專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種用密封樹脂覆蓋其上形成有高擊穿電壓晶體管的半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電源IC在電源電路中的應(yīng)用，開關(guān)系統(tǒng)的電源IC得到了利用，因?yàn)樗o湊、重量輕和高效。由于功耗和小型化的原因，通常將功率MOSFET(場效應(yīng)晶體管)作為控制這種電源IC的電源的元件?；贑MOS工藝生產(chǎn)的功率MOSFET成本也低。
為了高速地驅(qū)動(dòng)功率MOSFET，包括功率MOSFET的器件需要具有高擊穿電壓。例如，為了驅(qū)動(dòng)晶體管，以AC 100至200V驅(qū)動(dòng)的開關(guān)系統(tǒng)的電源IC需要具有700V或更高的擊穿電壓。當(dāng)作為產(chǎn)品提供時(shí)，通常用樹脂封裝包括具有這樣擊穿電壓特性的功率MOSFET的半導(dǎo)體器件。然而，在用樹脂封裝的半導(dǎo)體器件中，當(dāng)其暴露在高溫和高濕的環(huán)境中時(shí)，隨著時(shí)間的流逝，漏極擊穿電壓會(huì)降低。為了抑制漏極擊穿電壓的降低，提出了各種建議。
漏極擊穿電壓降低的原因之一在于在高溫和高濕的環(huán)境中，可移動(dòng)離子聚集在半導(dǎo)體器件的鈍化層和用于封裝半導(dǎo)體器件的密封樹脂之間的界面上，從而扭曲了漏極電壓的等勢分布并導(dǎo)致電場的局部集中。N.Fujishima、M.Saito、A.Kitamura、Y.Urano、G.Tada和Y.Tsuruta在2001年《Proceedings of International Symposium on PowerSemiconductor Device & ICs》第255-258頁的“A 700 V Lateral PowerMOSFET with Narrow Gap Double Metal Field Plates Realizing LowOn-resistence and Long-term Stability of Performance”提出了一種半導(dǎo)體器件，通過使源極電極和漏極電極之間的空隙變窄，其能夠屏蔽聚集離子的影響，從而降低電場的局部集中。然而k在該半導(dǎo)體器件中，源極電極和漏極電極之間變窄的空隙加強(qiáng)了襯底表面上的電場，從而降低了器件的擊穿電壓。為了抑制器件的擊穿電壓的降低，制成的層間膜比通常要厚一些。例如，為了將源極電極和漏極電極之間的空隙變窄到15μm，使層間膜厚約4.5μm，而層間膜通常約厚1.5μm。然而，僅僅增加層間膜的厚度還不足以容易地形成接觸孔，并且還增大了層間膜表面上的臺(tái)階(steps)。為了解決這些問題，對于源極電極和漏極電極，采用兩層結(jié)構(gòu)。
圖13是示出包括兩層結(jié)構(gòu)電極的橫向高擊穿電壓場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在圖13中，該橫向高擊穿電壓MOSFET包括P-型襯底310、N+型源極區(qū)320、N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330、柵極絕緣膜331、N+型漏極區(qū)340、柵極電極350、第一層間膜360、第二層間膜361、第一源極電極370、第二源極電極371、第一漏極電極380、第二漏極電極381、鈍化膜390和密封樹脂333。
P-型襯底310是基座襯底，作為形成MOSFET的基座。在P-型襯底310的主表面部分中，形成了N+型源極區(qū)320、N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330和N+型漏極區(qū)340。N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330和N+型漏極區(qū)340彼此相互接觸。柵極絕緣膜331形成在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330的表面上，并且使柵極絕緣膜331的一端延伸至與N+型源極區(qū)320交迭。柵極電極350形成在柵極絕緣膜331上。第一層間膜360是形成在柵極絕緣膜331上的絕緣膜，從而覆蓋柵極電極350。
源極電極具有包括第一源極電極370和第二源極電極371的兩層結(jié)構(gòu)。第一源極電極370形成在第一層間膜360上，從而連接到N+型源極區(qū)320。形成第二源極電極371，從而連接到第一源極電極370。同樣，漏極電極也具有包括第一漏極電極380和第二漏極電極381的兩層結(jié)構(gòu)。第一漏極電極380形成在第一層間膜360上，從而連接到N+型漏極區(qū)340。形成第二漏極電極381，從而連接到第一漏極電極380。第二層間膜361形成在第一源極電極370和第二源極電極371之間以及在第一漏極電極380和第二漏極電極381之間。在本說明書中，在P-型襯底或其等價(jià)物上形成的各種元件統(tǒng)稱為“半導(dǎo)體襯底主體”。用由SiN膜形成的鈍化膜390覆蓋包括兩層結(jié)構(gòu)電極的襯底主體的表面。鈍化膜390被密封樹脂333所覆蓋。P-型襯底310電連接到在圖13中未示出的區(qū)域中的源極。
在具有上述結(jié)構(gòu)的橫向高擊穿電壓MOSFET中，當(dāng)高電壓施加到處于截止?fàn)顟B(tài)的第二漏極電極381時(shí)，反向電壓施加在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330和P-型襯底310之間的結(jié)上，并且耗盡層在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330的縱向和橫向上兩維地?cái)U(kuò)展。結(jié)果，N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330是完全耗盡的，漏極電壓的等勢線均勻分布在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330中。
