發(fā)射極電極的空穴電流的局部集中。具體地說，這在器件陣列的終端中很重要。從而，同時(shí)解決了低接通電壓與防止關(guān)斷后過量熱產(chǎn)生的矛盾問題。
上述實(shí)施例僅為實(shí)例，并非旨在限制本發(fā)明。因此，可在不偏離其實(shí)質(zhì)精神的范圍內(nèi)自由地改變或修改本發(fā)明。例如，在接觸開口的中心部分中(這里引用第一實(shí)施例中的參考標(biāo)號(hào)，但在其它實(shí)施例中相同)，N+發(fā)射極區(qū)104和P+發(fā)射極區(qū)100的具體結(jié)構(gòu)不限于圖2所示的實(shí)例。其可以是與柵極電極106平行或垂直的條型、梯型、點(diǎn)型等。柵極電極106的平面形狀不限于矩形，也可包括多邊形、圓形、橢圓形或其它形狀。因此，接觸開口108不限于條形，也可以點(diǎn)形形成。除了溝槽型外，柵極電極106的結(jié)構(gòu)包括平面型、凹入型等。柵極電極106的材料不限于N型半導(dǎo)體，也可包括P型半導(dǎo)體或金屬。
關(guān)于半導(dǎo)體襯底的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可考慮多種修改。例如，在N漂移區(qū)102中的雜質(zhì)濃度不必是一致的。也可以形成為穿通型，其在N漂移區(qū)102與P+集電極區(qū)101之間形成高濃度的N+緩沖區(qū)?；蛘咭部尚纬蔀榧姌O短路型，其具有與集電極電極110部分短路的N漂移區(qū)102或N+緩沖區(qū)。半導(dǎo)體器件的類型不限于僅僅絕緣柵極晶體管。例如，可利用MOS控制可控硅或二極管。
可交換半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型(P型和N型)。半導(dǎo)體本身可以為非硅(SiC、GaN、GaAs等)。絕緣膜(柵極絕緣膜105、層間絕緣膜107)不限于氧化物膜，也可利用氮化物膜或組合物膜。
工業(yè)適用性通過這里的說明很明顯，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體器件，其不增大接通電壓而降低了關(guān)斷后在接觸開口中的拐角的電流的集中。結(jié)果，抑制了關(guān)斷后的局部熱產(chǎn)生，在大電流下實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定工作。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括有源器件，設(shè)置于面對(duì)其主平面的半導(dǎo)體襯底中；以及接觸電極，設(shè)置于與所述有源器件導(dǎo)通的所述半導(dǎo)體襯底的外部，其中利用曲線或利用鈍角形成所述有源器件和所述接觸電極的導(dǎo)通部分的邊緣拐角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中在所述半導(dǎo)體襯底中分立地設(shè)置多個(gè)有源器件，各有源器件具有與接觸電極接觸的導(dǎo)通部分；以及利用曲線或利用鈍角形成位于端部及與另一有源器件的相反側(cè)的有源器件的導(dǎo)通部分的拐角部分。
3.一種半導(dǎo)體器件，包括有源器件，設(shè)置于面對(duì)其主平面的半導(dǎo)體襯底中；以及接觸電極，設(shè)置于與所述有源器件導(dǎo)通的所述半導(dǎo)體襯底的外部，其中以端部寬于中心部分的寬度形成所述有源器件和所述接觸電極的導(dǎo)通部分的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體器件，其中在所述半導(dǎo)體襯底中分立地設(shè)置多個(gè)有源器件，各有源器件具有與接觸電極接觸的導(dǎo)通部分；以及位于端部及另一有源器件的相反側(cè)的有源器件的導(dǎo)通部分的端部被形成為比所述導(dǎo)通部分的中心部分寬。
5.一種半導(dǎo)體器件，包括有源器件，設(shè)置于面對(duì)其主平面的半導(dǎo)體襯底中；以及接觸電極，設(shè)置于與所述有源器件導(dǎo)通的所述半導(dǎo)體襯底的外部，其中在所述有源器件和所述接觸電極的導(dǎo)通部分的端部的雜質(zhì)濃度低于在所述導(dǎo)通部分的中心部分的雜質(zhì)濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件，其中在所述半導(dǎo)體襯底中分立地設(shè)置多個(gè)有源器件，各有源器件具有與接觸電極接觸的導(dǎo)通部分；以及位于端部及另一有源器件的相反側(cè)的有源器件的導(dǎo)通部分的端部的雜質(zhì)濃度低于在所述導(dǎo)通部分的中心部分的雜質(zhì)濃度。
全文摘要
通過降低關(guān)斷后進(jìn)入接觸開口的拐角中的電流集中，并抑制局部熱產(chǎn)生而不增大接通電壓，提出了一種即使在大電流下也能夠穩(wěn)定工作的半導(dǎo)體器件。在通過P場(chǎng)區(qū)111和柵極電極106分隔，具有N+發(fā)射極區(qū)104和P+發(fā)射極區(qū)100，并通過對(duì)柵極電極106施加的電壓控制發(fā)射極與集電極之間的導(dǎo)通的絕緣柵極晶體管中，在四個(gè)拐角由曲線形成接觸發(fā)射極(N+發(fā)射極區(qū)104和P+發(fā)射極區(qū)100)和發(fā)射極電極的接觸開口108的形狀。因此，消除了直角頂點(diǎn)，防止了關(guān)斷后從所述場(chǎng)區(qū)進(jìn)入所述發(fā)射極電極的空穴電流在一點(diǎn)的集中。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1823419SQ20048001995
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者西脅克彥 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社