半导体装置及其制造方法_4

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]作为凸函数的例子,也可以利用2次函数或Xn+1 = a Xn+ β ( α , β为任意值)这样的数列。另外,为了使终端构造32的P型杂质区域2的杂质浓度在宏观观察时成为凸函数,以使注入掩模20的开口率朝向终端构造32的外侧成为凸函数的方式配置开口部12即可。
[0100](实施方式3)
[0101]在实施方式1、2中,将设置于注入掩模20中的注入窗(开口部12)的尺寸设为固定,但是,通过控制注入窗的尺寸,也能够使P型杂质区域2在宏观观察时的杂质浓度变化。
[0102]图19是表示实施方式3所涉及的半导体装置的终端构造的结构的剖面图。在本实施方式中,利用使注入窗的尺寸从耐压保持区域11的内侧朝向外侧变小的注入掩模20形成终端构造32的P型杂质区域2。
[0103]在图20中示出该情况下的终端构造32的P型杂质区域2的剂量分布。实线表示微观观察时的剂量,虚线表示宏观观察时的剂量。在本实施方式中,宏观观察时的剂量也朝向终端构造32的外侧逐渐减小。在微观观察时,剂量较高的区域和较低的区域交替地配置。因此,与实施方式I相同地,相对于晶片工艺的波动能够得到稳定的反向耐压。
[0104]注入掩模20的图案为任意即可,不论是何种图案,都能够得到一定的效果。在这里,也利用图16对注入窗的配置例进行说明。
[0105]另外,例如,即使将注入窗的尺寸(Sn)设为固定,将朝向终端构造32的宽度方向的注入窗间隔(Dn)设为固定,将终端构造32的周向的注入窗间隔(Wn)设为朝向外侧连续地或阶段性地变小,也得到在宏观观察时与上述相同的杂质浓度分布。
[0106]例如,通过将注入窗的尺寸(Sn)设为从终端构造32的内侧朝向外侧阶段性地或连续地减小,将朝向终端构造32的宽度方向的注入窗间隔(Dn)设为固定,并将终端构造32的周向的注入窗间隔(Wn)设为固定,能够使宏观观察时P型杂质区域2的杂质浓度(剂量)从终端构造32的内周部朝向外周部逐渐减小。
[0107]另外,例如,即使将注入窗的尺寸(Sn)设为从终端构造32的内侧朝向外侧阶段性地或连续地减小,将朝向终端构造32的宽度方向的注入窗间隔(Dn)设为朝向外侧连续地或阶段性地扩展,并将终端构造32的周向的注入窗间隔(Wn)设为固定,也得到在宏观观察时与上述相同的杂质浓度分布。
[0108]另外,即使将注入窗的尺寸(Sn)设为从终端构造32的内侧朝向外侧阶段性地或连续地减小,将朝向终端构造32的宽度方向的注入窗间隔(Dn)设为固定,并将终端构造32的周向的注入窗间隔(Wn)设为朝向外侧连续地或阶段性地扩展,也得到在宏观观察时与上述相同的杂质浓度分布。
[0109]进一步地,即使将注入窗的尺寸(Sn)设为从终端构造32的内侧朝向外侧阶段性地或连续地减小,将朝向终端构造32的宽度方向的注入窗间隔(Dn)设为朝向外侧连续地或阶段性地扩展,并且,将终端构造32的周向的注入窗间隔(Wn)设为朝向外侧连续地或阶段性地扩展,也是相同的。
[0110]另外,也可以通过相对于第η列的注入窗的位置,使与其相邻的第η+1列的注入窗的位置在终端构造32的周向上错开Wn/2,从而如图16所示地交错配置注入窗。在该情况下,能够在耐压保持区域11中,使得P型杂质区域2的杂质的浓淡一致,能够使电场强度较高的部位二维地分散。由此,能够进一步降低耐压保持区域11中的最大电场强度,能够得到更稳定的反向耐压。
[0111]注入窗的尺寸与离子注入及热扩散后的半导体衬底30表面的P型杂质浓度存在依赖性。通过使注入窗的尺寸形成为朝向终端构造32的外侧减小,从而能够控制半导体衬底30的表面部处的P型杂质浓度,能够期待得到更显著的效果。
[0112]此外,优选使注入窗的尺寸(Sn)在一定程度上较小,但是,半导体衬底30表面的P型杂质浓度还能够利用终端构造32的周向上的注入窗间隔(Wn)、终端构造32的宽度方向的注入窗间隔(Dn)、离子注入量、以及热处理的条件等进行调整。
[0113](实施方式4)
[0114]在实施方式I?3中,通过I次离子注入而形成终端构造32的P型杂质区域2,但是,也可以通过在不同的加速电压下进行多次离子注入而形成。
[0115]图21是表示实施方式4所涉及的半导体装置的终端构造32的结构的剖面图。在本实施方式中,通过利用越是终端构造32的外侧开口率变得越小的注入掩模20,进行在低加速电压下注入高剂量的P型杂质的第I离子注入、以及在高加速电压下注入低剂量的P型杂质的第2离子注入,然后进行热处理,从而形成由低浓度区域2a以及高浓度区域2b、2c构成的P型杂质区域2。