在高溫和高濕的環(huán)境中，在圖13中表示為陰離子344和陽離子355的可移動(dòng)離子聚集在密封樹脂333與鈍化膜390的界面處。當(dāng)可移動(dòng)離子影響N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330時(shí)，漏極電壓的等勢線的上述分布會(huì)被扭曲，從而導(dǎo)致電場的局部集中，這導(dǎo)致漏極擊穿電壓的降低。在包括兩層結(jié)構(gòu)電極的上述橫向高擊穿電壓MOSFET中，由于源極電極和漏極電極之間上述變窄的空隙，在鈍化膜390和密封樹脂333之間的界面處聚集的可移動(dòng)離子不可能影響N-型擴(kuò)展漏極區(qū)330。因此，可以抑制漏極擊穿電壓的降低。
然而，除了生產(chǎn)橫向MOSFET的通常步驟之外，生產(chǎn)包括兩層結(jié)構(gòu)電極的上述橫向MOSFET還需要多個(gè)附加步驟，如下(i)形成第二層間膜361的步驟；(ii)通過蝕刻第二層間膜361形成接觸孔的步驟；(iii)形成第二源極電極371和第二漏極電極381的步驟；以及(iv)處理第二源極電極371和第二漏極電極381的步驟。對于(ii)和(iv)步驟中的處理，需要至少兩個(gè)額外的光掩膜。從這里可以看出，包括兩層結(jié)構(gòu)電極的橫向MOSFET具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜和成本高的問題。另外，電極的兩層結(jié)構(gòu)有悖于在功率MOSFET領(lǐng)域以及其他領(lǐng)域中所倡導(dǎo)的器件微型化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可以通過簡單方法并且以低成本生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件，它能夠防止在高溫和高濕的環(huán)境中漏極擊穿電壓的降低，并且適合微型化。
本發(fā)明的第一個(gè)方案涉及這樣一種半導(dǎo)體器件，其中，用密封樹脂覆蓋其上形成有高擊穿電壓晶體管的半導(dǎo)體襯底。所述半導(dǎo)體器件包括源極區(qū)和漏極區(qū)，形成在半導(dǎo)體襯底的主表面部分中；柵極絕緣膜，形成在漏極區(qū)上，并且使其一端延伸至與源極區(qū)交迭；柵極電極，形成在柵極絕緣膜上；源極電極，連接到源極區(qū)；漏極電極，連接到漏極區(qū)；層間膜，用于覆蓋柵極電極，并使柵極電極、源極電極和漏極電極彼此電絕緣；鈍化膜，用于覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面；第一開口，形成在鈍化膜中；以及密封樹脂，形成在鈍化膜上。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一個(gè)特征在于第一開口形成在源極電極和漏極電極中至少之一上；以及密封樹脂填充第一開口，并且與源極電極和漏極電極中至少之一直接接觸。由于這種結(jié)構(gòu)，即使在高溫和高濕的環(huán)境下可移動(dòng)離子聚集在密封樹脂與鈍化膜的界面處，可移動(dòng)離子也會(huì)經(jīng)由填充第一開口的密封樹脂，移動(dòng)到源極電極和漏極電極中至少之一，并且最后向外放電。相應(yīng)地，漏極電場不受可移動(dòng)離子的影響，因此，可以防止漏極擊穿電壓的降低。由于電極不必采用兩層結(jié)構(gòu)，所以可以用簡單工藝、以低成本生產(chǎn)該半導(dǎo)體器件，并且其適于微型化。
本發(fā)明的第二個(gè)方案涉及這樣一種半導(dǎo)體器件，其中，用密封樹脂覆蓋其上形成有高擊穿電壓晶體管的半導(dǎo)體襯底。該半導(dǎo)體器件包括源極區(qū)和漏極區(qū)，形成在半導(dǎo)體襯底的主表面部分中；柵極絕緣膜，形成在漏極區(qū)上，并且使其一端延伸至與源極區(qū)交迭；柵極電極，形成在柵極絕緣膜上；源極電極，連接到源極區(qū)；漏極電極，連接到漏極區(qū)；層間膜，用于覆蓋柵極電極，并使柵極電極、源極電極和漏極電極彼此電絕緣；鈍化膜，用于覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面；第一開口，形成在鈍化膜中；密封樹脂，形成在鈍化膜上；以及輔助電極，設(shè)置在鈍化膜之下，并且電連接到源極電極或漏極電極。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一個(gè)特征在于輔助電極由不同于形成源極電極或漏極電極的材料的導(dǎo)電材料形成，所述源極電極或漏極電極連接到所述輔助電極；第一開口形成在輔助電極上；以及密封樹脂填充第一開口，并且與輔助電極直接接觸。采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使可移動(dòng)離子在高溫和高濕的環(huán)境下聚集在密封樹脂與鈍化膜的界面處，可移動(dòng)離子也會(huì)經(jīng)由填充第一開口的密封樹脂移動(dòng)到源極電極和漏極電極中至少之一，并且最后向外放電。相應(yīng)地，漏極電場不受可移動(dòng)離子的影響，因此可以防止漏極擊穿電壓的降低。由于電極不必采用兩層結(jié)構(gòu)，所以可以用簡單工藝、以低成本生產(chǎn)該半導(dǎo)體器件，并且其適于微型化。另外，第一開口既可以形成在輔助電極上，也可以形成在源極電極和漏極電極上。因此，本發(fā)明適用于具有更復(fù)雜和更微型化圖案的半導(dǎo)體器件。
在上述的每個(gè)半導(dǎo)體器件中，鈍化膜具有通過其而形成的第二開口，用于將從半導(dǎo)體器件外面延伸的金屬線連接到從源極電極、漏極電極和輔助電極中選出的至少一種類型。第一開口和第二開口優(yōu)選彼此分離。通過提供第二開口，設(shè)置在鈍化膜之下的上述各種類型電極暴露出來，從而提供通常被稱為焊盤區(qū)的區(qū)域，用于連接從半導(dǎo)體器件外面延伸的金屬線。根據(jù)本發(fā)明，第一開口和第二開口彼此分離。因此，第一開口可以形成在可移動(dòng)離子聚集的一個(gè)合適位置上。這可以進(jìn)一步抑制漏極擊穿電壓的降低。
