03相鄰的區(qū)域。然后，形成覆蓋柵極溝槽41的內(nèi)面的絕緣膜43。進(jìn)而，形成填埋柵極溝槽41的內(nèi)部的柵極電極40。絕緣膜43例如是氧化硅膜，作為柵極絕緣膜而發(fā)揮功能。柵極電極40例如是導(dǎo)電性的多晶硅。
[0036]如圖3 (a)所示，形成P型基極層20。P型基極層20在柵極電極40的與P型浮動(dòng)層50相反的一側(cè)，形成在相鄰的柵極電極40之間。P型基極層20通過將P型雜質(zhì)，例如硼(B)選擇性地離子注入而形成。
[0037]如圖3 (b)所示，將N型射極層30形成在P型基極層20上。N型射極層30通過將N型雜質(zhì)，例如磷(P)選擇性地離子注入而形成。然后，形成層間絕緣膜45、P型集極層70、射極電極80、及集極電極90而完成半導(dǎo)體裝置1。
[0038]圖5及圖6是表示比較例的半導(dǎo)體裝置2的示意剖視圖及表示其特性的示意圖。
[0039]如圖5所示，半導(dǎo)體裝置2包括P型浮動(dòng)層55，且不具有半導(dǎo)體區(qū)域60。P型浮動(dòng)層55越過柵極電極40而擴(kuò)展到P型基極層20側(cè)。換言之，P型浮動(dòng)層55的下表面55a越過柵極電極40而到達(dá)P型基極層20。
[0040]圖6(a)是表示半導(dǎo)體裝置2的柵極電極40的附近的載流子的流動(dòng)的示意圖。圖6(b)是表示半導(dǎo)體裝置2的集極-射極間的電流電壓特性的曲線圖?？v軸是集極電流Ic，橫軸是集極-射極間的電壓Vc。圖6(b)中所示的兩個(gè)特性表示晶片中的不同兩點(diǎn)處的電流電壓特性。
[0041]如圖6(a)所示，半導(dǎo)體裝置2中，因P型浮動(dòng)層55而空穴不會(huì)積存，空穴電流從P型浮動(dòng)層55越過柵極電極40而流動(dòng)到P型基極層20。因此，在P型基極層20的正下方的N型基極層10中，空穴電流密度的上升被抑制。由此，如圖6(b)所示，電流電壓特性產(chǎn)生出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)域ISB的所謂驟回(snapback)不良。這種特性不僅會(huì)產(chǎn)生于元件的整個(gè)面，在其一部分區(qū)域中P型浮動(dòng)層55與P型基極層20相連也會(huì)產(chǎn)生。
[0042]例如，如果想要抑制P型浮動(dòng)層55的橫方向(X方向)的擴(kuò)展，以使得不產(chǎn)生驟回不良，那么有P型浮動(dòng)層55的有效載流子量減少的擔(dān)憂。具體而言，考慮有使注入P型雜質(zhì)的區(qū)域103的X方向的寬度變窄，而抑制P型雜質(zhì)向柵極電極40側(cè)擴(kuò)展的方法，但會(huì)導(dǎo)致柵極電極40的附近的P型雜質(zhì)的濃度下降。這種半導(dǎo)體裝置中，經(jīng)由N型基極層10而流動(dòng)的空穴電流的密度變動(dòng)變大，正向電壓Vf不穩(wěn)定。
[0043]相對(duì)于此，圖4(a)所示的示意圖表示半導(dǎo)體裝置1的柵極電極40的附近的P型載流子的分布。而且，圖4(b)是表示半導(dǎo)體裝置1的集極-射極間的電流電壓特性的曲線圖。縱軸是集極電流I。，橫軸是集極-射極間的電壓\。
[0044]圖4 (a)中的區(qū)域50a?50d表示P型浮動(dòng)層50中的雜質(zhì)分布的模擬結(jié)果。例如，區(qū)域50a中，P型雜質(zhì)的濃度為1 X 1018cm 3左右，區(qū)域50d中，P型雜質(zhì)的濃度為1 X 10 14cm 3左右。區(qū)域50b及50c是所述兩者中間的濃度。P型雜質(zhì)的濃度沿從區(qū)域50a到區(qū)域50d的方向下降。此例中，P型浮動(dòng)層50未越過柵極電極40而擴(kuò)展到P型基極層20側(cè)。SP，半導(dǎo)體裝置1中，P型雜質(zhì)的擴(kuò)散被半導(dǎo)體區(qū)域60抑制，從而P型浮動(dòng)層向橫方向(X方向)的擴(kuò)展被抑制。
[0045]由此，通過P型浮動(dòng)層55而促進(jìn)空穴的積存，空穴電流不會(huì)直接從P型浮動(dòng)層50流動(dòng)到P型基極層20。而且，空穴被高效率地注入到相鄰的柵極電極40間的N型基極層10，使空穴電流的密度上升。由此，如圖4(b)所示，能夠獲得不會(huì)產(chǎn)生驟回不良的良好的電流電壓特性。
[0046]本實(shí)施方式中，通過設(shè)置半導(dǎo)體區(qū)域60，而可抑制P型浮動(dòng)層50向柵極電極40側(cè)的擴(kuò)展。由此，能夠抑制驟回不良的產(chǎn)生，而獲得高耐壓、低損失的半導(dǎo)體裝置1。
[0047]進(jìn)而，通過設(shè)置半導(dǎo)體區(qū)域60，可靠性提高。例如，使注入P型雜質(zhì)的區(qū)域103的X方向的寬度變窄來抑制P型雜質(zhì)向柵極電極40側(cè)擴(kuò)展，由此抑制驟回不良的半導(dǎo)體裝置中，在高溫的偏壓試驗(yàn)(例如，150°C下2000小時(shí)的通電試驗(yàn))中確認(rèn)到電流電壓特性劣化，產(chǎn)生驟回不良。原因在于，在高溫下的試驗(yàn)中硼從P型浮動(dòng)層向橫方向(X方向)緩緩擴(kuò)散，而引發(fā)驟回不良。如上所述，以往的半導(dǎo)體裝置中，可知雖能夠改善初始特性，但可靠性有問題。另一方面，本實(shí)施方式中，即便在高溫下的偏壓試驗(yàn)中，電流電壓特性也不會(huì)劣化，能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性。
[0048]而且，通過設(shè)置半導(dǎo)體區(qū)域60，而可增大P型浮動(dòng)層50的形成條件、即離子注入條件及熱處理?xiàng)l件的容限。結(jié)果，例如能夠?qū)型浮動(dòng)層50與設(shè)置在終端部的保護(hù)環(huán)同時(shí)地形成，也能夠?qū)崿F(xiàn)制造步驟的縮短及成本削減。
