高耐压半导体器件制造技术

本发明专利技术的目的为提供一种即使在高温下的使用导通电阻不会劣化这样的高可靠性高耐压半导体器件。本发明专利技术的高耐压半导体器件具有半导体层１；漏极偏置扩散区２；源极扩散区５；漏极扩散区４；埋入到漏极偏置扩散区２内的第一导电型埋入扩散区３；以电浮动状态形成在场绝缘膜７上的至少一个板式电极（１５ａ、１６ａ、１７ａ）；形成在位于板式电极（１５ａ、１６ａ、１７ａ）上的层间绝缘膜８上，一部分与漏极扩散区４电气连接，且与板式电极（１５ａ、１６ａ、１７ａ）电容耦合的金属电极１４（１４－１、１４－２、１４－３）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高耐压半导体器件。附图说明图12所示的绝缘栅型晶体管包括P型半导体衬底1，形成在半导体衬底1内的包括低浓度N型杂质的漏极偏置(off set)扩散区2，埋入在漏极偏置扩散区2内的包括P型杂质的低浓度埋入扩散区3，位于漏极偏置扩散区2内的包括高浓度N型杂质的漏极扩散区4，形成在半导体衬底1内的包括高浓度N型杂质的源极扩散区5，以及包括高浓度P型杂质的接触用扩散区19。低浓度埋入扩散区3，具有给漏极印加高电压时促进漏极偏置扩散区2的耗尽化的功能。补充一下，低浓度埋入扩散区3的一部分与半导体衬底1连接着，未示。在半导体衬底1内，形成有包括P型杂质的穿通防止用扩散区20，以使它包围源极扩散区5和接触用扩散区19。穿通防止用扩散区20，提高作为MOS晶体管的活性区域的漏极偏置扩散区2和源极扩散区5之间的P型杂质浓度，以便防止发生在那个地方的穿通现象。在半导体衬底1上，形成有膜厚度很薄的栅极氧化膜6，和膜厚度很厚的氧化膜(场氧化膜)7，氧化膜6、7中的位于漏极偏置扩散区2和源极扩散区5之间的上面的那一部分上，设置有由多晶硅形成的栅极11。补充一下，氧化膜6、7中的位于漏极偏置扩散区2和漏极扩散区4之间的上面的那一部分上，形成有漏极多晶硅电极18。形成有层间绝缘膜8，以使它包围氧化膜6、7，栅极11以及漏极多晶硅电极18。在接触用扩散区19、源极扩散区5以及漏极扩散区4上，分别依次连接有金属电极12、13以及14。金属电极12是用来连接作为主体的P型半导体衬底1的主体用金属电极，金属电极13是用来接触源极扩散区5的源极用金属电极，金属电极14是用来接触漏极扩散区4的漏极用金属电极。在金属电极12、13、14以及层间绝缘膜8上形成有表面保护膜9，在其上面又形成有密封用树脂10。在图12所示的绝缘栅型晶体管中，源极用金属电极13、主体用金属电极12以及低浓度P型埋入扩散区3均被给予GND电位，并且漏极用金属电极14被给予正的高电位，在栅极11上被施加控制电压。一给予栅极11阈值以上的正电位(控制电压)，栅极11正下方的半导体衬底1的表面附近就从P型反转到N型，由此产生所谓的沟道区，绝缘栅型晶体管就导通了。此时导通电流从漏极扩散区4经由漏极偏置扩散区2、和半导体衬底1表面的沟道区流到源极扩散区5。反之，如给予栅极11小于阈值的电压，则沟道区变小，绝缘栅型晶体管变为非导通。补充一下，在本说明书中，将晶体管保持非导通状态定义为耐压，将在高偏压(例如100V以上)下保持非导通状态定义为高耐压。另外，晶体管在导通状态下的源极·漏极之间的电阻值定义为导通电阻。下面，参照一下图13。图13显示在常温时给图12所示的高耐压半导体器件(绝缘栅型晶体管)施加高电压(600V)时的电位分布情况，用虚线表示每个电位的等电位线。补充一下，按照本案专利技术人所进行的模拟试验结果显示该电位分布(等电位线)。