[0116]在本实施方式中,宏观观察时的剂量也朝向终端构造32的外侧逐渐减小。在微观观察时,剂量较高的区域和较低的区域交替地配置。因此,与实施方式I相同地,相对于晶片工艺的波动能够得到稳定的反向耐压。
[0117]另外,由于通过在高加速电压下进行低剂量的第2离子注入,在热处理之前形成与低浓度区域2a相当的部分,因此与实施方式I相比,能够使热处理在低温下或短时间内完成,能够提尚生广率。
[0118]进一步地,由于通过第2离子注入能够使低浓度区域2a较深地形成,因此在将低浓度区域2a设为与实施方式I?3相同的深度的情况下,其横向上的展宽变小。由此,终端构造32的宽度方向或周向上的P型杂质区域2的杂质浓度曲线的控制变得更容易,能够使相对于晶片工艺的波动的余量更大。
[0119]此外,对于杂质浓度不同的多个P型杂质区域2,也可以利用使用各个单独的注入掩模实施的多次离子注入而形成。另外,通过利用由抗蚀剂构成的掩模,利用隔着该掩模的离子注入局部地形成P型杂质区域2,也能够集中形成杂质浓度不同的多个P型杂质区域
2。或者,利用多个注入掩模,局部地进行多次离子注入,由此也能够形成杂质浓度不同的多个P型杂质区域。
[0120]另外,在进行对终端构造32的内侧的激活区(IGBT 31的形成区域)形成P型杂质区域的离子注入的同时,还可以形成终端构造32的P型杂质区域2,由此,半导体装置的制造工序被简化。
[0121](实施方式5)
[0122]在实施方式5中示出本发明所涉及的终端构造32的结构的变形例。
[0123]例如,如图22所示,也可以使发射极电极6的一部分隔着硅氧化膜16伸出至终端构造32上,由此使发射极电极6作为场板起作用。由此,能够进一步抑制终端构造32处的电场集中。作为场板的发射极电极6也可以如图22所示伸出至耐压保持区域11的上部。
[0124]另外,如图23所示,也可以在终端构造32的外周部上形成与N型沟道截断区域3连接的沟道截断环电极9。沟道截断环电极9以抑制耗尽层朝向终端构造32的宽度方向的扩展的方式起作用,能够以较小的面积防止穿通。
[0125]另外,如图24所示,也可以设置:多个浮置场板17,它们在耐压保持区域11上隔着硅氧化膜16而配置,与发射极电极6分离;以及沟道截断环电极9,其形成于耐压保持区域11的外周部上,并与N型沟道截断区域3连接。通过设置多个浮置场板17及沟道截断环电极9,由此耐压保持区域11处的电位分担的比例增加,能够进一步抑制终端构造32中的电场集中。此外,N型沟道截断区域3也可以省略。
[0126]本发明的应用并不限定于IGBT的终端构造,也可以应用于IGBT以外的半导体元件,例如二极管或MOS晶体管等的终端构造。
[0127]例如,图25是应用于沟槽IGBT型的半导体元件的外周构造的例子。在N型沟道截断区域3中形成有与沟道截断环电极9电连接的导电体的沟槽埋入层22、以及在沟槽埋入层22表面形成的绝缘膜21。即,在沟道截断环电极9和沟槽埋入层22之间插有绝缘膜21。如图25所示,沟槽埋入层22贯穿N型沟道截断区域3,向N型漂移区域I内凸出。
[0128]图26是应用于具有N型载流子累积层的半导体元件的终端构造32的例子。以包围N型沟道截断区域3的方式,形成N型载流子累积层23及P型杂质区域24。S卩,在终端构造32中的N型漂移区域I的上表面部形成有P型杂质区域24,在P型杂质区域24内的上表面部形成有N型载流子累积层23,在N型载流子累积层23内的上表面部形成N型沟道截断区域3。
[0129]另外,在将本发明应用于沟槽IGBT 31型的具有N型载流子累积层的半导体元件的终端构造的情况下,也可以在图26的结构中设置如图25所示的沟道截断环电极9、绝缘膜21及沟槽埋入层22。
[0130]图27是将本发明应用于具有二极管和N型MOSFET的元件构造的终端区域的例子。在半导体衬底30的下表面部,取代图2的结构的N型缓冲区域4及P型集电极区域5而形成有N型漏极(阴极)区域25。
[0131]在以上的说明中,在终端构造32的内周部设置有曲率缓和区域10,但是,也可以如图28所示省略曲率缓和区域10,而成为耐压保持区域11的P型杂质区域2与半导体元件的最外周的P型杂质区域(P阱)26连接的结构。在该情况下,通过使耐压保持区域11的P型杂质区域2的宏观观察时的杂质浓度(剂量)朝向终端构造32的外侧逐渐减小,并
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