半导体装置的制造方法_2

文档序号:9201855阅读:来源:国知局
的材料例如包含硅氧化物。
[0035]在半导体装置I中,如果对集电极10施加高于发射电极11的电位,并且对栅极电极50施加阈值以上的电位,则沿着栅极绝缘膜51在基底区域30形成通道而电流在发射极-集极间流动。
[0036]图3是表示第一实施方式的半导体装置的发射极区域40L及基底区域30间的杂质浓度分布的示意图。
[0037]图3的横轴是图1的点X与点X'之间的距离,纵轴是杂质浓度(单位:a.u.(arbitrary unit,任意单位))。
[0038]此处,所谓“杂质浓度”是指有助于半导体材料的导电性的杂质的实效浓度。例如,当在半导体材料中含有成为供体的杂质与成为受体的杂质时,将除去经活化的杂质中供体与受体的抵消量的浓度设为杂质浓度。
[0039]例如,在半导体装置I中,基底区域30中所包含的杂质浓度的最大值与发射极区域40L中所包含的杂质浓度的最大值大致相等。
[0040]在对半导体装置I的作用进行说明之前,对参考例的半导体装置(IGBT)的动作的一例进行说明。
[0041]图4(a)及图4(b)是表示参考例的半导体装置的动作的一例的示意性剖视图。
[0042]图4 (a)及图4 (b)中,表示对应于所述图2 (c)的朝向的截面。图4 (a)及图4 (b)中所示的半导体装置100中,作为发射极区域,只设置着高浓度的发射极区域40H。其他构成与半导体装置I相同。
[0043]在参考例的半导体装置100中,如果对集电极10施加高于发射电极11的电位,并且对栅极电极50施加阈值以上的电位,则也会沿着栅极绝缘膜51在基底区域30形成通道而电流在发射极-集极间流动。
[0044]例如,如图4(a)所示,从发射极区域40H经由通道向集电极区域20注入电子(e),从集电极区域20向发射极区域40H及基底区域30注入电子空穴(h)。而且,也存在因雪崩而产生的电子空穴(h)向发射极区域40H及基底区域30流动的情况。
[0045]如图4(b)所示,电子空穴在基底区域21中移行而流入基底区域30。其后,电子空穴(h)到达发射极区域40H的正下方。电子空穴(h)并未越过基底区域30与发射极区域40H之间的能量障壁,而沿着横向移动,经过低电位的基底区域30后流向发射电极11。
[0046]通过该电子空穴(h)的横向移动,在发射极区域40H的下方的基底区域30,产生电压下降。由此,以位于发射极区域40H的下方的基底区域30相对于发射极区域40H成为正极的方式偏压。
[0047]通过该偏压,发射极区域40H与基底区域30之间的能量障壁对于电子(e)而言变低。由此,将电子(e)从发射极区域40H注入基底区域30。
[0048]也就是说,半导体装置100中,除了在基底区域30形成通道供电子电流流动以外,也会产生发射极区域40H与基底区域30之间的能量障壁变低而将电子(e)注入基底区域30的锁定效应。如果产生锁定效应,则无法利用栅极电极50进行启闭控制。
[0049]相对于此,对第一实施方式的半导体装置I的作用进行说明。
[0050]图5(a)及图5(b)是表示第一实施方式的半导体装置的动作的一例的示意性剖视图。
[0051]图5(a)及图5(b)中,示出了对应于所述图2(c)的朝向的截面。
[0052]半导体装置I中,如果对集电极10施加高于发射电极11的电位,并且对栅极电极50施加阈值以上的电位,则沿着栅极绝缘膜51在基底区域30形成通道而电流在发射极-集极间流动。
[0053]例如,如图5(a)所示,将电子(e)从发射极区域40H、40L经由通道向集电极区域20注入,将电子空穴(h)从集电极区域20向发射极区域40H及基底区域30注入。而且,也存在因雪崩而电子空穴(h)向发射极区域40H、40L及基底区域30流动的情况。
[0054]如图5(b)所示,电子空穴(h)在基底区域21中移行而流入基底区域30。其后,电子空穴(h)到达发射极区域40H、40L的正下方。电子空穴(h)并未越过基底区域30与发射极区域40H之间的能量障壁,而经过电位低于发射极区域40H的发射极区域40L后流入发射电极11。而且,一部分电子空穴在基底区域21中移行而流入基底区域30。
