半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】在具有被配置為使電流在上電極(10)和下電極(11)之間流通的直立的半導(dǎo)體元件(100，200)的半導(dǎo)體器件中，場(chǎng)截止層(2)包含摻雜有磷或砷的磷/砷層(2a)和摻雜有質(zhì)子的質(zhì)子層(2b)。所述磷/砷層(2a)從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)起形成至預(yù)定的深度。所述質(zhì)子層(2b)深于所述磷/砷層(2a)。所述質(zhì)子層(2b)的雜質(zhì)濃度在所述磷/砷層(2a)內(nèi)部達(dá)到峰值并且在大于所述磷/砷層(2a)的深度逐漸地連續(xù)不斷地減小。
【專利說明】半導(dǎo)體器件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002]此申請(qǐng)基于2011年11月30日遞交的日本專利申請(qǐng)?zhí)?011-262055和2012年8月31日遞交的日本專利申請(qǐng)?zhí)?012-191627，它們的內(nèi)容并入于此作為參照。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]當(dāng)前公開內(nèi)容涉及具有直立的(vertical)半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0004]常規(guī)地，已知了具有用于諸如EHV的逆變器或DC-DC轉(zhuǎn)換器的電源電路的直立的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。在此半導(dǎo)體器件中，IGBT用作直立的半導(dǎo)體元件。為了降低具有IGBT的半導(dǎo)體器件中的損耗，已經(jīng)提出了稱作場(chǎng)截止(field stop)(以下稱為FS)的元件結(jié)構(gòu)并且將其投入了實(shí)際使用。具體地，對(duì)其中形成元件的襯底的背面進(jìn)行削刮，并且然后在執(zhí)行了將諸如磷(P)或硒(Se)的雜質(zhì)離子注入至背面中之后執(zhí)行退火工藝。從而，形成了具有高于襯底的原材料濃度的雜質(zhì)濃度的FS層。該FS層降低電場(chǎng)的延伸，防止了擊穿電壓的減低(盡管變薄了)，以及降低了損耗。
[0005]然而，當(dāng)通過磷的離子注入形成了 FS層時(shí)，F(xiàn)S層形成于淺的深度并且因?yàn)樽⑷肷疃仁菧\的而對(duì)背側(cè)上的損傷敏感。因此，如果損傷延伸至大于FS層的深度，那么發(fā)生集電極泄漏，并且制造良率(yield)減小。相反，當(dāng)通過硒的離子注入形成FS層時(shí)，注入深度是深的，并且提高了制造良率。然而，因?yàn)槲挥迷谕ǔ５腎C制造工藝中，所以需要用于操作硒的特別的裝備。
[0006]在此情況下，專利文件I已經(jīng)提出了用于通過在使用加速器利用質(zhì)子來執(zhí)行摻雜工藝之后執(zhí)行退火工藝來形成深的FS層的技術(shù)。進(jìn)一步地，除質(zhì)子以外，專利文件2已經(jīng)提出了用于通過磷的離子注入來形成FS層的技術(shù)。此外，專利文件3和4已經(jīng)提出了用于通過多次執(zhí)行質(zhì)子的注入來形成具有多層結(jié)構(gòu)的FS層的技術(shù)。
[0007]然而，當(dāng)如專利文件1-4中提出的那樣使用質(zhì)子時(shí)，激活率隨著劑量的增大而顯著減小。因此，需要長(zhǎng)的照射時(shí)間以獲得實(shí)用性的濃度，并且降低了生產(chǎn)率。
[0008]圖15是示出了當(dāng)在4.3MeV的加速電壓下執(zhí)行質(zhì)子的摻雜時(shí)，峰值濃度和激活率關(guān)于質(zhì)子的劑量的圖示。如此圖示中示出的，質(zhì)子的激活率隨著質(zhì)子的劑量的增大而顯著地減小。特別地，在形成FS層所必要的大約IXlO15cnT3的高的雜質(zhì)濃度下，因?yàn)榧せ盥适堑偷?，所以質(zhì)子照射時(shí)間變長(zhǎng)。由于此原因，如果僅僅通過使用質(zhì)子來形成FS層，那么歸因于低的生產(chǎn)率，制造成本增大。
[0009]在專利文件2中公開的方法中，除質(zhì)子之外，通過使用磷來形成FS層。然而，不管是否注入了磷，質(zhì)子的劑量是恒定的，而且摻雜被執(zhí)行為使得質(zhì)子濃度在深的位置達(dá)到峰值。因此，長(zhǎng)的質(zhì)子照射時(shí)間的問題未解決，并且在FS層和漂移層之間的邊界處發(fā)生電場(chǎng)集中，使得擊穿電壓降低。進(jìn)一步地，在開關(guān)的時(shí)候可能發(fā)生浪涌。因此，期望在沒有增大制造成本的情況下降低開關(guān)浪涌。[0010]通過采用IGBT作為直立的半導(dǎo)體元件的范例作出了以上的解釋。然而，如以上討論的同樣的問題能夠發(fā)生在續(xù)流二極管(FWD)、DMOS,以及其中能夠形成FS層的類似的東西中。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)
[0012]專利文件
[0013]專利文件1:JP-B_3684962
[0014]專利文件2 JP-A-2009-176892
[0015]專利文件3 =US75H75O
[0016]專利文件4 JP-B-4128777

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]鑒于以上，當(dāng)前公開內(nèi)容的目的是提供具有其中防止了制造成本的增大、確保了擊穿電壓、以及降低了開關(guān)浪涌的直立的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。
[0018]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第一方面，在具有配置為使電流在上電極和下電極之間流通的直立的半導(dǎo)體元 件的半導(dǎo)體器件中，F(xiàn)S層包含摻雜有磷或砷的磷/砷層和摻雜有質(zhì)子的質(zhì)子層。所述磷/砷層從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)起形成至預(yù)定的深度。所述質(zhì)子層深于所述磷/砷層。所述質(zhì)子層的雜質(zhì)濃度在所述磷/砷層內(nèi)部達(dá)到峰值并且在大于所述磷/砷層的深度逐漸地連續(xù)不斷地減小。
[0019]如以上描述的，所述FS層包含所述磷/砷和所述質(zhì)子層，并且所述質(zhì)子層的所述雜質(zhì)濃度逐漸地減小。從而，與當(dāng)所述FS層僅僅由質(zhì)子構(gòu)成時(shí)相比，所述質(zhì)子層的所述雜質(zhì)濃度能夠減小。相應(yīng)地，與當(dāng)所述FS層僅僅通過質(zhì)子的注入來形成時(shí)相比，提高了生產(chǎn)率，使得能夠降低所述制造成本的增大。
[0020]進(jìn)一步地，所述質(zhì)子層的所述雜質(zhì)濃度在大于從漂移層的背側(cè)起的所述磷/砷層的深度逐漸地連續(xù)不斷地減小。從而，所述質(zhì)子層和所述漂移層之間的邊界處的η型雜質(zhì)濃度的差異變小。因此，減輕電場(chǎng)集中、確保擊穿電壓、以及降低開關(guān)浪涌是可能的。
