專(zhuān)利名稱(chēng)：高耐壓半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高耐壓半導(dǎo)體器件。


圖12所示的絕緣柵型晶體管包括P型半導(dǎo)體襯底1，形成在半導(dǎo)體襯底1內(nèi)的包括低濃度N型雜質(zhì)的漏極偏置(off set)擴(kuò)散區(qū)2，埋入在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的包括P型雜質(zhì)的低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3，位于漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的包括高濃度N型雜質(zhì)的漏極擴(kuò)散區(qū)4，形成在半導(dǎo)體襯底1內(nèi)的包括高濃度N型雜質(zhì)的源極擴(kuò)散區(qū)5，以及包括高濃度P型雜質(zhì)的接觸用擴(kuò)散區(qū)19。低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3，具有給漏極印加高電壓時(shí)促進(jìn)漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的耗盡化的功能。補(bǔ)充一下，低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3的一部分與半導(dǎo)體襯底1連接著，未示。在半導(dǎo)體襯底1內(nèi)，形成有包括P型雜質(zhì)的穿通防止用擴(kuò)散區(qū)20，以使它包圍源極擴(kuò)散區(qū)5和接觸用擴(kuò)散區(qū)19。穿通防止用擴(kuò)散區(qū)20，提高作為MOS晶體管的活性區(qū)域的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2和源極擴(kuò)散區(qū)5之間的P型雜質(zhì)濃度，以便防止發(fā)生在那個(gè)地方的穿通現(xiàn)象。
在半導(dǎo)體襯底1上，形成有膜厚度很薄的柵極氧化膜6，和膜厚度很厚的氧化膜(場(chǎng)氧化膜)7，氧化膜6、7中的位于漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2和源極擴(kuò)散區(qū)5之間的上面的那一部分上，設(shè)置有由多晶硅形成的柵極11。補(bǔ)充一下，氧化膜6、7中的位于漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2和漏極擴(kuò)散區(qū)4之間的上面的那一部分上，形成有漏極多晶硅電極18。形成有層間絕緣膜8，以使它包圍氧化膜6、7，柵極11以及漏極多晶硅電極18。
在接觸用擴(kuò)散區(qū)19、源極擴(kuò)散區(qū)5以及漏極擴(kuò)散區(qū)4上，分別依次連接有金屬電極12、13以及14。金屬電極12是用來(lái)連接作為主體的P型半導(dǎo)體襯底1的主體用金屬電極，金屬電極13是用來(lái)接觸源極擴(kuò)散區(qū)5的源極用金屬電極，金屬電極14是用來(lái)接觸漏極擴(kuò)散區(qū)4的漏極用金屬電極。在金屬電極12、13、14以及層間絕緣膜8上形成有表面保護(hù)膜9，在其上面又形成有密封用樹(shù)脂10。
在圖12所示的絕緣柵型晶體管中，源極用金屬電極13、主體用金屬電極12以及低濃度P型埋入擴(kuò)散區(qū)3均被給予GND電位，并且漏極用金屬電極14被給予正的高電位，在柵極11上被施加控制電壓。一給予柵極11閾值以上的正電位(控制電壓)，柵極11正下方的半導(dǎo)體襯底1的表面附近就從P型反轉(zhuǎn)到N型，由此產(chǎn)生所謂的溝道區(qū)，絕緣柵型晶體管就導(dǎo)通了。此時(shí)導(dǎo)通電流從漏極擴(kuò)散區(qū)4經(jīng)由漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2、和半導(dǎo)體襯底1表面的溝道區(qū)流到源極擴(kuò)散區(qū)5。反之，如給予柵極11小于閾值的電壓，則溝道區(qū)變小，絕緣柵型晶體管變?yōu)榉菍?dǎo)通。
補(bǔ)充一下，在本說(shuō)明書(shū)中，將晶體管保持非導(dǎo)通狀態(tài)定義為耐壓，將在高偏壓(例如100V以上)下保持非導(dǎo)通狀態(tài)定義為高耐壓。另外，晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)下的源極·漏極之間的電阻值定義為導(dǎo)通電阻。
下面，參照一下圖13。圖13顯示在常溫時(shí)給圖12所示的高耐壓半導(dǎo)體器件(絕緣柵型晶體管)施加高電壓(600V)時(shí)的電位分布情況，用虛線(xiàn)表示每個(gè)電位的等電位線(xiàn)。補(bǔ)充一下，按照本案發(fā)明人所進(jìn)行的模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示該電位分布(等電位線(xiàn))。
圖13所示的電位分布情況是給P型半導(dǎo)體襯底1、P型低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3以及N型源極擴(kuò)散區(qū)5施加0(V)，給柵極11施加0(V)，給N型漏極擴(kuò)散區(qū)4施加600(V)的情況，以虛線(xiàn)顯示此時(shí)的等電位線(xiàn)。
在附圖所示的高耐壓半導(dǎo)體器件，有效利用了使漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)完全耗盡化來(lái)確保初始耐壓的所謂再?zèng)_浪(resurf)技術(shù)。下面說(shuō)明其原理。
在該高耐壓半導(dǎo)體器件工作時(shí)，一般將半導(dǎo)體襯底1及源極擴(kuò)散層5為0(V)，給金屬電極14工作所必要的漏極電壓。如將其漏極電壓從0(V)逐漸提高，在漏極電壓較低時(shí)，由P型半導(dǎo)體襯底1和N型漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的PN結(jié)所發(fā)生的耗盡層延展到半導(dǎo)體襯底1內(nèi)和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)，同時(shí)由P型低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的PN結(jié)所發(fā)生的耗盡層，也延展到低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3內(nèi)和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)。在圖13中，低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3往高度方向的濃度分布為中心部濃度高，隨著從中心部向上下方向濃度變低。因此，低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3內(nèi)的往高度方向的電位，其中心部較低分布。
另外，低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3內(nèi)的源極側(cè)的那一部分被設(shè)定為0(V)，且使它延展到漏極側(cè)設(shè)置，低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3內(nèi)的寬度方向的電位分布從源極向漏極方向變高。因此，如圖13所示，低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3內(nèi)的等電位線(xiàn)成為往漏極側(cè)的凸形狀。
