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)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及用于開關(guān)電源裝 置中的高耐壓橫向絕緣柵型雙極晶體管等半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于地球變暖對(duì)策的立場(chǎng)，減低家電產(chǎn)品等的待命功率這一 事情備受關(guān)注，人們強(qiáng)烈要求待命時(shí)的功耗很低的開關(guān)電源裝置。 下面，對(duì)現(xiàn)有開關(guān)電源裝置進(jìn)行說明。圖36，表示現(xiàn)有開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)之一例。如圖36所示，現(xiàn) 有開關(guān)電源裝置具有上游整流濾波電路411、主體電路412、變壓器404 以及下游整流濾波電路421。具體而言，輸入到上游整流濾波電路411的輸入端416與417之間的 交流電壓，被上游整流濾波電路411進(jìn)行整流濾波，作為輸入直流電壓被 提供給主體電路412。在此，上游整流濾波電路411具有二極管電橋431 和輸入電容器432，被二極管電橋431進(jìn)行全波整流后的電壓被輸入電容 器432進(jìn)行濾波，再被提供給主體電路412。在主體電路412內(nèi)，設(shè)置有半導(dǎo)體開關(guān)元件413和電壓控制電路414。 所述半導(dǎo)體開關(guān)元件413和電壓控制電路414，能集成在一塊芯片內(nèi)。在 變壓器404內(nèi)設(shè)置有一次繞組441，所述一次繞組441和半導(dǎo)體開關(guān)元件 413串聯(lián)連接起來，來自上游整流濾波電路411的輸入直流電壓被提供給 所述串聯(lián)連接電路。半導(dǎo)體開關(guān)元件413的控制端連接在電壓控制電路414上，構(gòu)成為這 樣的，即半導(dǎo)體開關(guān)元件413的導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)，受到電壓控制電 路414所輸出的柵極信號(hào)的控制。在變壓器404內(nèi)，設(shè)置有與一次繞組441具有磁耦合關(guān)系的二次繞組442、和與一次繞組441及二次繞組442具有磁耦合關(guān)系的輔助繞組443。 若半導(dǎo)體開關(guān)元件413進(jìn)行開關(guān)工作，電流斷續(xù)地流過一次繞組441，在 二次繞組442和輔助繞組443上就被誘發(fā)而產(chǎn)生電壓。下游整流濾波電路421，對(duì)被誘發(fā)而產(chǎn)生在二次繞組442上的電壓進(jìn) 行整流濾波，生成直流輸出電壓，再?gòu)妮敵龆?26及427輸出該直流輸出 電壓。具體而言，下游整流濾波電路421，具有二極管422、扼流線圈423、 第一輸出電容器424以及第二輸出電容器425。扼流線圈423、和第一輸 出電容器424及第二輸出電容器425，互相連接為7T形狀，設(shè)為這樣的， 即被誘發(fā)而產(chǎn)生在二次繞組442上的電壓被二極管422進(jìn)行半波整流， 再被扼流線圈423、第一輸出電容器424及第二輸出電容器425進(jìn)行濾波。產(chǎn)生在輔助繞組443兩端的電壓，通過電壓控制電路414被輸入到半 導(dǎo)體開關(guān)元件413的控制端中。就是說，圖36所示的開關(guān)電源裝置是RCC (ringing choke converter:振鈐扼流變換器)方式的裝置，半導(dǎo)體開關(guān) 元件413根據(jù)產(chǎn)生在輔助繞組443上的電壓而進(jìn)行自激式開關(guān)工作。輸出端426與427之間的電壓，通過光耦合器429反饋到電壓控制電 路414。比如說，在輸出端426與427之間的電壓下降了的情況下，電壓 控制電路414強(qiáng)制地延長(zhǎng)半導(dǎo)體開關(guān)元件413的導(dǎo)通時(shí)間，相反，在輸出 端426與427之間的電壓上升了的情況下，電壓控制電路414強(qiáng)制地縮短 半導(dǎo)體開關(guān)元件413的導(dǎo)通時(shí)間。這樣，出現(xiàn)在輸出端4 2.6及427上的電 壓就被維持為一定不變的值。因?yàn)樵陔妷嚎刂齐娐?14內(nèi)部，利用被誘發(fā)而產(chǎn)生在輔助繞組443上 的電壓生成輔助性直流電壓，所以除了開關(guān)電源裝置啟動(dòng)時(shí)以外，電壓控 制電路414用該輔助性直流電壓進(jìn)行工作。補(bǔ)充說明一下，在開關(guān)電源裝置啟動(dòng)時(shí)，即開始在輸入端416與417 之間施加交流電壓的時(shí)候，因?yàn)榘雽?dǎo)體開關(guān)元件413還沒進(jìn)行開關(guān)工作， 所以輔助繞組443不被誘發(fā)電壓的產(chǎn)生，因而電壓控制電路414處于無(wú)電 源狀態(tài)。因此，為了使半導(dǎo)體開關(guān)元件413開始進(jìn)行開關(guān)工作，通過設(shè)置 在外部的電阻451 (高耐壓、大功率)從上游整流濾波電路411提供適于 使電壓控制電路414啟動(dòng)的低電壓。在上述開關(guān)電源中，損失是主要在半導(dǎo)體開關(guān)元件413中發(fā)生的。在 通常情況下，用MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)作為該開關(guān)元件413。 一 般來說，在雙極晶體管中，從導(dǎo)通狀態(tài)切換為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的開關(guān)損失較大， 而在MOSFET中，因?yàn)殚_關(guān)速度較快，所以開關(guān)損失較小。但另一方面， 在MOSFET中，因?yàn)閷?dǎo)通電阻較大，所以不能忽視導(dǎo)通損失，這一點(diǎn)與 雙極晶體管不同。因此，在大電流流過MOSFET的情況下，造成較大的 損失。近年來，除了單極型MOSFET以外，還有將少數(shù)載流子注入到漂移 層中的雙極型IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極 晶體管)在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域備受關(guān)注。在圖36所示的現(xiàn)有開關(guān)電源裝 置中用IGBT作為開關(guān)元件413的情況下，因?yàn)榕c雙極晶體管一樣地發(fā)生 電導(dǎo)率調(diào)制，所以導(dǎo)通電阻較小，但是因?yàn)槔蒙贁?shù)載流子，所以開關(guān)速 度較慢，其結(jié)果是開關(guān)損失較大。在上述RCC方式的開關(guān)電源中，在連接于輸出端426和427上的負(fù) 載較大的情況下，開關(guān)元件413的開關(guān)頻率降低，開關(guān)元件413的導(dǎo)通時(shí) 間延長(zhǎng)。其結(jié)果是，大電流流過一次繞組441，因而輸出端426與輸出端 427之間的電壓被維持為一定不變的值。相反，在如待命模式那樣的、負(fù) 載較小的時(shí)候，開關(guān)元件413的開關(guān)頻率升高，導(dǎo)通時(shí)間縮短。其結(jié)果是， 流過一次繞組441的電流減少，因而輸出端426與輸出端427之間的電壓 被維持為一定不變的值。因此，在綜合地考慮開關(guān)損失和導(dǎo)通損失這兩種損失的情況下，在負(fù) 載很大的情況下，因?yàn)轭l率低、電流大，所以不利于MOSFET而有利于 IGBT。相反，在如待命模式那樣的、負(fù)載很小的時(shí)候，因?yàn)轭l率高、電 流小，所以有利于MOSFET而不利于IGBT。圖37，是表示在將MOSFET (橫向、漂移區(qū)具有降低表面電場(chǎng) (RESURF)結(jié)構(gòu))和IGBT (橫向)分別用于開關(guān)電源中的情況下，對(duì) 負(fù)載與損失之間的關(guān)系進(jìn)行比較的結(jié)果的圖。如圖37所示，在輸出功率 小(負(fù)載小)的那一側(cè)，因?yàn)殚_關(guān)頻率高，所以IGBT的損失較大；在輸 出功率大(負(fù)載大)的那一側(cè)，因?yàn)殚_關(guān)頻率低，所以MOSFET的損失 較大。
專利文獻(xiàn)1日本公開專利公報(bào)特開平7-153951號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本公開專利公報(bào)特開2002-345242號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本公告專利公報(bào)特公平6-52791號(hào)公報(bào)(美國(guó)專利第5072268號(hào)說明書)專利文獻(xiàn)4曰本專利第2629437號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5美國(guó)專利第4811075號(hào)說明書專利文獻(xiàn)6美國(guó)專利第5313082號(hào)說明書專利文獻(xiàn)7日本公開專利公報(bào)特開平8-213617號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)8日本公開專利公報(bào)特開2007-115871號(hào)公報(bào)(美國(guó)專利申i青11 / 582441)非專禾寸文獻(xiàn)1D.S.Byeon及其他、The separated shorted-anodeinsulated gate bipolar transistor with the suppressed negativedifferntial resistance regime 、 Microelectronics Journal 30、 1999年、p.57卜575如上所述，在用MOSFET作為開關(guān)元件的情況下，負(fù)載很大時(shí)的導(dǎo) 通損失較大；在用IGBT作為開關(guān)元件的情況下，待命時(shí)和負(fù)載很小時(shí)的 開關(guān)損失較大。因此，在現(xiàn)有半導(dǎo)體開關(guān)元件中，難以在從負(fù)載很小時(shí)到 負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失。在專利文獻(xiàn)1中，有人提案過使縱向IGBT和縱向功率MOSFET共 同存在于開關(guān)元件的一塊芯片內(nèi)的結(jié)構(gòu)。然而，在所述結(jié)構(gòu)中，縱向功率 MOSFET相對(duì)縱向IGBT的驅(qū)動(dòng)能力的電流能力太小。其結(jié)果是，實(shí)際 使用起來，就難以在負(fù)載很小時(shí)驅(qū)動(dòng)功率MOSFET。而且，在該結(jié)構(gòu)中， 因?yàn)轫氁诎雽?dǎo)體村底背面形成臺(tái)階，所以在制造工序中有困難。在專利文獻(xiàn)2中，有人提案過用肖特基結(jié)型IGBT作為開關(guān)元件的結(jié) 構(gòu)。但是，在該肖特基結(jié)型IGBT中，因?yàn)樨?fù)載很小時(shí)的損失比功率 MOSFET大，負(fù)載很大時(shí)的損失比現(xiàn)有IGBT也大，所以基于專利文獻(xiàn)2 的結(jié)構(gòu)不一定算得上在損失減低方面有進(jìn)展的結(jié)構(gòu)。而且，因?yàn)閷＠墨I(xiàn)l及2所公開的開關(guān)元件都具有縱向結(jié)構(gòu)，所以 例如在用所述具有縱向結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件作為圖36所示的現(xiàn)有開關(guān)電源裝 置的半導(dǎo)體開關(guān)元件413的情況下，難以將電壓控制電路414和半導(dǎo)體開 關(guān)元件413形成在一塊芯片內(nèi)。這也是一個(gè)問題。雖然目的不在于設(shè)為能利用一個(gè)元件有選擇地使用MOSFET及 IGBT這兩者，但是在非專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)3中，有人提案過具有陽(yáng) 極短路結(jié)構(gòu)的橫向IGBT作為發(fā)揮MOSFET及IGBT之間的中間性作用 的半導(dǎo)體元件。圖38是剖面圖，表示專利文獻(xiàn)3所公開的、具有陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)的橫 向IGBT之一例。在圖38所示的結(jié)構(gòu)中，P+型袋區(qū)(pocket) 514和1^+ 型袋區(qū)515通過漏極電極513短路。在該陽(yáng)極短路橫向IGBT中，當(dāng)在漏 極電極513與源極電極505之間施加正向偏壓，并將正電壓施加在柵極電 極512上時(shí)，電流開始從N+型袋區(qū)515經(jīng)過N+型源極區(qū)域507流向源 極電極505 (MOSFET工作)。之后，N型阱區(qū)503中位于P+型袋區(qū)514 下側(cè)的部分的電位下降得比P+型袋區(qū)514低0.6V左右時(shí)，空穴開始從P +型袋區(qū)514被注入到N型阱區(qū)503中，成為IGBT工作狀態(tài)。因?yàn)樵跂?極信號(hào)截止時(shí)，電子從N型阱區(qū)503中被排出到N+型袋區(qū)515中，所以 圖38所示的陽(yáng)極短路橫向IGBT具有開關(guān)工作很快這一特點(diǎn)。而且，該 開關(guān)元件具有橫向結(jié)構(gòu)，因而在用該開關(guān)元件例如作為圖36所示的半導(dǎo) 體開關(guān)元件413的情況下，也能將電壓控制電路414和半導(dǎo)體開關(guān)元件 413形成在一塊芯片內(nèi)。然而，即使采用圖38所示的陽(yáng)極短路橫向IGBT作為開關(guān)元件，也 難以在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失。其理由是 因?yàn)樵谠撻_關(guān)元件中，只有設(shè)P+型袋區(qū)514的長(zhǎng)度523為較大的值，開 關(guān)元件才能容易從MOSFET工作轉(zhuǎn)移到IGBT工作，所以在本來最好進(jìn) 行IGBT工作的負(fù)載區(qū)域也進(jìn)行MOSFET工作，其結(jié)果是損失增大。若 設(shè)P+型袋區(qū)514的長(zhǎng)度523為較大的值，在P+型袋區(qū)514與N型阱區(qū) 503之間就容易產(chǎn)生電位差，開關(guān)元件容易轉(zhuǎn)移到IGBT工作。但是，在 設(shè)P+型袋區(qū)514的長(zhǎng)度523為較大的值的情況下，元件的單位面積較大。 其結(jié)果是，在元件的導(dǎo)通電阻在MOSFET工作時(shí)和IGBT工作時(shí)都很大， 造成損失增大。因此，從實(shí)用方面來看，即使將如圖38所示的陽(yáng)極短路橫向IGBT 用于開關(guān)電源裝置中，也難以在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范
圍內(nèi)減低損失。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明，正是為解決所述問題而研究開發(fā)出來的。其目的在于提供 一種能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失的高耐壓 半導(dǎo)體裝置。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明所涉及的第一半導(dǎo)體裝置，包括第二導(dǎo) 電型降低表面電場(chǎng)區(qū)域、第一導(dǎo)電型基極區(qū)域、第二導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域、 第一柵極絕緣膜、第一柵極電極、第一導(dǎo)電型頂部半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電型 集電極區(qū)域、集電極電極、以及發(fā)射極電極，該第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng) 區(qū)域形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的表面部分中；該第一導(dǎo)電型基極區(qū)域 以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的方式形成在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)；該第二 導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方式形成在所述基 極區(qū)域內(nèi)；該第一柵極絕緣膜形成為覆蓋所述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射 極區(qū)域與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分；該第 一 柵極電極形成在所述 第一柵極絕緣膜上；該第一導(dǎo)電型頂部半導(dǎo)體層形成在所述降低表面電場(chǎng) 區(qū)域的表面部分中，并且與所述基極區(qū)域電連接；該第一導(dǎo)電型集電極區(qū) 域以與所述頂部半導(dǎo)體層隔離的方式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面 部分中，并且具有基本上與所述頂部半導(dǎo)體層相同的雜質(zhì)濃度，位于基本 上與所述頂部半導(dǎo)體層一樣深的位置；該集電極電極形成在所述半導(dǎo)體村 底上，并且與所述集電極區(qū)域電連接；該發(fā)射極電極形成在所述半導(dǎo)體襯 底上，并且與所述基極區(qū)域及所述發(fā)射極區(qū)域電連接。就是說，本發(fā)明的第一半導(dǎo)體裝置是橫向IGBT，在該IGBT中設(shè)集 電極區(qū)域的雜質(zhì)濃度為與頂部半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度大致相同的低濃度。因 此，與用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況相比，能將在IGBT工作 時(shí)被注入到半導(dǎo)體襯底中的過剩載流子的量抑制得更多。其結(jié)果是，能夠 減低在截止時(shí)殘留于半導(dǎo)體村底中的過剩載流子的量。因此，能夠縮短為 抽出載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度，從而能夠謀求開關(guān)損失 的減低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范 圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。 