半导体器件制造技术

一种半导体器件及制造方法，是防止在周边区域中发生的半导体器件的热破坏，实现半导体器件的高耐压化。是一种具有已形成了半导体开关元件组的中心区域（Ｍ），和已形成了把该中心区域围起来的保护环（３８）组的周边区域Ｎ的半导体器件，在最外周上形成的半导体开关元件的体区域（３４），和在最内周形成的保护环（３８）重叠起来地形成，已连接到半导体开关元件组的栅电极（３５）上的栅布线（４８）中间存在着绝缘层（４６）地与体区域（３４）和保护环（３８的重叠区域（３９）对向，上述重叠区域（３９）的宽度，是体区域（３４）与保护环（３８中的深的一方的深度的１／３以上。

【技术实现步骤摘要】

本申请是申请日为2004年9月1日，申请号为200410074196.5号中国专利技术专利申请的分案申请。本专利技术涉及使半导体器件高耐压化的技术。特别是涉及与把已形成了半导体开关元件组的中心区域围起来的保护环有关的技术。
技术介绍
为了在功率控制方面应用，人们正在开发具备MOS(金属氧化物半导体)构造或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)构造等的半导体开关元件组的半导体器件。图12例示出了具备半导体开关元件组的半导体器件的平面图。图中M是中心区域，是已形成了半导体开关元件组的区域。图中N是周边区域，把中心区域M围了起来，位于半导体衬底137的周边。在周边区域N中，形成有把半导体开关元件组围起来的保护环组138。保护环组138，是为了提高半导体器件的耐压而形成的。在中心区域M内，布满使半导体开关元件组变成为ON(导通)的栅电极组(省略未画)，已连接到该栅电极组上的栅布线148横跨周边区域N地延伸。图13是图12的XIII-XIII线剖面图。该剖面图模式性地示出了中心区域M和周边区域N的边界附近。另外，周边区域N的保护环，一般地说，虽然大多是要形成十几个，但是，在图13中却仅仅示出了内周一侧的3个保护环138a、138b、138c，请留意这一点。图13例示出了具备IGBT构造的半导体开关元件组的半导体器件。从下边开始依次具备集电极电极120；与该集电极电极120接连的第1导电类型(在本例中为p+型)的半导体衬底122；已叠层到该半导体衬底122上边的第2导电类型(在本例中为n+型)的缓冲层124；已叠层到该缓冲层124上边的第2导电类型(在本例中为n-型)的漂移层126；在该漂移层126内形成的第1导电类型(在本例中为p-型)的体区域134；在该体区域134内形成的第2导电类型(在本例中为n+型)的发射极区域130；在该体区域134内形成的第1导电类型(在本例中为p+型)的体接触区域132，与存在于该发射极区域130与漂移层126之间的体区域134中间存在着绝缘层136对向的栅电极135；与发射极区域130和体接触区域132接连的发射极电极144。漂移层126朝向周边区域N地延伸，在该漂移层126内形成有保护环组138a、138b、138c。用发射极区域130、体区域134、漂移层126、缓冲层124、中间存在着绝缘层136地与存在于发射极区域130与漂移层126之间的体区域134对向的栅电极135构成作为单位的IGBT构造，该作为单位的IGBT构造，在图的左方反复地进行重复。保护环组138a、138b、138c缓和等电位线过度地集中到最外周的半导体开关元件的栅绝缘膜136上的现象，要做成为使得等电位线横切保护环组138a、138b、138c与漂移层126的pn结面的宽广的范围。就是说，保护环组138a、138b、138c要做成为使得在使耗尽层扩展到周边区域N内，用广为扩展的耗尽层确保耐压的同时，还不产生局部的电场集中。此外，在半导体开关元件的导通时，例如在尖峰电压等的高的电压施加到半导体器件上的情况下，如图13中的箭头所示，存在于漂移层126内的剩余的空穴，击穿了在保护环组138a、138b、138c与漂移层126之间的pn结面的附近形成的耗尽层后流入到保护环组138a、138b、138c内。流入进来的空穴，从最内周保护环138a经由体区域134和体接触区域132向发射极电极144排出。剩余的空穴则遍及相邻接的保护环地进行流动。使得可以顺畅地排除空穴那样地，在与已在最外周上形成的半导体开关元件的p-型的体区域134彼此重叠的位置上形成要在最内周上形成的p+型的保护环138a。栅布线148，中间存在着绝缘层146地，与最外周的半导体开关元件的p-型的体区域134和最内周的p+型的保护环138a的重复部分对向。在该种的半导体器件中，在已给半导体器件施加上尖峰电压等的高的电压的情况下，在周边区域N中半导体器件就要发热，半导体器件常常会遭受热破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于查明在周边区域N中发热的原因，提供在周边区域中不会招致热破坏的半导体器件。