其次，使漏極電壓上升，就從半導(dǎo)體襯底1和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的PN結(jié)延伸的耗盡層，連接從低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的PN結(jié)延伸的耗盡層。再使電壓上升，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)就除漏極擴(kuò)散區(qū)4附近外都耗盡化。再使電壓上升，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)幾乎都耗盡化。也就是說(shuō)，通過(guò)使漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)耗盡化，能緩和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的電場(chǎng)集中而能獲得高耐壓特性。在此結(jié)構(gòu)下，低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3具有促進(jìn)漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2耗盡化的功能。因此，與沒(méi)有低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3的場(chǎng)合相比，即使高設(shè)定漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的雜質(zhì)濃度，在較低的漏極電壓下獲得漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的耗盡化，結(jié)果漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的電場(chǎng)緩和，故能確保高耐壓特性。并且，與沒(méi)有低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3的場(chǎng)合相比，當(dāng)保持相同的高耐壓特性時(shí)，可提高漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的雜質(zhì)濃度，故能減低絕緣柵型晶體管的導(dǎo)通電阻。
在圖13所示的結(jié)構(gòu)下，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2，除漏極擴(kuò)散區(qū)4附近外都耗盡化了，故漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的等電位線(xiàn)分布得很均勻。特別在表面附近，對(duì)水平方向大約垂直分布。
下面，在圖14中顯示晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)下的電流路線(xiàn)。從漏極電極14流入的電流，流到漏極擴(kuò)散區(qū)4后，流在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)。流在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的電流，以埋入在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3為界分流為上層部和下層部，然后又匯合在一起，之后經(jīng)過(guò)形成在半導(dǎo)體襯底1表面的柵極11正下方的溝道區(qū)流到源極擴(kuò)散區(qū)5內(nèi)。然后，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的上層，其雜質(zhì)濃度比下層高，比電阻比下層小，故電流大部分流在上層部。因此，可以說(shuō)，流在雜質(zhì)濃度較高的上層部的電流的電流量就是使絕緣柵型晶體管的導(dǎo)通電阻(導(dǎo)通時(shí)的源極·漏極間電阻)成為低的關(guān)鍵。
但是，如果將500(V)以上的高電壓，例如600(V)加給漏極用金屬電極14，在周?chē)鷾囟?50℃的高溫狀態(tài)下使上述已往的高耐壓半導(dǎo)體器件工作，則有導(dǎo)通電阻(晶體管導(dǎo)通時(shí)的源極·漏極間的電阻)就變?cè)黾拥默F(xiàn)象。該現(xiàn)象能用高溫偏壓試驗(yàn)這種壽命試驗(yàn)來(lái)再現(xiàn)，如增大加給漏極用金屬電極14的電壓，則其導(dǎo)通電阻變化程度增加，反之減少加給漏極用金屬電極14的電壓，則其導(dǎo)通電阻變化程度減少。
關(guān)于高溫偏壓試驗(yàn)中導(dǎo)通電阻變化程度的機(jī)理尚未揭開(kāi)，仍不過(guò)停留在推論的水平上。于是，可推論如下。
一般來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體芯片被密封用樹(shù)脂密封，不讓水分浸透到樹(shù)脂封裝內(nèi)。但在作為一般密封用樹(shù)脂的酚醛環(huán)氧樹(shù)脂中，含有0.9％～1.6％的羥基OH，若該羥基OH在高溫時(shí)活性化，一般認(rèn)為是絕緣物的密封用樹(shù)脂10變成半絕緣狀態(tài)(在高電阻下導(dǎo)通的狀態(tài))。
一般高耐壓半導(dǎo)體器件用密封用樹(shù)脂10成型半導(dǎo)體芯片，多個(gè)外部端子(未示)和半導(dǎo)體芯片上的多個(gè)襯片(未示)之間分別用金屬線(xiàn)(未示)連接。這些金屬線(xiàn)分別被印加接地電位0(V)、電源電壓600(V)、以及控制信號(hào)，所以如果密封用樹(shù)脂10因?yàn)樯鲜隼碛勺兂砂虢^緣狀態(tài)，則可推測(cè)將600(V)和0(V)之間的中間電位給予了表面保護(hù)膜9的表面。它取決于半導(dǎo)體芯片的布置，例如，當(dāng)在半導(dǎo)體芯片的絕緣柵型晶體管一側(cè)設(shè)有接地用襯片(未示)，而電源用襯片(未示)設(shè)在遠(yuǎn)離此處的位置上時(shí)，位于絕緣柵型晶體管上的密封用樹(shù)脂10會(huì)有100(V)的中間電位。結(jié)合這種情況考慮，本案發(fā)明人假定高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)半導(dǎo)體芯片上的表面保護(hù)膜9和密封用樹(shù)脂10之間的界面具有100(V)的電位，探討了在這種情況下的電位是怎樣分布的。
下面參照?qǐng)D15說(shuō)明高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)的電位分布。圖15是在與用圖14所作的說(shuō)明同樣的偏壓條件下，設(shè)想進(jìn)行處于高溫狀態(tài)的高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)的電位分布圖。在圖中用虛線(xiàn)表示等電位線(xiàn)。
如圖15所示，在高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)表面保護(hù)膜9和密封用樹(shù)脂10之間的界面的電位變?yōu)?00V，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2表面的等電位線(xiàn)中的100V以下的部分向源極側(cè)傾斜，大于100V的部分向漏極側(cè)傾斜。大于100V的等電位線(xiàn)向漏極側(cè)傾斜，意味著N型漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2表面和氧化膜7之間的界面，氧化膜7一側(cè)的電位對(duì)于N型漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2表面變?yōu)樨?fù)電位。
而且，有報(bào)告說(shuō)(日科技連出版社發(fā)行的著作《半導(dǎo)體設(shè)備的可靠性技術(shù)》)，在半導(dǎo)體區(qū)域和氧化膜的界面，若氧化膜一側(cè)在高溫環(huán)境中一變成負(fù)電位，該界面的Si-H、Si-OH等的鍵結(jié)就破壞，產(chǎn)生正的固定電荷。出現(xiàn)這種情況，在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2和氧化膜7的界面一產(chǎn)生正的固定電荷，在氧化膜7中也會(huì)產(chǎn)生負(fù)的可動(dòng)電荷。這樣一來(lái)，氧化膜7中負(fù)的可動(dòng)電荷伴隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)而被吸引到漏極用金屬電極14的正的高電位。在靠近氧化膜7中的漏極用金屬電極14的地方產(chǎn)生很多負(fù)電荷分布的區(qū)域。此時(shí)，移動(dòng)到氧化膜7中的靠近漏極用金屬電極14的負(fù)可動(dòng)電荷，因?yàn)檠趸?中的等電位線(xiàn)向漏極一側(cè)傾斜，所以分布在氧化膜7和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間的界面。產(chǎn)生了的負(fù)可動(dòng)電荷原來(lái)所在的地方，發(fā)生分布很多正的固定電荷的區(qū)域。