[0021]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第二方面，所述質(zhì)子層的深度被定義為X，所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的濃度比被定義為y，并且X和y滿足下面的關(guān)系:(公式I)y ≥ 19.061 X ΙΟ-0 00965"ο
[0022]當(dāng)將所述質(zhì)子層的所述深度和所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比設(shè)定為滿足所述關(guān)系時(shí)，能夠降低所述擊穿電壓的減小的量，并且能夠提高擊穿電壓良率。
[0023]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第三方面，所述質(zhì)子層的所述深度是20 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是三倍或更大。從而，能夠降低所述擊穿電壓的所述減小的量。
[0024]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第四方面，所述質(zhì)子層的所述深度是20 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是四倍或更大。從而，能夠進(jìn)一步降低所述擊穿電壓的所述減小的量。
[0025]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第五方面，所述質(zhì)子層的所述深度是15 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是四倍或更大。從而，能夠降低所述擊穿電壓的所述減小的量。[0026]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第六方面，所述質(zhì)子層的所述深度是15 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是七倍或更大。從而，能夠進(jìn)一步降低所述擊穿電壓的所述減小的量。
[0027]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第七方面，所述質(zhì)子層的所述深度是10 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是七倍或更大。從而，能夠降低所述擊穿電壓的所述減小的量。
[0028]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第八方面，所述質(zhì)子層的所述深度是10 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是十倍或更大。從而，能夠進(jìn)一步降低所述擊穿電壓的所述減小的量。
[0029]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第九方面，所述質(zhì)子層的所述深度是7 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是十倍或更大。從而，能夠降低所述擊穿電壓的所述減小的量。
[0030]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第十方面，所述質(zhì)子層的所述深度是7 μ m或更小，并且所述質(zhì)子層關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是十四倍或更大。從而，能夠進(jìn)一步降低所述擊穿電壓的所述減小的量。
[0031]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第十一方面，所述直立的半導(dǎo)體器件是IGBT。
[0032]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第十二方面，所述直立的半導(dǎo)體器件是具有續(xù)流二極管的IGBT。
[0033]根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第十三實(shí)施例，所述直立的半導(dǎo)體器件是二極管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]根據(jù)參照附圖作出的下面的詳細(xì)的描述，當(dāng)前公開內(nèi)容的以上和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。圖樣中:
[0035]圖1(a)是示例了根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的具有作為直立的半導(dǎo)體元件的IGBT的半導(dǎo)體器件的頂部布局圖(top layout view)的圖示,且圖1(b)是示例了沿著圖1(a)中的線IB-1B獲取的橫截面視圖的圖示；
[0036]圖2(a)是示出了沿著圖1(b)中的線IIA-1IA獲取的橫截面中的設(shè)計(jì)的雜質(zhì)濃度分布的圖表，且圖2(b)是示出了沿著圖1(b)中的線IIB-1IB獲取的橫截面中的完成的雜質(zhì)濃度分布的圖表；
[0037]圖3 (a)是示例了半高寬AR(ym)和范圍Rp關(guān)于質(zhì)子加速電壓(MeV)的圖示，且圖3(b)示例了深度(范圍)Rp和質(zhì)子濃度N之間的關(guān)系的圖示；
[0038]圖4是示例了為了評(píng)估，當(dāng)改變磷FS層2a中的缺陷的寬度時(shí)，質(zhì)子FS層2b的η型雜質(zhì)濃度和擊穿電壓之間的關(guān)系，而進(jìn)行的仿真的結(jié)果的圖表；
[0039]圖5是示例了為了評(píng)估，當(dāng)改變磷FS層2a中的缺陷的寬度時(shí)，質(zhì)子FS層2b的η型雜質(zhì)濃度和擊穿電壓之間的關(guān)系，而進(jìn)行的仿真的結(jié)果的圖表；
[0040]圖6是示例了為了評(píng)估，當(dāng)改變磷FS層2a中的缺陷的寬度時(shí)，質(zhì)子FS層2b的η型雜質(zhì)濃度和擊穿電壓之間的關(guān)系，而進(jìn)行的仿真的結(jié)果的圖表；
[0041]圖7是示例了仿真結(jié)果的總結(jié)的圖表；
[0042]圖8是示例了表示圖7中示出的結(jié)果的近似的曲線的圖表；[0043]圖9是示例了為了評(píng)估當(dāng)改變質(zhì)子的劑量時(shí)的接觸泄漏失效(contact leakagefailure)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表；
[0044]圖10(a)是示例了示出當(dāng)不存在質(zhì)子FS層2b時(shí)的He射線照射的橫截面視圖的圖示，且圖10(b)是示例了示出當(dāng)存在質(zhì)子FS層2b時(shí)的He射線照射的橫截面視圖的圖示；