層間膜在源極區(qū)或漏極區(qū)的一部分上具有穿過該層間膜而形成的接觸孔；并且源極電極或漏極電極填充接觸孔，從而分別連接到接觸孔之下的源極區(qū)或漏極區(qū)。根據(jù)本發(fā)明，第一開口和接觸孔最好處于在與半導(dǎo)體襯底垂直的方向上彼此不重疊的位置上。由于這種結(jié)構(gòu)，第一開口形成在一個(gè)平面區(qū)域中，而不是在具有大臺(tái)階的接觸孔上。因此，該半導(dǎo)體器件能夠具有更高的擊穿電壓。
漏極區(qū)優(yōu)選包括高濃度漏極區(qū)和擴(kuò)展漏極區(qū)，所述高濃度漏極區(qū)具有相對高的雜質(zhì)濃度，所述擴(kuò)展漏極區(qū)的雜質(zhì)濃度低于所述高濃度漏極區(qū)的雜質(zhì)濃度。漏極優(yōu)選連接到高濃度漏極區(qū)。采用該結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體器件可以具有更高的擊穿電壓，并且可用于例如將600V或更高的高壓施加到漏極電極的情況。
本發(fā)明的第三個(gè)方案涉及這樣一種半導(dǎo)體器件，其中，用密封樹脂覆蓋其上形成有高擊穿電壓晶體管的半導(dǎo)體襯底。該半導(dǎo)體器件包括源極區(qū)和漏極區(qū)，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的主表面部分中；柵極絕緣膜，形成在漏極區(qū)上，并且使其一端延伸至與源極區(qū)交迭；柵極電極，形成在柵極絕緣膜上；源極電極，連接到源極區(qū)；漏極電極，連接到漏極區(qū)；層間膜，用于覆蓋柵極電極，并使柵極電極、源極電極和漏極電極彼此電絕緣；鈍化膜，用于覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面；以及密封樹脂，形成在鈍化膜上。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一個(gè)特征在于還包括一個(gè)浮動(dòng)電極，形成在層間膜上并位于源極電極和漏極電極之間，或位于彼此相鄰的源極電極之間。由于這種結(jié)構(gòu)，浮動(dòng)電極屏蔽在高溫和高濕的環(huán)境下聚集在密封樹脂中的可移動(dòng)離子。因此，漏極電場不可能受到可移動(dòng)離子的影響。結(jié)果，可以抑制在高溫和高濕環(huán)境中漏極擊穿電壓的降低。另外，這樣的結(jié)構(gòu)不需要在鈍化膜中形成開口。因此，可以用更簡單的工藝和以更低的成本生產(chǎn)該半導(dǎo)體器件。
在這樣的半導(dǎo)體器件中，漏極區(qū)優(yōu)先也包括高濃度漏極區(qū)和擴(kuò)展漏極區(qū)，所述高濃度漏極區(qū)具有相對高的雜質(zhì)濃度，所述擴(kuò)展漏極區(qū)的雜質(zhì)濃度低于所述高濃度漏極區(qū)的雜質(zhì)濃度。漏極電極優(yōu)先連接到高濃度漏極區(qū)。由于這種結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體器件可以具有更高的擊穿電壓，并且適用于例如將600V或更高的高壓施加到漏極電極的情況。
通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些和其他目的、特征、方案和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)主要部分的平面圖；圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3是示出在用密封樹脂封裝狀態(tài)下的根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖；圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的平面圖；
圖8是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖9是示出在用密封樹脂封裝狀態(tài)下的根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖；以及圖13是示出常規(guī)橫向高擊穿電壓功率MOSFET的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例下面說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)主要部分的平面圖。在圖1中，半導(dǎo)體器件包括層間膜60、源極電極70、漏極電極80、鈍化膜90、離子穿越區(qū)100和102、源極焊盤區(qū)110、漏極焊盤區(qū)112以及鍵合線120和122。
作為本實(shí)施例一個(gè)特征的離子穿越區(qū)100和102每個(gè)都是形成在鈍化膜90中的第一開口。通過在鈍化膜90中形成離子穿越區(qū)100和102作為第一開口，設(shè)置在鈍化膜90之下的源極電極70和漏極電極80部分地暴露出來。源極焊盤區(qū)110和漏極焊盤區(qū)112每個(gè)都是形成鈍化膜90中的第二開口。通過在鈍化膜90中形成源極焊盤區(qū)110和漏極焊盤區(qū)112作為第二開口，設(shè)置在鈍化膜90之下的源極電極70和漏極電極80部分地暴露出來，從而可以連接到鍵合線120和122。鍵合線120和122是從半導(dǎo)體器件外面延伸的金屬線。在該實(shí)施例中，鍵合線120連接到源極電極70，鍵合線122連接到漏極電極80。作為第一開口的離子穿越區(qū)100和102與作為第二開口的源極焊盤區(qū)110和漏極焊盤區(qū)112彼此分離。
圖2是示出沿著圖1中的線A-A’截取的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖2中，半導(dǎo)體器件包括橫向高擊穿電壓MOSFET，其中源極電極70和漏極電極80設(shè)置在相同的平面中。半導(dǎo)體器件包括P-型襯底10、N+型源極區(qū)20、N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30、N+型漏極區(qū)40、柵極電極50、層間膜60、源極電極70、漏極電極80、鈍化膜90、離子穿越區(qū)100和102、柵極絕緣膜230以及接觸孔250和252。