即因?yàn)樵诮咏O用金屬電極14的氧化膜7中的界面存在很多負(fù)電荷，所以漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的正的空穴被吸引過(guò)來(lái)，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的表面反轉(zhuǎn)為P型，成為P型反型層23。另一方面，在殘存正的固定電荷的區(qū)域，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2中的電子被吸引過(guò)來(lái)，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2中的電子密度局部變高，在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的表面附近產(chǎn)生N型存儲(chǔ)層24。這樣一來(lái)，可以認(rèn)為在在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的表面上形成了P型反型層23和N型存儲(chǔ)層24時(shí)，因P型反型層23的發(fā)生，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)上層的電流經(jīng)路就變窄，結(jié)果伴隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻的增加。
根據(jù)本發(fā)明的高耐壓半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層；形成在上述第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層內(nèi)的第二導(dǎo)電型的漏極偏置(off set)擴(kuò)散區(qū)；從上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)隔離開(kāi)并且形成在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層內(nèi)的第二導(dǎo)電型的源極擴(kuò)散區(qū)；形成在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)內(nèi)的第二導(dǎo)電型的漏極擴(kuò)散區(qū)；埋入在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，且至少其一部分與上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電氣連接的第一導(dǎo)電型埋入擴(kuò)散區(qū)；形成在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中，位于上述源極擴(kuò)散區(qū)和上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)之間的那一部分上的柵極絕緣膜；形成在上述柵極絕緣膜上的柵極；形成在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)上的場(chǎng)絕緣膜；至少一個(gè)在上述場(chǎng)絕緣膜上以電浮動(dòng)狀態(tài)形成的板式電極；形成在上述場(chǎng)絕緣膜以及上述至少一個(gè)板式電極上的層間絕緣膜；形成在位于上述至少一個(gè)板式電極上的上述層間絕緣膜上，且其一部分與上述漏極擴(kuò)散區(qū)電氣連接，且與上述至少一個(gè)板式電極電容耦合的金屬電極。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述漏極擴(kuò)散區(qū)形成于上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)的中央部，且從上述半導(dǎo)體層法線(xiàn)方向看上去是近似圓形的形狀；上述源極擴(kuò)散區(qū)，隔著上述外周一定的距離形成在上述半導(dǎo)體層內(nèi)，以使它包圍上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)的外周；上述埋入擴(kuò)散區(qū)，被埋入在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，包圍上述漏極擴(kuò)散區(qū)的上述近似圓形的外周。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述至少一個(gè)板式電極是，多個(gè)以上述漏極擴(kuò)散區(qū)為中心分別形成為同心圓的圓環(huán)狀的電極。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述金屬電極具有隔著上述層間絕緣膜位于上述圓形狀的多個(gè)電極上的多個(gè)圓環(huán)狀的金屬電極、和分別將上述多個(gè)圓環(huán)狀的金屬電極電氣連接起來(lái)的連接部，通過(guò)上述層間絕緣膜，每個(gè)上述多個(gè)圓環(huán)狀的電極和每個(gè)上述多個(gè)圓環(huán)狀的金屬電極電容耦合。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述金屬電極包括從上述半導(dǎo)體層的法線(xiàn)方向看上去，以上述漏極擴(kuò)散區(qū)為中心，覆蓋到上述圓環(huán)狀的多個(gè)電極中最靠近上述漏極擴(kuò)散區(qū)的圓環(huán)狀電極的外緣的部分。
在一個(gè)實(shí)施例中，位于至少上述一個(gè)板式電極上面的上述金屬電極的寬度，比該至少一個(gè)板式電極的寬度窄。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述金屬電極，從上述半導(dǎo)體層的法線(xiàn)方向看上去，在上述層間絕緣膜上具有穿過(guò)上述至少一個(gè)板式電極的一部分的延伸部分。
在一個(gè)實(shí)施例中，又具有在上述金屬電極以及上述層間絕緣膜上形成的表面保護(hù)膜，和在上述表面保護(hù)膜上形成的密封樹(shù)脂部。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述半導(dǎo)體層是半導(dǎo)體襯底。
在一個(gè)實(shí)施例中，在絕緣襯底上形成有上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
依照本發(fā)明，包括至少一個(gè)以電浮動(dòng)狀態(tài)形成在場(chǎng)絕緣膜上的板式電極，和與該至少一個(gè)板式電極電容耦合，且其一部分與漏極擴(kuò)散區(qū)電氣連接的金屬電極，故能抑制發(fā)生在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)和場(chǎng)絕緣膜之間的界面的正的固定電荷以及負(fù)的可動(dòng)電荷。結(jié)果，就能提供一種即使在高溫偏壓可靠性試驗(yàn)下導(dǎo)通電阻不變這樣的高可靠性高耐壓半導(dǎo)體器件。
圖1是模式化地表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例1的高耐壓半導(dǎo)體器件的剖面立體圖。
圖2是表示有關(guān)實(shí)施例1的高耐壓半導(dǎo)體器件的主要部位剖面構(gòu)造的主要部位剖視圖。
圖3是用以說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例1的高耐壓半導(dǎo)體器件的在常溫下的電位分布的剖視圖。
圖4是用以說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例1的高耐壓半導(dǎo)體器件的在高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)的電位分布的剖面圖。
圖5是表示有關(guān)實(shí)施例1的高耐壓半導(dǎo)體器件的改變例的剖視圖。
圖6是表示實(shí)施例1的高耐壓半導(dǎo)體器件的改變例的剖面圖。
圖7是表示實(shí)施例1的高耐壓半導(dǎo)體器件的改變例的剖面圖。
圖8是表示實(shí)施例2的高耐壓半導(dǎo)體器件的俯視圖。
圖9是表示實(shí)施例3的高耐壓半導(dǎo)體器件的剖面立體圖。
圖10是表示有關(guān)實(shí)施例3的高耐壓半導(dǎo)體器件的俯視圖。
圖11是表示有關(guān)實(shí)施例3的高耐壓半導(dǎo)體器件的改變例的俯視圖。
圖12是已往例子的高耐壓半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖13是為了說(shuō)明已往例子的在常溫下的電位分布的剖面圖。
圖14是為了說(shuō)明已往例子的高壓半導(dǎo)體器件的電流路線(xiàn)的剖面圖。
圖15是為了說(shuō)明已往例子的高耐壓半導(dǎo)體器件的高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)的耐壓劣化的剖視圖。
下面進(jìn)行符號(hào)說(shuō)明。