[0045]圖11(a)是示例了根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第二實(shí)施例的具有作為直立的半導(dǎo)體元件的IGBT與二極管的半導(dǎo)體器件的頂部布局圖的圖示，圖11(b)是示例了沿著圖11(a)中的線XIB-XIB獲取的橫截面視圖的圖示，且圖11(c)示例了沿著圖11(a)中的線XIC-XIC獲取的橫截面視圖的圖示；
[0046]圖12(a)是示出了沿著圖11(b)中的線XIIA-XIIA獲取的橫截面中的雜質(zhì)濃度分布的圖表，且圖12(b)是示出了沿著圖12(b)中的線XIIB-XIIB獲取的橫截面中的雜質(zhì)濃度分布的圖表；
[0047]圖13(a)是示例了根據(jù)當(dāng)前公開內(nèi)容的第三實(shí)施例的具有作為直立的半導(dǎo)體元件的二極管的半導(dǎo)體器件的頂部布局圖的圖示，且圖13(b)是示例了沿著圖13(a)中的線XIIIB-XIIB獲取的橫截面視圖的圖示；
[0048]圖14是示出了沿著圖13(b)中的線XIV-XIV獲取的橫截面中的雜質(zhì)濃度分布的圖表；以及
[0049]圖15是示出了當(dāng)在4.3MeV的加速電壓下執(zhí)行質(zhì)子的摻雜時(shí)，峰值濃度和激活率關(guān)于劑量的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下參照?qǐng)D樣描述了當(dāng)前公開內(nèi)容的實(shí)施例，其中類似的附圖標(biāo)記指示相同的或等同的部分。
[0051](第一實(shí)施例)
[0052]描述了當(dāng)前公開內(nèi)容的第一實(shí)施例。圖1(a)和(b)示出了具有作為直立的半導(dǎo)體元件的IGBT的半導(dǎo)體器件。圖1(a)是示例了其頂部布局圖的圖示，且圖1(b)是示例了沿著圖1(a)中的線IB-1B獲取的其橫截面視圖的圖示。圖2(a)和(b)是示出了沿著圖1(b)中的線IIA-1IA、IIB-1IB獲取的橫截面中的雜質(zhì)濃度的圖表。圖2(a)示出了設(shè)計(jì)的雜質(zhì)濃度分布，且圖2(b)示出了完成的雜質(zhì)濃度分布。以下參照這些圖樣描述了根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
[0053]如圖1(a)中示出的，圖1(b)中示出的IGBT100所在的IGBT形成區(qū)域被定義為單元區(qū)域，且外部電壓擊穿阻止區(qū)域(resistant region)位于單元區(qū)域周圍。S卩，單元區(qū)域位于提供半導(dǎo)體器件的芯片的中心部分，且外部電壓擊穿阻止區(qū)域位于單元區(qū)域周圍，即，位于芯片的外部部分上。
[0054]如圖1(b)中示出的，在根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，IGBT100形成于提供η—型漂移層I的半導(dǎo)體襯底中。η—型漂移層I具有原材料濃度。如圖2中示出的，例如，η_型漂移層I具有IX IO14CnT3或更小的η型雜質(zhì)濃度并且能夠是0.75Χ 1014cm_3。
[0055]在單元區(qū)域的IGBT形成區(qū)域中，η型FS層2形成于η—型漂移層I的背側(cè)的表面部分中。FS層2包含磷FS層2a和質(zhì)子FS層2b。磷FS層2a含有作為雜質(zhì)的磷，并且從η—型漂移層I的背側(cè)起形成至預(yù)定的相對(duì)淺的深度。質(zhì)子FS層2b含有作為雜質(zhì)的質(zhì)子，并且從n_型漂移層I的背側(cè)起形成至大于磷FS層2a的深度的深度。例如，如圖2中示出的，磷FS層2a具有1.5μπι或更小的擴(kuò)散深度并且具有I X 1016cm_3或更小的η型雜質(zhì)濃度，且質(zhì)子FS層2b具有15 μ m或更小的擴(kuò)散深度并且具有5 X IO14CnT3或更小的η型雜質(zhì)濃度。優(yōu)選地，質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度不小于5X1014cnT3。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，例如，質(zhì)子FS 層 2b 的雜質(zhì)濃度范圍從 3 X IO14CnT3 至 5 X 1014cnT3，包括 3 X IO14CnT3 和 SXlO1W30 進(jìn)一步地，質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度在磷FS層2a的內(nèi)部達(dá)到峰值并且在大于從n_型漂移層I的背側(cè)起的磷FS層2a的深度逐漸地連續(xù)不斷地減小。
[0056]對(duì)應(yīng)于集電極區(qū)域的P+型雜質(zhì)區(qū)域3形成于FS層2的表面部分中。通過諸如硼的P型雜質(zhì)的注入來形成P+型雜質(zhì)區(qū)域3。例如，如圖2中示出的，P+型雜質(zhì)區(qū)域3能夠具有0.5 μ m或更小的擴(kuò)散深度并且具有I X IO18CnT3或更小的p型雜質(zhì)濃度。
[0057]進(jìn)一步地，具有例如大約3 μ m的厚度的P型區(qū)域4形成于n_型漂移層I的表面部分中。以使得多個(gè)溝槽6通過貫穿P型區(qū)域4達(dá)到η—型漂移層I方式來形成多個(gè)溝槽6。通過溝槽6將P型區(qū)域4分割為多個(gè)部分。具體地，以預(yù)定的節(jié)距(間距)布置溝槽6。溝槽6按圖1(a)的紙面的頂-底方向，即按與圖1(b)的紙面垂直的方向彼此平行地延伸以形成條形結(jié)構(gòu)。替代地，能夠?qū)⑵叫械臏喜?的端部連接以形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。例如，在環(huán)形結(jié)構(gòu)的情況下，每一個(gè)都具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的溝槽6以預(yù)定數(shù)量的組放置，以形成多環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0058]通過相鄰的溝槽6將P型區(qū)域4分割為多個(gè)部分，并且部分中的一些部分是用作溝道區(qū)域的P型溝道區(qū)域4a。對(duì)應(yīng)于發(fā)射極區(qū)域的η.型雜質(zhì)區(qū)域5形成于ρ型溝道區(qū)域4a的表面部分中。在由溝槽6分段的ρ型區(qū)域4的之外，在具有n+型雜質(zhì)區(qū)域5的每一個(gè)P型溝道區(qū)域4a中創(chuàng)建溝道，使得ρ型溝道區(qū)域4a能夠用作能夠執(zhí)行IGBT動(dòng)作的IGBT部分。P型區(qū)域4的剩余的ρ型區(qū)域4b不具有η.型的雜質(zhì)區(qū)域5并且用作不能進(jìn)行IGBT動(dòng)作的間隔部分(space portion)。
[0059]具有高濃度的ρ型體層(body layer) 4c形成于ρ型區(qū)域4的ρ型溝道區(qū)域4a的表面部分中，即，形成于位于P型溝道區(qū)域4a的每一側(cè)上的η.型雜質(zhì)區(qū)域5之間。因此，在IGBT部分中，ρ型區(qū)域4的表面部分的ρ型雜質(zhì)濃度是高的，并且在間隔部分中，P型區(qū)域4b的表面部分的ρ型雜質(zhì)濃度是低的。具體地，P型體層4c具有4X 1019cm_3的ρ型雜質(zhì)濃度，使得在IGBT部分中，ρ型區(qū)域4的表面部分的ρ型雜質(zhì)濃度是高的。