P-型襯底10是基座襯底，作為形成MOSFET的基座。在P-型襯底10的主表面部分中，形成N+型源極區(qū)20、N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30和N+型漏極區(qū)40。漏極區(qū)包括包括N+型漏極區(qū)40和N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30，該N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30具有的雜質(zhì)濃度低于N+型漏極區(qū)40的雜質(zhì)濃度。漏極電極80連接到具有較高雜質(zhì)濃度的N+型漏極區(qū)40。這實(shí)現(xiàn)了高擊穿電壓半導(dǎo)體器件，它適用于例如將600V或更高的高壓施加到漏極電極80的情況。P-型襯底10電連接到在圖2中未示出的區(qū)域中的源極。因此，P-型襯底10和源極具有相同的電勢。
柵極絕緣膜230形成在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30的表面上，并且使柵極絕緣膜230的一端延伸至與N+型源極區(qū)20交迭。柵極電極50形成在柵極絕緣膜230上。層間膜60是形成在柵極絕緣膜230上的絕緣膜，從而覆蓋柵極電極50。穿過層間膜60，形成接觸孔250和252。源極電極70經(jīng)由接觸孔250連接到N+型源極區(qū)20，并且漏極電極80經(jīng)由接觸孔252連接到N+型漏極區(qū)40。在本說明書中，形成在P-型襯底10或其等價(jià)物上的元件統(tǒng)稱為“半導(dǎo)體襯底主體”。鈍化膜90覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的表面。如上所述，離子穿越區(qū)100和102形成在源極電極70和漏極電極80上。
用作實(shí)際產(chǎn)品的半導(dǎo)體器件用密封樹脂130進(jìn)行封裝，如圖3所示。圖3是示出圖2所示的半導(dǎo)體器件在用密封樹脂130進(jìn)行封裝的狀態(tài)下的剖面圖。在圖3中，密封樹脂130覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面。作為本實(shí)施例的一個(gè)特征，密封樹脂130填充離子穿越區(qū)100和102，并且與源極電極70和漏極電極80直接接觸。該結(jié)構(gòu)提供具有高漏極擊穿電壓的半導(dǎo)體器件。下面將詳細(xì)說明原因。
在具有上述結(jié)構(gòu)的橫向高擊穿電壓MOSFET中，當(dāng)高壓施加到處于截止?fàn)顟B(tài)的漏極電極80時(shí)，反向電壓施加在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30和P-型襯底10之間的結(jié)上，耗盡層在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30的縱向和橫向上兩維地?cái)U(kuò)展。結(jié)果，N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30是完全耗盡的，漏極電壓的等勢線均勻分布在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30中。
當(dāng)處于這種狀態(tài)下的半導(dǎo)體器件暴露在高溫和高濕的環(huán)境中時(shí)，圖3中表示為陰離子140和陽離子150的可移動(dòng)離子聚集在密封樹脂130和鈍化膜90的界面處。在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，離子穿越區(qū)100和102形成在鈍化膜90中，并且用密封樹脂130填充。因此，密封樹脂130與源極電極70和漏極電極80直接接觸。由于這種結(jié)構(gòu)，如圖3中箭頭所示，聚集在密封樹脂130和鈍化膜90的界面處的可移動(dòng)離子(陰離子140和陽離子150)經(jīng)由離子穿越區(qū)100和102，移動(dòng)到源極電極70和漏極電極80。最后，可移動(dòng)離子放電到從半導(dǎo)體器件外面延伸的鍵合線120和122。相應(yīng)地， N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30不可能受可移動(dòng)離子的影響。結(jié)果，可以抑制漏極擊穿電壓的降低。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件通常用于源極電極70的電勢為0并且向漏極電極80施加高壓的情況。在這種情況下，可以想到，陰離子140通過源極一側(cè)的離子穿越區(qū)100進(jìn)行放電，陽離子150通過漏極一側(cè)的離子穿越區(qū)102進(jìn)行放電。然而，任何一種類型的離子可以通過任一離子穿越區(qū)。
例如，如下生產(chǎn)具有上述結(jié)構(gòu)的橫向高擊穿電壓MOSFET。在P-型襯底10的主表面部分中(雜質(zhì)濃度大約1E14至大約1E15/cm3)，形成N+型漏極區(qū)40(雜質(zhì)濃度大約1E18至大約1E20/cm3)。形成N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30(雜質(zhì)濃度大約1E15至大約1E17/cm3)，從而連接到N+型漏極區(qū)40。在P-型襯底10的主表面部分中，還形成N+型源極區(qū)20(雜質(zhì)濃度大約1E18至大約1E20/cm3)。接著，在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)30上形成柵極絕緣膜230。
接下來，在柵極絕緣膜230上形成柵極電極50。形成層間膜60，從而覆蓋柵極電極50。在層間膜60中，在與N+型源極區(qū)20和N+型漏極區(qū)40的相應(yīng)位置處，形成接觸孔250和252。接著，形成源極70和漏極80，從而填充接觸孔250和252。然后，形成鈍化膜90，從而覆蓋源極電極70和漏極電極80。