在用高雜質(zhì)濃度層形成集電極區(qū)域的情況下，需要在集電極區(qū)域與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng)區(qū)域的第二導(dǎo)電型緩 沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的空穴注入效率。與 此相對(duì)，在本發(fā)明的第一半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度形成了集電極 區(qū)域，所以不需要設(shè)置第二導(dǎo)電型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蛲不?。補(bǔ)充說明一下，在本案說明書中，"具有基本上相同的雜質(zhì)濃度"是指雜質(zhì)濃度差為lXl(^/cn^左右以下(即，以指數(shù)表示時(shí)兩者都在于同一 指數(shù)階的范圍內(nèi))，"位于基本上一樣深的位置"是指深度差為l"m左右 以下。本發(fā)明所涉及的第二半導(dǎo)體裝置，包括第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū) 域、第一導(dǎo)電型基極區(qū)域、第二導(dǎo)電型發(fā)射極兼源極區(qū)域、第一柵極絕緣 膜、第一柵極電極、第一導(dǎo)電型頂部半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域、 第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域、集電極兼漏極電極、以及發(fā)射極兼源極電極，該第 二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū)域形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體村底的表面部分中； 該第一導(dǎo)電型基極區(qū)域以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的方式形成在所述 半導(dǎo)體村底內(nèi)；該第二導(dǎo)電型發(fā)射極兼源極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng) 區(qū)域隔離的方式形成在所述基極區(qū)域內(nèi)；該第一柵極絕緣膜形成為覆蓋所 述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射極兼源極區(qū)域與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分；該第一柵極電極形成在所述第一柵極絕緣膜上；該第一導(dǎo)電型頂 部半導(dǎo)體層形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，并且與所述基極區(qū)域電連接；該第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域以與所述頂部半導(dǎo)體層隔離的方式 形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，并且具有基本上與所述頂部 半導(dǎo)體層相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與所述頂部半導(dǎo)體層一樣深的位置； 該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域以與所述頂部半導(dǎo)體層隔離的方式形成在所述降低 表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中；該集電極兼漏極電極形成在所述半導(dǎo)體襯底 上，并且分別與所述集電極區(qū)域及所述漏極區(qū)域電連接；該發(fā)射極兼源極 電極形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并且分別與所述基極區(qū)域及所迷發(fā)射極兼 源極區(qū)域電連接。就是說，本發(fā)明的第二半導(dǎo)體裝置，是根據(jù)集電極電流量的多少而進(jìn) 行MOSFET工作或IGBT工作的半導(dǎo)體裝置。在該半導(dǎo)體裝置中，設(shè)集
電極區(qū)域的雜質(zhì)濃度為與頂部半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度大致相同的低濃度。因此，與用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況相比，能將在IGBT工作 時(shí)被注入到半導(dǎo)體襯底中的過剩載流子的量抑制得更多。其結(jié)果是，能夠抽出載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度，從而能夠謀求開關(guān)損失 的減低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范 圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。在用高雜質(zhì)濃度層形成集電極區(qū)域的情況下，需要在集電極區(qū)域與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng)區(qū)域的第二導(dǎo)電型緩 沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的空穴注入效率。與 此相對(duì)，在本發(fā)明的第二半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度形成了集電極 區(qū)域，所以不需要設(shè)置第二導(dǎo)電型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蚝?jiǎn)化。而且，能夠 避免下述狀況的發(fā)生，即因?yàn)樵O(shè)置了第二導(dǎo)電型緩沖層，所以從MOSFET 工作到IGBT工作的切換更難了。在本發(fā)明的第二半導(dǎo)體裝置中，最好是這樣的，所述集電極區(qū)域和所 述漏極區(qū)域分別由隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成；在與從所述集電極區(qū)域朝向所 述發(fā)射極兼源極區(qū)域的方向垂直的方向上，交替設(shè)置有所述集電極區(qū)域的 各個(gè)部分和所述漏極區(qū)域的各個(gè)部分。這么一來，就能在根據(jù)集電極電流量的多少而進(jìn)行MOSFET工作或 IGBT工作的半導(dǎo)體裝置中，通過改變集電極區(qū)域的各個(gè)部分的長(zhǎng)度，來 容易地調(diào)整從MOSFET工作切換為IGBT工作時(shí)的集電極電壓Vch。在本發(fā)明的第一或第二半導(dǎo)體裝置中，最好是這樣的，所述半導(dǎo)體裝 置還包括第二柵極絕緣膜和第二柵極電極，該第二柵極絕緣膜形成在所述 降低表面電場(chǎng)區(qū)域上，從所述集電極區(qū)域上延伸到所述頂部半導(dǎo)體層上； 該第二柵極電極形成在所述第二柵極絕緣膜上。這么一來，第二柵極電極就在所述第一或第二半導(dǎo)體裝置截止時(shí)導(dǎo)通， 從而能進(jìn)一步從頂部半導(dǎo)體層抽出過剩載流子，因而能夠進(jìn)一步縮短為載 流子的抽出所需的時(shí)間。因此，能夠進(jìn)一步改善開關(guān)速度。在該情況下，更好的是這樣的，所述半導(dǎo)體裝置還包括第一導(dǎo)電型埋 入式半導(dǎo)體層，該第一導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層以與所述頂部半導(dǎo)體層接觸 的方式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且與所述基極區(qū)域電連接。這么一來，因?yàn)樵诮档捅砻骐妶?chǎng)區(qū)域內(nèi)還形成有埋入式半導(dǎo)體層，所以在IGBT工作的截止時(shí)，除了從頂部半導(dǎo)體層中以外，還能從埋入式半導(dǎo)體層中高效地抽出殘留于降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的過剩載流子，因而能進(jìn) 一步縮短為載流子的抽出所需的時(shí)間。因此，能進(jìn)一步改善開關(guān)速度。與 在降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)只形成了頂部半導(dǎo)體層的情況相比，因?yàn)槟軓穆袢?式半導(dǎo)體層沿上下兩個(gè)方向形成耗盡層，所以能使降低表面電場(chǎng)區(qū)域的雜 質(zhì)濃度更高，從而能夠謀求開關(guān)速度的改善和導(dǎo)通電阻的減低。本發(fā)明所涉及的第一半導(dǎo)體裝置制造方法，是用以制造本發(fā)明的第一 或第二半導(dǎo)體裝置的方法，至少包括通過同一注入雜質(zhì)過程來形成所述頂 部半導(dǎo)體層和所述集電極區(qū)域的工序。根據(jù)本發(fā)明的第一半導(dǎo)體裝置制造方法，因?yàn)橥ㄟ^同一注入雜質(zhì)過程 來形成頂部半導(dǎo)體層和集電極區(qū)域，所以與分開形成半導(dǎo)體層和集電極區(qū) 域的情況相比，能使工序數(shù)量更少，從而能夠謀求成本的減低。本發(fā)明所涉及的第三半導(dǎo)體裝置，包括第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū) 域、第一導(dǎo)電型基極區(qū)域、第二導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域、柵極絕緣膜、柵極電 極、第一導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域、第一導(dǎo)電型集 電極接觸區(qū)域、集電極電極、以及發(fā)射極電極，該第二導(dǎo)電型降低表面電 場(chǎng)區(qū)域形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體村底的表面部分中；該第一導(dǎo)電型基極區(qū) 域以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的方式形成在所述半導(dǎo)體村底內(nèi)；該第 二導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方式形成在所述 基極區(qū)域內(nèi)；該柵極絕緣膜形成為覆蓋所述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射極 區(qū)域與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分；該柵極電極形成在所述柵極絕 緣膜上；該第一導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)， 并且與所述基極區(qū)域電連接；該第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域以與所述埋入式半 導(dǎo)體層隔離的方式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且具有基本上與所 述埋入式半導(dǎo)體層相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與所述埋入式半導(dǎo)體層一 樣深的位置；該第一導(dǎo)電型集電極接觸區(qū)域以與所述集電極區(qū)域接觸的方 式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中；該集電極電極形成在所述 半導(dǎo)體襯底上，并且與所述集電極接觸區(qū)域電連接；該發(fā)射極電極形成在 所述半導(dǎo)體襯底上，并且與所述基極區(qū)域及所述發(fā)射極區(qū)域電連接。就是說，本發(fā)明的第三半導(dǎo)體裝置是橫向IGBT。因?yàn)樵谠揑GBT中， 設(shè)集電極區(qū)域的雜質(zhì)濃度為與埋入式半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度大致相同的低濃 度，所以與用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況相比，能將在IGBT 工作時(shí)被注入到半導(dǎo)體村底中的過剩載流子的量抑制得更多。其結(jié)果是， 能夠減低在截止時(shí)殘留于半導(dǎo)體襯底中的過剩載流子的量。因此，能夠縮 短為抽出載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度，從而能夠謀求開關(guān) 損失的減低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整 個(gè)范圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。根據(jù)本發(fā)明的第三半導(dǎo)體裝置，因?yàn)樵诮档捅砻骐妶?chǎng)區(qū)域內(nèi)形成有埋此，能使降低表面電場(chǎng)區(qū)域的雜質(zhì)濃度較高，從而能夠謀求開關(guān)速度的改 善和導(dǎo)通電阻的減低。在用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況下，需要在集電極區(qū)域與 降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng)區(qū)域的第二導(dǎo)電型 緩沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的空穴注入效率。 與此相對(duì)，在本發(fā)明的第三半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度形成了集電 極區(qū)域，所以不需要設(shè)置第二導(dǎo)電型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蛲不?。本發(fā)明所涉及的第四半導(dǎo)體裝置，包括第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū) 域、第一導(dǎo)電型基極區(qū)域、第二導(dǎo)電型發(fā)射極兼源極區(qū)域、柵極絕緣膜、 柵極電極、第一導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域、第一導(dǎo) 電型集電極接觸區(qū)域、第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域、集電極兼漏極電極、以及發(fā) 射極兼源極電極，該第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū)域形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體村底的表面部分中；該第一導(dǎo)電型基極區(qū)域以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域 相鄰的方式形成在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)；該第二導(dǎo)電型發(fā)射極兼源極區(qū)域， 以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方式形成在所述基極區(qū)域內(nèi)；該柵極絕 緣膜形成為覆蓋所述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射極兼源極區(qū)域與所述降低 表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分；該柵極電極形成在所述柵極絕緣膜上；該第一 導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且與所述基極 區(qū)域電連接；該第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域以與所述埋入式半導(dǎo)體層隔離的方
式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且具有基本上與所述埋入式半導(dǎo)體
層相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與所述埋入式半導(dǎo)體層一樣深的位置；該 第一導(dǎo)電型集電極接觸區(qū)域以與所述集電極區(qū)域接觸的方式形成在所述降 低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中；該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域以與所述埋入式半 導(dǎo)體層隔離的方式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中；該集電極 兼漏極電極形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并且分別與所述集電極接觸區(qū)域及 所述漏極區(qū)域電連接；該發(fā)射極兼源極電極形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并 且分別與所述基極區(qū)域及所述發(fā)射極兼源極區(qū)域電連接。
就是說，本發(fā)明的第四半導(dǎo)體裝置是根據(jù)集電極電流量的多少而進(jìn)行 MOSFET工作或IGBT工作的半導(dǎo)體裝置。因?yàn)樵谠摪雽?dǎo)體裝置中，設(shè) 集電極區(qū)域的雜質(zhì)濃度為與埋入式半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度大致相同的低濃 度，所以與用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況相比，能將在IGBT 工作時(shí)被注入到半導(dǎo)體襯底中的過剩載流子的量抑制得更多。其結(jié)果是， 能夠減低在截止時(shí)殘留于半導(dǎo)體襯底中的過剩載流子的量。因此，能夠縮 短為抽出載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度，從而能夠謀求開關(guān) 損失的減低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整 個(gè)范圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第四半導(dǎo)體裝置，因?yàn)樵诮档捅砻骐妶?chǎng)區(qū)域內(nèi)形成有埋 入式半導(dǎo)體層，所以能從埋入式半導(dǎo)體層沿上下兩個(gè)方向形成耗盡層。因
此，能使降低表面電場(chǎng)區(qū)域的雜質(zhì)濃度較高，從而能夠謀求開關(guān)速度的改 善和導(dǎo)通電阻的減j氐。