[0049]此外，本實(shí)施方式并不限定于所述例，也可應(yīng)用于其他器件或步驟。例如，在其他功率半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)為了獲得高耐壓而形成較深的擴(kuò)散層時(shí)，能夠抑制橫方向的雜質(zhì)擴(kuò)散的擴(kuò)展。具體而言，在形成于終端部的保護(hù)環(huán)擴(kuò)散層與柵極電極之間，形成包含中性雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)域，可一面保持保護(hù)環(huán)擴(kuò)散層的深度一面抑制橫方向的擴(kuò)展。由此，能夠縮短終端部的長(zhǎng)度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)芯片尺寸的縮小或?qū)娮璧慕档汀?br>[0050]已對(duì)本發(fā)明的若干實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施方式是作為示例而提出，并不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新穎的實(shí)施方式能夠以其他各種方式實(shí)施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種省略、替換、變更。這些實(shí)施方式及其變化包含在發(fā)明的范圍或主旨內(nèi)，并且包含在權(quán)利要求書所記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。
[0051][符號(hào)的說明]
[0052]1、2半導(dǎo)體裝置
[0053]10 N型基極層
[0054]10a 表面
[0055]20 P型基極層
[0056]30 N型射極層
[0057]40 柵極電極
[0058]40e 隔著絕緣膜而與柵極電極的底部相接的N型基極層端
[0059]41 柵極溝槽
[0060]43 絕緣膜
[0061]45 層間絕緣膜
[0062]47 開口
[0063]50、55 P型浮動(dòng)層
[0064]55a 下表面
[0065]60 半導(dǎo)體區(qū)域
[0066]70 P型集極層
[0067]80射極電極
[0068]90 集極電極
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括: 第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層； 第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層，選擇性地設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上； 第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上； 第二導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體層，選擇性地設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上； 控制電極，從所述第三半導(dǎo)體層側(cè)到達(dá)所述第一半導(dǎo)體層中，隔著絕緣膜而與所述第二半導(dǎo)體層及所述第三半導(dǎo)體層相鄰，且位于所述第二半導(dǎo)體層與所述第四半導(dǎo)體層之間；及 半導(dǎo)體區(qū)域，隔著所述絕緣膜而與所述控制電極的底部相鄰，并設(shè)置于所述第一半導(dǎo)體層中或所述第四半導(dǎo)體層中的至少任一者中，且包含至少一種電惰性的元素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述半導(dǎo)體區(qū)域包含碳、氮、氟中的至少一種元素。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于還包括:第二導(dǎo)電型的第五半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的與所述第二半導(dǎo)體層相反的一側(cè)， 所述第四半導(dǎo)體層與所述第五半導(dǎo)體層的距離短于所述控制電極與所述第五半導(dǎo)體層的距離。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括多個(gè)所述控制電極， 所述第二半導(dǎo)體層及所述第三半導(dǎo)體層設(shè)置在所述多個(gè)控制電極中的相鄰的兩個(gè)控制電極之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于還包括: 第一電極，覆蓋所述第三半導(dǎo)體層、所述第四半導(dǎo)體層及所述控制電極，且電連接于所述第三半導(dǎo)體層；及 第二電極，電連接于所述第五半導(dǎo)體層；且 所述第四半導(dǎo)體層未電連接于所述第一電極、所述第二電極及所述控制電極中的任一者ο
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種能夠提高耐壓及降低損失的半導(dǎo)體裝置。實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置包括：第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層，選擇性地設(shè)置在第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層上；第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上；第二導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體層，選擇性地設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上；及控制電極，隔著絕緣膜而與所述第二半導(dǎo)體層及所述第三半導(dǎo)體層相鄰，且位于所述第二半導(dǎo)體層與所述第四半導(dǎo)體層之間。而且，還包括半導(dǎo)體區(qū)域，所述半導(dǎo)體區(qū)域隔著所述絕緣膜而與所述控制電極的底部相鄰，并設(shè)置于所述第一半導(dǎo)體層中或所述第四半導(dǎo)體層中的至少任一者中，且包含至少一種電惰性的元素。
【IPC分類】H01L29/739, H01L29/06, H01L21/331
【公開號(hào)】CN105374865
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510096580
【發(fā)明人】西川幸江, 赤池康彥
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社東芝
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日
【公告號(hào)】US20160049484