图13所示的电位分布情况是给P型半导体衬底1、P型低浓度埋入扩散区3以及N型源极扩散区5施加0(V)，给栅极11施加0(V)，给N型漏极扩散区4施加600(V)的情况，以虚线显示此时的等电位线。在附图所示的高耐压半导体器件，有效利用了使漏极偏置扩散区2内完全耗尽化来确保初始耐压的所谓再冲浪(resurf)技术。下面说明其原理。在该高耐压半导体器件工作时，一般将半导体衬底1及源极扩散层5为0(V)，给金属电极14工作所必要的漏极电压。如将其漏极电压从0(V)逐渐提高，在漏极电压较低时，由P型半导体衬底1和N型漏极偏置扩散区2的PN结所发生的耗尽层延展到半导体衬底1内和漏极偏置扩散区2内，同时由P型低浓度埋入扩散区3和漏极偏置扩散区2的PN结所发生的耗尽层，也延展到低浓度埋入扩散区3内和漏极偏置扩散区2内。在图13中，低浓度埋入扩散区3往高度方向的浓度分布为中心部浓度高，随着从中心部向上下方向浓度变低。因此，低浓度埋入扩散区3内的往高度方向的电位，其中心部较低分布。另外，低浓度埋入扩散区3内的源极侧的那一部分被设定为0(V)，且使它延展到漏极侧设置，低浓度埋入扩散区3内的宽度方向的电位分布从源极向漏极方向变高。因此，如图13所示，低浓度埋入扩散区3内的等电位线成为往漏极侧的凸形状。其次，使漏极电压上升，就从半导体衬底1和漏极偏置扩散区2的PN结延伸的耗尽层，连接从低浓度埋入扩散区3和漏极偏置扩散区2的PN结延伸的耗尽层。再使电压上升，漏极偏置扩散区2内就除漏极扩散区4附近外都耗尽化。再使电压上升，漏极偏置扩散区2内几乎都耗尽化。也就是说，通过使漏极偏置扩散区2内耗尽化，能缓和漏极偏置扩散区2内的电场集中而能获得高耐压特性。在此结构下，低浓度埋入扩散区3具有促进漏极偏置扩散区2耗尽化的功能。因此，与没有低浓度埋入扩散区3的场合相比，即使高设定漏极偏置扩散区2的杂质浓度，在较低的漏极电压下获得漏极偏置扩散区2的耗尽化，结果漏极偏置扩散区2内的电场缓和，故能确保高耐压特性。并且，与没有低浓度埋入扩散区3的场合相比，当保持相同的高耐压特性时，可提高漏极偏置扩散区2的杂质浓度，故能减低绝缘栅型晶体管的导通电阻。在图13所示的结构下，漏极偏置扩散区2，除漏极扩散区4附近外都耗尽化了，故漏极偏置扩散区2内的等电位线分布得很均匀。特别在表面附近，对水平方向大约垂直分布。下面，在图14中显示晶体管在导通状态下的电流路线。从漏极电极14流入的电流，流到漏极扩散区4后，流在漏极偏置扩散区2内。流在漏极偏置扩散区2内的电流，以埋入在漏极偏置扩散区2内的低浓度埋入扩散区3为界分流为上层部和下层部，然后又汇合在一起，之后经过形成在半导体衬底1表面的栅极11正下方的沟道区流到源极扩散区5内。然后，漏极偏置扩散区2内的上层，其杂质浓度比下层高，比电阻比下层小，故电流大部分流在上层部。因此，可以说，流在杂质浓度较高的上层部的电流的电流量就是使绝缘栅型晶体管的导通电阻(导通时的源极·漏极间电阻)成为低的关键。但是，如果将500(V)以上的高电压，例如600(V)加给漏极用金属电极14，在周围温度150℃的高温状态下使上述已往的高耐压半导体器件工作，则有导通电阻(晶体管导通时的源极·漏极间的电阻)就变增加的现象。该现象能用高温偏压试验这种寿命试验来再现，如增大加给漏极用金属电极14的电压，则其导通电阻变化程度增加，反之减少加给漏极用金属电极14的电压，则其导通电阻变化程度减少。关于高温偏压试验中导通电阻变化程度的机理尚未揭开，仍不过停留在推论的水平上。于是，可推论如下。