[0060]η+型雜質(zhì)區(qū)域5的雜質(zhì)濃度高于η—型漂移層I的雜質(zhì)濃度。η+型雜質(zhì)區(qū)域5終止于P型區(qū)域4并且與溝槽6的側(cè)表面接觸。具體地，η+型雜質(zhì)區(qū)域5如同棒一樣沿著溝槽6的縱向方向沿伸并且終止于溝槽6的端部?jī)?nèi)部。
[0061]溝槽6深于ρ型區(qū)域4并且具有從3.Ομπι至6.Ομπι的深度。如以上提到的，以預(yù)定的節(jié)距布置溝槽6。每一個(gè)溝槽6被柵絕緣層7和柵電極8填充。柵絕緣層7覆蓋溝槽6的內(nèi)表面。柵電極8由摻雜的多晶硅或類似的東西構(gòu)成并且形成于柵絕緣層7的表面上。將柵電極8在不同于圖1中示出的橫截面的橫截面中彼此電連接，使得能夠?qū)⑾嗤臇烹妷菏┘又翓烹姌O8。
[0062]進(jìn)一步地，通過層間電介質(zhì)9的接觸孔9a將n+型雜質(zhì)區(qū)域5和ρ型溝道區(qū)域4a電連接至對(duì)應(yīng)于發(fā)射極電極的上電極10。盡管圖樣中未示出，但是形成了覆蓋上電極和引線的鈍化層。下電極11形成于P+型雜質(zhì)區(qū)域3的背側(cè)上，并且從而形成了 IGBT100。
[0063]η型區(qū)域(空穴阻擋(HS)層)20在ρ型區(qū)域4b的厚度方向上位于ρ型區(qū)域4b的中間并且連接相鄰的溝槽6。因?yàn)棣切蛥^(qū)域12，當(dāng)IGBT部分執(zhí)行IGBT動(dòng)作時(shí)，載流子能夠累積于η型區(qū)域12下方的位置處的ρ型區(qū)域4b中。如果不存在η型區(qū)域12，則空穴通過P型區(qū)域4b流向上電極10，使得導(dǎo)通電壓將增大。為了降低導(dǎo)通電壓，優(yōu)選地在IGBT動(dòng)作的時(shí)候累積盡可能多的空穴，使得能夠發(fā)生電導(dǎo)率調(diào)制。因?yàn)棣切蛥^(qū)域12，載流子累積于η型區(qū)域12下方的位置處的ρ型區(qū)域4b中。因此，能夠發(fā)生電導(dǎo)率調(diào)制，并且降低了導(dǎo)通電壓。
[0064]相反，在外部電壓擊穿阻止區(qū)域中，盡管未示出橫截面，然而ρ型擴(kuò)散層形成于n_型漂移層I的表面部分中。P型擴(kuò)散層圍繞單元區(qū)域并且深于P型區(qū)域4。進(jìn)一步地，具有多層結(jié)構(gòu)的P型保護(hù)環(huán)形成于P型擴(kuò)散層周圍。從而，外部電壓擊穿阻止結(jié)構(gòu)形成于外部電壓擊穿阻止區(qū)域中。外部電壓擊穿阻止結(jié)構(gòu)均勻地?cái)U(kuò)展電場(chǎng)，使得能夠提高半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。
[0065]以以上描述的方式構(gòu)造了根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的具有IGBT100的半導(dǎo)體器件。接下來，描述了制造半導(dǎo)體器件的方法。因?yàn)槟軌蛲ㄟ^與常規(guī)的半導(dǎo)體器件幾乎相同的方法制造根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，所以描述集中于與常規(guī)的半導(dǎo)體器件不同的部分上。
[0066]首先，制備了用于n_型漂移層I的作為原材料的半導(dǎo)體襯底，并且作為原材料處理工藝執(zhí)行用于表面平坦化的諸如拋光的表面處理。然后，執(zhí)行用于形成P型區(qū)域4的離子注入和熱擴(kuò)散工藝、用于形成溝槽6的工藝、用于形成柵絕緣層7和柵電極8的工藝、以及用于形成P型體區(qū)域4c和n+型雜質(zhì)區(qū)域5的離子注入和熱擴(kuò)散工藝。然后，在形成層間電介質(zhì)9之后執(zhí)行用于形成接觸孔9a的工藝。進(jìn)一步地，通過對(duì)諸如鋁的電極材料進(jìn)行圖形化來形成上電極10。然后，盡管圖樣中未示出，形成由聚酰亞胺或類似的東西構(gòu)成的鈍化膜。以此方式，完成了用于襯底的前側(cè)的制造工藝。
[0067]接下來，將提供n_型漂移層I的半導(dǎo)體襯底的背側(cè)研磨至期望的厚度。如果必要，執(zhí)行刻蝕工藝用于表面平坦化。然后，執(zhí)行用于形成磷FS層2a的磷離子注入工藝和用于形成P+型雜質(zhì)區(qū)域3的硼離子注入工藝。然后，通過激光退火執(zhí)行不影響前側(cè)的局部熱處理以使注入的離子擴(kuò)散。然后，通過沉積諸如鋁的電極材料來形成下電極11。然后，執(zhí)行包含了質(zhì)子照射工藝和低溫退火工藝的用于形成質(zhì)子FS層2b的工藝。
[0068]例如，在用于形成質(zhì)子FS層2b的工藝中的質(zhì)子照射工藝中，在加速電壓是4MeV且劑量是I X IO13CnT2或更多的條件下使用加速器來執(zhí)行質(zhì)子摻雜。當(dāng)在該加速電壓下形成質(zhì)子FS層2b時(shí)，質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度在磷FS層2a內(nèi)部達(dá)到峰值，并且在大于從n_型漂移層I的背側(cè)起的磷FS層2a的深度逐漸地連續(xù)不斷地減小。
[0069]例如，能夠如圖3 (a)中示出的那樣關(guān)于質(zhì)子加速電壓(MeV)表示半高寬AR(Um)和范圍Rp，且深度(范圍)Rp和質(zhì)子濃度N能夠具有如圖3(b)中示出的關(guān)系。因此，能夠基于加速電壓來確定質(zhì)子FS層2b的寬度。進(jìn)一步地，能夠通過調(diào)整吸收體(吸收劑)的厚度來調(diào)整峰值深度Rp。
[0070]如以上描述的，在根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，F(xiàn)S層2包含磷FS層2a和質(zhì)子FS層2b，并且質(zhì)子層(2b)的雜質(zhì)濃度逐漸地減小。從而，與當(dāng)FS層2僅僅由質(zhì)子構(gòu)成時(shí)相比，質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度能夠減小。相應(yīng)地，與當(dāng)FS層2僅僅通過質(zhì)子的注入來形成時(shí)相比，提高了生產(chǎn)率，使得能夠降低制造成本的增大。
[0071]進(jìn)一步地，質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度在大于從n_型漂移層I的背側(cè)起的磷FS層2a的深度逐漸地連續(xù)不斷地減小。從而，質(zhì)子FS層2b和η—型漂移層I之間的邊界處的η型雜質(zhì)濃度的差異變小。因此，減輕電場(chǎng)集中、確保擊穿電壓、以及降低開關(guān)浪涌是可能的。
[0072]進(jìn)一步地，在根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，例如，形成FS層2，使得質(zhì)子FS層2b具有15 μ m或更小的擴(kuò)散深度并且具有3X IO14CnT3或更大的η型雜質(zhì)濃度。基于為了評(píng)估當(dāng)磷FS層2a中發(fā)生缺陷時(shí)觀察到的擊穿電壓而已經(jīng)進(jìn)行的檢查結(jié)果來設(shè)定這些值。