1-半導(dǎo)體襯底；2-漏極偏置擴(kuò)散區(qū)；3-低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)；4-漏極擴(kuò)散區(qū)；5-源極擴(kuò)散區(qū)；6-柵極氧化膜；7-厚氧化膜；8-層間絕緣膜；9-表面保護(hù)膜；10-密封用樹(shù)脂；11-柵極；12-主體用金屬電極；13-源極用金屬電極；13-1-源極·主體共用金屬電極；14-漏極用金屬電極；14-1、14-2、14-3-圓環(huán)狀金屬電極；14-4-金屬電極連接部；15a、16a、17a-板式電極；18-漏極多晶硅電極；19-接觸用擴(kuò)散區(qū)；20-穿通防止用擴(kuò)散區(qū)；21-漏極金屬用焊墊區(qū)；23-P型反型層；24-N型反型層。
本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體器件(絕緣柵極型晶體管)包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層1；形成在半導(dǎo)體層1內(nèi)的第二導(dǎo)電型漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2；離開(kāi)漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2并形成在半導(dǎo)體層1內(nèi)的第二導(dǎo)電型源極擴(kuò)散區(qū)5；形成在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的第二導(dǎo)電型漏極擴(kuò)散區(qū)4；埋入在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2，且至少它一部分與半導(dǎo)體層1電氣連接的第一導(dǎo)電型埋入擴(kuò)散區(qū)3。半導(dǎo)體層1中的位于源極擴(kuò)散區(qū)5和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間的那一部分上形成有柵極絕緣膜6，在柵極絕緣膜6上形成有柵極11。在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2上形成有場(chǎng)絕緣膜7，在場(chǎng)絕緣膜7上設(shè)有以電浮動(dòng)狀態(tài)下形成了的板式電極15a、16a、17a。在場(chǎng)絕緣膜7以及板式電極15a、16a、17a上形成有層間絕緣膜8，位于板式電極15a、16a、17a上的層間絕緣膜8上，形成有其一部分與漏極擴(kuò)散區(qū)4電氣連接、且與每個(gè)板式電極15a、16a、17a電容耦合的金屬電極14以及14-1～14-4。
以下，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。本實(shí)施例的半導(dǎo)體層1為P型半導(dǎo)體襯底(P型硅襯底)，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2為包括低濃度N型雜質(zhì)的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)。埋入擴(kuò)散區(qū)3為P型低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)，它具有在給漏極施加高電壓時(shí)促進(jìn)漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)所發(fā)生的耗盡化的功能。漏極擴(kuò)散區(qū)4為包括高濃度N型雜質(zhì)的漏極擴(kuò)散區(qū)，源極擴(kuò)散區(qū)5為包括高濃度N型雜質(zhì)的源極擴(kuò)散區(qū)。補(bǔ)充一下，在本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體器件中也利用上述說(shuō)明的叫做再?zèng)_浪(resurf)的技術(shù)。
在本實(shí)施例中，在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的中央部形成有漏極擴(kuò)散區(qū)4，它從半導(dǎo)體襯底1的法線(xiàn)方向看上去呈近似圓形。源極擴(kuò)散區(qū)5從漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的外周隔離開(kāi)所定距離(例如2.5μm)，且包圍該外周被形成在半導(dǎo)體襯底1內(nèi)。埋入擴(kuò)散區(qū)3，包圍漏極擴(kuò)散區(qū)4的近似圓形外周被埋設(shè)在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)。
另外，在P型半導(dǎo)體襯底1中，設(shè)有包括高濃度P型雜質(zhì)的接觸用擴(kuò)散區(qū)19，形成有包括P型雜質(zhì)的穿通防止用擴(kuò)散區(qū)20，它包圍接觸用擴(kuò)散區(qū)19及源極擴(kuò)散區(qū)5。穿通防止用擴(kuò)散區(qū)20，具有提高作為MOS晶體管活性區(qū)的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2和源極擴(kuò)散區(qū)5之間的P型雜質(zhì)濃度，以便防止由于區(qū)2和區(qū)5之間發(fā)生的穿通現(xiàn)象導(dǎo)致的耐壓下降的功能。
另外，本實(shí)施例中的柵極絕緣膜6是很薄的柵極氧化膜，場(chǎng)絕緣膜7是很厚的氧化膜。在本實(shí)施例中，柵極絕緣膜6和場(chǎng)絕緣膜7連接著，且例如由氧化硅構(gòu)成。位于柵極絕緣膜6上的柵極11，由多晶硅構(gòu)成。此外，氧化膜6、7中的位于漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2和漏極擴(kuò)散區(qū)4之間的上邊的部分上，形成有漏極多晶硅電極18。補(bǔ)充一下，在層間絕緣膜8上形成有表面保護(hù)膜9，其上形成有密封用樹(shù)脂10，圖1中未示。
在半導(dǎo)體襯底1中的接觸用擴(kuò)散區(qū)19上，連接有與作主體的半導(dǎo)體襯底1連接的主體用金屬電極12，在源極擴(kuò)散區(qū)5上，連接有與接觸源極擴(kuò)散區(qū)5接觸的源極用金屬電極13。補(bǔ)充一下，在本實(shí)施例中，金屬電極12和金屬電極13是電氣連接使用的。在漏極擴(kuò)散區(qū)4上，連接有和漏極擴(kuò)散區(qū)4接觸的漏極用金屬電極14。金屬電極12、13及14都分別由鋁或鋁合金構(gòu)成。
漏極用金屬電極14，是其上端的平面形狀為圓盤(pán)狀的圓盤(pán)狀金屬電極(或圓柱狀金屬電極)，漏極用金屬電極14，與多個(gè)其平面形狀為圓環(huán)狀的圓環(huán)狀金屬電極14-1、14-2、14-3電氣連接，漏極用金屬電極14和圓環(huán)狀金屬電極14-1、14-2、14-3，通過(guò)連接部14-4連接。每個(gè)圓環(huán)狀金屬電極14-1、14-2、14-3和電浮動(dòng)狀態(tài)的每個(gè)板式電極15a、16a、17a互相電容耦合。在本實(shí)施例中，板式電極15a、16a、17a是多個(gè)以漏極擴(kuò)散區(qū)4為中心的形成為同心圓狀的圓環(huán)狀的電極，由多晶硅構(gòu)成。補(bǔ)充一下，板式電極15a、16a、17a和圓環(huán)狀金屬電極14-1、14-2、14-3都從襯底法線(xiàn)看上去成為同心圓。
下面，參照?qǐng)D2到圖4對(duì)本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體器件的工作進(jìn)行說(shuō)明。
圖2是用以說(shuō)明本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體器件中的寄生電容的要部剖面圖。圖3是顯示高耐壓半導(dǎo)體器件在常溫時(shí)的電位分布(potential分布)的概念圖，圖4是顯示在高溫偏壓試驗(yàn)下的電位分布的概念圖。
根據(jù)本案發(fā)明人進(jìn)行的模擬試驗(yàn)的結(jié)果顯示圖3及圖4的電位分布。補(bǔ)充一下，本實(shí)施例的條件例如為P型半導(dǎo)體襯底1的雜質(zhì)濃度為2×1014cm-3，N型漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的雜質(zhì)表面濃度為1.5×1016cm-3，擴(kuò)散深度為7.5μm。P型低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3的雜質(zhì)高峰濃度為7.0×1016cm-3，深度方向擴(kuò)散幅度為1.0μm。漏極擴(kuò)散區(qū)4及源極擴(kuò)散區(qū)5的雜質(zhì)表面濃度為8.0×1019cm-3，擴(kuò)散深度為0.2μm。厚度很厚的氧化膜7的厚度為1μm，層間絕緣膜8的材質(zhì)為CVD氧化膜，其厚度為4μm。表面保護(hù)膜9的材質(zhì)為氮化硅膜，其厚度為1μm。板式電極15a、16a、17a的材質(zhì)為多晶硅或鋁(Al)，其寬度為9μm，每個(gè)電極的間距為1μm。圓環(huán)狀金屬電極14-1、14-2、14-3的材料為鋁(Al)，其寬度為9μm，每個(gè)電極的間距為1μm。