接下來，在鈍化膜90中形成源極焊盤區(qū)110和漏極焊盤區(qū)112。打開鈍化膜90在源極電極70和漏極電極80上的部分，從而形成離子穿越區(qū)100和102。此時(shí)，離子穿越區(qū)100和102沒有形成在與接觸孔250和252重疊的位置上，優(yōu)先相對于垂直于P-型襯底10的方向在遠(yuǎn)離接觸孔250和252的位置處。原因在于，在接觸孔250和252的正上方的位置及其附近，各電極和膜具有大的厚度，由此形成較大的臺(tái)階。
然后，用密封樹脂130涂敷鈍化膜90的上表面，從而封裝半導(dǎo)體器件。此時(shí)，也用密封樹脂130填充離子穿越區(qū)100和102，從而使密封樹脂130與源極70電極和漏極電極80直接接觸。
在如上所述生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件中，例如，源極電極70的一端和離子穿越區(qū)100之間的距離d1(圖2)大約是5μm，漏極電極80的一端和離子穿越區(qū)102之間的距離d2大約是5μm，離子穿越區(qū)100的寬度d3大約是6μm，離子穿越區(qū)102的寬度d4大約是6μm。
如上所述，通過在鈍化膜90中設(shè)置開口的簡單結(jié)構(gòu)，根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件能夠抑制漏極擊穿電壓的降低。相應(yīng)地，電極不必像在常規(guī)半導(dǎo)體器件中所要求的那樣采用兩層結(jié)構(gòu)，由此能夠通過簡單的工藝并且以低成本提供半導(dǎo)體器件。
在上面的說明中，作為第一開口的離子穿越區(qū)100和102形成在源極電極70和漏極80電極上。但本發(fā)明不限于此，也可以在源極電極70或漏極電極80上形成第一開口。圖4和圖5各自示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4和圖5分別示出的基本結(jié)構(gòu)與圖2所示的結(jié)構(gòu)基本相同。在圖4中，只有離子穿越區(qū)102形成在漏極電極80上。在圖5中，只有離子穿越區(qū)100形成在源極電極70上。采用這樣的結(jié)構(gòu)，也可以抑制漏極擊穿電壓的降低，這與采用圖2所示的結(jié)構(gòu)一樣。
在上面的說明中，源極電極70和漏極電極80通過作為第一開口的離子穿越區(qū)100和102暴露出來，并與密封樹脂130直接接觸。但本發(fā)明不限于此，與源極電極70和漏極電極80電連接的輔助電極也可以通過離子穿越區(qū)100和102暴露出來。輔助電極由與源極電極70和漏極電極80的材料不同的材料形成，并且形成在鈍化膜90之下。在源極電極70和漏極電極80是由鋁制成的情況下，可以使用由多晶硅薄膜或銅薄膜形成的輔助電極。
同樣，可以形成作為第二開口的源極焊盤區(qū)110和漏極焊盤區(qū)120，從而暴露從源極電極70、漏極電極80和上述輔助電極中選出的至少一種類型的電極。在這種情況下，暴露出來的電極可以連接到從半導(dǎo)體器件外面延伸的金屬線。
圖1所示的半導(dǎo)體器件的平面圖案只是示例性的，本發(fā)明不限于這樣的圖案。例如，在圖1中，離子穿越區(qū)100和102是U形的，并且彼此正對。離子穿越區(qū)100和102的形狀和位置不限于此。在圖1中，離子穿越區(qū)100和102形成得并沒有到達(dá)源極電極70的一端72和漏極電極80的一端82?？蛇x擇地，離子穿越區(qū)100和102可以延伸到端72和82。
半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)以及形成在其中的區(qū)域不限于上述結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可用于各種類型的結(jié)構(gòu)。圖6是一個(gè)與圖2所示的半導(dǎo)體器件在半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)以及形成在其中的區(qū)域上不同的半導(dǎo)體器件的剖面圖。在圖6中，在N-型半導(dǎo)體260的主表面部分中(雜質(zhì)濃度大約1E14至大約1E16/cm3)，形成N+型漏極區(qū)40(雜質(zhì)濃度大約1E18至大約1E20/cm3)和N+型源極區(qū)20(雜質(zhì)濃度大約1E18至大約1E20/cm3)。在N+型源極區(qū)20周圍，形成P-型阱區(qū)181。從上面可以看出，根據(jù)本發(fā)明，可以使用圖6所示的N-型漂移區(qū)260，而不是圖2至圖5所示的N-型保留區(qū)。
第二實(shí)施例圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。作為圖7所示的半導(dǎo)體器件的第一開口的離子穿越區(qū)具有與第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件相同的結(jié)構(gòu)。根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件與根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件在以下幾點(diǎn)有所不同。第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件包括橫向MOSFET，其中源極70電極和漏極電極80位于相同的平面中。相比之下，第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件包括垂直MOSFET，其中源極電極和漏極電極位于不同的平面中。
圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)主要部分的平面圖。圖8是沿著圖7中的線B-B’截取的半導(dǎo)體器件的剖面圖。圖9是示出圖8所示的半導(dǎo)體器件在用密封樹脂進(jìn)行封裝狀態(tài)下的剖面圖。在圖7中，垂直MOSFET包括鈍化膜91、離子穿越區(qū)101、源極焊盤區(qū)111、鍵合線121、源極電極200和層間膜220。
離子穿越區(qū)101是形成在鈍化膜91中的第一開口。通過形成離子穿越區(qū)101，設(shè)置在鈍化膜91之下的源極電極200部分地暴露出來。源極焊盤區(qū)111是形成在鈍化膜91中的第二開口。通過形成源極焊盤區(qū)111，設(shè)置在鈍化膜91下方的源極電極200部分地暴露出來，從而可連接到從半導(dǎo)體器件外面延伸的鍵合線121。離子穿越區(qū)101和源極焊盤區(qū)111彼此分離。