[0073]圖4-6示出了為了評(píng)估質(zhì)子FS層2的η型雜質(zhì)濃度和擊穿電壓之間的關(guān)系，通過當(dāng)改變質(zhì)子FS層2b的深度Xj、質(zhì)子FS層2b的峰值深度Rp、以及磷FS層2a中的缺陷的寬度時(shí)將原材料濃度保持在0.75X1014cm_3，而進(jìn)行的仿真的結(jié)果。
[0074]如圖4-6中示出的，基本上，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓取決于質(zhì)子FS層2b的η型雜質(zhì)濃度，具體地取決于質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比，并且擊穿電壓隨著濃度比的增大而增大。當(dāng)不存在缺陷(缺陷寬度=O μ m)時(shí)，不論質(zhì)子FS層2b的深度Xj和質(zhì)子FS層2b的峰值深度Rp (即，離半導(dǎo)體襯底的背側(cè)的最外面的表面的距離)，能夠獲得1400V至1500V的擊穿電壓。
[0075]然而，當(dāng)發(fā)生缺陷時(shí)，擊穿電壓取決于缺陷寬度而減小。進(jìn)一步地，減小的量取決于質(zhì)子FS層2b的深度Xj而改變。即使當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比小時(shí)，減小的量也隨著深度Xj更大而變得更小。
[0076]具體地，如圖4中示出的，如果質(zhì)子FS層2b的深度Xj是15 μ m，并且質(zhì)子FS層2b的峰值深度Rp是O μ m，那么當(dāng)質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度是3 X IO14CnT3或更大時(shí)，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓的減小的量能夠降低至減小的最大量的大約一半。即，假定意圖的擊穿電壓是1500V，則擊穿電壓減小直至900V，并且減小的最大量是600V。因?yàn)闇p小的量大約為一半(300V)，所以擊穿電壓能夠是1200V或更大。在此情況下，因?yàn)樵牧蠞舛仁?.75 X IO1W3或更大，所以當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是四倍或更大時(shí)，擊穿電壓的減小能夠降低至減小的最大量的大約一半。優(yōu)選地，當(dāng)質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度是5X IO14CnT3或更大時(shí)，即，當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是七倍或更大時(shí)，擊穿電壓能夠是1300V或更大。
[0077]進(jìn)一步地，如圖5中示出的，如果質(zhì)子FS層2b的深度Xj是10 μ m，并且質(zhì)子FS層2b的峰值深度Rp是O μ m，那么當(dāng)質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度是5 X IO14CnT3或更大時(shí)，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓的減小的量能夠降低至減小的最大量的大約一半。在此情況下，因?yàn)樵牧蠞舛仁?.75 X IO14CnT3或更大，所以當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是七倍或更大時(shí)，擊穿電壓的減小能夠降低至減小的最大量的大約一半。優(yōu)選地，當(dāng)質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度是7 X IO14CnT3或更大時(shí)，即，當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是十倍或更大時(shí)，擊穿電壓能夠是1300V或更大。
[0078]同樣，如圖6中示出的，如果質(zhì)子FS層2b的深度Xj是7μπι，并且質(zhì)子FS層2b的峰值深度Rp是O μ m，那么當(dāng)質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度是7 X IO14CnT3或更大時(shí)，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓的減小的量能夠降低至減小的最大量的大約一半。在此情況下，因?yàn)樵牧蠞舛仁?.75 X IO14CnT3或更大，所以當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是十倍或更大時(shí)，擊穿電壓的減小能夠降低至減小的最大量的大約一半。優(yōu)選地，根據(jù)仿真結(jié)果，當(dāng)質(zhì)子FS層2b的雜質(zhì)濃度是I X IO15CnT3或更大時(shí)，即，當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是十四倍或更大時(shí)，擊穿電壓能夠是1300V或更大。[0079]圖7是示例了仿真結(jié)果的總結(jié)的圖表以計(jì)算擊穿電壓。應(yīng)當(dāng)指出的是，圖7也示出了在質(zhì)子FS層2b的深度Xj是10 μ m并且質(zhì)子FS層2b的峰值深度Rp是O μ m的條件下進(jìn)行的仿真的結(jié)果。盡管每一個(gè)結(jié)果是基于質(zhì)子FS層2b的峰值深度Rp是O μ m的條件，但是只要峰值位置在磷FS層2a中，就獲得了相同的結(jié)果。
[0080]因此，如圖7中示出的，如果質(zhì)子FS層2b的深度Xj是20μπι或更小，那么當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是三倍或更大時(shí)，擊穿電壓的減小的量能夠降低一半，并且當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是四倍或更大時(shí)，能夠進(jìn)一步地降低。如果質(zhì)子FS層2b的深度Xj是15 μ m或更小，那么當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是四倍或更大時(shí)，擊穿電壓的減小的量能夠降低一半，并且當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是七倍或更大時(shí)，能夠進(jìn)一步地降低。如果質(zhì)子FS層2b的深度Xj是10 μ m或更小，那么當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是七倍或更大時(shí)，擊穿電壓的減小的量能夠降低一半，并且當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是十倍或更大時(shí)，能夠進(jìn)一步地降低。如果質(zhì)子FS層2b的深度Xj是7 μ m或更小，那么當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是十倍或更大時(shí)，擊穿電壓的減小的量能夠降低一半，并且當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比是十四倍或更大時(shí)，能夠進(jìn)一步地降低。