在用高雜質(zhì)濃度層形成集電極區(qū)域的情況下，需要在集電極區(qū)域與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng)區(qū)域的第二導(dǎo)電型緩 沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的空穴注入效率。與 此相對(duì)，在本發(fā)明的第四半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度形成了集電極 區(qū)域，所以不需要設(shè)置第二導(dǎo)電型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蛲不?。而且，能?避免下述狀況的發(fā)生，即因?yàn)樵O(shè)置了第二導(dǎo)電型緩沖層，所以從MOSFET 工作到IGBT工作的切換更難了 。
在本發(fā)明的第四半導(dǎo)體裝置中，最好是這樣的，所述集電極區(qū)域和所 述漏極區(qū)域分別由隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成；在與從所述集電極區(qū)域朝向所
述發(fā)射極兼源極區(qū)域的方向垂直的方向上，交替設(shè)置有所述集電極區(qū)域的 各個(gè)部分和所述漏極區(qū)域的各個(gè)部分。
這么一來，就能在根據(jù)集電極電流量的多少而進(jìn)行MOSFET工作或 IGBT工作的半導(dǎo)體裝置中，通過改變集電極區(qū)域的各個(gè)部分的長(zhǎng)度，來 容易地調(diào)整從MOSFET工作切換為IGBT工作時(shí)的集電極電壓Vch。
本發(fā)明所涉及的第二半導(dǎo)體裝置制造方法，是用以制造本發(fā)明的第三 或第四半導(dǎo)體裝置的方法，至少包括通過同一注入雜質(zhì)過程來形成所述埋 入式半導(dǎo)體層和所述集電極區(qū)域的工序。
根據(jù)本發(fā)明的第二半導(dǎo)體裝置制造方法，因?yàn)橥ㄟ^同一注入雜質(zhì)過程 來形成埋入式半導(dǎo)體層和集電極區(qū)域，所以與分開形成埋入式半導(dǎo)體層和 集電極區(qū)域的情況相比，能使工序數(shù)量更少，從而能夠謀求成本的減低。
補(bǔ)充說明一下，在本發(fā)明的第一到第四半導(dǎo)體裝置中，若柵極絕緣膜 (在本發(fā)明的第一及第二半導(dǎo)體裝置中，為第一柵極絕緣膜)形成到發(fā)射 極區(qū)域(在本發(fā)明的第二及第四半導(dǎo)體裝置中，為發(fā)射極兼源極區(qū)域)上， 就能夠防止柵極電極和發(fā)射極區(qū)域短路。
一發(fā)明的效果一
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槟軌驕p低在截止時(shí)殘留于半導(dǎo)體村底中的過剩載流 子的量，所以能夠縮短為抽出載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度， 從而能夠謀求開關(guān)損失的減低。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載 很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。


圖1，是本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。 圖2是剖面圖，表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的一道工序。
圖3是剖面圖，表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的一道工序。
圖4是剖面圖，表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的一道工序。
圖5是剖面圖，表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造
方法的一道工序。
圖6是剖面圖，表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的一道工序。
圖7是剖面圖，表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方、法的一道工序。
圖8 (a)，是本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖(沿 圖8 (b)中的C一C，線的剖面圖)；圖8 (b)，是本發(fā)明的第二實(shí)施例所 涉及的半導(dǎo)體裝置的平面圖。
圖9,是本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖(沿圖8 (b)中的D — D'線的剖面圖)。
圖10，是表示以本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置和比較例所 涉及的半導(dǎo)體裝置為對(duì)象測(cè)定了下降時(shí)間tf對(duì)溫度的依賴性的結(jié)果的圖。
圖11，是表示以本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置和比較例所 涉及的半導(dǎo)體裝置為對(duì)象測(cè)定了導(dǎo)通電阻Ron對(duì)溫度的依賴性的結(jié)杲的 圖。
圖12 (a)，是本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖(沿 圖12 (b)中的E — E'線的剖面圖)；圖12 (b)，是本發(fā)明的第三實(shí)施例 所涉及的半導(dǎo)體裝置的平面圖。
圖13是剖面圖，表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖14是剖面圖，表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖15是剖面圖，表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖16是剖面圖，表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖17是剖面圖，表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖18是剖面圖，表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
18
圖19，是本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖20是剖面圖，表示本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖21是剖面圖，表示本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖22是剖面圖，表示本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖23是剖面圖，表示本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖24是剖面圖，表示本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖25是剖面圖，表示本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖26，是本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖27是剖面圖，表示本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖28是剖面圖，表示本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖29是剖面圖，表示本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖30是剖面圖，表示本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖31是剖面圖，表示本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖32是剖面圖，表示本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法的一道工序。
圖33 (a),是比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖(沿圖33 (b)中 的A—A'線的剖面圖)；圖33 (b)，是比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置的平面 圖。
圖34，是比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖(沿圖33 (b)中的B
一B'線的剖面圖)。
圖35，是表示比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中的集電極電壓與集電極電 流之間的關(guān)系的圖。
圖36,是表示現(xiàn)有開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)之一例的圖。
圖37，是表示在將MOSFET (橫向、漂移區(qū)具有降低表面電場(chǎng)結(jié)構(gòu)) 和IGBT (橫向)分別用于開關(guān)電源中的情況下，對(duì)負(fù)載與損失之間的關(guān) 系進(jìn)行比較的結(jié)果的圖。
圖38是剖面圖，表示現(xiàn)有陽(yáng)極短路橫向IGBT之一例。
符號(hào)說明
IOI —半導(dǎo)體村底；102—降低表面電場(chǎng)區(qū)域；103 —柵極絕緣膜；104 一電場(chǎng)絕緣膜；105 —頂部半導(dǎo)體層；106 —基極區(qū)域；107 —柵極電極； 108—發(fā)射極兼源極區(qū)域；109—集電極區(qū)域；110 —接觸區(qū)域；lll一層間 膜；112 —集電極兼漏極電極；113 —發(fā)射極兼源極電極；114一保護(hù)膜； 116—漏極電極；201 —半導(dǎo)體襯底；202—降低表面電場(chǎng)區(qū)域；203 —柵 極絕緣膜(第一柵極絕緣膜)；204—電場(chǎng)絕緣膜；205 —頂部半導(dǎo)體層； 206 —基極區(qū)域；207 —柵極電極(第一柵極電極)；208—發(fā)射極區(qū)域(發(fā) 射極兼源極區(qū)域)；209—集電極接觸區(qū)域；210 —接觸區(qū)域；211 —層間膜； 212 —集電極電極(集電極兼漏極電極)；213 —發(fā)射極電極(發(fā)射極兼源 極電極)；214 —保護(hù)膜；215 —集電極區(qū)域；216—漏極區(qū)域；217 —埋入 式半導(dǎo)體層；218—集電極區(qū)域；219 —集電極接觸區(qū)域；220—第二柵極 絕緣膜；221 —第二柵極電極；222 —頂部半導(dǎo)體層。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的的半導(dǎo)體裝置，具體 而言對(duì)高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行說明。
圖1,表示第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面結(jié)構(gòu)。如圖l所示， 在例如為P—型的半導(dǎo)體襯底201 (雜質(zhì)濃度例如為IX10"/cm3)的表 面部分中，形成有例如為N型的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202 (雜質(zhì)濃度例如為 lX1016/cm3、深度有7/zm)。此外，在半導(dǎo)體襯底201的表面部分中以
與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰的方式還形成有例如為P型的基極區(qū)域206 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有4"m)。
在基極區(qū)域206內(nèi)，以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離的方式形成有例 如為P+型的接觸區(qū)域210(雜質(zhì)濃度例如為1X10"/cms、深度有2/2m) 和例如為N+型的發(fā)射極區(qū)域208 (雜質(zhì)濃度例如為1X10^/cm3、深度 有0.5//m)。此外，形成有覆蓋基極區(qū)域206中位于發(fā)射極區(qū)域208與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的柵極絕緣膜203，在柵極絕緣膜203上 形成有柵極電極207。
補(bǔ)充說明一下，若柵極絕緣膜203形成到發(fā)射極區(qū)域208上，就能夠 防止柵極電極207和發(fā)射極區(qū)域208短路。
在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，形成有例如為P型的頂部半 導(dǎo)體層205 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有l(wèi)xzm)。雖然在附圖 中未示，但是該頂部半導(dǎo)體層205經(jīng)由降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的規(guī)定部分 或位于上層的布線等與基極區(qū)域206電連接。
在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層205隔離 的方式形成有例如為P型的集電極區(qū)域215 (雜質(zhì)濃度例如為1X10is/ cm3、深度有l(wèi)/zm)。在此，集電極區(qū)域215具有基本上與頂部半導(dǎo)體層 205相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與頂部半導(dǎo)體層205 —樣深的位置。.
在集電極區(qū)域215的表面部分中，形成有例如為P+型的集電極接觸 區(qū)域209 (雜質(zhì)濃度例如為lX1019/cm3、深度有0.5/zm)。補(bǔ)充說明一 下，也可以不形成集電極接觸區(qū)域209。
在形成有上述各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域等的半導(dǎo)體襯底201上，隔著形成在降低 表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面上的電場(chǎng)絕緣膜204形成有層間膜211。
在半導(dǎo)體襯底201上，形成有集電極電極212和發(fā)射極電極213，該 集電極電極212貫穿了層間膜211，與集電極接觸區(qū)域209 (即，集電極 區(qū)域215)電連接；該發(fā)射極電極213貫穿了層間膜211,與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域206)及發(fā)射極區(qū)域208都電連接。
在形成有集電極電極212和發(fā)射極電極213的層間膜211上，形成有 保護(hù)膜214。
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，在將正向偏壓施加于集電極電極212與
發(fā)射極電極213之間(使集電極電極212—側(cè)成為高電位)，再將正電壓 施加在柵極電極207上的情況下，當(dāng)集電極區(qū)域215的電位與降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202中包圍集電極區(qū)域215的部分的電位之間的電位差約達(dá)0.6V 時(shí)，空穴從集電極區(qū)域215被注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域202，該半導(dǎo)體裝 置開始進(jìn)行IGBT工作。就是說，本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置(開關(guān)元件)是橫向IGBT。在該IGBT 中，設(shè)集電極區(qū)域215的雜質(zhì)濃度為與頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)濃度大致 相同的低濃度。因此，與用高雜質(zhì)濃度層(P+層)形成了集電極區(qū)域的情 況相比，能將在IGBT工作時(shí)被注入到包括降低表面電場(chǎng)區(qū)域202在內(nèi)的 半導(dǎo)體村底201中的過剩載流子量抑制得更多。其結(jié)果是，能夠減低在截 止時(shí)殘留于半導(dǎo)體村底201中的過剩載流子量。因此，能夠縮短為抽出載 流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度，從而能夠謀求開關(guān)損失的減低。 就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低 損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。在用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況下，需要在集電極區(qū)域與 降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng)區(qū)域的、例如為N 型的緩沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的空穴注入效 率。與此相對(duì)，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度形成了集 電極區(qū)域215，所以不需要設(shè)置N型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蚝?jiǎn)化。下面，參照?qǐng)D2到圖7這些剖面圖，對(duì)圖l所示的、本實(shí)施例的開關(guān) 元件的制造方法之 一 例進(jìn)行說明。首先，在圖2所示的工序中，例如通過磷離子注入來在雜質(zhì)濃度例如 為IX 1014/ cm3左右的P—型半導(dǎo)體襯底201的表面部分中選擇性地形成 例如為N型的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202。降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的雜質(zhì)濃度 例如為1 X 1016 / cm3左右，降^氐表面電場(chǎng)區(qū)域202的形成深度例如為7 m左右。接著，在圖3所示的工序中，通過硼離子注入來在降低表面電場(chǎng)區(qū)域 202的表面部分中同時(shí)且選擇性地形成例如為P型的頂部半導(dǎo)體層205和 例如為P型的集電極區(qū)域215。在此，將頂部半導(dǎo)體層205及集電極區(qū)域 215形成為互相隔離開的狀態(tài)。頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)濃度和集電極區(qū)