在圖2中，除了圖1中所顯示的結(jié)構(gòu)以外，還顯示圖1中省略了的表面保護(hù)膜9及密封用樹(shù)脂10。本實(shí)施例的表面保護(hù)膜9，例如由硅酸鹽玻璃、氮化硅、聚酰亞胺系樹(shù)脂構(gòu)成，或者由它們的組合構(gòu)成，或者表面保護(hù)膜9由疊層膜構(gòu)成。在表面保護(hù)膜9構(gòu)成為疊層膜的情況下，最好是上層為由聚酰亞胺系樹(shù)脂構(gòu)成的絕緣層。這時(shí)，下層形成為由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的絕緣層(例如硅酸鹽玻璃層、氮化硅層)。聚酰亞胺系樹(shù)脂除了聚酰亞胺樹(shù)脂以外，還有聚酰胺-酰亞胺樹(shù)脂、聚酰胺酸樹(shù)脂(聚酰亞胺樹(shù)脂的前驅(qū)體)等。再就是，本實(shí)施例中的密封用樹(shù)脂10例如由酚醛環(huán)氧樹(shù)脂等構(gòu)成。
補(bǔ)充一下，因聚酰亞胺系樹(shù)脂和酚醛環(huán)氧樹(shù)脂不同，即使在高溫下(150℃)它也能維持很高的絕緣性，故它可作為可靠性很高的有機(jī)絕緣膜用。還有，和利用CVD法形成的無(wú)機(jī)系絕緣膜相比，聚酰亞胺系樹(shù)脂還有一個(gè)它的膜厚很容易控制的優(yōu)點(diǎn)。例如，通過(guò)提高聚酰亞胺系樹(shù)脂的前驅(qū)體的粘度或者涂?jī)纱卧撉膀?qū)體，就很容易控制它的膜厚。因此，在表面保護(hù)膜9由聚酰亞胺樹(shù)脂層構(gòu)成的情況下，或者在它為由聚酰亞胺樹(shù)脂層例如作它的最上層的多層膜結(jié)構(gòu)的情況下，都很容易控制它的膜厚。因若加厚表面保護(hù)膜9的厚度，就能使板式電極15a、16a及17a和密封用樹(shù)脂10間的電容耦合減小，故防止高溫時(shí)耐壓惡化及導(dǎo)通電阻增大的效果就會(huì)更大。
在本實(shí)施例中，與漏極擴(kuò)散區(qū)4電氣連接的每個(gè)圓環(huán)狀金屬電極14-1、14-2、14-3，和電浮動(dòng)狀態(tài)的每個(gè)板式電極15a、16a、17a、互相電容耦合。因此，板式電極15a和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間存在寄生電容Ca1，板式電極16a和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間存在寄生電容Ca2，板式電極17a和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間存在寄生電容Ca3。另外，板式電極15a和金屬電極14-1之間存在寄生電容Cb1，板式電極16a和金屬電極14-2之間存在寄生電容Cb2，板式電極17a和金屬電極14-3之間存在寄生電容Cb3。
補(bǔ)充一下，在金屬電極14-1和密封用樹(shù)脂10之間存在寄生電容Cc1，在金屬電極14-2和密封用樹(shù)脂10之間存在寄生電容Cc2，在金屬電極14-3和密封用樹(shù)脂10之間存在寄生電容Cc3?？墒牵诮饘匐姌O14-1、14-2、及14-3上施加漏極用金屬電極14的印加電壓(500V)，故寄生電容Cc1、Cc2及Cc3不至于影響板式電極15a、16a及17a的電位。因此，在探討板式電極15a、16a及17a的電位時(shí)，只考慮寄生電容Ca1、Ca2、Ca3、Cb1、Cb2以及Cb3所產(chǎn)生的影響就可以了。
在漏極用金屬電極14的印加電壓為500V時(shí)，板式電極15a的電位為將位于其正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位和漏極電壓500V之間的電位差，以Ca1和Cb1的串聯(lián)電路分壓了的電位。同樣，板式電極16a的電位為將位于其正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位和漏極電壓500(V)之間的電位差，以Ca2和Cb2的串聯(lián)電路分壓了的電位。還有，板式電極17a的電位為將位于其正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位和漏極電壓500(V)之間的電位差，以Ca3和Cb3的串聯(lián)電路分壓了的電位。
本案發(fā)明人設(shè)想每個(gè)Ca1和Cb1的電容比率、Ca2和Cb2的電容比率以及Ca3和Cb3的電容比率都4比1的場(chǎng)合，并概算了板式電極15a、16a以及17a的電位。參照?qǐng)D3對(duì)其結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖3是顯示在漏極用金屬電極14上印加500(V)的電壓時(shí)的電位分布的概念圖。在圖3中，用虛線(xiàn)表示0V、100V、200V、300V、400V、450V、480V以及500V的等電位線(xiàn)。
此時(shí)，位于最靠近漏極擴(kuò)散區(qū)4的板式電極17a正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位，比漏極電位稍微下降，大約成為490(V)。靠近源極擴(kuò)散區(qū)5那一側(cè)的板式電極16a正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位，大約成為470(V)。還有，最靠近源極擴(kuò)散區(qū)5的板式電極15a正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位，大約成為440(V)。
根據(jù)這些電位，概算上述板式電極15a的電位。其電位為將位于板式電極15a正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那部分的電位(約440V)、和金屬電極14-1的電壓500(V)之間的電位差，以Ca1和Cb1的串聯(lián)電路分壓了的電位，故約成為450(V)。同樣，概算板式電極16a的電位。其電位為將位于板式電極16a正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位(約470V)、和金屬電極14-2的電壓500(V)之間的電位差，以Ca2和Cb2的串聯(lián)電路分壓了的電位，故約成為475(V)。再概算板式電極17a的電位。其電位為將位于板式電極17a正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的那一部分的電位(約490V)、和金屬電極14-3的電壓500(V)之間的電位差，以Ca3和Cb3的串聯(lián)電路分壓了的電位，故板式電極17a的電位比漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的電位(約490V)稍微高幾V。
因此，在設(shè)置金屬電極14-1、14-2、14-3以及15a、16a、17a的那部分以及其附近，穿過(guò)氧化膜7和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之界面的等電位線(xiàn)向源極傾斜，結(jié)果，氧化膜7側(cè)對(duì)漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2表面變?yōu)檎娢弧?br> 下面，在圖4上顯示正在在與圖3的場(chǎng)合一樣的偏壓條件下進(jìn)行高溫偏壓可靠性試驗(yàn)時(shí)的電位分布。在圖4中假設(shè)在表面保護(hù)膜9和密封用樹(shù)脂10之間的界面具有100(V)的電位的場(chǎng)合。
此時(shí)，在設(shè)置金屬電極14-1、14-2、14-3、板式電極15a、16a、17a的那部分，由于漏極電極14的電位500(V)被印加在金屬電極14-1、14-2、14-3上，所以不受表面保護(hù)膜9和密封用樹(shù)脂10之間的界面100(V)的影響，維持穿過(guò)氧化膜7和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間的界面的等電位線(xiàn)的往源極的那一側(cè)的傾斜。結(jié)果，不產(chǎn)生緩慢陷阱(slow trap)。
