半導體裝置及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體裝置。本說明書涉及一種具備場限環(huán)的半導體裝置，并且提供一種提高半導體裝置的耐壓的技術。
【背景技術】
[0002]在半導體裝置中，沿著PN結的邊界會產生被稱為耗盡層的絕緣帶。當耗盡層的寬度較窄時，耗盡層中的電場強度會增高。當電場強度過度地增高時，絕緣被會遭到破壞，從而元件受到損傷。已知在有源區(qū)域的邊緣處耗盡層變窄，從而電場強度增高的情況。
[0003]作為提高半導體裝置的耐壓技術的一種，已知有場限環(huán)(Field Limiting Ring:FLR)。以下，為了便于說明，將場限環(huán)簡記為“FLR”。FLR為以包圍形成元件的有源區(qū)域的方式而被設置在半導體基板內的層，并具有與基板的原本的導電型不同的導電型。FLR也被稱為浮置擴散層。如果半導體基板為N型，則以環(huán)狀包圍有源區(qū)域的方式摻雜P型的雜質，從而形成P型的FLR。當設置FLR時，耗盡層將沿著FLR和半導體基板的PN結部擴展，從而耐壓得到提高。有關FLR的改良例如被日本特開2000 - 114549號公開。

【發(fā)明內容】

[0004]已知在一般情況下，與設置寬度較寬的一個FLR的方式相比，設置寬度較窄的多個FLR的方式更能提高耐壓。在此，“寬度”指的是，在對半導體裝置進行俯視觀察時的FRL的寬度。以下，“寬度”以相同的含義而使用。在設置了多個FLR的情況下，在相鄰的FLR之間形成有絕緣帶。由于在將絕緣帶設為較窄時，絕緣帶中的電場強度將增高，因此相鄰的FLR之間的寬度不能過度地減小。
[0005]另一方面，雖然半導體裝置的主面包含F(xiàn)LR并被絕緣層覆蓋，但是當在該絕緣層中過剩地存在可動離子時，電場分布會被打亂，其結果為，絕緣層較容易被破壞。雖然還存在可動離子之外的使絕緣層劣化的因素，但是，在此將可動離子考慮為使絕緣層劣化的典型的原因。
[0006]可動離子的原因可以認為是在半導體裝置的制造工序中的混入，此外，來自外部的污染也是一個因素。為了減少可動離子，考慮到在絕緣層中設置用于對可動離子進行捕捉的導體層或半導體層。半導體層內的載流子對可動離子進行捕獲。但是，如前文所述的那樣，由于需要在相鄰的FLR之間確保相應的寬度的絕緣帶，因此不能只單純地在相鄰的FLR之間設置導體層或半導體層。這是因為，由于在導體層或具有載流子的半導體層中不產生電場，因此當在相鄰的FLR之間存在導體層或半導體層時，能夠產生電場的寬度將被縮窄對應的量。
[0007]本說明書提供一種減少主面表面的絕緣層內的可動離子并且提高耐壓的技術。
[0008]在本說明書所公開的技術中，在覆蓋多個FLR的絕緣層的內部設置半導體層。半導體層以與FLR平行并包圍有源區(qū)域的方式而設置。此外，半導體層以在對半導體基板進行俯視觀察時與相鄰的FLR之間的范圍重疊的方式而配置。以下，將相鄰的FLR之間的范圍稱為環(huán)間范圍。但是，半導體層是以如下方式而設置的，即，不與兩個FLR之間的區(qū)域的整體重疊，而是與其一部分重疊，與剩余部分不重疊的方式。換言之，在對半導體基板進行俯視觀察時，環(huán)間范圍與半導體層重疊的區(qū)域包圍有源區(qū)域，并且與該重疊的區(qū)域平行地，環(huán)間范圍與半導體層不重疊的區(qū)域包圍有源區(qū)域。而且，本說明書所公開的技術的特征為，半導體層含有以與RESURF條件的面密度(濃度)相比較低的面密度(濃度)而被活化的雜質。在此，雜質為決定半導體的類型的物質，代表性的物質為硼或磷。半導體層整體成為P型或N型。
[0009]由于環(huán)間范圍與半導體層不重疊的區(qū)域始終成為絕緣帶，因此從在半導體基板的內部產生的耗盡層連續(xù)的電場會穿過該絕緣帶。在本說明書所公開的技術中，當向基板施加的電壓增高時，耗盡層在與絕緣帶相鄰的半導體層內也會擴展，從而使形成有電場的寬度擴大，由此緩和電場強度。以下，對其原理進行說明。
[0010]已知在含有與RESURF條件的面密度相比較低的面密度的被活化的雜質時，若施加電壓，則會形成耗盡層。已知與RESURF條件相當的面密度(濃度)在進行摻雜的半導體表面的區(qū)域的面密度上為約1.0xE+12 [atoms/cm2]。有關RESURF條件，在文獻:J.A.Apples, et al, Tech.Dig.1EDM79, 238, 1979中有詳細記載，故請參照。以下，為了便于說明，將與RESURF條件相當的面密度稱為“RESURF面密度”。