[0081]其中擊穿電壓的減小的量能夠降低一半的范圍被定義為用于擊穿電壓良率提高的有效范圍，并且其中擊穿電壓的減小的量能夠降低一半以上的范圍被定義為用于擊穿電壓良率提聞的更優(yōu)選的范圍。用于擊穿電壓良率提聞的有效范圍和更優(yōu)選的范圍能夠被表示為圖8中示出的 近似的曲線。近似的曲線能夠由下面的公式I和2來表示。在公式I和2中，X表示質(zhì)子FS層2b的深度Xj，以及y表示用于擊穿電壓良率提高的有效范圍和更優(yōu)選的范圍的邊界上的值。
[0082](公式l)y = 19.061 X 10-α°0965χ
[0083](公式2)y = 25.939 X 10-0.0892χ
[0084]因此，當(dāng)質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比大于由公式I給定的y時(shí)，能夠有效地提高擊穿電壓良率。進(jìn)一步地，當(dāng)濃度比大于由公式2給定的y時(shí)，能夠更有效地提高擊穿電壓良率。
[0085]為了檢查用于圖7中示出的擊穿電壓良率提高的有效范圍，在改變質(zhì)子的劑量時(shí)，測(cè)量接觸泄漏失效的恢復(fù)比，即歸因于磷FS層2a中的缺陷的泄漏失效。實(shí)驗(yàn)是在原材料濃度是7X IO13CnT3并且質(zhì)子FS層2b的深度Xj的范圍從10至13 μ m的條件下進(jìn)行的。如圖9中示出的，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果指示，當(dāng)質(zhì)子的劑量是4X1013cm_3或更大時(shí)，恢復(fù)了幾乎100%的接觸泄漏失效。在圖9中，當(dāng)質(zhì)子的劑量是預(yù)定的值時(shí)，質(zhì)子FS層2b的峰值濃度指示質(zhì)子FS層2b中雜質(zhì)濃度的峰值。
[0086]進(jìn)一步地，如圖9中示出的，因?yàn)楫?dāng)原材料濃度是7X IO13CnT3時(shí)，能夠用質(zhì)子FS層2b中峰值濃度的比例(scale)來替代質(zhì)子的劑量的比例，所以能夠得到此峰值濃度和接觸泄漏失效的恢復(fù)比之間的關(guān)系。能夠通過在圖7中根據(jù)質(zhì)子FS層2b的深度Xj對(duì)此進(jìn)行繪圖來獲得下面的結(jié)果?；謴?fù)比非常低，在用于擊穿電壓良率提高的有效范圍之外為0%或20%，并且恢復(fù)比是相對(duì)高的，接近于有效范圍、但是稍微在有效范圍之外為40%。如圖樣中示出的，恢復(fù)比在有效范圍內(nèi)是高的并且在更優(yōu)選的范圍內(nèi)是100 %。
[0087]如以上描述的，已經(jīng)示出，在用于擊穿電壓良率提高的有效范圍內(nèi)恢復(fù)了接觸泄漏失效。據(jù)此，能夠看到的是，能夠通過在用于擊穿電壓良率提高的有效范圍內(nèi)設(shè)計(jì)深度Xj和質(zhì)子FS層2b的濃度來降低擊穿電壓減小的量。
[0088]以上，基于質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比定義了擊穿電壓。這是因?yàn)榧热粨舸╇妷涸O(shè)計(jì)基本上取決于原材料濃度，那么擊穿電壓就取決于質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比。因此，即使原材料濃度改變，也能夠通過以與以上描述的相同的方式選擇質(zhì)子FS層2b關(guān)于原材料濃度的濃度比來降低擊穿電壓的減小的量。
[0089]進(jìn)一步地,當(dāng)以如當(dāng)前實(shí)施例中描述的方式形成質(zhì)子FS層2b時(shí),能夠省略靠近FS層的He射線照射。參照?qǐng)D10(a)和(b)對(duì)此作出解釋。
[0090]通常，通過在形成元件之后從襯底的背側(cè)執(zhí)行He射線照射來執(zhí)行壽命控制。從襯底的背側(cè)執(zhí)行He射線照射的原因是為了防止襯底的前側(cè)上的柵絕緣層7和類似的東西受到He射線照射的損傷。如圖10(a)中示出的，如果FS層2由不同于質(zhì)子的雜質(zhì)構(gòu)成，則將He射線照射施加至靠近ρ型區(qū)域4的n_型漂移層I的區(qū)域(He射線照射區(qū)域I)并且施加至FS層2內(nèi)部的區(qū)域(He射線照射區(qū)域)。相反，質(zhì)子變?yōu)槭┲鞑⑶夷軌蛴糜谛纬蒄S層
2。進(jìn)一步地，因?yàn)橘|(zhì)子具有作為壽命抑制體(lifetime killer)功能,所以通過質(zhì)子能夠執(zhí)行壽命控制。因此，如圖10(b)中示出的，不存在將He射線照射施加至FS層2內(nèi)部的區(qū)域的需求，并且能夠簡(jiǎn)化壽命控制。
[0091](第二實(shí)施例)
[0092]描述了當(dāng)前公開內(nèi)容的第二實(shí)施例。當(dāng)前實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于不僅IGBT而且二極管(續(xù)流二極管)形成于相同的半導(dǎo)體襯底上。因?yàn)槠渌牟糠峙c第一實(shí)施例相同，所以僅僅描述與第一實(shí)施例不同的部分。
[0093]圖11(a)、(b)、以及(C)是示例了具有作為直立的半導(dǎo)體元件的IGBT與二極管的半導(dǎo)體器件的圖示。圖11(a)示例了頂部布局圖，圖11(b)示例了沿著圖11(a)中的線XIB-XIB獲取的橫截面視圖，以及圖11 (c)示例了沿著圖11 (a)中的線XIC-XIC獲取的橫截面視圖。圖12(a)是示出了沿著圖11(b)中的線XIIA-XIIA獲取的橫截面中的雜質(zhì)濃度分布的圖表，且圖12(b)是示出了沿著圖11(c)中的線XIIB-XIIB獲取的橫截面中的雜質(zhì)濃度分布的圖表。
[0094]如圖11 (a)、(b)、以及(c)中示出的，在根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，IGBT100和二極管200形成于提供η—型漂移層I的半導(dǎo)體襯底中。如圖11(a)中示出的，單元區(qū)域包含其中形成了 IGBT100的IGBT形成區(qū)域和其中形成了二極管200的二極管形成區(qū)域。外部電壓擊穿阻止區(qū)域位于單元區(qū)域周圍。即，IGBT形成區(qū)域和二極管形成區(qū)域位于提供半導(dǎo)體器件的芯片的中心部分中。IGBT形成區(qū)域和二極管形成區(qū)域可以交替地布置于單元區(qū)域中。
[0095]在單元區(qū)域的IGBT形成區(qū)域和二極管區(qū)域中，η型FS層2形成于η_型漂移層I的背側(cè)的表面部分中。FS層2包含磷FS層2a和質(zhì)子FS層2b。例如，如圖12(a)和(b)的濃度分布中示出的，以與第一實(shí)施例中的方式相同的方式構(gòu)造FS層2。在IGBT形成區(qū)域中，對(duì)應(yīng)于集電極區(qū)域的P+型雜質(zhì)區(qū)域3形成于FS層2的表面部分中。在二極管形成區(qū)域中，對(duì)應(yīng)于陰極區(qū)域的n+型雜質(zhì)區(qū)域20形成于FS層2的表面部分中。