域215的雜質(zhì)濃度例如分別為1X10w/cm3左右，頂部半導(dǎo)體層205和 集電極區(qū)域215的形成深度例如分別為1/zm左右。補(bǔ)充說明一下，雖然在附圖中未示，但是頂部半導(dǎo)體層205形成為與 后述的基極區(qū)域206電連接。接著，在圖4所示的工序中，通過硼離子注入來在半導(dǎo)體村底201的 表面部分中形成例如為P型的基極區(qū)域206。基極區(qū)域206，形成為與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰?；鶚O區(qū)域206的雜質(zhì)濃度例如為1 X 1016 / cm3 左右，基極區(qū)域206的形成深度例如為4〃m。此外，例如通過濕式氧化 等來在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面上選擇性地形成厚度例如為500nm 的電場(chǎng)絕緣膜204。這時(shí)，頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)擴(kuò)散，使得頂部半導(dǎo) 體層205的雜質(zhì)濃度下降一點(diǎn)。補(bǔ)充說明一下，在本實(shí)施例中，為了形成各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域所實(shí)施的離子 注入的順序并不受限制。接著，在圖5所示的工序中，例如通過熱氧化來形成覆蓋基極區(qū)域206 中位于后述的發(fā)射極區(qū)域208與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的柵極 絕緣膜203。之后，在柵極絕緣膜203上選摔性地形成例如由多晶硅構(gòu)成 的柵極電極207。此外，用柵極電極207作為掩模，例如通過砷離子注入 等來以自我對(duì)準(zhǔn)在基極區(qū)域206內(nèi)選摔性地形成例如為N+型的發(fā)射極區(qū) 域208。發(fā)射極區(qū)域208形成為與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離。發(fā)射極區(qū) 域208的雜質(zhì)濃度例如為1X10加/cm3左右，發(fā)射極區(qū)域208的形成深 度例如為0.5/zm左右。接著，在圖6所示的工序中，例如通過硼離子注入來在基極區(qū)域206 內(nèi)形成例如為P+型的接觸區(qū)域210。接觸區(qū)域210，形成為與降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202隔離。接觸區(qū)域210的雜質(zhì)濃度例如為lX10"/cm3左右， 接觸區(qū)域210的形成深度例如為2/im。之后，例如通過硼離子注入來在 集電極區(qū)域215的表面部分中形成例如為P+型的集電極接觸區(qū)域209。 集電極接觸區(qū)域209的雜質(zhì)濃度例如為lX10"/cmS左右，集電極接觸 區(qū)域209的形成深度例如為0.5^m。補(bǔ)充說明一下，也可以省略而不形 成集電極接觸區(qū)域209。接著，在圖7所示的工序中，例如利用常壓CVD (chemical vapordeposition:化學(xué)氣相沉積)法在包括電場(chǎng)絕緣膜204上及柵極電極207 上在內(nèi)的半導(dǎo)體襯底201上形成層間膜211，而后使層間膜211的規(guī)定部 分開口，再在半導(dǎo)體襯底201上分別形成集電極電極212和發(fā)射極電極 213，該集電極電極212與集電極接觸區(qū)域209 (即，集電極區(qū)域215) 電連接；該發(fā)射極電極213與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域206)及發(fā)射 極區(qū)域208都電連接。最后，在層間膜211上形成例如由等離子體氮化硅 膜構(gòu)成的保護(hù)膜214后，使保護(hù)膜214中的村墊形成區(qū)域開口。這樣，圖 l所示的、本實(shí)施例的開關(guān)元件就形成完了。根據(jù)前面進(jìn)行說明的本實(shí)施例的制造方法，因?yàn)橥ㄟ^同一注入雜質(zhì)過 程形成頂部半導(dǎo)體層205和集電極區(qū)域215 ，所以與分開形成頂部半導(dǎo)體 層205和集電極區(qū)域215的情況相比，能使工序數(shù)量更少，能夠減低成本。 (比較例)作為對(duì)高電壓且大功率的電力使用、導(dǎo)通電阻很低并且截止速度很快 的半導(dǎo)體裝置，有人提案過下述裝置，即將橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo) 體(LDMOS)及橫向絕緣柵雙極晶體管(LIGBT)這兩者的結(jié)構(gòu)形成在 同一塊襯底內(nèi)而成的裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)7)。專利文獻(xiàn)7所公開的半導(dǎo)體裝置，具有雙柵結(jié)構(gòu)，即分開設(shè)置有 LIGBT的柵極和LDMOS的柵極、并且LIGBT的陽(yáng)極和LDMOS的漏 極被溝槽阱(trench well)隔離開的結(jié)構(gòu)。本案發(fā)明人，曾經(jīng)在專利文獻(xiàn)8中提過與專利文獻(xiàn)7所公開的半導(dǎo)體 裝置不同的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是能在不采用溝槽阱隔離的狀態(tài)下，以簡(jiǎn)單的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行MOSFET工作及IGBT工作這兩種工作的單柵橫向IGBT結(jié)構(gòu)。下面，作為比較例，參照

該本案發(fā)明人所公開過的、具有 IGBT結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。圖33 (a)和圖34是比較例所涉及的半導(dǎo)體裝 置的剖面圖，圖33 (b)是比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置的平面圖。補(bǔ)充說 明一下，圖33 (a)是沿圖33 (b)中的A —A'線的剖面圖；圖34是沿 圖33 (b)中的B — B'線的剖面圖。在圖33 (b)中，省略了一部分結(jié) 構(gòu)因素的圖示。如圖33 (a)、圖33 (b)及圖34所示，在P—型半導(dǎo)體襯底101 (雜 質(zhì)濃度例如為lX1014/cm3)的表面部分中，形成有N型降低表面電場(chǎng) 區(qū)域102 (雜質(zhì)濃度例如為lX10^/cm3、深度有7/im)。此外，在半導(dǎo) 體村底101的表面部分中，以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域102相鄰的方式還形成 有P型基極區(qū)域106 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有4/Zm)。在基極區(qū)域106內(nèi)，以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域102隔離的方式形成有P +型接觸區(qū)域110 (雜質(zhì)濃度例如為lX1019/cm3、深度有2/zm)和N+ 型發(fā)射極兼源極區(qū)域108 (雜質(zhì)濃度例如為lX1020/cm3、深度有0.5// m)。此外，形成有覆蓋基極區(qū)域106中位于發(fā)射極兼源極區(qū)域108與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域102之間的部分的柵極絕緣膜103，在柵極絕緣膜103上 形成有柵極電極107。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域102的表面部分中，形成有與基極區(qū)域106電連 接的P型頂部半導(dǎo)體層105 (雜質(zhì)濃度例如為lX10i6/cm3、深度有1" m)。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域102的表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層105隔離 的方式形成有P+型接觸區(qū)域109 (雜質(zhì)濃度例如為lX1019/cm3、深度 有l(wèi)^m)(特別參照?qǐng)D33 (a))。在此，接觸區(qū)域109形成為其雜質(zhì)濃度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于頂部半導(dǎo)體層105，以減低導(dǎo)通電阻。此外，在降低表面電場(chǎng)區(qū)域102的表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層105 隔離的方式形成有與集電極區(qū)域109電連接的N+型漏極區(qū)域116 (雜質(zhì) 濃度例如為lX 1020 /cm3、深度有0.5〃m)(特別參照?qǐng)D34)。在此，如圖33 (b)所示，集電極區(qū)域109和漏極區(qū)域116分別由隔 離開的多個(gè)部分構(gòu)成。在與從集電極區(qū)域109朝向發(fā)射極兼源極區(qū)域108 的方向垂直的方向上，交替設(shè)置有集電極區(qū)域109的各個(gè)部分和漏極區(qū)域 116的各個(gè)部分。在形成有上述各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域等的半導(dǎo)體村底101上，隔著形成在降低 表面電場(chǎng)區(qū)域102的表面上的電場(chǎng)絕緣膜104形成有層間膜111。在半導(dǎo)體襯底101上，形成有集電極兼漏極電極112和發(fā)射極兼源極 電極113，該集電極兼漏極電極112貫穿了層間膜111，與集電極區(qū)域109 及漏極區(qū)域116都電連接；該發(fā)射極兼源極電極113貫穿了層間膜111， 與接觸區(qū)域110 (即，基極區(qū)域106)及發(fā)射極兼源極區(qū)域108都電連接。在形成有集電極兼漏極電極112和發(fā)射極兼源極電極113的層間膜
111上，形成有保護(hù)膜114。在比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)在集電極兼漏極電極112與發(fā)射 極兼源極電極113之間施加正向偏壓(以下，也有些地方將該正向偏壓稱 為集電極電壓)，并在柵極電極107上施加正電壓時(shí)，電子流(以下，也 有些地方將該電子流稱為集電極電流)從漏極區(qū)域116流向發(fā)射極兼源極 電極113，該半導(dǎo)體裝置由此進(jìn)行MOSFET工作。當(dāng)流向發(fā)射極兼源極 電極113的電子流即集電極電流的大小達(dá)到一定程度，集電極區(qū)域109的 電位與降低表面電場(chǎng)區(qū)域102中包圍集電極區(qū)域109的部分的電位之間的 電位差約達(dá)0.6V時(shí)，空穴從集電極區(qū)域109被注入到蜂低表面電場(chǎng)區(qū)域 102，該半導(dǎo)體裝置由此從MOSFET工作轉(zhuǎn)移到IGBT工作。圖35，表 示本比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中的集電極電壓與集電極電流之間的關(guān) 系。這樣，在比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，能當(dāng)流過元件的集電極電流 較小時(shí)使該半導(dǎo)體裝置進(jìn)行MOSFET工作，能在流過元件的集電極電流 的大小達(dá)到一定程度后使該半導(dǎo)體裝置進(jìn)行IGBT工作。就是說，能夠?qū)?現(xiàn)根據(jù)流過元件的集電極電流量的多少而進(jìn)行MOSFET工作或IGBT工 作的半導(dǎo)體裝置。補(bǔ)充說明一下，在比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，集電極區(qū)域109和 漏極區(qū)域116分別由隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成，在與從集電極區(qū)域109朝向 發(fā)射極兼源極區(qū)域108的方向垂直的方向上，交替設(shè)置有集電極區(qū)域109 的各個(gè)部分和漏極區(qū)域116的各個(gè)部分。這樣，就能使集電極區(qū)域109的 在垂直方向(即，集電極區(qū)域109和漏極區(qū)域116所排列的方向)上的長(zhǎng) 度較短。因此，能容易地使從MOSFET工作轉(zhuǎn)移到IGBT工作時(shí)的集電 極電壓(即，集電極區(qū)域的電位與降低表面電場(chǎng)區(qū)域中的包圍集電極區(qū)域 的部分的電位之間的電位差因電壓的下降而約達(dá)0.6V時(shí)的集電極電壓(例 如約為1V))增大。因此，能通過調(diào)整從MOSFET工作切換為IGBT工 作的集電極電壓值，來進(jìn)行更為實(shí)用的設(shè)計(jì)，例如擴(kuò)大能夠進(jìn)行具有高速 開關(guān)性能的MOSFET工作的集電極電壓范圍(就是說，設(shè)計(jì)為將具有高 速開關(guān)功能的MOSFET工作進(jìn)行到集電極電壓例如達(dá)到大于IV左右的 電壓值為止)等。就是說，例如能夠自由地設(shè)計(jì)開關(guān)特性優(yōu)良的MOSFET
工作和導(dǎo)通電阻較低的IGBT工作的分配。然而，在前面作為比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明的、進(jìn)行 MOSFET工作或IGBT工作的半導(dǎo)體裝置中，在IGBT工作過程中有下述問題o因?yàn)榕c雙極晶體管一樣，在IGBT中發(fā)生電導(dǎo)率調(diào)制，所以能夠謀求 導(dǎo)通損失的減低，因而和其芯片尺寸與IGBT的芯片尺寸大致一樣的 MOSFET相比，能使IGBT的功率損失更小。但是，在比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，將集電極區(qū)域109形成為其 雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于頂部半導(dǎo)體層105，以減低導(dǎo)通電阻。因此，當(dāng)從導(dǎo)通 狀態(tài)切換為遮斷狀態(tài)的截止時(shí)，殘留于半導(dǎo)體村底101內(nèi)部中的過剩載流 子的抽出需要較長(zhǎng)的時(shí)間。因此，會(huì)發(fā)生這樣的問題，即IGBT的開關(guān) 速度比MOSFET的開關(guān)速度慢，其結(jié)果是開關(guān)損失很大，不能充分地減 低功率損失。若要應(yīng)對(duì)所述問題，就想得到采用限制使用壽命的技術(shù)等做法作為改 善IGBT的開關(guān)速度的方法。但是，在采用了該技術(shù)的情況下，隨之而來 的是成本的增大和特性的惡化等犧牲。因此，該做法算不上很好的解決方 案。此外，在比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐云錆舛冗h(yuǎn)遠(yuǎn)高于頂部 半導(dǎo)體層105的高雜質(zhì)濃度形成了集電極區(qū)域109，所以有必要在集電極 區(qū)域109與降低表面電場(chǎng)區(qū)域102之間設(shè)置其雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng) 區(qū)域102的N型緩沖層，以減低從集電極區(qū)域109注入到降低表面電場(chǎng) 區(qū)域102的空穴注入效率。這會(huì)導(dǎo)致工序數(shù)量的增加，同時(shí)還造成難以從 MOSFET工作切換為IGBT工作這一新問題。下面進(jìn)行說明的、本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置，是在不導(dǎo)致成本的增大和特性的惡化等的狀態(tài)下解決上述比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置的各種問題的裝置。 (第二實(shí)施例)下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置，具體 而言對(duì)高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行說明。圖8 (a)和圖9，是第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖；圖8(b)是第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的平面圖。補(bǔ)充說明一下，圖8 (a)是沿圖8 (b)中的C一C，線的剖面圖；圖9是沿圖8 (b)中的D 一D'線的剖面圖。在圖8 (b)中，省略了一部分結(jié)構(gòu)因素的圖示。如圖8 (a)、圖8 (b)及圖9所示，在例如為P—型的半導(dǎo)體襯底201 (雜質(zhì)濃度例如為lX1014/cm3)的表面部分中，形成有例如為N型的 降低表面電場(chǎng)區(qū)域202 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有7/im)。 此外，在半導(dǎo)體襯底201的表面部分中以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰的 方式還形成有例如為P型的基極區(qū)域206(雜質(zhì)濃度例如為1 X 1016 / cm3、 深度有4/zm)。在基極區(qū)域206內(nèi)，以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離的方式形成有例 如為P+型的接觸區(qū)域210(雜質(zhì)濃度例如為1X10^/cms、深度有2/zm) 和例如為N+型的發(fā)射極兼源極區(qū)域208(雜質(zhì)濃度例如為lX 1020 /cm3、 深度有0.5/Zm)。此外，形成有覆蓋基極區(qū)域206中位于發(fā)射極兼源極區(qū) 域208與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的柵極絕緣膜203 ，在柵極絕 緣膜203上形成有柵極電極207。補(bǔ)充說明 一下，若柵極絕緣膜203形成到發(fā)射極兼源極區(qū)域208上， 就能夠防止柵極電極207和發(fā)射極兼源極區(qū)域208短路。在降4氐表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，形成有例如為P型的頂部半 導(dǎo)體層205 (雜質(zhì)濃度例如為1X1016/cm3、深度有1/im)。雖然在附圖 中未示，但是該頂部半導(dǎo)體層205經(jīng)由降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的規(guī)定部分 或位于上層的布線等與基極區(qū)域206電連接。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層205隔離 的方式形成有例如為P型的集電極區(qū)域215 (雜質(zhì)濃度例如為1X10ig/ cm3、深度有l(wèi)/zm)。