一般来说，半导体芯片被密封用树脂密封，不让水分浸透到树脂封装内。但在作为一般密封用树脂的酚醛环氧树脂中，含有0.9％～1.6％的羟基OH，若该羟基OH在高温时活性化，一般认为是绝缘物的密封用树脂10变成半绝缘状态(在高电阻下导通的状态)。一般高耐压半导体器件用密封用树脂10成型半导体芯片，多个外部端子(未示)和半导体芯片上的多个衬片(未示)之间分别用金属线(未示)连接。这些金属线分别被印加接地电位0(V)、电源电压600(V)、以及控制信号，所以如果密封用树脂10因为上述理由变成半绝缘状态，则可推测将600(V)和0(V)之间的中间电位给予了表面保护膜9的表面。它取决于半导体芯片的布置，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐压半导体器件，其中包括： 第一导电型的半导体层； 形成在上述第一导电型的半导体层内的第二导电型的漏极偏置（ｏｆｆ ｓｅｔ）扩散区； 从上述漏极偏置扩散区隔离开并且形成在上述第一导电型半导体层内的第二导电型的源极扩散区； 形成在上述漏极偏置扩散区内的第二导电型的漏极扩散区； 埋入在上述漏极偏置扩散区内，且至少其一部分与上述第一导电型半导体层电气连接的第一导电型埋入扩散区； 形成在上述第一导电型半导体层中，位于上述源极扩散区和上述漏极偏置扩散区之间的那一部分上的栅极绝缘膜； 形成在上述栅极绝缘膜上的栅极； 形成在上述漏极偏置扩散区上的场绝缘膜； 至少一个在上述场绝缘膜上以电浮动状态形成的板式电极； 形成在上述场绝缘膜以及上述至少一个板式电极上的层间绝缘膜； 形成在位于上述至少一个板式电极上的上述层间绝缘膜上，且其一部分与上述漏极扩散区电气连接，且与上述至少一个板式电极电容耦合的金属电极。

【技术特征摘要】
JP 2001-3-22 2001-0823571.一种高耐压半导体器件，其中包括第一导电型的半导体层；形成在上述第一导电型的半导体层内的第二导电型的漏极偏置(offset)扩散区；从上述漏极偏置扩散区隔离开并且形成在上述第一导电型半导体层内的第二导电型的源极扩散区；形成在上述漏极偏置扩散区内的第二导电型的漏极扩散区；埋入在上述漏极偏置扩散区内，且至少其一部分与上述第一导电型半导体层电气连接的第一导电型埋入扩散区；形成在上述第一导电型半导体层中，位于上述源极扩散区和上述漏极偏置扩散区之间的那一部分上的栅极绝缘膜；形成在上述栅极绝缘膜上的栅极；形成在上述漏极偏置扩散区上的场绝缘膜；至少一个在上述场绝缘膜上以电浮动状态形成的板式电极；形成在上述场绝缘膜以及上述至少一个板式电极上的层间绝缘膜；形成在位于上述至少一个板式电极上的上述层间绝缘膜上，且其一部分与上述漏极扩散区电气连接，且与上述至少一个板式电极电容耦合的金属电极。2.根据权利要求第1项所述的高耐压半导体器件，其中上述漏极扩散区形成于上述漏极偏置扩散区的中央部，且从上述半导体层法线方向看上去是近似圆形的形状；上述源极扩散区，隔着上述外周一定的距离形成在上述半导体层内，以使它包围上述漏极偏置扩散区的外周；上述埋入扩散区，被埋入在上述漏极偏置扩散区内，包围上述漏极扩散区的上述近似圆形的外周。3.根据权利要求第2项所述的高耐压半导体器件，其中上述至少一个板式电极是，多个以上述漏极扩散区为中心分别形成为同心...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田正明，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]