本专利技术人等，在在中心区域中形成了MOS构造或IGBT构造等的半导体开关元件组，在周边区域中形成了保护环组的半导体器件中，详细地研究了在其周边区域中发热的现象后，发现发热最剧烈的部分，是最外周的半导体开关元件的体区域与最内周的保护环的重复区域。还发现其中，在中间存在着绝缘层与栅布线对向的重复区域中，发热最为剧烈。于是，在追寻其原因时，发现在最外周的体区域和最内周的保护环的重复区域的剖面上，存在着深度局部地变浅的区域，空穴不能通过的截面积减少，是一个重要因素。此外，还发现当给栅布线施加上电压后，在与栅布线对向的区域的上部形成反型层，空穴可以通过的截面积进一步减少，是另外一个重要因素。已经确认在现实的半导体器件中，由于栅布线延伸为横切最外周的体区域和最内周的保护环的重复区域，故在与栅布线对向的重复区域中2个重要因素重叠地产生，这就会带来剧烈的发热。本专利技术人等，由于得到了上述的新的见解，故成功地防止了半导体器件在周边区域中因发热而遭受破坏的情况的发生。在本专利技术中所创制的半导体器件，具有已形成了半导体开关元件组的中心区域，和已形成了把该中心区域围起来的保护环组的周边区域。具备在最外周上形成的半导体开关元件的体区域，和在最内周形成的保护环重叠起来地形成，已连接到半导体开关元件组的栅电极上的栅布线，中间存在着绝缘层地与体区域和保护环的重复区域对向的构造。在本专利技术中所创制的一个半导体器件，其特征在于体区域和保护环的重复区域的宽度(正确地说指的是从中心区域朝向周边区域地测定半导体区域的表面已露出来的重复区域的宽度)是体区域的深度和保护环的深度之内的深的一方的深度的1/3以上。在现有的半导体器件中，最外周的体区域和最内周的保护环也进行重叠。但是，在现有的半导体器件中，最外周的体区域和最内周的保护环只要接触即可，由于并未认识到使之特意地重叠得大的必要性，故不过是即便存在着掩模对准的偏差也会进行接触那种程度地进行重叠。至少不是那种认识到在与栅布线对向的部分上形成反型层，载流子的通过截面积将会减少的情况后使之进行重叠。因此，在现有的半导体器件中重复是不充分的，体区域和保护环的重复区域的宽度达不到体区域的深度和保护环的深度之内的深的一方的深度的1/3以上。为此，在与栅布线对向的重复区域中，归因于上边所说的2个重要因素而发生了剧烈的发热。根据本专利技术人等的研究，已经确认如果把体区域和保护环的重复区域的宽度做成为体区域的深度和保护环的深度之内的深的一方的深度的1/3以上，则对于第1重要因素就可以有效地应对，即便是假定载流子的通过截面积因在与栅布线对向的区域上形成了反型层而变窄，也可以在体区域和保护环之间确保充分的载流子的通过截面积，可以抑制剧烈的发热。这里所说的深度指的是扩散深度，指的是从半导体区域的表面到导电类型反型的深度为止的距离。体区域和保护环的重复区域的最小深度是体区域的深度的1/2以上，是理想的。如果把体区域与保护环的重复区域做成为剖面视图，则在体区域和保护环之间局部性地存在着变浅的区域。根据本专利技术人等的研究，已经确认如果确保最浅的深度就是说最小深度在体区域的深度的1/2以上，则可以充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，具有形成了半导体开关元件组的中心区域，和形成了把该中心区域围起来的保护环组的周边区域，其特征在于：在最外周上形成的半导体开关元件的体区域，和在最内周形成的保护环重叠地形成，连接到半导体开关元件组的栅电极上的栅布线，中间存在着绝缘层地与体区域和保护环的重叠区域对向，在给栅布线施加上栅导通电压时的栅布线正下方的重叠区域的电阻率在２０Ω.ｃｍ以下。

【技术特征摘要】
JP 2003-9-1 308320/20031.一种半导体器件，具有形成了半导体开关元件组的中心区域，和形成了把该中心区域围起来的保护环组的周边区域，其特征在于在最外周上形成的半导体开关元件的体区域，和在最内周形成的保护环重叠地形成，连接到半导体开关元件组的栅电极上的栅布线，中间存在着绝缘层地与体区域和保护环的重叠区域对向，在给栅布线施加上栅导通电压时的栅布线正下方的重叠区域的电阻率在20Ω·cm以下。2.一种半导体器件，具有形成了半导体开关元件组的中心区域，和形成了把该中心区域围起来的保护环组的周边区域，其特征在于在最外周上形成的半导体开关元件的体区域，和在最内周形成的保护环重叠地形成，连接到半导体开关元件组的栅电极上的栅布线，中间存在着绝缘层地与体区域和保护环的重叠区域对向，在包括与栅布线对向的上述重叠区域的区域的上部，形成有高浓度地含有与体区域和保护环同一导电类型的杂质的层。3.一种半导体器件，具有形成了半导体开关元件组的中心区域，和形成了把该中心区...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀田幸司，河路佐智子，杉山隆英，庄司智幸，石子雅康，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]