[0011]由于半導體層含有固定面密度的雜質，因此具有固定面密度的載流子。由于該載流子捕捉可動離子，因此不易產生由可動離子所引起的絕緣破壞。
[0012]另一方面，參照圖1A、圖1B，對通過在環(huán)間范圍的上方的絕緣層上設置上述的面密度的半導體層而提高耐壓的理由進行說明。圖1A、圖1B為將半導體裝置2在其厚度方向上橫切的剖視圖。半導體裝置2為在層壓有N —型的漂移層6和N+型的集電層7的半導體基板8的有源區(qū)域內形成有P型的體層53的晶體管。另外，省略了柵等的圖示。此外，請留意為了容易理解附圖，而在漂移層6上未劃有表示截面的陰影線。在以后的圖中，在漂移層6上也未劃有陰影線。
[0013]半導體裝置2以在俯視觀察時包圍有源區(qū)域的方式而具備三條FLR。將靠近有源區(qū)域的FLR稱為第一 FLR14a，將距有源區(qū)域最遠的FLR稱為第三FLR14c，將中間的FLR稱為第二 FLR14b。另外，在不對三條FLR進行區(qū)別而表示時，稱為FLR14。
[0014]半導體裝置的第一主面(圖中為上側的表面)的外圍區(qū)域被絕緣層5覆蓋。在FLR14各自的上方的絕緣層5中設置有半導體層3。半導體層3具有在對基板進行俯視觀察時，與相鄰的兩個FLR之間的范圍(環(huán)間范圍Ra)重疊的低面密度區(qū)域3a和與FLR14重疊的高面密度區(qū)域3b?！霸趯暹M行俯視觀察時”換言之為“在將基板于其厚度方向上橫切的方向上”的含義。此外，“FLR14的上方”指的是從FLR14朝向絕緣層5的方向。
[0015]高面密度區(qū)域3b以與RESURF面密度相比較高的面密度而含有雜質，低面密度區(qū)域3a以與RESURF面密度相比較低的面密度而含有雜質。所含有的雜質既可以為P型也可以為N型，半導體層整體具有相同的導電型。在未向被形成在有源區(qū)域中的晶體管的柵極施加電壓而向第一主電極52與第二主電極54之間施加電壓時，耗盡層會沿著體層53和第一 FLR14a擴展。在圖中等電位線由虛線表示，漂移層6中的等電位線與耗盡層對應。等電位線橫穿絕緣層5并向半導體裝置2的外部延伸。
[0016]圖1A圖示了向主電極間施加的電壓較低的情況下的等電位線，圖1B圖示了向主電極間施加的電壓較高的情況下的等電位線。在兩主電極之間的電壓較低的情況下(圖1A)，由于在半導體層3的低面密度區(qū)域3a以及高面密度區(qū)域3b雙方中存在有載流子，因此半導體層3整體成為導體。因此，低面密度區(qū)域3a與高面密度區(qū)域3b —起整體成為等電位。因此，從漂移層6的耗盡層連續(xù)的電場不向低面密度區(qū)域3a擴展，從而在不存在半導體層3(包含低面密度區(qū)域3a在內的半導體層3)的范圍Wl中產生電場。換言之，從漂移層6的耗盡層連續(xù)的電場在環(huán)間范圍Ra內僅在范圍Wl中產生。雖然范圍Wl較窄，但是由于所施加的電壓較低，因此范圍Wl的電場強度也較低，不至于破壞絕緣。另一方面，在低面密度區(qū)域3a中存在載流子的期間能夠對可動離子進行捕捉。另外，在高面密度區(qū)域3b中始終存在載流子，并對可動離子進行捕捉。
[0017]當兩主電極間的電壓增高時，在低面密度區(qū)域3a中將形成有耗盡層。于是，低面密度區(qū)域3a成為絕緣狀態(tài)，在低面密度區(qū)域3a的內部中也可能產生電場。耗盡層最大會擴展至低面密度區(qū)域3a整體。在該情況下，在環(huán)間范圍Ra中的包含低面密度區(qū)域3a的范圍W2中產生電場。換言之，從漂移層6的耗盡層連續(xù)的電場在環(huán)間范圍Ra的范圍W2中產生。當從圖1A的狀態(tài)轉移至圖1B的狀態(tài)時，由于在環(huán)間范圍Ra中電場所產生的范圍從Wl擴大至W2，因此電場強度的增加被緩和。匯總如下。當向半導體裝置施加的電壓增高時，由于在與環(huán)間范圍重疊的半導體層3中耗盡層擴展至低面密度區(qū)域3a，即絕緣帶擴展，因此電場強度的增加被緩和。
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