補(bǔ)充一下，多晶硅柵極11具有場(chǎng)板效果(field plate effect)，故在多晶硅柵極11附近的等電位線(xiàn)往漏極側(cè)傾斜，結(jié)果，在該部分的氧化膜7和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間的界面，氧化膜7側(cè)成為負(fù)電位。因此，在該部分發(fā)生由于緩慢陷阱的正固定電荷及負(fù)可動(dòng)電荷，而負(fù)可動(dòng)電荷在氧化膜7中往漏極側(cè)移動(dòng)。可是，在設(shè)置金屬電極14-1、14-2、14-3、板式電極15a、16a、17a的那部分，等電位線(xiàn)往源極側(cè)傾斜，故負(fù)可動(dòng)電荷，不在氧化膜7和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間的界面，而在氧化膜7和板式電極15a、16a、17a之間的界面附近分布。因此，能防止漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2表面上會(huì)發(fā)生的P型反型層，故不存在在高溫偏壓試驗(yàn)下導(dǎo)通電阻之增加。
在本實(shí)施例中，使漏極用金屬電極14延續(xù)至多個(gè)板式電極15a、16a、17a的每個(gè)正上方的層間絕緣膜8上(14-1、14-2、14-3)，從而使多個(gè)板式電極15a、16a、17a和金屬電極14-1、14-2、14-3進(jìn)行電容耦合。所以，利用板式電極15a、16a、17a與位于其正上方的金屬電極14-1、14-2、14-3之間的寄生電容(Cb1、Cb2、Cb3)，和板式電極15a、16a、17a與位于其正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間的寄生電容(Ca1、Ca2、Ca3)的串聯(lián)電路分壓所得的電壓，能夠決定其板式電極15a、16a、17a的電位，故能夠使它結(jié)構(gòu)幾乎不受表面保護(hù)膜9以上的上層的影響。在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)下，能穩(wěn)定地供給電浮動(dòng)狀態(tài)的每個(gè)板式電極15a、16a、17a以比漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2更高的電位，故能在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2和氧化膜7之間的界面不產(chǎn)生正固定電荷及負(fù)可動(dòng)電荷，結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)即使在高溫偏壓可靠性試驗(yàn)中，導(dǎo)通電阻不會(huì)變化這樣的高可靠性高耐壓半導(dǎo)體器件。
補(bǔ)充一下，在本實(shí)施例中采用了3個(gè)電浮動(dòng)狀態(tài)的板式電極(15a、16a、17a)，不僅如此，至少有1個(gè)板式電極就能比已往的結(jié)構(gòu)抑制導(dǎo)通電阻的變化，故能夠提高可靠性。另外，當(dāng)然可以采用設(shè)置更多的板式電極的結(jié)構(gòu)。
還有，如圖5所示，也可以使金屬電極14-1、14-2、14-3的寬度比板式電極15a、16a、17a的寬度窄。由于使金屬電極(14-1、14-2、14-3)的寬度變化，就適當(dāng)?shù)啬茏兓纳娙?圖2中的Cb1、Cb2、Cb3)值，由此能夠使板式電極15a、16a、17a的電位成為所需要的電位。因此，通過(guò)按照漏極用金屬電極14的印加電壓，使金屬電極(14-1、14-2、14-3)的寬度變化，就能夠很簡(jiǎn)便地設(shè)定所需要的板式電極(15a、16a、17a)的電位。
補(bǔ)充一下，在圖5所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，板式電極15a、16a、17a中的往襯底法線(xiàn)方向有了不被金屬電極14-1、14-2、14-3覆蓋的地方，故比圖1所示的結(jié)構(gòu)更容易受表面保護(hù)膜9和密封用樹(shù)脂10之間的界面電位的影響?？墒牵ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定金屬電極14-1、14-2、14-3的寬度，在高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)也可以維持板式電極15a、16a、17a的電位，比位于每個(gè)板式電極正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的表面電位高。因此，即使在圖5中所示的結(jié)構(gòu)下，也與圖1所示的結(jié)構(gòu)一樣，能夠?qū)崿F(xiàn)在高溫偏壓可靠性試驗(yàn)中導(dǎo)通電阻也不會(huì)變化這樣的高可靠性高耐壓半導(dǎo)體器件。
另外，如圖6所示，也可以改變圖5所示的結(jié)構(gòu)，將位于最靠近漏極側(cè)的金屬電極14-3的寬度與板式電極17a相同。這樣做，比圖5所示的結(jié)構(gòu)，能將它做成板式電極17a受表面保護(hù)膜9和密封用樹(shù)脂10之間的界面電位的影響受得不多的結(jié)構(gòu)。
還有，如圖7所示，也可以將金屬電極14-3和漏極用金屬電極14的上端部成為一體，以漏極用金屬電極14完全覆蓋板式電極17a這樣的結(jié)構(gòu)。換言之，從襯底法線(xiàn)方向看上去，以漏極擴(kuò)散區(qū)4為中心，也可以為將漏極用金屬電極14的上端部延續(xù)的結(jié)構(gòu)，以使它覆蓋到到圓環(huán)狀的金屬電極14-3的外緣的所有區(qū)域。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使在漏極用金屬電極14上層的表面保護(hù)膜9產(chǎn)生缺陷、絕緣不良，也將漏極電壓施加給漏極用金屬電極14，故在金屬電極14沒(méi)有了絕緣不良的影響，結(jié)果，不會(huì)給位于下層部的板式電極17a和其正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2造成不良的影響。
補(bǔ)充一下，采用了圖7所示的結(jié)構(gòu)，板式電極17a和漏極金屬電極14之間的寄生電容(圖2中的Cb3)變大，故板式電極17a的電位比上述的結(jié)構(gòu)變高?？墒?，即使圖7所示的結(jié)構(gòu)，氧化膜7側(cè)也比板式電極17a正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的表面成為更高的電位(正電位)，故在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的表面不會(huì)產(chǎn)生P型反型層。結(jié)果，進(jìn)行高溫偏壓試驗(yàn)也不會(huì)增加導(dǎo)通電阻。
以上，依照本實(shí)施例，由板式電極和位于其上層的金屬電極之間的寄生電容的存在、以及板式電極和板式電極正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)之間的寄生電容的存在構(gòu)成電容串聯(lián)電路，能以該電容串聯(lián)電路將板式電極正下方的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)的電位和漏極電壓進(jìn)行分壓，給電浮動(dòng)狀態(tài)的板式電極施加適當(dāng)偏壓電壓。由此，能獲得在高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)也能防止P型反型層發(fā)生在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)的表面上的，且經(jīng)過(guò)時(shí)間導(dǎo)通電阻不會(huì)增加這樣的高可靠性。另外，在以印加漏極電壓的圓環(huán)狀的金屬電極覆蓋板式電極這樣的結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合，有應(yīng)力就容易劣化的表面保護(hù)膜，即使產(chǎn)生絕緣不良，也能給下層的漏極偏置擴(kuò)散區(qū)施加穩(wěn)定的電位，故不僅能防止高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)所發(fā)生的導(dǎo)通電阻經(jīng)過(guò)時(shí)間的變化，也能防止因表面保護(hù)膜絕緣不良而導(dǎo)致的耐壓不良。(實(shí)施例2)參照?qǐng)D8對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的高耐壓半導(dǎo)體器件進(jìn)行說(shuō)明。圖8是本實(shí)施例所涉及的高耐壓半導(dǎo)體器件的俯視圖。補(bǔ)充一下，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在此只表示了金屬電極和板式電極。