[0096]通過諸如磷的η型雜質(zhì)的注入來形成η+型雜質(zhì)區(qū)域20。例如，η+型雜質(zhì)區(qū)域20具有0.5 μ m的擴(kuò)散深度并且具有I X IO20Cm-3的η型雜質(zhì)濃度。η_型漂移層I的背側(cè)主要由P+型雜質(zhì)區(qū)域3占據(jù)并且部分地由n+型雜質(zhì)區(qū)域20占據(jù)。其中形成了 P+型雜質(zhì)區(qū)域3的區(qū)域被定義為IGBT形成區(qū)域，并且其中形成了 n+型雜質(zhì)區(qū)域20的A區(qū)域被定義為二極管形成區(qū)域。以預(yù)定的寬度重復(fù)地交替布置IGBT形成區(qū)域和二極管形成區(qū)域，形成條形形狀。在圖11(a)中，以簡(jiǎn)化的方式示出了 IGBT形成區(qū)域和二極管形成區(qū)域。事實(shí)上，布置的重復(fù)的數(shù)量大于圖樣中示出的布置的重復(fù)的數(shù)量。
[0097]IGBT形成區(qū)域的其它結(jié)構(gòu)基本上與第一實(shí)施例相同，但是P型區(qū)域4的部分執(zhí)行二極管動(dòng)作。即，在由溝槽6分段的ρ型區(qū)域4之外，ρ型溝道區(qū)域4a用作IGBT部分，但是間隔部分的P型區(qū)域4用作能夠執(zhí)行二極管動(dòng)作而非IGBT動(dòng)作的ρ型陽極區(qū)域。
[0098]在二極管形成區(qū)域中，如同在IGBT形成區(qū)域中，具有預(yù)定的厚度的ρ型區(qū)域4形成于η—型漂移層I的表面部分中。此ρ型區(qū)域4也用作ρ型陽極區(qū)域4d。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，二極管形成區(qū)域中的P型區(qū)域4具有與IGBT形成區(qū)域中的ρ型區(qū)域4相同的雜質(zhì)濃度。替代地，二極管形成區(qū)域中的P型區(qū)域4的雜質(zhì)濃度能夠獨(dú)立于IGBT形成區(qū)域中的ρ型區(qū)域4的雜質(zhì)濃度。
[0099]在二極管形成區(qū)域中，作為陽極的P型陽極區(qū)域4d與η—型漂移層I和作為陰極的η+型雜質(zhì)區(qū)域3形成PN結(jié)，由此形成二極管200。在二極管200中，ρ型陽極區(qū)域4d電連接至作為陽極電極的上電極10，以及n+型雜質(zhì)區(qū)域3電連接至作為陰極電極的下電極12。
[0100]因此，以使得發(fā)射極和陽極電連接并且集電極和陰極電連接的方式將IGBT100和二極管200并聯(lián)連接在相同的芯片上。
[0101]以以上描述的方式來構(gòu)造根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的具有IGBT100和二極管200的半導(dǎo)體器件。即使在具有IGBT100和二極管200的半導(dǎo)體器件中，F(xiàn)S層2也包含以與第一實(shí)施例中相同的方式構(gòu)造的磷FS層2a和質(zhì)子FS層2b。從而，能夠獲取與第一實(shí)施例中相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0102](第三實(shí)施例)
[0103]描述了當(dāng)前公開內(nèi)容的第三實(shí)施例。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，形成了二極管作為直立的半導(dǎo)體元件，并且二極管具有與第二實(shí)施例的二極管形成區(qū)域幾乎相同的結(jié)構(gòu)。因此，僅僅描述了與第二實(shí)施例不同的部分。
[0104]圖13(a)和(b)是示例了具有作為直立的半導(dǎo)體元件的二極管的半導(dǎo)體器件的圖示。圖13(a)示例了頂部布局圖，且圖13(b)示例了沿著圖13(a)中的線XIIIB-XIIB獲取的橫截面視圖。圖14是示出了沿著圖13(b)中的線XIV-XIV獲取的橫截面中的雜質(zhì)濃度分布的圖表。
[0105]如圖13(a)和(b)中示出的，在根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，二極管200形成于提供η—型漂移層I的半導(dǎo)體襯底中。如圖13(a)中示出的，單元區(qū)域包含其中形成了二極管200的二極管形成區(qū)域。外部電壓擊穿阻止區(qū)域位于單元區(qū)域周圍，即二極管形成區(qū)域位于提供半導(dǎo)體器件的芯片的中心部分中。
[0106]在單元區(qū)域的二極管區(qū)域中，η型FS層2形成于η_型漂移層I的背側(cè)的表面部分中。FS層2包含磷FS層2a和質(zhì)子FS層2b。例如，如圖14的濃度分布中示出的，以與第二實(shí)施例的方式相同的方式構(gòu)造FS層2。對(duì)應(yīng)于陰極區(qū)域的n+型雜質(zhì)區(qū)域20形成于FS層2的表面部分中。以與第二實(shí)施例的方式相同的方式構(gòu)造n+型雜質(zhì)區(qū)域20。進(jìn)一步地，用作P型陽極區(qū)域的P型區(qū)域4形成于n_型漂移層I的表面上，以及上電極10形成于ρ型區(qū)域4的表面上。進(jìn)一步地，下電極11形成于n+型雜質(zhì)區(qū)域20的表面上，使得形成二極管 200。
[0107]以以上描述的方式來構(gòu)造根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的具有二極管200的半導(dǎo)體器件。即使在僅僅具有二極管200的半導(dǎo)體器件中，F(xiàn)S層2也包含以與第二實(shí)施例中相同的方式構(gòu)造的磷FS層2a和質(zhì)子FS層2b。從而，能夠獲得與第二實(shí)施例中相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0108](其它實(shí)施例)
[0109]雖然已經(jīng)參照其實(shí)施例描述了當(dāng)前的公開內(nèi)容，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，公開內(nèi)容不限于實(shí)施例。當(dāng)前公開內(nèi)容旨在涵蓋在當(dāng)前公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同的布置。
[0110]在以上的實(shí)施例中，采用IGBT100和二極管200作為直立的半導(dǎo)體元件的范例。替代地，當(dāng)前公開能夠應(yīng)用于具有諸如LDMOS的其它直立的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件。
[0111]在以上的實(shí)施例中，F(xiàn)S層2a由磷構(gòu)成。替代地，F(xiàn)S層2a能夠由砷(As)而不是磷(P)構(gòu)成。
【權(quán)利要求】