在此，集電極區(qū)域215具有基本上與頂部半導(dǎo)體層 205相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與頂部半導(dǎo)體層205 —樣深的位置。在集電極區(qū)域215的表面部分中，形成有例如為P+型的集電極接觸 區(qū)域209 (雜質(zhì)濃度例如為lX1019/cm3、深度有0.5/zm)。補(bǔ)充說明一 下，也可以不形成集電極接觸區(qū)域209。此夕卜，在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層205 隔離的方式形成有例如為N+型的漏極區(qū)域216 (雜質(zhì)濃度例如為1X1020/cm3、深度有0.5//m)。在此，如圖8 (b)所示，集電極區(qū)域215和漏極區(qū)域216分別由隔 離開的多個(gè)部分構(gòu)成。在與從集電極區(qū)域215朝向發(fā)射極兼源極區(qū)域208 的方向垂直的方向(以下，也有些地方將該垂直的方向稱為垂直方向)上， 交替設(shè)置有集電極區(qū)域215的各個(gè)部分和漏極區(qū)域216的各個(gè)部分。集電 極區(qū)域215的各個(gè)部分的在該垂直方向上的長(zhǎng)度(圖8(b)所示的長(zhǎng)度X) 例如為60xzm左右；漏極區(qū)域216的各個(gè)部分的在該垂直方向上的長(zhǎng)度 (圖8 (b)所示的長(zhǎng)度Y)例如為30/zm左右。在形成有上述各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域等的半導(dǎo)體襯底201上，隔著形成在降低 表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面上的電場(chǎng)絕緣膜204形成有層間膜211。在半導(dǎo)體村底201上，形成有集電極兼漏極電極212和發(fā)射極兼源極 電極213，該集電極兼漏極電極212貫穿了層間膜211，與集電極接觸區(qū) 域209 (即，集電極區(qū)域215)及漏極區(qū)域216都電連接；該發(fā)射極兼源 極電極213貫穿了層間膜211，與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域206)及 發(fā)射極兼源極區(qū)域208都電連接。在形成有集電極兼漏極電極212和發(fā)射極兼源極電極213的層間膜 211上，形成有保護(hù)膜214。在本實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)在集電極兼漏極電極212與發(fā) 射極兼源極電極213之間施加正向偏壓(以下，也有些地方將該正向偏壓 稱為集電極電壓)，并在柵極電極207上施加正電壓時(shí)，電子流(以下， 也有些地方將該電子流稱為集電極電流)從漏極區(qū)域216流向發(fā)射極兼源 極電極213，該半導(dǎo)體裝置由此進(jìn)行MOSFET工作。當(dāng)流向發(fā)射極兼源 極電極213的電子流即集電極電流的大小達(dá)到一定程度，集電極區(qū)域215 的電位與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202中包圍集電極區(qū)域215的部分的電位之間 的電位差約達(dá)0.6V時(shí)，空穴從集電極區(qū)域215被注入到降低表面電場(chǎng)區(qū) 域202，該半導(dǎo)體裝置由此從MOSFET工作轉(zhuǎn)移到IGBT工作。這樣，在本實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，能當(dāng)流過元件的集電極電 流較小時(shí)使該半導(dǎo)體裝置進(jìn)行MOSFET工作，能在流過元件的集電極電 流的大小達(dá)到一定程度后使該半導(dǎo)體裝置進(jìn)行IGBT工作。就是說，能夠 實(shí)現(xiàn)根據(jù)流過元件的集電極電流量的多少而進(jìn)行MOSFET工作或IGBT29
工作的半導(dǎo)體裝置。在所述本實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)樵O(shè)集電 度，所以與用高雜質(zhì)濃度層(P +層)形成了集電極區(qū)域的情況(比較例)相比，能將在IGBT工作時(shí)被注入到包括降低表面電場(chǎng)區(qū)域202在內(nèi)的半 導(dǎo)體襯底201中的過剩載流子的量抑制得更多。其結(jié)果是，能夠減低在截 止時(shí)殘留于半導(dǎo)體村底201中的過剩載流子的量。因此，能夠縮短為抽出 載流予所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度，從而能夠謀求開關(guān)損失的減 低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi) 減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。圖10，是以圖8 (a)、圖8 (b)及圖9所示的本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝 置(用P型半導(dǎo)體層(雜質(zhì)濃度為lX1016/cm3、深度有l(wèi)jtzm)形成了 集電極區(qū)域215的元件)和圖33 (a)、圖33 (b)及圖34所示的比較例 所涉及的半導(dǎo)體裝置(用P+型半導(dǎo)體層(雜質(zhì)濃度為lX1019/cm3、深 度有l(wèi)/zm)形成了集電極區(qū)域109的元件)為對(duì)象測(cè)定下降時(shí)間tf (在 柵極截止后，集電極電流從即將截止時(shí)的值的90%的值下降到10%的值為 止的過程所花的時(shí)間)對(duì)溫度(K)的依賴性，再將該測(cè)定的結(jié)果圖表化 而得到的圖。補(bǔ)充說明一下，在圖10中，橫軸表示溫度(K)，縱軸表示 下降時(shí)間tf。將比較例所涉及的半導(dǎo)體裝置中的當(dāng)溫度398K時(shí)的下降時(shí) 間tf (nsec)假設(shè)為100%，以表示各個(gè)下降時(shí)間值有該100%時(shí)的下降時(shí) 間tf值的多少。/。的方式表示下降時(shí)間tf。如圖10所示，在以與P型頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)濃度大致相同的 低雜質(zhì)濃度形成了集電極區(qū)域215的、本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，和用P +型半導(dǎo)體層形成了集電極區(qū)域的比較例比較起來，下降時(shí)間tf在各種溫 度上得到了顯著改善。圖11，是以圖8 (a)、圖8 (b)及圖9所示的本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝 置(用P型半導(dǎo)體層(雜質(zhì)濃度為lX1016/cm3、深度有1/im)形成了 集電極區(qū)域215的元件)和圖33 (a)、圖33 (b)及圖34所示的比較例 所涉及的半導(dǎo)體裝置(用P+型半導(dǎo)體層(雜質(zhì)濃度為lX1019/cm3、深 度有l(wèi)^m)形成了集電極區(qū)域109的元件)為對(duì)象測(cè)定導(dǎo)通電阻Ron對(duì) 溫度(K)的依賴性，再將該測(cè)定的結(jié)果圖表化而得到的圖。補(bǔ)充說明一
下，在圖11中，橫軸表示溫度(K)，縱軸表示導(dǎo)通電阻Ron。將本實(shí)施 例的半導(dǎo)體裝置中的當(dāng)溫度223K時(shí)的導(dǎo)通電阻Ron (Q)假設(shè)為100%， 以表示各個(gè)導(dǎo)通電阻值有該100%時(shí)的導(dǎo)通電阻Ron值的多少％的方式表 示導(dǎo)通電阻Ron。如圖11所示，在以與P型頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)濃度大致相同的 低雜質(zhì)濃度形成了集電極區(qū)域215的、本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，也能得 到與用P+型半導(dǎo)體層形成了集電極區(qū)域的比較例中的導(dǎo)通電阻值大致相 同的導(dǎo)通電阻值。雖然在溫度低于250K的范圍內(nèi)，本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝 置的導(dǎo)通電阻值稍高一點(diǎn)，但是該半導(dǎo)體裝置的實(shí)際使用范圍大約在 250K到400K ( —20。C到140。C左右)，因而沒有問題。由前面說明的圖10和圖11的測(cè)定結(jié)果可見，在以與P型頂部半導(dǎo)體 層205的雜質(zhì)濃度大致相同的低雜質(zhì)濃度形成了集電極區(qū)域215的、本實(shí) 施例的半導(dǎo)體裝置中，能夠得到在幾乎不增大起因于導(dǎo)通電阻Ron的損失 的狀態(tài)下大大減低開關(guān)損失的效果。在用高雜質(zhì)濃度層(P+型半導(dǎo)體層)形成了集電極區(qū)域的比較例中， 需要在集電極區(qū)域與降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置其雜質(zhì)濃度高于降低表面 電場(chǎng)區(qū)域的N型緩沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的 空穴注入效率。與此相對(duì)，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃 度形成了集電極區(qū)域215，所以不需要設(shè)置N型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蚝?jiǎn)化。 而且，能夠避免下述狀況的發(fā)生，即如比較例那樣，因?yàn)樵O(shè)置了N型緩 沖層，所以從MOSFET工作到IGBT工作的切換更難了 。補(bǔ)充說明一下，在圖8 (a)、圖8 (b)及圖9所示的本實(shí)施例的半導(dǎo) 體裝置(開關(guān)元件)的制造方法中，能以與第一實(shí)施例中的圖2到圖7所 示的各道工序一樣的方式進(jìn)行用來制作沿圖8 (b)的C —C'線的剖面圖 (即，圖8 (a))的結(jié)構(gòu)的各道工序，因而省略這些工序的說明。若要進(jìn) 行用來制作沿圖8 (b)的D — D'線的吾'j面圖(即，圖9)的結(jié)構(gòu)的工序， 則這樣做就可以，即改變掩模平面布置，從而在第一實(shí)施例中的、圖5 所示的工序中，在形成N+型發(fā)射極區(qū)域208的同時(shí)形成N+型漏極區(qū)域 216。補(bǔ)充說明一下，漏極區(qū)域216的雜質(zhì)濃度例如為1X10加/cm3左右、 漏極區(qū)域216的形成深度例如為0.5//m左右。 (第三實(shí)施例)下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置，具體 而言對(duì)高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行說明。圖12 (a)，是第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖；圖12 (b) 是第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的平面圖。補(bǔ)充說明一下，圖12 (a) 是沿圖12 (b)中的E — E，線的剖面圖。沿圖12 (b)中的F—F，線的 剖面圖，呈與下述圖一樣的樣子，即在圖8 (a)、圖8 (b)及圖9所示 的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的、相當(dāng)于圖9的剖面圖中，形成后述 的埋入式半導(dǎo)體層217來代替頂部半導(dǎo)體層205而得到的圖。在圖12(b) 中，省略了一部分結(jié)構(gòu)因素的圖示。如圖12 (a)、圖12 (b)及圖9所示，在例如為P—型的半導(dǎo)體襯底 201 (雜質(zhì)濃度例如為lX1014/cm3)的表面部分中，形成有例如為N型 的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202(雜質(zhì)濃度例如為2X10w/cmS、深度有7/zm)。 此外，在半導(dǎo)體襯底201的表面部分中以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰的 方式還形成有例如為P型的基極區(qū)域206(雜質(zhì)濃度例如為1 X 1016 / cm3、 深度有4//m)。在基極區(qū)域206內(nèi)，以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離的方式形成有例 如為P+型的接觸區(qū)域210(雜質(zhì)濃度例如為1X10"/cms、深度有2//m) 和例如為N+型的發(fā)射極兼源極區(qū)域208(雜質(zhì)濃度例如為lXl020 /cm3、 深度有0.5〃m)。此外，形成有覆蓋基極區(qū)域206中位于發(fā)射極兼源極區(qū) 域208與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的柵極絕緣膜203，在柵極絕 緣膜203上形成有柵極電極207。補(bǔ)充說明一下，若柵極絕緣膜203形成到發(fā)射極區(qū)域208上，就能夠 防止柵極電極207和發(fā)射極區(qū)域208短路。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)，形成有例如為P型的埋入式半導(dǎo)體層 217 (雜質(zhì)濃度例如為2X1016/cm3)。埋入式半導(dǎo)體層217，是以襯底 201的表面為基準(zhǔn)，例如從1//m左右的深度處(圖12 (a)的Z)沿深 度方向形成的。該埋入式半導(dǎo)體層217的寬度(圖12 (a)的W)例如有 1//m左右。雖然在附圖中未示，但是該埋入式半導(dǎo)體層217經(jīng)由降低表 面電場(chǎng)區(qū)域202的規(guī)定部分或位于上層的布線等與基極區(qū)域206電連接。
在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)，以與埋入式半導(dǎo)體層217隔離的方式形 成有例如為P型的集電極區(qū)域218 (雜質(zhì)濃度例如為2X10i6/cm3)。在 此，集電極區(qū)域218具有基本上與埋入式半導(dǎo)體層217相同的雜質(zhì)濃度， 位于基本上與埋入式半導(dǎo)體層217—樣深的位置。此外，在降低表面電場(chǎng) 區(qū)域202的表面部分中，以與集電極區(qū)域218接觸的方式形成有例如為P +型的集電極接觸區(qū)域219 (雜質(zhì)濃度例如為lX1019/cm3、深度有 m)。此外，在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，以與埋入式半導(dǎo)體層 217隔離的方式形成有例如為N+型的漏極區(qū)域216 (雜質(zhì)濃度例如為IX IO2。/cm3、深度有0.5/zm)。在此，如圖12 (b)所示，集電極區(qū)域218和漏極區(qū)域216分別由隔 離開的多個(gè)部分構(gòu)成。在與從集電極區(qū)域218朝向發(fā)射極兼源極區(qū)域208 的方向垂直的方向(以下，也有些地方^)夸該垂直的方向稱為垂直方向)上， 交替設(shè)置有集電極區(qū)域218的各個(gè)部分和漏極區(qū)域216的各個(gè)部分。集電 極區(qū)域218的各個(gè)部分的在該垂直方向上的長(zhǎng)度(圖12 (b)所示的長(zhǎng)度 X)例如為60/zm左右；漏極區(qū)域216的各個(gè)部分的在該垂直方向上的長(zhǎng) 度(圖12 (b)所示的長(zhǎng)度Y)例如為30/zm左右。在形成有上述各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域等的半導(dǎo)體襯底201上，隔著形成在降低 表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面上的電場(chǎng)絕緣膜204形成有層間膜211。在半導(dǎo)體村底201上，形成有集電極兼漏極電極212和發(fā)射極兼源極 電極213，該集電極兼漏極電極212貫穿了層間膜211，與集電極接觸區(qū) 域219 (即，集電極區(qū)域218)及漏極區(qū)域216都電連接；該發(fā)射極兼源 極電極213貫穿了層間膜211，與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域206)及 發(fā)射極兼源極區(qū)域208都電連接。在形成有集電極兼漏極電極212和發(fā)射極兼源極電極213的層間膜 211上，形成有保護(hù)膜214。在本實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)在集電極兼漏極電極212與發(fā) 射極兼源極電極213之間施加正向偏壓(以下，也有些地方將該正向偏壓 稱為集電極電壓)，并在柵極電極207上施加正電壓時(shí)，電子流(以下， 也有些地方將該電子流稱為集電極電流)從漏極區(qū)域216流向發(fā)射極兼源
