[发明专利]半导体器件及制造其的方法有效

专利信息
申请号: 201280005804.X 申请日: 2012-03-15
公开(公告)号: CN103329268A 公开(公告)日: 2013-09-25
发明(设计)人: 丰田善昭 申请(专利权)人: 富士电机株式会社
主分类号: H01L27/088 分类号: H01L27/088;H01L21/8234;H01L29/06;H01L29/739;H01L29/78
代理公司: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 张鑫
地址: 日本神*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 半导体器件 制造 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及称为复杂半导体器件(诸如具有高击穿电压的沟槽栅极类型功率IC)的半导体器件及制造其的方法,其中该复杂半导体器件中垂直沟槽MOS栅极类型半导体元件和用于保护和控制的半导体元件被形成于同一半导体衬底上。

背景技术

已提出垂直沟槽MOS栅极类型半导体元件,其中栅极区被设置在沟槽中以便减小具有小面积的MOS类型半导体元件的电阻。图3是例示一般垂直沟槽栅极MOS类型半导体元件及其结边缘终止区的主要部分的横截面视图。在图3中例示的半导体元件中,结边缘终止区69的击穿电压必须高于活跃区的击穿电压,以使得由雪崩击穿导致的电流流入活跃区68。

因此,具有比p型基极区55的浓度低的浓度的p-扩散区54被设置在结边缘终止区69中。由此,当施加截止电压时,耗尽层很可能从活跃区68延伸至结边缘终止区69。因此,结边缘终止区区域69的最大场强被充分减小且结边缘终止区69的击穿电压增加。结果,沟槽栅极MOS类型半导体元件的整体击穿电压由p型基极区结或归因于沟槽栅极的底部的电场浓度的击穿来决定。

此外,已提出被称为带有保护功能的绝缘栅极半导体器件的复杂半导体器件(其中图2的横截面视图中例示的用于保护的横向半导体元件被形成于同一半导体衬底上),以便以低成本来改进图3中所例示的用作输出级元件的沟槽栅极MOS类型半导体元件的击穿电压可靠性或击穿电阻(专利文献1)。

图2是例示用于控制的一般横向平面MOS类型半导体元件的横截面视图。图2中所例示的保护性半导体元件包括横向n沟道MOSFET,该横向n沟道MOSFET被设置在被阱结40分隔开的p-阱扩散区35中。

在图2和3中所例示的半导体元件的复杂半导体器件中,包括n+衬底(对应于图2中的附图标记32以及图3中的附图标记52)和设置在该n+衬底上的n-外延层(对应于图2中的附图标记33和图3中的附图标记53)的公共半导体衬底包括保护性横向半导体元件和垂直MOSFET(MOS场效应晶体管)的活跃区(对应于图2中的附图标记48以及图3中的附图标记68)以及围绕这些活跃区的结边缘终止区(对应于图2中的附图标记49以及图3中的附图标记69)。

在复杂半导体设备中,施加到为输出级元件的垂直MOSFET的截止电压被同时施加到输出级元件和图2中所例示的保护性半导体元件的阱结40。因此,图3中所例示的垂直MOSFET的活跃区68和图2中所例示的保护性半导体元件的阱结40(即,p-阱扩散区35与n-外延层33)两者必须具有用于截止电压的有效击穿电压。

在图2中所例示的保护性半导体元件中,横向n沟道MOSFET被形成于由阱结40分隔开的阱扩散区中。阱结40的击穿电压是例如50V。此外,在以下描述中,出于方便起见,50V或更小的击穿电压被称为低击穿电压,而高于50V的击穿电压被称为高击穿电压。

图2中例示的保护性半导体元件的活跃区48包括栅极氧化层37、栅极电极36、漏极区域38a、源极区域38b、形成p-阱扩散区35的一部分的p型基极区和基极接触区39、以及与每个区的表面形成接触的漏极电极12、源极电极13、和基极电极14。另外,结边缘终止区49包括LOCOS氧化层41以便防止阱结40的击穿电压的减小。

另一方面,图3中所例示的垂直沟槽MOS栅极类型半导体元件部分包括连接至n+源极区58的源极电极65,p型基极区55、以及设置在半导体衬底的主表面上的p+接触区60,和在背侧在漏极区中与n+衬底52形成接触的漏极电极51。栅极电极56通过在沟槽中填充多晶硅来形成(其间插入有栅极氧化层57),并且通过栅极电极线(未示出)被连接至衬底的表面上的栅极电极焊点。包括例如p型基极区55、栅极电极56、栅极氧化层57、n+源极区58、以及具有高杂质浓度的p+接触区的结构被称为沟槽MOS栅极结构。

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