在圖8中，包括垂直MOSFET的半導(dǎo)體器件包括N+型源極區(qū)21、柵極電極5 1、鈍化膜91、離子穿越區(qū)101、N+型漏極區(qū)160、N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170、P-型阱區(qū)180、P+型接觸區(qū)190、源極電極200、漏極電極210、層間膜220、柵極絕緣膜231和接觸孔251。
N+型漏極區(qū)160形成在半導(dǎo)體襯底的主表面部分中，并且N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170形成在N+型漏極區(qū)160上。在該垂直MOSFET中，漏極區(qū)包括N+型漏極區(qū)160以及雜質(zhì)濃度低于N+型漏極區(qū)160的雜質(zhì)濃度的N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170。漏極電極210連接到具有較高雜質(zhì)濃度的N+型漏極區(qū)160。這實(shí)現(xiàn)了高擊穿電壓半導(dǎo)體器件，其可用于例如將600V或更高的高壓施加到漏極210的情況。
在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170的主表面上，形成P-型阱區(qū)180。在P-型阱區(qū)180中，形成N+型源極區(qū)21和P+型接觸區(qū)190。柵極絕緣膜231形成在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170的主表面上，使柵極絕緣膜231的一端延伸至與N+型源極區(qū)21交迭。在柵極絕緣膜231上，形成柵極電極51。層間膜220是絕緣膜，用于覆蓋柵極絕緣膜231和柵極電極51。穿過層間膜220，形成接觸孔251。源極電極200經(jīng)由接觸孔251，連接到N+型源極區(qū)21和P+型接觸區(qū)190。鈍化膜91覆蓋包括上述元件的襯底主體的表面。離子穿越區(qū)101形成在源極電極200上的鈍化膜91中，如上所述。
在圖9中，密封樹脂130覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面。作為本實(shí)施例的一個(gè)特征，密封樹脂130填充離子穿越區(qū)101，并且與源極電極200直接接觸。該結(jié)構(gòu)提供了具有高漏極擊穿電壓的半導(dǎo)體器件。下面詳細(xì)說明原因。
在具有上述結(jié)構(gòu)的垂直MOSFET中，當(dāng)高壓施加在處于截止?fàn)顟B(tài)下的漏極電極210上時(shí)，反向電壓施加在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170和P-型阱區(qū)180之間的結(jié)上，并且耗盡層在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170中擴(kuò)展。結(jié)果，N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170是完全耗盡的，并且漏極電壓的等勢線均勻分布在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170中。
當(dāng)處于這種狀態(tài)下的半導(dǎo)體器件暴露在高溫和高濕的環(huán)境中時(shí)，圖9中表示為陰離子140和陽離子150的可移動(dòng)離子聚集在密封樹脂130和鈍化膜91的界面處。在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，離子穿越區(qū)101形成在鈍化膜91中，并且密封樹脂130經(jīng)由離子穿越區(qū)101，與源極電極200直接接觸，如上所述。由于這種結(jié)構(gòu)，在密封樹脂130和鈍化膜91的界面處聚集的可移動(dòng)離子(陰離子140和陽離子150)如圖9中的箭頭所示經(jīng)由離子穿越區(qū)101，移動(dòng)到源極電極200。最后，可移動(dòng)離子放電到從半導(dǎo)體器件外面延伸的鍵合線121。相應(yīng)地，N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170不可能受可移動(dòng)離子的影響。結(jié)果，可以抑制漏極擊穿電壓的降低。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件通常用于源極電極200的電勢為0并且高壓施加在漏極電極210的狀態(tài)。在這種情況下，可以想到，陰離子140主要通過離子穿越區(qū)101進(jìn)行放電。然而，任何一種類型的離子可以通過離子穿越區(qū)101。
例如，如下生產(chǎn)具有上述結(jié)構(gòu)的垂直高擊穿電壓MOSFET。在半導(dǎo)體襯底的主表面部分中，形成N+型漏極區(qū)160。在N+型漏極區(qū)160上，形成N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170(雜質(zhì)濃度大約1E14至大約1E16/cm3)。在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170的主表面部分中，形成P-型阱區(qū)180。在P-型阱區(qū)180的主表面部分中，形成N+型源極區(qū)21(雜質(zhì)濃度大約1E18至大約1E20/cm3)和P+型接觸區(qū)190(雜質(zhì)濃度大約1E18至大約1E20/cm3)。在N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170的主表面上，形成柵極絕緣膜231，并且其至少延伸至可以與N+型源極區(qū)21交迭。