極電極213,該半導(dǎo)體裝置由此進(jìn)行MOSFET工作。當(dāng)流向發(fā)射極兼源 極電極213的電子流即集電極電流的大小達(dá)到一定程度，集電極區(qū)域218 的電位與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202中包圍集電極區(qū)域218的部分的電位之間 的電位差約達(dá)0.6V時(shí)，空穴從集電極區(qū)域218被注入到降低表面電場(chǎng)區(qū) 域202，該半導(dǎo)體裝置由此從MOSFET工作轉(zhuǎn)移到IGBT工作。這樣，在本實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，能當(dāng)流過元件的集電極電 流較小時(shí)使該半導(dǎo)體裝置進(jìn)行MOSFET工作，能在流過元件的集電極電 流的大小達(dá)到一定程度后使該半導(dǎo)體裝置進(jìn)行IGBT工作。就是說，能夠 實(shí)現(xiàn)根據(jù)流過元件的集電極電流量的多少而進(jìn)行MOSFET工作或IGBT 工作的半導(dǎo)體裝置。在所述本實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)樵O(shè)集電濃度，所以與用高雜質(zhì)濃度層(P+層)形成了集電極區(qū)域的情況(比較例) 相比，能將在IGBT工作時(shí)被注入到包括降低表面電場(chǎng)區(qū)域202在內(nèi)的半 導(dǎo)體襯底201中的過剩載流子的量抑制得更多。其結(jié)果是，能夠減低在截 止時(shí)殘留于半導(dǎo)體村底201中的過剩載流子的量。因此，能夠縮短為抽出 載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān)速度，從而能夠謀求開關(guān)損失的減 低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi) 減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。特別是本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置(開關(guān)元件)，因?yàn)樵谠摪雽?dǎo)體裝置中的 降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)形成有埋入式半導(dǎo)體層217，所以能夠從埋入式 半導(dǎo)體層沿上下兩個(gè)方向形成耗盡層。因此，與形成了頂部半導(dǎo)體層205 的情況(第二實(shí)施例)相比，能使降低表面電場(chǎng)g域202的雜質(zhì)濃度更高， 從而能夠謀求開關(guān)速度的改善和導(dǎo)通電阻的減低。在用高雜質(zhì)濃度層(P+型半導(dǎo)體層)形成了集電極區(qū)域的情況下，需 要在集電極區(qū)域與降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置其雜質(zhì)濃度高于降低表面電 場(chǎng)區(qū)域的N型緩沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的空 穴注入效率。與此相對(duì)，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度 形成了集電極區(qū)域218，所以不需要設(shè)置N型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蚝?jiǎn)化。 而且，能夠避免下述狀況的發(fā)生，即如比較例那樣，因?yàn)樵O(shè)置了N型緩 沖層，所以從MOSFET工作到IGBT工作的切換更難了 。 補(bǔ)充說明 一 下，在本實(shí)施例中說明的是形成了漏極區(qū)域216的結(jié)構(gòu)，即從MOSFET工作切換為IGBT工作的結(jié)構(gòu)。不過，如在第一實(shí)施例中 說明的那樣，在不設(shè)置漏極區(qū)域216的結(jié)構(gòu)，即構(gòu)成了橫向IGBT的情況 下，也能夠得到與本實(shí)施例一樣的效果，具體而言，能夠得到能在從負(fù)載 很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失這一效果。下面，參照?qǐng)D13到圖18這些剖面圖，對(duì)圖12 (a)、 12 (b)及圖9 所示的本實(shí)施例的開關(guān)元件的制造方法之 一 例進(jìn)行說明。首先，在圖13所示的工序中，準(zhǔn)備雜質(zhì)濃度例如為1Xl0"/cm3左 右的P—型半導(dǎo)體襯底201。接著，在圖14所示的工序中，例如通過磷離子注入來在半導(dǎo)體^于底 201的表面部分中選摔性地形成例如為N型的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202。降 低表面電場(chǎng)區(qū)域202的雜質(zhì)濃度例如為2X10^/cm3左右，降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202的形成深度例如為7//m左右。之后，例如通過硼離子注入來 在半導(dǎo)體襯底201的表面部分中形成例如為P型的基極區(qū)域206。基極區(qū) 域206，形成為與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰?；鶚O區(qū)域206的雜質(zhì)濃度 例如為1X1016 / cm3左右，基極區(qū)域206的形成深度例如為4//m。此夕卜， 例如通過濕式氧化等來在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面上選擇性地形成厚 度例如為500nm的電場(chǎng)絕緣膜204。接著，在圖15所示的工序中，例如通過高能硼離子注入來在降低表 面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)同時(shí)且選擇性地形成例如為P型的埋入式半導(dǎo)體層217 和例如為P型的集電極區(qū)域218。在此，將埋入式半導(dǎo)體層217及集電極 區(qū)域218形成為互相隔離開的狀態(tài)。埋入式半導(dǎo)體層217的雜質(zhì)濃度和集 電極區(qū)域218的雜質(zhì)濃度例如分別為2X10^/cm3左右。埋入式半導(dǎo)體 層217和集電極區(qū)域218，是分別以村底201的表面為基準(zhǔn)，例如從l/z m左右的深度處(圖12 (a)的Z)沿深度方向形成的。該埋入式半導(dǎo)體 層217和該集電極區(qū)域218的寬度(圖12(a)的W)例如有1//m左右。 這時(shí)，因?yàn)橥ㄟ^經(jīng)由電場(chǎng)絕緣膜204進(jìn)行離子注入，來形成埋入式半導(dǎo)體 層217,所以集電極區(qū)域218的形成深度比埋入式半導(dǎo)體層217的形成深 度大一點(diǎn)。補(bǔ)充說明一下，雖然在附圖中未示，但是埋入式半導(dǎo)體層217形成為
與基極區(qū)域206電連接。在本實(shí)施例中，為了形成各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域所實(shí)施的離子注入的順序并不 受限制。接著，在圖16所示的工序中，例如通過熱氧化來形成覆蓋基極區(qū)域 206中位于后述的發(fā)射極兼源極區(qū)域208與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的 部分的柵極絕緣膜203。之后，在柵極絕緣膜203上選擇性地形成例如由 多晶硅構(gòu)成的柵極電極207。此外，以柵極電極207和未示的抗蝕圖案為 掩模，例如通過砷離子注入等以自我對(duì)準(zhǔn)來在基極區(qū)域206內(nèi)選摔性地形 成例如為N+型的發(fā)射極兼源極區(qū)域208，同時(shí)以自我對(duì)準(zhǔn)在降低表面電場(chǎng) 區(qū)域202內(nèi)選擇性地形成例如為N+型的漏極區(qū)域216(關(guān)于漏極區(qū)域216， 參照?qǐng)D12 (b)和圖9)。發(fā)射極兼源極區(qū)域208形成為與降低表面電場(chǎng)區(qū) 域202隔離，漏極區(qū)域216形成為與埋入式半導(dǎo)體層217隔離。發(fā)射極兼 源極區(qū)域208和漏極區(qū)域216的雜質(zhì)濃度例如分別為1 X 1020 / cm3左右， 發(fā)射極兼源極區(qū)域208和漏極區(qū)域216的形成深度例如分別為0.5 〃 m左 右。接著，在圖17所示的工序中，例如通過硼離子注入來在基極區(qū)域206 內(nèi)形成例如為P+型的接觸區(qū)域210。接觸區(qū)域210，形成為與降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202隔離。接觸區(qū)域210的雜質(zhì)濃度例如為lX10"/cm3左右， 接觸區(qū)域210的形成深度例如為2#m。之后，例如通過硼離子注入在降 低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中形成例如為P+型的、與集電極區(qū)域218 接觸的集電極接觸區(qū)域219。集電極接觸區(qū)域219的雜質(zhì)濃度例如為IX 1019/ !13左右，集電極接觸區(qū)域219的形成深度例如為1/zm。接著，在圖18所示的工序中，例如利用常壓CVD法在包括電場(chǎng)絕緣 膜204上及柵極電極207上在內(nèi)的半導(dǎo)體村底201上形成層間膜211，而 后使層間膜211的規(guī)定部分開口 ，再在半導(dǎo)體襯底201上分別形成集電極 兼漏極電極212和發(fā)射極兼源極電極213,該集電極兼漏極電極212與集 電極接觸區(qū)域219 (即，集電極區(qū)域218)及漏極區(qū)域216都電連接；該 發(fā)射極兼源極電極213與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域206)及發(fā)射極兼 源極區(qū)域208都電連接。最后，在層間膜211上形成例如由等離子體氮化 硅膜構(gòu)成的保護(hù)膜214后，使保護(hù)膜214中的襯墊形成區(qū)域開口。這樣， 圖12 (a)、圖12 (b)及圖9所示的本實(shí)施例的開關(guān)元件就形成完了 。根據(jù)前面進(jìn)行說明的本實(shí)施例的制造方法，因?yàn)橥ㄟ^同 一 注入雜質(zhì)過 程形成埋入式半導(dǎo)體層217和集電極區(qū)域218，所以與分開形成埋入式半 導(dǎo)體層217和集電極區(qū)域218的情況相比，能使工序數(shù)量更少，能夠減低 成本。(第四實(shí)施例)下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置，具體 而言對(duì)高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行說明。圖19,表示第四實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面結(jié)構(gòu)。如圖19所 示，在例如為P—型的半導(dǎo)體村底201 (雜質(zhì)濃度例如為lX1014/cm3) 的表面部分中，形成有例如為N型的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202 (雜質(zhì)濃度例 如為lX1016/cm3、深度有7xzm)。此外，在半導(dǎo)體襯底201的表面部 分中以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰的方式還形成有例如為P型的基極區(qū) 域206 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有4/zm)。在基極區(qū)域206內(nèi)，以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離的方式形成有例 如為P+型的接觸區(qū)域210(雜質(zhì)濃度例如為1X10"/cms、深度有2/zm) 和例如為N+型的發(fā)射極區(qū)域208 (雜質(zhì)濃度例如為lX 1020 /cm3、深度 有0.5//m)。此外，形成有覆蓋基極區(qū)域206中位于發(fā)射極區(qū)域208與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的第 一柵極絕緣膜203 ，在第 一柵極絕緣 膜203上形成有第一柵極電極207。補(bǔ)充說明一下，若第一柵極絕緣膜203形成到發(fā)射極區(qū)域208上，就 能夠防止第一柵極電極207和發(fā)射極區(qū)域208短路。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，形成有例如為P型的頂部半 導(dǎo)體層205 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有l(wèi)/im)。雖然在附圖 中未示，但是該頂部半導(dǎo)體層205經(jīng)由降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的規(guī)定部分 或位于上層的布線等與基極區(qū)域206電連接。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層205隔離 的方式形成有例如為P型的集電極區(qū)域215 (雜質(zhì)濃度例如為1X1016/ cm3、深度有l(wèi)/zm)。在此，集電極區(qū)域215具有基本上與頂部半導(dǎo)體層 205相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與頂部半導(dǎo)體層205 —樣深的位置。
在集電極區(qū)域215的表面部分中，形成有例如為P+型的集電極接觸區(qū)域209 (雜質(zhì)濃度例如為lX1019/cm3、深度有0.5/zm)。補(bǔ)充說明一 下，也可以不形成集電極接觸區(qū)域209。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202上，形成有從集電極區(qū)域215上延伸到頂部 半導(dǎo)體層205上的第二柵極絕緣膜220。在第二柵極絕緣膜220中的位于 集電極區(qū)域215與頂部半導(dǎo)體層205之間的部分上，形成有第二柵極電極 221。雖然在附圖中未示，但是第二柵極電極221經(jīng)由柵極電極用布線或 位于上層的布線等與第一柵極電極207電連接。在形成有上述各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域及柵極電極等的半導(dǎo)體村底201上，形成 有層間膜211。在半導(dǎo)體襯底201上，形成有集電極電極212和發(fā)射極電極213，該 集電極電極212貫穿了層間膜211，與集電極接觸區(qū)域209 (即，集電極 區(qū)域215)電連接；該發(fā)射極電極213貫穿了層間膜211，與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域206)及發(fā)射極區(qū)域208都電連接。在形成有集電極電極212和發(fā)射極電極213的層間膜211上，形成有 保護(hù)膜214。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，在集電極電極212與發(fā)射極電極213之 間施加了正向偏壓(使集電極電極212 —側(cè)的電位較高)，并在第一柵極 電極207上施加了正電壓的情況下，當(dāng)集電極區(qū)域215的電位與降低表面 電場(chǎng)區(qū)域202中的包圍集電極區(qū)域215的部分的電位之間的電位差約達(dá) 0.6V時(shí)，空穴從集電極區(qū)域215被注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域202，該半導(dǎo) 體裝置開始進(jìn)行IGBT工作。就是說，本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置(開關(guān)元件) 是橫向IGBT。根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置(開關(guān)元件)，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)元件截止時(shí)(若 發(fā)射極電極213的電壓為0V，就在第一柵極電極207和第二柵極電極221 的電壓都例如從6V下降到OV時(shí))，降低表面電場(chǎng)區(qū)域202中的位于集電 極區(qū)域215與頂部半導(dǎo)體層205之間的部分的電位(以下，也有些地方將 該電位稱為集電極電位)升高，所以利用集電極區(qū)域215的一部分形成的 P溝道MOSFET導(dǎo)通。這樣，就能用經(jīng)過所述P溝道MOSFET、頂部 半導(dǎo)體層205、基極區(qū)域206及接觸區(qū)域210的路徑從集電極區(qū)域215
抽出殘留于降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的過剩載流子。而且，還能從頂部半導(dǎo)體層205抽出殘留于降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的過剩載流子。因此，能 夠謀求縮短下降時(shí)間(tf)，換句話說，能夠縮短為抽出載流子所需的時(shí)間 來改善開關(guān)速度。因此，能夠謀求開關(guān)損失的減低。補(bǔ)充說明一下，在本實(shí)施例中，在當(dāng)截止時(shí)使集電極電位升高來抽出 殘留于降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的過剩載流子(空穴)后，耗盡層從頂部 半導(dǎo)體層205向降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)擴(kuò)大，從而能夠攔住從集電極電 極212流過包括所述P溝道MOSFET在內(nèi)的所述路徑的空穴電流。因此， 元件的耐壓特性不會(huì)惡化。根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，因?yàn)樵O(shè)集電極區(qū)域215的雜質(zhì)濃度為與 頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)濃度大致相同的低濃度，所以與用高雜質(zhì)濃度層 (P+層)形成了集電極區(qū)域的情況相比，能將在IGBT工作時(shí)被注入到包得更多。其結(jié)果是，能夠減低在截止時(shí)殘留于半導(dǎo)體村底201中的過剩載 流子的量。因此，能夠縮短為抽出載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān) 速度，從而能夠謀求開關(guān)損失的減低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小 時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。在用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況下，需要在集電極區(qū)域與 降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置其雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng)區(qū)域的、例如為 N型的緩沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降4氐表面電場(chǎng)區(qū)域的空穴注入 效率。與此相對(duì)，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度形成了 集電極區(qū)域215,所以不需要設(shè)置N型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蚝?jiǎn)化。補(bǔ)充說明一下，在本實(shí)施例中說明的是不形成漏極區(qū)域的結(jié)構(gòu)，即不 從MOSFET工作切換為IGBT工作的結(jié)構(gòu)。不過，如在第二實(shí)施例和第 三實(shí)施例中說明的那樣，在設(shè)置了漏極區(qū)域的情況下，也能夠得到與本實(shí) 施例一樣的效果，具體而言，能夠得到能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為 止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失這一效果。在該情況下，也可以是這樣的，集電 極區(qū)域215和所述漏極區(qū)域分別由隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成，在與從集電極 區(qū)域215朝向發(fā)射極區(qū)域208 (在該情況下，為發(fā)射極兼源極區(qū)域)的方 向垂直的方向上，交替設(shè)置有集電極區(qū)域215的各個(gè)部分和所述漏極區(qū)域