1.一種具有直立的半導(dǎo)體元件(100，200)的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括: 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底提供具有原材料濃度的η型漂移層(1)； η型或P型半導(dǎo)體區(qū)域(3，20)，所述η型或P型半導(dǎo)體區(qū)域(3，20)形成于所述漂移層(1)的背側(cè)上； η型場(chǎng)截止層(2)，所述η型場(chǎng)截止層(2)從所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)起形成至大于所述半導(dǎo)體層(3，20)的深度的深度，并且具有高于所述漂移層(1)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度； P型區(qū)域(4)，所述P型區(qū)域(4)形成于所述漂移層(1)的前側(cè)上； 上電極(10)，所述上電極(10)形成于所述漂移層(2)的所述前側(cè)上并且與所述P型區(qū)域⑷接觸；以及 下電極(11)，所述下電極(11)形成于所述漂移層(2)的背側(cè)上并且與所述半導(dǎo)體區(qū)域(3，20)接觸，其中 所述直立的半導(dǎo)體元件(100，200)被配置為使電流在所述上電極和所述下電極之間流通， 所述場(chǎng)截止層(2)包含摻雜有磷或砷的磷/砷層(2a)和摻雜有質(zhì)子的質(zhì)子層(2b)， 所述磷/砷層(2a)從所述半導(dǎo)體襯底的所述背側(cè)起形成至預(yù)定的深度， 所述質(zhì)子層(2b)深于所述磷/砷層(2a)，并且 所述質(zhì)子層(2b)的雜質(zhì)濃度在所述磷/砷層(2a)內(nèi)部達(dá)到峰值并且在大于所述磷/砷層(2a)的深度逐漸地連續(xù)不斷地減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的深度被定義為X， 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的濃度比被定義為y，并且 X和y滿足下面的公式:y≥19.061X 10-0.00965x。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是20 μ m或更小，并且 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是三倍或更大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是20 μ m或更小，并且 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是四倍或更大。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是15 μ m或更小，并且 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是四倍或更大。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是15 μ m或更小，并且 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是七倍或更大。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是1Oym或更小，并且 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是七倍或更大。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是1Oym或更小，并且所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是十倍或更大。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是7μπι或更小，并且 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是十倍或更大。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述質(zhì)子層(2b)的所述深度是7μπι或更小，并且 所述質(zhì)子層(2b)關(guān)于所述原材料濃度的所述濃度比是十四倍或更大。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述直立的半導(dǎo)體元件是IGBT(IOO)， 所述單元區(qū)域包含:由所述半導(dǎo)體區(qū)域提供的P型集電極區(qū)域(3);溝槽(6) ;n型發(fā)射極區(qū)域(5);柵絕緣層(7);以及柵電極(8)， 所述溝槽(6)是以預(yù)定的節(jié)距來布置的并且深于所述P型區(qū)域(4)，以將P型區(qū)域(4)分割為多個(gè)部分，所述多個(gè)部分中的至少一些部分提供P型溝道區(qū)域(4a)， 所述發(fā)射極區(qū)域(5)形成于所述P型溝道區(qū)域(4a)的表面部分中并且沿著所述溝槽(6)的側(cè)表面延伸， 所述柵絕緣層(7)形成于所述溝槽(6)的表面上， 所述柵電極(8)形成于所述柵絕緣層(7)的表面上， 所述上電極(10)與所述P型溝道區(qū)域(4a)和所述發(fā)射極區(qū)域(5)接觸，并且 所述下電極(11)與所述集電極區(qū)域(3)接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述直立的半導(dǎo)體元件是IGBT(IOO)與續(xù)流二極管(200)， 所述IGBT(IOO)形成于所述單元區(qū)域的IGBT形成區(qū)域中， 所述續(xù)流二極管(200)形成于所述單元區(qū)域的二極管形成區(qū)域中， 所述P型區(qū)域(4)形成于所述IGBT形成區(qū)域和所述二極管形成區(qū)域中， 所述IGBT形成區(qū)域包含:由所述半導(dǎo)體區(qū)域提供的P型集電極區(qū)域(3);溝槽(6) ；n型發(fā)射極區(qū)域(5);柵絕緣層(7);以及柵電極(8)， 所述溝槽(6)是以預(yù)定的節(jié)距來布置的并且深于所述P型區(qū)域(4)，以將所述P型區(qū)域(4)分割為多個(gè)部分，所述多個(gè)部分中的至少一些部分提供P型溝道區(qū)域(4a)， 所述發(fā)射極區(qū)域(5)形成于所述P型溝道區(qū)域(4a)的表面部分中并且沿著所述溝槽(6)的側(cè)表面延伸， 所述柵絕緣層(7)形成于所述溝槽(6)的表面上， 所述柵電極(8)形成于所述柵絕緣層(7)的表面上， 所述二極管形成區(qū)域包含由所述半導(dǎo)體區(qū)域提供的η型陰極區(qū)域(20)和由所述P型區(qū)域(4)提供的P型陽極區(qū)域(4d)， 所述上電極(10)與所述P型溝道區(qū)域(4a)、所述發(fā)射極區(qū)域(5)、以及所述P型陽極區(qū)域(4d)接觸，并且 所述下電極(11)與所述集電極區(qū)域(3)和所述陰極區(qū)域(20)接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述直立的半導(dǎo)體元件是二極管(200)，所述半導(dǎo)體區(qū)域提供η型陰極區(qū)域(20)，所述P型區(qū)域(4)提供P型陽極區(qū)域，所述上電極(10)與用作所述P型陽極區(qū)域的所述P型區(qū)域(4)接觸，并且所述下電極(11)與所述陰 極區(qū)域(20)接觸。
【文檔編號(hào)】H01L27/04GK103959473SQ201280059129
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月30日
【發(fā)明者】河野憲司, 天野伸治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