在柵極絕緣膜231上，形成柵極電極51。形成層間膜220，從而覆蓋N-型擴(kuò)展漏極區(qū)170和N+型源極區(qū)21。打開N+型源極區(qū)21和P+型接觸區(qū)190上的部分層間膜220，從而形成接觸孔251。用源極電極200填充接觸孔251。形成漏極電極210，從而連接到N+型漏極區(qū)160。然后，形成鈍化膜91，從而覆蓋源極電極200。
接下來，在鈍化膜91中形成柵極焊盤區(qū)111和離子穿越區(qū)101使其彼此分離。此時(shí)，離子穿越區(qū)101形成在與接觸孔251不重疊的位置上，優(yōu)選相對于垂直于漏極區(qū)160和170的方向在遠(yuǎn)離接觸孔251的位置處。原因在于，在接觸孔251正上方的位置及其附近，各電極和膜具有大的厚度，由此形成較大的臺(tái)階。
然后，用密封樹脂130涂敷鈍化膜90的上表面，從而封裝半導(dǎo)體器件。此時(shí)，離子穿越區(qū)101也用密封樹脂130填充，從而密封樹脂130與源極電極200直接接觸。
如上所述，通過在鈍化膜91中設(shè)置開口的簡單結(jié)構(gòu)，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件也能夠抑制漏極擊穿電壓的降低。相應(yīng)地，電極不需要像在常規(guī)半導(dǎo)體器件中所要求的那樣采用兩層結(jié)構(gòu)，由此能夠通過簡單的工藝并且以低成本提供半導(dǎo)體器件。
圖7所示的半導(dǎo)體器件的平面圖案只是示例性的，并且本發(fā)明不限于這樣的圖案。半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)以及形成在其中的區(qū)域不限于上面說明的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明適用于各種類型的結(jié)構(gòu)。
第三實(shí)施例圖10示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。為了抑制漏極擊穿電壓的降低，根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件與根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的不同之處在于包括浮動(dòng)電極240，而不是離子穿越區(qū)100和102。
在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，在鈍化膜90中沒有形成離子穿越區(qū)。在源極電極70和漏極80電極之間形成浮動(dòng)電極240。作為本實(shí)施例一個(gè)特征的浮動(dòng)電極240是具有浮動(dòng)電勢的電極，并且沒有連接到任何其他電極。
通過設(shè)置浮動(dòng)電極240，提供以下效果。即使在高溫和高濕的環(huán)境下可移動(dòng)離子聚集在密封樹脂和鈍化膜90的界面處，浮動(dòng)電極240也屏蔽可移動(dòng)離子的電荷。因此，漏極電壓的等勢分布不可能受可移動(dòng)離子的影響。結(jié)果，可以抑制高溫和高濕環(huán)境下的漏極擊穿電壓的降低。
在浮動(dòng)電極240屏蔽可移動(dòng)離子的情況下，漏極電壓的等勢線會(huì)集中在浮動(dòng)電極240與漏極電極80之間。通過在浮動(dòng)電極240和漏極電極80之間設(shè)置空隙，可以解決這一點(diǎn)并且抑制漏極擊穿電壓的降低。
僅僅通過改變用于形成源極電極70和漏極電極80的掩模圖案的形狀，使用常規(guī)公知的技術(shù)，就可以很容易地生產(chǎn)出浮動(dòng)電極240。與第一和第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件不同，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件不需要在鈍化膜90或91中形成開口，所以可以通過更簡單的工藝并且以更低的成本進(jìn)行生產(chǎn)。
在上面的說明中，在源極電極70和漏極電極80之間設(shè)置一個(gè)浮動(dòng)電極240。但本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。也可以在源極電極70和漏極電極80之間設(shè)置多個(gè)浮動(dòng)電極，并且對于浮動(dòng)電極的形狀沒有特殊的限制。例如，如圖11所示，可以在源極電極70和漏極電極80之間設(shè)置具有梳狀的浮動(dòng)電極241。該結(jié)構(gòu)提供與上述結(jié)構(gòu)基本相同的效果。
第四實(shí)施例圖12示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。為了抑制漏極擊穿電壓的降低，根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件與根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的不同之處在于包括浮動(dòng)電極242，而不是離子穿越區(qū)101。浮動(dòng)電極242的結(jié)構(gòu)與第三實(shí)施例中所述的浮動(dòng)電極240的結(jié)構(gòu)相同。
采用圖12所示的結(jié)構(gòu)，提供以下效果。如在第三實(shí)施例中所述的那樣，即使在高溫和高濕的環(huán)境下可移動(dòng)離子聚集在密封樹脂與鈍化膜91的界面處，浮動(dòng)電極242也屏蔽可移動(dòng)離子的電荷。因此，漏極電壓的等勢分布不可能受可移動(dòng)離子的影響。結(jié)果，可以抑制漏極擊穿電壓的降低。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使在用于封裝該半導(dǎo)體器件的密封樹脂與鈍化膜的界面處聚集可移動(dòng)離子，在鈍化膜中形成開口或在電極之間設(shè)置浮動(dòng)電極的簡單結(jié)構(gòu)也能夠防止可移動(dòng)離子導(dǎo)致漏極區(qū)中電場的集中。因此，提供了一種即使在高溫和高濕的環(huán)境中也具有高漏極擊穿電壓的半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件在高溫和高濕的環(huán)境中穩(wěn)定地工作，由此可用作需要在嚴(yán)重?fù)舸┉h(huán)境中使用的功率半導(dǎo)體器件。