的各個(gè)部分。下面，參照?qǐng)D20到圖25這些剖面圖，對(duì)圖19所示的本實(shí)施例的開 關(guān)元件的制造方法之一例進(jìn)行說明。首先，在圖20所示的工序中，例如通過磷離子注入來在雜質(zhì)濃度例 如為1X10"/cm3左右的P—型半導(dǎo)體村底201的表面部分中選擇性地形 成例如為N型的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202 。降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的雜質(zhì)濃 度例如為1X10^/cm3左右，降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的形成深度例如為7 m左右。接著，在圖21所示的工序中，例如通過硼離子注入來在降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中同時(shí)且選擇性地形成例如為P型的頂部半導(dǎo)體層 205和例如為P型的集電極區(qū)域215。在此，將頂部半導(dǎo)體層205及集電 極區(qū)域215形成為互相隔離開的狀態(tài)。頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)濃度和集 電極區(qū)域215的雜質(zhì)濃度例如分別為1X10w/cm3左右。頂部半導(dǎo)體層 205和集電極區(qū)域215的形成深度，例如分別為1//m左右。補(bǔ)充說明一下，雖然在附圖中未示，但是頂部半導(dǎo)體層205形成為與 后述的基極區(qū)域206電連接。接著，在圖22所示的工序中，例如通過硼離子注入來在半導(dǎo)體村底 201的表面部分中形成例如為P型的基極區(qū)域206。基極區(qū)域206，形成 為與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰?；鶚O區(qū)域206的雜質(zhì)濃度例如為1 X 1016 /cms左右，基極區(qū)域206的形成深度例如為4//m。此外，例如通過濕 式氧化等來在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面上選擇性地形成從集電極區(qū)域 215延伸到頂部半導(dǎo)體層205上、厚度例如為500nm的第二柵極絕緣膜 220。這時(shí)，頂部半導(dǎo)體層205的雜質(zhì)擴(kuò)散，使得頂部半導(dǎo)體層205的雜 質(zhì)濃度下降一點(diǎn)。補(bǔ)充說明一下，在本實(shí)施例中，為了形成各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域所實(shí)施的離子 注入的順序并不受限制。接著，在圖23所示的工序中，例如通過熱氧化來形成覆蓋基極區(qū)域 206中位于后述的發(fā)射極區(qū)域208與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的 第一柵極絕緣膜203。之后，在第一柵極絕緣膜203上選擇性地形成例如 由多晶硅構(gòu)成的第一柵極電極207。這時(shí)，在形成該第一柵極電極207的 同時(shí)在第二柵極絕緣膜220中的位于集電極區(qū)域215與頂部半導(dǎo)體層205 之間的部分上選擇性地形成例如由多晶硅構(gòu)成的第二柵極電極221 。此外， 用第一柵極電極207作為掩模，例如通過砷離子注入等以自我對(duì)準(zhǔn)來在基 極區(qū)域206內(nèi)選摔性地形成例如為N+型的發(fā)射極區(qū)域208。發(fā)射極區(qū)域 208形成為與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離。發(fā)射極區(qū)域208的雜質(zhì)濃度例 如為1 X 1020 / cm3左右，發(fā)射極區(qū)域208的形成深度例如為0.5/zm左右。接著，在圖24所示的工序中，例如通過硼離子注入來在基極區(qū)域206 內(nèi)形成例如為P+型的接觸區(qū)域210。接觸區(qū)域210，形成為與降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202隔離。接觸區(qū)域210的雜質(zhì)濃度例如為1X10"/cm3左右， 接觸區(qū)域210的形成深度例如為2/zm。之后，例如通過硼離子注入在集 電極區(qū)域215的表面部分中形成例如為P+型的集電極接觸區(qū)域209。集 電極接觸區(qū)域209的雜質(zhì)濃度例如為1X1019/cm3左右，集電極接觸區(qū) :威209的形成深度例如為0.5x/m。補(bǔ)充說明一下，也可以省略而不形成 集電極接觸區(qū)域209。接著，在圖25所示的工序中，例如利用常壓CVD法在形成有所述各 個(gè)雜質(zhì)區(qū)域和柵極電極等的半導(dǎo)體襯底201上形成層間膜211，而后使層 間膜211的規(guī)定部分開口，再在半導(dǎo)體村底201上形成集電極電極212 和發(fā)射極電極213，該集電極電極212與集電極接觸區(qū)域209 (即，集電 極區(qū)域215)電連接；該發(fā)射極電極213與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域 206)及發(fā)射極區(qū)域208都電連接。最后，在層間膜211上形成例如由等 離子體氮化硅膜構(gòu)成的保護(hù)膜214后，使保護(hù)膜214中的襯墊形成區(qū)域開 口。這樣，圖19所示的、本實(shí)施例的開關(guān)元件就形成完了 。根據(jù)前面進(jìn)行說明的本實(shí)施例的制造方法，因?yàn)橥ㄟ^同 一注入雜質(zhì)過 程形成頂部半導(dǎo)體層205和集電極區(qū)域215，所以與分開形成頂部半導(dǎo)體 層205和集電極區(qū)域215的情況相比，能使工序數(shù)量更少，能夠減低成本。 (第五實(shí)施例)下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置，具體 而言對(duì)高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行說明。圖26，表示第五實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面結(jié)構(gòu)。如圖26所 示，在例如為P—型的半導(dǎo)體村底201 (雜質(zhì)濃度例如為lX1014/cm3)
的表面部分中，形成有例如為N型的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202 (雜質(zhì)濃度例 如為2X1016/cm3、深度有7/im)。此外，在半導(dǎo)體襯底201的表面部 分中以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰的方式還形成有例如為P型的基極區(qū) 域206 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有4^m)。在基極區(qū)域206內(nèi)，以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離的方式形成有例 如為P+型的接觸區(qū)域210(雜質(zhì)濃度例如為lX10"/cn^、深度有2//m) 和例如為N+型的發(fā)射極區(qū)域208 (雜質(zhì)濃度例如為lX102()/cm3、深度 有0.5xzm)。此外，形成有覆蓋基極區(qū)域206中位于發(fā)射極區(qū)域208與降 低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的第 一柵極絕緣膜203 ，在第 一柵極絕緣 膜203上形成有第一柵極電極207。補(bǔ)充說明一下，若第一柵極絕緣膜203形成到發(fā)射極區(qū)域208上，就 能夠防止第一柵極電極207和發(fā)射極區(qū)域208短路。在降j氐表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，形成有例如為P型的頂部半 導(dǎo)體層222 (雜質(zhì)濃度例如為lX1016/cm3、深度有l(wèi)/zm)。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的頂部半導(dǎo)體層222的下側(cè)，以與頂部半 導(dǎo)體層222接觸的方式形成有例如為P型的埋入式半導(dǎo)體層217 (雜質(zhì)濃 度例如為2X1016/cm3)。埋入式半導(dǎo)體層217，是以村底201的表面為 基準(zhǔn)，例如從1//m左右的深度處沿深度方向形成的。該埋入式半導(dǎo)體層 217的寬度例如有1/zm左右。雖然在附圖中未示，但是該埋入式半導(dǎo)體 層217經(jīng)由降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的規(guī)定部分或位于上層的布線等與基極 區(qū)域206電連接。就是說，頂部半導(dǎo)體層222和基極區(qū)域206，經(jīng)由埋入 式半導(dǎo)體層217互相電連接。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層222隔離 的方式形成有例如為P型的集電極區(qū)域215 (雜質(zhì)濃度例如為1X1016/ cm3、深度有l(wèi)/zm)。在此，集電極區(qū)域215具有基本上與頂部半導(dǎo)體層 222相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與頂部半導(dǎo)體層222 —樣深的位置。的從集電極區(qū)域215附近到基極區(qū)域206附近為止的部分中，而頂部半導(dǎo) 體層222僅形成在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的集電極區(qū)域215附近而已。 在與從集電極區(qū)域215朝向基極區(qū)域206的方向垂直的方向上，頂部半導(dǎo)
體層222由互相隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成。這是為了確保后述的用于抽出載流子的路徑所布置的。在集電極區(qū)域215的表面部分中，形成有例如為P+型的集電極接觸 區(qū)域209 (雜質(zhì)濃度例如為lX1019/cm3、深度有0.5//m)。補(bǔ)充說明一 下，也可以不形成集電極接觸區(qū)域209。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202上，形成有從集電極區(qū)域215上至少延伸到 頂部半導(dǎo)體層222上的第二柵極絕緣膜220。在第二柵極絕緣膜220中的 位于集電極區(qū)域215與頂部半導(dǎo)體層222之間的部分上，形成有第二柵極 電極221。雖然在附圖中未示，但是第二柵極電極221經(jīng)由柵極電極用布 線或位于上層的布線等與第一柵極電極207電連接。在形成有上述各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域及柵極電極等的半導(dǎo)體村底201上，形成 有層間膜211。在半導(dǎo)體村底201上，形成有集電極電極212和發(fā)射極電極213，該 集電極電極212貫穿了層間膜211,與集電極接觸區(qū)域209 (即，集電極 區(qū)域215)電連接；該發(fā)射極電極213貫穿了層間膜211,與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域206)及發(fā)射極區(qū)域208都電連接。在形成有集電極電極212和發(fā)射極電極213的層間膜211上，形成有 保護(hù)膜214。在是本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的開關(guān)元件的工作，基本上與第四實(shí)施例 一樣。就是說，在集電極電極212與發(fā)射極電極213之間施加了正向偏壓 (使集電極電極212 —側(cè)的電位較高)，并在第一柵極電極207上施加了 正電壓的情況下，當(dāng)集電極區(qū)域215的電位與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202中的 包圍集電極區(qū)域215的部分的電位之間的電位差約達(dá)0.6V時(shí)，空穴從集 電極區(qū)域215被注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域202，該半導(dǎo)體裝置開始進(jìn)行 IGBT工作。換句話說，本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置(開關(guān)元件)是橫向IGBT。根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置(開關(guān)元件)，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)元件截止時(shí)(若發(fā)射極電極213的電壓為0V，就在第一柵極電極207和第二柵極電極221 的電壓都例如從6V下降到OV時(shí))，降低表面電場(chǎng)區(qū)域202中的4立于集電 極區(qū)域215與頂部半導(dǎo)體層222之間的部分的電位(以下，也有些地方將 該電位稱為集電極電位)升高，所以利用集電極區(qū)域215的一部分形成的
P溝道MOSFET導(dǎo)通。這樣，就能用經(jīng)過所述P溝道MOSFET、頂部 半導(dǎo)體層222、埋入式半導(dǎo)體層217、基極區(qū)域206及接觸區(qū)域210的路 徑從集電極區(qū)域215抽出殘留于降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的過剩載流子。 而且，還能從頂部半導(dǎo)體層222及埋入式半導(dǎo)體層217抽出殘留于降低表 面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的過剩載流子。因此，能夠謀求縮短下降時(shí)間(tf)，換 句話說，能夠縮短為抽出載流子所需的時(shí)間來改善開關(guān)速度。因此，能夠 謀求開關(guān)損失的減低。補(bǔ)充說明一下，在本實(shí)施例中，在當(dāng)截止時(shí)使集電極電位升高來抽出 殘留于降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)的過剩載流子(空穴)后，耗盡層從頂部 半導(dǎo)體層222及埋入式半導(dǎo)體層217向降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)擴(kuò)大，從 而能夠攔住從集電極電極212流過包括所述P溝道MOSFET在內(nèi)的所述 路徑的空穴電流。因此，元件的耐壓特性不會(huì)惡化。根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，因?yàn)樵O(shè)集電極區(qū)域215的雜質(zhì)濃度為與 頂部半導(dǎo)體層222的雜質(zhì)濃度大致相同的低濃度，所以與用高雜質(zhì)濃度層 (P+層)形成了集電極區(qū)域的情況相比，能將在IGBT工作時(shí)被注入到包得更多。其結(jié)果是，能夠減低在截止時(shí)殘留于半導(dǎo)體村底201中的過剩載 流子的量。因此，能夠縮短為抽出載流子所需的時(shí)間，因而能夠改善開關(guān) 速度，從而能夠謀求開關(guān)損失的減低。就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)能在從負(fù)載很小 時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。在用高雜質(zhì)濃度層形成了集電極區(qū)域的情況下，需要在集電極區(qū)域與 降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間設(shè)置其雜質(zhì)濃度高于降低表面電場(chǎng)區(qū)域的、例如為 N型的緩沖層，以減低從集電極區(qū)域注入到降低表面電場(chǎng)區(qū)域的空穴注入 效率。與此相對(duì)，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，因?yàn)橐缘碗s質(zhì)濃度形成了 集電極區(qū)域215，所以不需要設(shè)置N型緩沖層，能夠?qū)⒐ば蚝?jiǎn)化。根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，因?yàn)樵诮档捅砻骐妶?chǎng)區(qū)域202內(nèi)還形成 有埋入式半導(dǎo)體層217，所以能從埋入式半導(dǎo)體層217沿上下兩個(gè)方向形 成耗盡層，因而與在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202內(nèi)僅形成了頂部半導(dǎo)體層205 的情況(第四實(shí)施例)相比，能使降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的雜質(zhì)濃度更高， 從而能夠謀求開關(guān)速度的改善和導(dǎo)通電阻的減低。