[0055]此处,在发射极区域40L与发射电极11的接合部,对于电子(e)而言形成了欧姆接触或萧特基障壁。然而,即便为萧特基障壁,对于电子空穴(h)而言仍未形成能量障壁。
[0056]因此,电子空穴(h)的横向移动只发生在宽度窄的发射极区域40H的下方,其后,电子空穴(h)经由发射极区域40L或基底区域21被排出到发射电极11。由此,半导体装置I与半导体装置100相比,难以在发射极区域40H的下方的基底区域30发生电压下降。
[0057]也就是说,与参考例相比,难以对位于发射极区域40H的下方的基底区域30施加偏压电压。由此,电子从发射极区域40H向基底区域30注入的情况得到抑制。
[0058]这样一来,在半导体装置I中,可通过使栅极电极50的电位为阈值以上而在基底区域30形成通道以供电子电流流动。进而,在半导体装置I中,可确实地抑制电子(e)从发射极区域40H注入基底区域30而引起的锁定效应。也就是说,根据第一实施方式,形成可靠性高的半导体装置。
[0059]而且,发射极区域40L与发射极区域40H接触。因此,当半导体装置I导通时,从高浓度的发射极区域40H经由发射极区域40L注入基底区域30。也就是说,X方向上的发射极区域的实质宽度成为发射极区域40L的宽度加上发射极区域40H的宽度后的宽度。因此,半导体装置I中,即便使发射极区域40H的宽度窄,通道密度也不会降低。也就是说,通过本实施方式首次揭示了即便使破坏耐量提高,半导体装置I的导通电阻也不会增加的情况。
[0060](第二实施方式)
[0061]图6是表示第二实施方式的半导体装置的示意性立体图。
[0062]图6中未示出发射电极11。
[0063]半导体装置2除了半导体装置I的构成以外,还包括P+型的接点区域35 (第六半导体区域)。接点区域35设置在基底区域30上,也就是说,设置在基底区域30与发射电极11之间。接点区域35的杂质浓度高于基底区域30的杂质浓度。半导体装置2中,在X方向上,发射极区域40L被发射极区域40H与接点区域35夹着。
[0064]此处,X方向上的发射极区域40L的宽度比发射极区域40H的η型杂质因晶片工艺中的加热处理而在半导体中扩散的长度宽。例如,在X方向上,发射极区域40L的宽度为I?5 μ m,发射极区域40H的宽度为0.1?I μ m,接点区域35的宽度为I?10 μ m。
[0065]根据半导体装置2,可将因雪崩而产生的电子空穴经由p+型的接点区域35排出到发射电极11。也就是说,半导体装置2中,除了半导体装置I的效果以外,还有雪崩耐量增加的效果。
[0066](第三实施方式)
[0067]图7是表示第三实施方式的半导体装置的示意性立体图。
[0068]图7中未示出发射电极11。
[0069]半导体装置3除了半导体装置I的构成以外,还包括P+型的接点区域35。进而,在半导体装置3中,在X方向上,发射极区域40H被发射极区域40L与接点区域35夹着。在X方向上,发射极区域40L的宽度比发射极区域40H的宽度宽。
[0070]此处,X方向上的发射极区域40L的宽度比发射极区域40H的η型杂质因晶片工艺中的加热处理而在半导体中扩散的长度宽。例如,在X方向上,发射极区域40L的宽度为I?5 μ m,发射极区域40H的宽度为0.1?I μ m,接点区域35的宽度为I?10 μ m。
[0071]图8是表示第三实施方式的半导体装置的动作的一例的示意性剖视图。
[0072]图8中,表示沿着图7的C-C'线将半导体装置3沿着Z方向切断后的切断面。表示(对应于所述图2(c)的朝向的截面)。图8中,示出了将电子空穴(h)排出到发射电极11侧时的情况。
[0073]在半导体装置3中,配置成在Z方向上发射极区域40H被发射极区域40L与接点区域35夹着。换言之,在Z方向上,高浓度
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