[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件以及该半导体器件的制造方法。具体地，本发明还涉及具有部分SOI(绝缘体上硅)结构的半导体器件以及具有部分SOI结构的半导体器件的制造方法。

背景技术

为了提高汽车中的燃料消耗的性能并净化汽车的废气，已用电子方法进行发动机控制并且电子发动机控制技术已有进步。点火器是将电能通过点火线圈供给火花塞的火花塞控制器。IGBT(绝缘栅双极晶体管)用于点火系统的开关装置。IGBT是有优势的，因为用于驱动IGBT的驱动电路构造简单，IGBT对相反的电池连接表现出极好的保护性能，且IGBT的SOA较宽。

为了获得高可靠性和高性能，集成了控制电路、过热检测功能和电流控制功能的单片智能IGBT已被投入市场。图59是采用IGBT的标准点火系统的电路框图。对于图59所示的电路构造，采用表现出极好的成本性能的自分离(self-separation)工艺，以将IGBT 101、控制IC 102、冲击电压保护二极管103、电阻器104和箝位(clump)二极管105集成到一个芯片上。在图59中，还示出了点火线圈106和火花塞107。

图60是示出图59的控制IC 102中的IGBT 101和NMOS晶体管的集成结构的横截面图。形成低压横向NMOS晶体管101，使得NMOS晶体管110包括在n^-型漂移层113的表面部分中的p^-型阱区118。低压横向NMOS晶体管110的源电极125b电连接到IGBT 101的栅电极121a，并电连接到与点火系统中的控制IC 102连接的输入端子108。如果将负输入信号提供给智能IGBT的栅极端子，则图61中所示的寄生晶闸管被激活，从而会破坏智能IGBT。

图61是示意性示出与低压横向NMOS晶体管110相关联的寄生晶闸管的横截面图。寄生晶闸管通过PNP晶体管和NPN晶体管的晶闸管连接来形成。PNP晶体管包括由p⁺型集电层111形成的发射区、由n⁺型缓冲层112和n^-型漂移层113形成的基区以及由p^-型阱区118形成的集电区。NPN晶体管包括由低压横向NMOS晶体管110的n⁺型源区123形成的发射区、由p^-型阱区118形成的基区以及由n⁺型缓冲层112和n^-型漂移层113形成的集电区。

因为当负输入信号被输入到IGBT 101的栅极端子(G)时由n⁺型源区123和p^-型阱区118形成的PN二极管被正向偏置，所以寄生晶闸管被激活。为了防止寄生晶闸管起作用，必须在输入端子108和IGBT 101的栅极端子(G)之间应用由齐纳二极管121和电阻器122形成的保护网，并将保护网连接到低压横向NMOS晶体管110的n⁺型源区123和p^-型阱区118。为了确保对于保护网络的高静电放电(ESD)承受能力，必须将齐纳二极管121的PN结宽度设置成介于几毫米至几十毫米之间，从而导致大的芯片面积。

如果将IGBT 101、控制IC 102、冲击电压保护二极管103、电阻器104和箝位二极管105集成在一个芯片(参看，图59)上的智能IGBT是通过SOI工艺来制造的，则器件中产生的热几乎不能消散，这引起了问题。器件中产生的热几乎不能消散，因为埋置在芯片中的SiO2层的热阻率比硅的热阻率高约100倍。此外，因为在SOI上制造的ESD保护器件比体晶片上制造的保护器件脆弱，所以不适合将SOI晶片上制造的智能IGBT用于汽车应用。因为SOI晶片比普通的体晶片贵5至6倍，所以还没有实现消费应用中的广泛采用。

具有包括氧化物膜且这一绝缘层局部埋置在器件中的结构(部分SOI结构)的绝缘栅功率半导体器件的类型对于本领域的技术人员是已知的(参看以下专利文献1和专利文献2)。图62是等价于专利文献1中公开的半导体器件的半导体器件的横截面图。现在参考图62，氧化物膜115局部地埋置在器件表面中的n^-型漂移层113和n型半导体层117之间。n型半导体层117和n^-型漂移层113在其中不存在氧化物膜115的区域中互相接触。