補(bǔ)充說明一下，在本實(shí)施例中說明的是不形成漏極區(qū)域的結(jié)構(gòu)，即不從MOSFET工作切換為IGBT工作的結(jié)構(gòu)。不過，如在第二實(shí)施例和第 三實(shí)施例中說明的那樣，在設(shè)置了漏極區(qū)域的情況下，也能夠得到與本實(shí) 施例一樣的效果，具體而言，能夠得到能在從負(fù)載很小時(shí)到負(fù)載很大時(shí)為 止的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失這一效果。在該情況下，也可以是這樣的，集電 極區(qū)域215和所述漏極區(qū)域分別由隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成，在與從集電極 區(qū)域215朝向發(fā)射極區(qū)域208 (在該情況下，為發(fā)射極兼源極區(qū)域)的方 向垂直的方向上，交替設(shè)置有集電極區(qū)域215的各個(gè)部分和所述漏極區(qū)域 的各個(gè)部分。下面，參照?qǐng)D27到圖32這些剖面圖，對(duì)圖26所示的本實(shí)施例的開 關(guān)元件的制造方法之一例進(jìn)行說明。首先，在圖27所示的工序中，例如通過磷離子注入來在雜質(zhì)濃度例 如為lX10"/cm3左右的P—型半導(dǎo)體襯底201的表面部分中選擇性地形 成例如為N型的降低表面電場(chǎng)區(qū)域202。降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的雜質(zhì)濃 度例如為2X10^/cm3左右，降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的形成深度例如為7 m左右。接著，在圖28所示的工序中，例如通過硼離子注入來在降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202的表面部分中同時(shí)且選摔性地形成例如為P型的頂部半導(dǎo)體層 222和例如為P型的集電極區(qū)域215。在此，將頂部半導(dǎo)體層222及集電 極區(qū)域215形成為互相隔離開的狀態(tài)。頂部半導(dǎo)體層222的雜質(zhì)濃度和集 電極區(qū)域215的雜質(zhì)濃度例如分別為1X10ie/cms左右。頂部半導(dǎo)體層 222和集電極區(qū)域215的形成深度，例如分別為1/zm左右。接著，在圖29所示的工序中，例如通過硼離子注入來在半導(dǎo)體村底 201的表面部分中形成例如為P型的基極區(qū)域206。基極區(qū)域206,形成 為與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202相鄰?；鶚O區(qū)域206的雜質(zhì)濃度例如為1 X 1016 /cms左右，基極區(qū)域206的形成深度例如為4//m。此外，例如通過濕 式氧化等來在降低表面電場(chǎng)區(qū)域202的表面上選擇性地形成從集電極區(qū)域 215至少延伸到頂部半導(dǎo)體層222上、厚度例如為500nm的第二柵極絕 緣膜220。這時(shí)，頂部半導(dǎo)體層222的雜質(zhì)擴(kuò)散，使得頂部半導(dǎo)體層222 的雜質(zhì)濃度下降一點(diǎn)。
之后，例如通過高能硼離子注入以與頂部半導(dǎo)體層222相鄰的方式在P型的埋入式半導(dǎo)體層217。埋入式半導(dǎo)體層217的雜質(zhì)濃度例如為2X 1016/ 113左右。埋入式半導(dǎo)體層217，是以襯底201的表面為基準(zhǔn)，例 如從1//m左右的深度處沿深度方向形成的。該埋入式半導(dǎo)體層217的寬 度例如有l(wèi)^m左右。補(bǔ)充說明一下，雖然在附圖中未示，但是埋入式半 導(dǎo)體層217形成為與后述的基極區(qū)域206電連接。補(bǔ)充說明一下，在本實(shí)施例中，為了形成各個(gè)雜質(zhì)區(qū)域所實(shí)施的離子 注入的順序并不受限制。接著，在圖30所示的工序中，例如通過熱氧化來形成覆蓋基極區(qū)域 206中位于后述的發(fā)射極區(qū)域208與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202之間的部分的 第一柵極絕緣膜203。之后，在第一柵極絕緣膜203上選擇性地形成例如 由多晶硅構(gòu)成的第一柵極電極207。這時(shí)，在形成該第一柵極電極207的 同時(shí)在第二柵極絕緣膜220中的位于集電極區(qū)域215與頂部半導(dǎo)體層222 之間的部分上選擇性地形成例如由多晶硅構(gòu)成的第二柵極電極221。此外， 用第一柵極電極207作為掩模，例如通過砷離子注入等來以自我對(duì)準(zhǔn)在基 極區(qū)域206內(nèi)選摔性地形成例如為N+型的發(fā)射極區(qū)域208。發(fā)射極區(qū)域 208形成為與降低表面電場(chǎng)區(qū)域202隔離。發(fā)射極區(qū)域208的雜質(zhì)濃度例 如為1X1020/ cm3左右，發(fā)射極區(qū)域208的形成深度例如為0.5/zm左右。接著，在圖31所示的工序中，例如通過硼離子注入來在基極區(qū)域206 內(nèi)形成例如為P+型的接觸區(qū)域210。接觸區(qū)域210，形成為與降低表面電 場(chǎng)區(qū)域202隔離。接觸區(qū)域210的雜質(zhì)濃度例如為1X10w/cm3左右， 接觸區(qū)知戈210的形成深度例如為2xzm。之后，例如通過硼離子注入來在 集電極區(qū)域215的表面部分中形成例如為P+型的集電極接觸區(qū)域209。 集電極接觸區(qū)域209的雜質(zhì)濃度例如為1XlO"/cm3左右，集電極接觸 區(qū)域209的形成深度例如為0.5/zm。補(bǔ)充說明一下，也可以省略而不形 成集電極接觸區(qū)域209。接著，在圖32所示的工序中，例如利用常壓CVD法在形成有所述各 個(gè)雜質(zhì)區(qū)域和柵極電極等的半導(dǎo)體襯底201上形成層間膜211，而后使層 間膜211的規(guī)定部分開口，再在半導(dǎo)體襯底201上形成集電極電極212 和發(fā)射極電極213，該集電極電極212與集電極接觸區(qū)域209 (即，集電 極區(qū)域215)電連接；該發(fā)射極電極213與接觸區(qū)域210 (即，基極區(qū)域 206)及發(fā)射極區(qū)域208都電連接。最后，在層間膜211上形成例如由等 離子體氮化硅膜構(gòu)成的保護(hù)膜214后，使保護(hù)膜214中的村墊形成區(qū)域開 口。這樣，圖26所示的、本實(shí)施例的開關(guān)元件就形成完了 。根據(jù)前面進(jìn)行說明的本實(shí)施例的制造方法，因?yàn)橥ㄟ^同 一 注入雜質(zhì)過 程形成頂部半導(dǎo)體層222和集電極區(qū)域215,所以與分開形成頂部半導(dǎo)體 層222和集電極區(qū)域215的情況相比，能使工序數(shù)量更少，能夠減低成本。一工業(yè)實(shí)用性一本發(fā)明，涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別是在將本發(fā)明用于 在開關(guān)電源裝置中使用的高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)元件的情況下，能通過減低在 截止時(shí)殘留于半導(dǎo)體襯底中的過剩載流子量，來縮短為抽出載流子所需的 時(shí)間，從而能夠得到能改善開關(guān)速度這一效果，非常有用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū)域，形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的表面部分中，第一導(dǎo)電型基極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的方式形成在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)，第二導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方式形成在所述基極區(qū)域內(nèi)，第一柵極絕緣膜，形成為覆蓋所述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射極區(qū)域與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分，第一柵極電極，形成在所述第一柵極絕緣膜上，第一導(dǎo)電型頂部半導(dǎo)體層，形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，并且與所述基極區(qū)域電連接，第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域，以與所述頂部半導(dǎo)體層隔離的方式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，并且具有基本上與所述頂部半導(dǎo)體層相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與所述頂部半導(dǎo)體層一樣深的位置，集電極電極，形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并且與所述集電極區(qū)域電連接，以及發(fā)射極電極，形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并且與所述基極區(qū)域及所述發(fā)射極區(qū)域電連接。
2. —種半導(dǎo)體裝置，其特征在于 . 包括第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū)域，形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的表面 部分中，第一導(dǎo)電型基極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的方式形成在 所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)，第二導(dǎo)電型發(fā)射極兼源極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方 式形成在所述基極區(qū)域內(nèi)，第一柵極絕緣膜，形成為覆蓋所述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射極兼源 極區(qū)域與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分，第一柵極電極，形成在所述第一柵極絕緣膜上，第一導(dǎo)電型頂部半導(dǎo)體層，形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分 中，并且與所述基極區(qū)域電連接，第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域，以與所述頂部半導(dǎo)體層隔離的方式形成在所 述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，并且具有基本上與所述頂部半導(dǎo)體層 相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上與所述頂部半導(dǎo)體層一樣深的位置，第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域，以與所述頂部半導(dǎo)體層隔離的方式形成在所述 降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，集電極兼漏極電極，形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并且分別與所述集電 極區(qū)域及所述漏極區(qū)域電連接，以及發(fā)射極兼源極電極，形成在所述半導(dǎo)體村底上，并且分別與所述基極 區(qū)域及所述發(fā)射極兼源極區(qū)域電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述集電極區(qū)域和所述漏極區(qū)域，分別由隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成； 在與從所述集電極區(qū)域朝向所述發(fā)射極兼源極區(qū)域的方向垂直的方向 上，交替設(shè)置有所述集電極區(qū)域的各個(gè)部分和所述漏極區(qū)域的各個(gè)部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于 還包括第二柵極絕緣膜，形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域上，從所述集電極區(qū) 域上延伸到所述頂部半導(dǎo)體層上，和第二柵極電極，形成在所述第二柵極絕緣膜上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于 還包括第一導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層，以與所述頂部半導(dǎo)體層接觸的方式形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且與所述基極區(qū)域電連接。
6. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，該半導(dǎo)體裝置的制造方法是用以制 造權(quán)利要求l到3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的，其特征在于至少包括通過同一注入雜質(zhì)過程來形成所述頂部半導(dǎo)體層和所述集電極區(qū)域的工序。
7. —種半導(dǎo)體裝置，其特征在于 包括第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū)域，形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的表面 部分中，第一導(dǎo)電型基極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的方式形成在所迷半導(dǎo)體襯底內(nèi)，第二導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方式形成 在所述基極區(qū)域內(nèi)，柵極絕緣膜，形成為覆蓋所述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射極區(qū)域與所 述降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分，柵極電極，形成在所述柵極絕緣膜上，第一導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層，形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且 與所述基極區(qū)域電連接，第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域，以與所述埋入式半導(dǎo)體層隔離的方式形成在 所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且具有基本上與所述埋入式半導(dǎo)體層相同的 雜質(zhì)濃度，位于基本上與所述埋入式半導(dǎo)體層一樣深的位置，第一導(dǎo)電型集電極接觸區(qū)域，以與所述集電極區(qū)域接觸的方式形成在 所迷降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，集電極電極，形成在所述半導(dǎo)體村底上，并且與所述集電極接觸區(qū)域 電連接，以及發(fā)射極電極，形成在所述半導(dǎo)體村底上，并且與所述基極區(qū)域及所述 發(fā)射極區(qū)域電連接。
8. —種半導(dǎo)體裝置，其特征在于 包括第二導(dǎo)電型降低表面電場(chǎng)區(qū)域，形成在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的表面 部分中，第一導(dǎo)電型基極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的方式形成在 所述半導(dǎo)體村底內(nèi)，第二導(dǎo)電型發(fā)射極兼源極區(qū)域，以與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方式形成在所述基極區(qū)域內(nèi)，柵極絕緣膜，形成為覆蓋所述基極區(qū)域中的位于所述發(fā)射極兼源極區(qū) 域與所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分，柵極電極，形成在所述柵極絕緣膜上，第一導(dǎo)電型埋入式半導(dǎo)體層，形成在所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且 與所述基極區(qū)域電連接，第一導(dǎo)電型集電極區(qū)域，以與所述埋入式半導(dǎo)體層隔離的方式形成在 所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且具有基本上與所述埋入式半導(dǎo)體層相同的 雜質(zhì)濃度，位于基本上與所述埋入式半導(dǎo)體層一樣深的位置，第一導(dǎo)電型集電極接觸區(qū)域，以與所述集電極區(qū)域接觸的方式形成在 所述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域，以與所述埋入式半導(dǎo)體層隔離的方式形成在所 述降低表面電場(chǎng)區(qū)域的表面部分中，集電極兼漏極電極，形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并且分別與所述集電 極接觸區(qū)域及所述漏極區(qū)域電連接，以及發(fā)射極兼源極電極，形成在所述半導(dǎo)體村底上，并且分別與所述基極 區(qū)域及所迷發(fā)射極兼源極區(qū)域電連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所迷的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述集電極區(qū)域和所述漏極區(qū)域，分別由隔離開的多個(gè)部分構(gòu)成； 在與從所述集電極區(qū)域朝向所述發(fā)射極兼源極區(qū)域的方向垂直的方向 上，交替設(shè)置有所述集電極區(qū)域的各個(gè)部分和所述漏極區(qū)域的各個(gè)部分。
10. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，該半導(dǎo)體裝置的制造方法是用以制 造權(quán)利要求7到9中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的，其特征在于至少包括通過同一注入雜質(zhì)過程來形成所述埋入式半導(dǎo)體層和所述集 電極區(qū)域的工序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。在P型半導(dǎo)體襯底表面部分中形成有N型降低表面電場(chǎng)區(qū)域和與降低表面電場(chǎng)區(qū)域相鄰的P型基極區(qū)域。在基極區(qū)域內(nèi)以與降低表面電場(chǎng)區(qū)域隔離的方式形成有N型發(fā)射極區(qū)域。此外形成有覆蓋基極區(qū)域中位于發(fā)射極區(qū)域與降低表面電場(chǎng)區(qū)域之間的部分的柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成有柵極電極。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域表面部分中形成有與基極區(qū)域電連接的P型頂部半導(dǎo)體層。在降低表面電場(chǎng)區(qū)域表面部分中，以與頂部半導(dǎo)體層隔離的方式形成有P型集電極區(qū)域。集電極區(qū)域和頂部半導(dǎo)體層有基本上相同的雜質(zhì)濃度，位于基本上一樣深的位置。因此能提供能在從小負(fù)載時(shí)到大負(fù)載時(shí)的整個(gè)范圍內(nèi)減低損失的高耐壓半導(dǎo)體裝置。
文檔編號(hào)H01L29/66GK101165916SQ200710136829
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者金子佐一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社