圖8所示的高耐壓半導(dǎo)體器件顯示，將在圖7中所示結(jié)構(gòu)的高耐壓半導(dǎo)體器件在大電流下使用時(shí)的平面結(jié)構(gòu)，圖8中的在X-X’剖開(kāi)的剖開(kāi)結(jié)構(gòu)(源極·漏極之間的剖面結(jié)構(gòu))，除了將源極金屬電極13和主體金屬電極12互相連接做了源極·主體共用金屬電極13-1以外，其他結(jié)構(gòu)與圖7所示的剖面結(jié)構(gòu)相同。補(bǔ)充一下，為簡(jiǎn)單說(shuō)明，主要說(shuō)明與實(shí)施例1不同的地方，與實(shí)施例1相同的地方省略或簡(jiǎn)化說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，將漏極金屬電極用焊墊21設(shè)在漏極金屬電極14內(nèi)。另外，將源極·主體金屬電極用焊墊22設(shè)在源極·主體共用金屬電極13-1內(nèi)。補(bǔ)充一下，通過(guò)去掉作為墊部的區(qū)域中的漏極金屬電極14或源極·主體共用金屬電極13-1上的表面保護(hù)膜9，并將金屬電極14或13-1露出來(lái)，可以形成墊部焊墊21或22。
另外，在圖8所示的結(jié)構(gòu)中，使漏極以及源極的形狀作為手指形狀，以便每單位面積的柵極寬度較寬。補(bǔ)充一下，在本實(shí)施例中，使漏極以及源極的形狀作為手指形狀，也可以使漏極以及源極的形狀作為梳子形狀。
在本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體器件中，通過(guò)使漏極以及源極的形狀作為手指形狀(或梳子形狀)，能使每單位面積的柵極寬度較寬。因此，能在數(shù)百mA～數(shù)十A的大電流下使用，且在進(jìn)行高溫偏壓試驗(yàn)時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電阻不會(huì)增加的耐高壓效率晶體管。(實(shí)施例3)參照?qǐng)D9及圖10對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的高耐壓半導(dǎo)體器件進(jìn)行說(shuō)明。圖9是本實(shí)施例所涉及的高耐壓半導(dǎo)體器件的剖面立體圖，圖10是其俯視圖。
本實(shí)施例的高耐壓半導(dǎo)體器件，使金屬電極14延續(xù)地形成而使它的一部分穿過(guò)板極電極15a、16a、17a，這一點(diǎn)不同與上述實(shí)施例1和實(shí)施例2。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，將在板式電極15a、16a、17a上延續(xù)的金屬電極14的形狀，從圓環(huán)狀(14-1、14-2、14-3)變?yōu)檩椛錉?。補(bǔ)充一下，其他地方都與上述實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，故為簡(jiǎn)單說(shuō)明，省略或簡(jiǎn)化說(shuō)明與實(shí)施例1相同的地方。
在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，漏極金屬電極14和板式電極15a、16a、17a之間的寄生電容Cb1、Cb2、Cb3依靠漏極金屬電極14穿過(guò)板式電極15a、16a、17a的區(qū)域的面積比。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定漏極金屬電極14穿過(guò)板式電極15a、16a、17a的條數(shù)，以及穿過(guò)的漏極金屬電極的寬度，可以任意地設(shè)計(jì)寄生電容值Cb1、Cb2、Cb3。
也就是說(shuō)，在圖5所示和圖6所示的結(jié)構(gòu)中，即使想縮小圓環(huán)狀金屬電極14-1和14-2的寬度而使寄生電容值Cb1和Cb2最小，由于受金屬電極形成工藝中的制造可能的最小寬度的限制，提高寄生電容Cb1和Ca1的電容比也是有限的。另一方面，依照本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如果使漏極金屬電極14的寬度在形成工藝中的最小值，通過(guò)減少漏極金屬電極14穿過(guò)板式電極15a、16a、17a的條數(shù)，能實(shí)現(xiàn)比如圖5和圖6所示的結(jié)構(gòu)更小的寄生電容值Cb1。因此，能使寄生電容Cb1和Ca1的電容比變大，將板式電極15a的電位更接近漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的表面的電位，故能緩和柵極11和板式電極15a之間的電場(chǎng)，能確保更高的初期耐壓。
補(bǔ)充一下，在本實(shí)施例中，如圖10所示那樣將平面形狀作為圓形，不僅如此，也可以如圖11所示那樣將平面形狀作為長(zhǎng)細(xì)狀(例如，跑道track狀)。在漏極區(qū)的直線(xiàn)部分，使漏極金屬電極14長(zhǎng)細(xì)狀地延續(xù)，以使它與圓形部分相同穿過(guò)板式電極15a、16a、17a。
補(bǔ)充一下，在本實(shí)施例中，延續(xù)金屬電極14，使它穿過(guò)板式電極15a、16a、17a這所有的板式電極，可是延續(xù)了的多個(gè)長(zhǎng)細(xì)狀的金屬電極14不需要穿過(guò)這些板式電極15a、16a、17a，也可以使每個(gè)金屬電極14形成任意寬度·長(zhǎng)度·形狀，以便獲得與板式電極的所需要的寄生電容值。(其他實(shí)施例)在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了在柵極11和板式電極15a之間，不設(shè)置板式電極和金屬電極那樣的結(jié)構(gòu)?？墒牵部梢栽跂艠O11和板式電極15a之間設(shè)置板式電極和金屬電極。此時(shí)，由于柵極11和鄰接它的板式電極之間電場(chǎng)強(qiáng)度變大，耐壓變低，但兼顧到耐壓水平采用該結(jié)構(gòu)就可以了。
另外，對(duì)漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)形成1個(gè)低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3的結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合進(jìn)行了說(shuō)明，可是，漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)形成多個(gè)的低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3的結(jié)構(gòu)也一樣能實(shí)現(xiàn)在高溫偏壓可靠性試驗(yàn)時(shí)也導(dǎo)通電阻不會(huì)變化這樣的高可靠性高耐壓半導(dǎo)體器件。
還有，也可以在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的上層上(特別在比低濃度埋入擴(kuò)散區(qū)3更上層)追加形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)(未示)。此時(shí)，以與漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2的雜質(zhì)濃度相等，或比它高幾十倍的雜質(zhì)濃度形成要追加形成的N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，這樣做有利于導(dǎo)通電阻為小，耐壓稍微下降，耐壓偏差和導(dǎo)通電阻偏差都變得小。
另外，在上述的各實(shí)施例下，說(shuō)明了用P型的半導(dǎo)體襯底1做絕緣柵極型晶體管的主體用半導(dǎo)體區(qū)域的情況。不過(guò)，也可以在N型的半導(dǎo)體襯底上形成了的P型井區(qū)域作為主體用半導(dǎo)體區(qū)域用，還可以用被位于半導(dǎo)體襯底(或SOI襯底)上的絕緣膜絕緣分離島狀形成了的P型半導(dǎo)體區(qū)域作為主體用半導(dǎo)體區(qū)域。在使用至少在它的表面上形成了絕緣層的襯底(SOI襯底)的情況下，主體用半導(dǎo)體區(qū)域(第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層)1例如就設(shè)在形成在硅襯底上的絕緣層上。
還有，在P型或N型半導(dǎo)體襯底上形成N型井區(qū)域和P型井區(qū)域，用N型井區(qū)域作為P溝道用絕緣柵極型晶體管的主體用半導(dǎo)體區(qū)域，同樣用P型井區(qū)域作為N溝道用的主體用半導(dǎo)體區(qū)域，由此可以在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上集積不同極性的絕緣柵極型晶體管。還有，又可以通過(guò)使用已知的PN結(jié)分離技術(shù)和介質(zhì)分離技術(shù)，在1個(gè)半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)主體用半導(dǎo)體區(qū)域，漏極擴(kuò)散區(qū)4不需要總得形成在半導(dǎo)體襯底的中央部分。
