CN1084932C - 半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种半导体器件，包括：在N型漏极区的一主面上淀积1016原子数/cm3以上的杂质，扩散10μm形成阳极区，在N型漏极区的另一主面上用离子注入法形成P型基极区、N型源极区。而在所述另一主面上通过控制栅氧化膜形成控制极，在所述漏极区内，有选择地设置低寿命层。因此即使长时间保持在高温状态下，也能防止Fe污染引起的器件特性的变化。
Description
本发明涉及非击穿型半导体的构造，特别涉及能抑制导通电压的变动、获得高可靠性的半导体器件。
现在，IGBT一直使用击穿型和非击穿型。图4示出的是现有非击穿型IGBT剖视图、是一例1700V非击穿型IGBT。
现有的非击穿型IGBT，用杂质扩散法等在N型漏极区1的一主面上形成P型阳极区2。然后，在上述N型漏极区1中，用杂质扩散法形成P型基极区3，进而在该P型基极区3中形成源极区4。
在前述N型漏极区1的另一主面的基板表面上，通过薄氧化膜5形成聚硅控制栅极6。然后，与此聚硅控制栅极6接续，形成金属控制栅极7。此外，在上述源极区4和基极区3上，配设源极金属电极8使两区短路。
另一方面，在P型阳极区2，为接续设置有金属阳极9。这时，考虑到器件区域的结构，进而为抵制来自阳极区2空穴的注入，P型阳极区2的扩散倾向于做得浅些，以使特性变好。
然而，如图4所示那样结构的IGBT，易受到表面杂质的影响，当器件长时间保持在高温状态下，阳极一侧金属电极中所含的Fe就扩散到基板中。而且，在P型阳极区2的低浓度区，Fe离子与B离子相结合，成为FeB而存在。
图5示出日本应用物理学报Vol.67，NO.11，1 June 1990(A fast preparation-free method to detect iron in silicon，一种在硅中检测铁的快速的、无需准备的方法)曾揭示前述的Fe离子和B离子的浓度比例对温度的特性曲线，其中Fe1/Fe的值增大时，意味着FeB的增加。
如图5所示，当温度上升时，FeB就存在于阳极区2中，因而能量等级改变，于是，存在的课题是，载流子寿命时间改变，不能获得稳定的器件特性。
而且，为了解决前述课题，将阳极区2做得深些，将表面浓度做成电阻性接触的浓度时，由于增加了来自阳极区2的空穴注入，因此器件特性就大幅度地改变。
本发明有鉴于前述课题，其目的在于，即使长时间保持在高温状态下，也能防止由Fe污染引起的元件特性的改变，提供开关特性良好的器件。
本发明的半导体器件，包括：
第1导电型的漏极区，
在所述漏极区的第1主表面上形成的第2导电型的阳极区，
在所述漏极区的第2主表面上形成的第1导电型的源极区，
在所述漏极区的第2主表面上形成的第2导电型的基极区，
在所述漏极区的第2主表面上形成的栅电极，
在所述漏极区上形成的低寿命层，
所述阳极区具有离开所述漏极区的第1主表面7μm以上的深度，而且具有1016原子数/cm3以上的杂质浓度，
所述漏极区包括延伸到其中的耗尽层，所述耗尽层在加上额定电压时达不到低寿命层。
图1表示本发明的半导体器件实施例的IGBT的剖视图。
图2表示用图1结构的IGBT，由高温(125℃)下放置引起导通电压的变动率，分别示出阳极深度为2μm、5μm、7μm在(a)阳极浓度为1015原子数/cm3、(b)阳极浓度为1016原子数/cm3、(c)阳极浓度为1017原子数/cm3时的IGBT的变动特性图。
图3表示以阳极深度7μM的阳极浓度为参量的IGBT的高温(125℃)放置引起的导通电压的变动率。
图4表示现有非击穿型IGBT结构剖视图。
图5表示Fe离子和B离子浓度比例对温度的特性关系图。
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1是本发明的半导体的一实施形态的IGBT的剖视图。图中，在N型半导体基板的N型漏极区11的一主面上，淀积1016原子数/cm3以上的硼等杂质，扩散到10μm，形成P型阳极区12。
另一方面，N型漏极区的11另一主面上，通过有选择的离子注入法，扩散硼等杂质，形成P型基极区13。在该P型基极区13中，通过有选择的离子注入法扩散砷等杂质，形成N型源极区14。接着，在N型漏极区11的另一主面上，形成100nm左右的控制极氧化膜15，进而在其上面淀积成为控制极的聚合硅16，并形成图案。
然后，在另一主面整面的形成绝缘膜，并有选择地去除与N型源极区14、聚合硅16的各自与金属电极相接的部分。接着，采用溅射等方法形成Al等金属后，形成图案，形成源极金属电极17、控制栅金属电极18。
接着，在上述P型阳极12的表面上用溅射法等形成Au等金属，形成阳极金属电极19。再者，在上述N型漏极区11内，有选择地设置作为带电粒子的停止区域的低寿命层20。该低寿命层20形成于在额定电压时延伸于该N型漏极区11内的耗尽层所达不到的位置上。
图2是表示采用上述结构的IGBT高温(125℃)放置引起导通电压的变动率。图2(a)、(b)及(c)分别表示在阳极浓度为1015、1016和1017原子数/cm3情况下，以阳极深度2μm、5μm、7μm形成的IGBT的变动特性。
如图2(a)、(b)及(c)所示可知，根据实验，如阳极深度达7μm以上，则变动得到抑制。可以理解为，这是由于即便生成定性的FeB，但还设有扩散到阳极、漏极结的近旁。
图3表示以阳极深度7μm时阳极浓度为参量，IGBT高温(125℃)放置引起导通电压变动的特性图。由图3可知，与现有的阳极温度1015原子数/cm3的IGBT相比，根据实验，在器件的保证温度125℃以下时，不生成FeB的阳极浓度为高于1016原子数/cm3。这一点也从图5所示的上述文献得到证实。
这时，在耗尽层延伸区内形成场合，担心引起某些漏电流(特别是高温下的漏电流)的增加，因此最好做到选择低寿命区20，以使对器件加上额定电压时形成于耗尽层达不到的区域中。
还有，上述实施形态中，P型阳极区12虽是以淀积硼之后扩散形成的，但也可以用离子注入法注入硼离子并扩散来形成。然后，从连结漏极区中的基极区与阳极区的中央部到阳极区一侧，使例如质子那样的带电粒子有选择地得到截止。
如按这样的结构，就不受里面金属电极中的Fe离子影响，能得到特性稳定，而且开关特性良好的器件。
如前所述，按照本发明所提供的半导体装置，能防止由于阳极区深度深、浓度高而由里面电极中的Fe污染引起特性的变动，而且由于在漏极区中有选择地设置低寿命层，因此了阳极浓度高，也能有效地抵制空穴的注入，因而具有高可靠性的开关特性。
Claims (1)
1.一种半导体器件，包括：
第1导电型的漏极区，
在所述漏极区的第1主表面上形成的第2导电型的阳极区，
在所述漏极区的第2主表面上形成的第1导电型的源极区，
在所述漏极区的第2主表面上形成的第2导电型的基极区，
在所述漏极区的第2主表面上形成的栅电极，
在所述漏极区上形成的低寿命层，
其特征在于，
所述阳极区具有离开所述漏极区的第1主表面7μm以上的深度，而且具有1016原子数/cm3以上的杂质浓度，
所述漏极区包括延伸到其中的耗尽层，所述耗尽层在加上额定电压时达不到低寿命层。
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