盡管已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明，但是以上說明在各個(gè)方面都是說明性的而非限制性的。應(yīng)該理解的是在不背偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以設(shè)計(jì)許多其他的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其中用密封樹脂覆蓋其上形成有高擊穿電壓晶體管的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體器件包括源極區(qū)和漏極區(qū)，形成在所述半導(dǎo)體襯底的主表面部分中；柵極絕緣膜，形成在所述漏極區(qū)上，并且使其一端延伸至與所述源極區(qū)交迭；柵極電極，形成在所述柵極絕緣膜上；源極電極，連接到所述源極區(qū)；漏極電極，連接到所述漏極區(qū)；層間膜，用于覆蓋所述柵極電極，并使所述柵極電極、源極電極和漏極電極彼此電絕緣；鈍化膜，用于覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面；第一開口，形成在所述鈍化膜中；以及密封樹脂，形成在所述鈍化膜上；其中所述第一開口形成在所述源極電極和所述漏極電極中至少之一上；以及所述密封樹脂填充所述第一開口，并且與所述源極電極和所述漏極電極中至少之一直接接觸。
2.一種半導(dǎo)體器件，其中用密封樹脂覆蓋其上形成有高擊穿電壓晶體管的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體器件包括源極區(qū)和漏極區(qū)，形成在所述半導(dǎo)體襯底的主表面部分中；柵極絕緣膜，形成在所述漏極區(qū)上，并且使其一端延伸至與所述源極區(qū)交迭；柵極電極，形成在所述柵極絕緣膜上；源極電極，連接到所述源極區(qū)；漏極電極，連接到所述漏極區(qū)；層間膜，用于覆蓋所述柵極電極，并使所述柵極電極、源極電極和漏極電極彼此電絕緣；鈍化膜，用于覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面；第一開口，形成在所述鈍化膜中；密封樹脂，形成在所述鈍化膜上；以及輔助電極，設(shè)置在所述鈍化膜之下，并且電連接到所述源極電極或所述漏極電極；其中所述輔助電極由不同于形成所述源極電極或所述漏極電極的材料的導(dǎo)電材料形成，所述源極電極或所述漏極電極連接到所述輔助電極；所述第一開口形成在所述輔助電極上；以及所述密封樹脂填充所述第一開口，并且與所述輔助電極直接接觸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述鈍化膜具有形成從其穿過的第二開口，用于將從所述半導(dǎo)體器件外面延伸的金屬線連接到從所述源極電極、所述漏極電極和所述輔助電極中選出的至少一種電極；以及所述第一開口和所述第二開口彼此分離。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述層間膜在所述源極區(qū)或所述漏極區(qū)的一部分上具有形成從其穿過的接觸孔；所述源極電極或所述漏極電極填充所述接觸孔，從而分別連接到所述接觸孔之下的所述源極區(qū)或所述漏極區(qū)；以及所述第一開口和所述接觸孔位于在垂直于所述半導(dǎo)體襯底的方向上彼此不重疊的位置上。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述漏極區(qū)包括高濃度漏極區(qū)和擴(kuò)展漏極區(qū)，所述高濃度漏極區(qū)具有相對高的雜質(zhì)濃度，所述擴(kuò)展漏極區(qū)具有低于所述高濃度漏極區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度；以及所述漏極電極連接到所述高濃度漏極區(qū)。
6.一種半導(dǎo)體器件，其中用密封樹脂覆蓋其上形成有高擊穿電壓晶體管的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體器件包括源極區(qū)和漏極區(qū)，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的主表面部分中；柵極絕緣膜，形成在所述漏極區(qū)上，并且使其一端延伸至與所述源極區(qū)交迭；柵極電極，形成在所述柵極絕緣膜上；源極電極，連接到所述源極區(qū)；漏極電極，連接到所述漏極區(qū)；層間膜，用于覆蓋所述柵極電極，并使所述柵極電極、源極電極和漏極電極彼此電絕緣；鈍化膜，用于覆蓋半導(dǎo)體襯底主體的整個(gè)表面；密封樹脂，形成在所述鈍化膜上；以及浮動(dòng)電極，形成在層間膜上并位于所述源極電極和漏極電極之間，或位于彼此相鄰的所述源極電極之間。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述漏極區(qū)包括高濃度漏極區(qū)和擴(kuò)展漏極區(qū)，所述高濃度漏極區(qū)具有相對高的雜質(zhì)濃度，所述擴(kuò)展漏極區(qū)具有低于所述高濃度漏極區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度；以及所述漏極電極連接到所述高濃度漏極區(qū)。
全文摘要
在源極電極70和漏極電極80上的鈍化膜90中設(shè)置離子穿越區(qū)100、102，作為第一開口。用密封樹脂涂敷鈍化膜90，以封裝半導(dǎo)體器件。此時(shí)，用密封樹脂填充離子穿越區(qū)100、102，以使密封樹脂與源極電極70和漏極電極80直接接觸。采用該結(jié)構(gòu)，在高溫和高濕的環(huán)境下聚集在密封樹脂與鈍化膜90的界面處的可移動(dòng)離子經(jīng)由離子穿越區(qū)100、102，放電到源極電極70和漏極電極80，由此不影響N
文檔編號H01L29/40GK1750270SQ200510099298
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者金子佐一郎, 澤田和幸, 宇野利彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社