在上述的實(shí)施例下，設(shè)置了穿過(guò)防止用擴(kuò)散區(qū)域20，部分地提高在柵極11正下方的半導(dǎo)體襯底1中的雜質(zhì)濃度，以使源極擴(kuò)散區(qū)5和漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2之間難以發(fā)生穿過(guò)現(xiàn)象，不過(guò)，穿過(guò)防止用擴(kuò)散區(qū)域20應(yīng)該兼顧所需要的耐壓水平，故不一定必要。
依照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，包括至少一個(gè)以電浮動(dòng)狀態(tài)形成在場(chǎng)絕緣膜上的板式電極，和與該至少一個(gè)板式電極電容結(jié)合，且其一部分與漏極擴(kuò)散區(qū)電氣連接的金屬電極。故能抑制在漏極偏置擴(kuò)散區(qū)和場(chǎng)絕緣膜之間的界面的正固定電荷及負(fù)可動(dòng)電荷的發(fā)生。結(jié)果，能提供在高溫偏壓可靠性試驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)通電阻不會(huì)變化這樣的高可靠性高耐壓半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種高耐壓半導(dǎo)體器件，其中包括第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層；形成在上述第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層內(nèi)的第二導(dǎo)電型的漏極偏置(offset)擴(kuò)散區(qū)；從上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)隔離開(kāi)并且形成在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層內(nèi)的第二導(dǎo)電型的源極擴(kuò)散區(qū)；形成在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)內(nèi)的第二導(dǎo)電型的漏極擴(kuò)散區(qū)；埋入在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，且至少其一部分與上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電氣連接的第一導(dǎo)電型埋入擴(kuò)散區(qū)；形成在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中，位于上述源極擴(kuò)散區(qū)和上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)之間的那一部分上的柵極絕緣膜；形成在上述柵極絕緣膜上的柵極；形成在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)上的場(chǎng)絕緣膜；至少一個(gè)在上述場(chǎng)絕緣膜上以電浮動(dòng)狀態(tài)形成的板式電極；形成在上述場(chǎng)絕緣膜以及上述至少一個(gè)板式電極上的層間絕緣膜；形成在位于上述至少一個(gè)板式電極上的上述層間絕緣膜上，且其一部分與上述漏極擴(kuò)散區(qū)電氣連接，且與上述至少一個(gè)板式電極電容耦合的金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述漏極擴(kuò)散區(qū)形成于上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)的中央部，且從上述半導(dǎo)體層法線(xiàn)方向看上去是近似圓形的形狀；上述源極擴(kuò)散區(qū)，隔著上述外周一定的距離形成在上述半導(dǎo)體層內(nèi)，以使它包圍上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)的外周；上述埋入擴(kuò)散區(qū)，被埋入在上述漏極偏置擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，包圍上述漏極擴(kuò)散區(qū)的上述近似圓形的外周。
3.根據(jù)權(quán)利要求第2項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述至少一個(gè)板式電極是，多個(gè)以上述漏極擴(kuò)散區(qū)為中心分別形成為同心圓的圓環(huán)狀的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求第3項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述金屬電極具有隔著上述層間絕緣膜位于上述圓形狀的多個(gè)電極上的多個(gè)圓環(huán)狀的金屬電極、和分別將上述多個(gè)圓環(huán)狀的金屬電極電氣連接起來(lái)的連接部，通過(guò)上述層間絕緣膜，每個(gè)上述多個(gè)圓環(huán)狀的電極和每個(gè)上述多個(gè)圓環(huán)狀的金屬電極電容耦合。
5.根據(jù)權(quán)利要求第3項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述金屬電極包括從上述半導(dǎo)體層的法線(xiàn)方向看上去，以上述漏極擴(kuò)散區(qū)為中心，覆蓋到上述圓環(huán)狀的多個(gè)電極中最靠近上述漏極擴(kuò)散區(qū)的圓環(huán)狀電極的外緣的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中位于至少上述一個(gè)板式電極上面的上述金屬電極的寬度，比該至少一個(gè)板式電極的寬度窄。
7.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述金屬電極，從上述半導(dǎo)體層的法線(xiàn)方向看上去，在上述層間絕緣膜上具有穿過(guò)上述至少一個(gè)板式電極的一部分的延伸部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)至第7項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中又具有在上述金屬電極以及上述層間絕緣膜上形成的表面保護(hù)膜，和在上述表面保護(hù)膜上形成的密封樹(shù)脂部。
9.根據(jù)權(quán)利要求第8項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述表面保護(hù)膜，為包括由聚酰亞胺系樹(shù)脂構(gòu)成的上層和由無(wú)機(jī)系材料構(gòu)成的絕緣層作它下面的下層的多層膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)至第7項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述半導(dǎo)體層為半導(dǎo)體襯底。
11.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)至第7項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高耐壓半導(dǎo)體器件，其中上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層形成在至少在其表面上形成了絕緣層的襯底上。
全文摘要
本發(fā)明的目的為提供一種即使在高溫下的使用導(dǎo)通電阻不會(huì)劣化這樣的高可靠性高耐壓半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的高耐壓半導(dǎo)體器件具有半導(dǎo)體層1;漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2;源極擴(kuò)散區(qū)5;漏極擴(kuò)散區(qū)4;埋入到漏極偏置擴(kuò)散區(qū)2內(nèi)的第一導(dǎo)電型埋入擴(kuò)散區(qū)3;以電浮動(dòng)狀態(tài)形成在場(chǎng)絕緣膜7上的至少一個(gè)板式電極(15a、16a、17a);形成在位于板式電極(15a、16a、17a)上的層間絕緣膜8上,一部分與漏極擴(kuò)散區(qū)4電氣連接,且與板式電極(15a、16a、17a)電容耦合的金屬電極14(14－1、14－2、14－3)。
文檔編號(hào)H01L29/02GK1377093SQ02107779
公開(kāi)日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月22日
發(fā)明者野田正明 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社