半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体装置。本说明书涉及一种具备场限环的半导体装置，并且提供一种提高半导体装置的耐压的技术。
【背景技术】
[0002]在半导体装置中，沿着PN结的边界会产生被称为耗尽层的绝缘带。当耗尽层的宽度较窄时，耗尽层中的电场强度会增高。当电场强度过度地增高时，绝缘被会遭到破坏，从而元件受到损伤。已知在有源区域的边缘处耗尽层变窄，从而电场强度增高的情况。
[0003]作为提高半导体装置的耐压技术的一种，已知有场限环(Field Limiting Ring:FLR)。以下，为了便于说明，将场限环简记为“FLR”。FLR为以包围形成元件的有源区域的方式而被设置在半导体基板内的层，并具有与基板的原本的导电型不同的导电型。FLR也被称为浮置扩散层。如果半导体基板为N型，则以环状包围有源区域的方式掺杂P型的杂质，从而形成P型的FLR。当设置FLR时，耗尽层将沿着FLR和半导体基板的PN结部扩展，从而耐压得到提高。有关FLR的改良例如被日本特开2000 - 114549号公开。
【发明内容】
[0004]已知在一般情况下，与设置宽度较宽的一个FLR的方式相比，设置宽度较窄的多个FLR的方式更能提高耐压。在此，“宽度”指的是，在对半导体装置进行俯视观察时的FRL的宽度。以下，“宽度”以相同的含义而使用。在设置了多个FLR的情况下，在相邻的FLR之间形成有绝缘带。由于在将绝缘带设为较窄时，绝缘带中的电场强度将增高，因此相邻的FLR之间的宽度不能过度地减小。
[0005]另一方面，虽然半导体装置的主面包含FLR并被绝缘层覆盖，但是当在该绝缘层中过剩地存在可动离子时，电场分布会被打乱，其结果为，绝缘层较容易被破坏。虽然还存在可动离子之外的使绝缘层劣化的因素，但是，在此将可动离子考虑为使绝缘层劣化的典型的原因。
[0006]可动离子的原因可以认为是在半导体装置的制造工序中的混入，此外，来自外部的污染也是一个因素。为了减少可动离子，考虑到在绝缘层中设置用于对可动离子进行捕捉的导体层或半导体层。半导体层内的载流子对可动离子进行捕获。但是，如前文所述的那样，由于需要在相邻的FLR之间确保相应的宽度的绝缘带，因此不能只单纯地在相邻的FLR之间设置导体层或半导体层。这是因为，由于在导体层或具有载流子的半导体层中不产生电场，因此当在相邻的FLR之间存在导体层或半导体层时，能够产生电场的宽度将被缩窄对应的量。
[0007]本说明书提供一种减少主面表面的绝缘层内的可动离子并且提高耐压的技术。
[0008]在本说明书所公开的技术中，在覆盖多个FLR的绝缘层的内部设置半导体层。半导体层以与FLR平行并包围有源区域的方式而设置。此外，半导体层以在对半导体基板进行俯视观察时与相邻的FLR之间的范围重叠的方式而配置。以下，将相邻的FLR之间的范围称为环间范围。但是，半导体层是以如下方式而设置的，即，不与两个FLR之间的区域的整体重叠，而是与其一部分重叠，与剩余部分不重叠的方式。换言之，在对半导体基板进行俯视观察时，环间范围与半导体层重叠的区域包围有源区域，并且与该重叠的区域平行地，环间范围与半导体层不重叠的区域包围有源区域。而且，本说明书所公开的技术的特征为，半导体层含有以与RESURF条件的面密度(浓度)相比较低的面密度(浓度)而被活化的杂质。在此，杂质为决定半导体的类型的物质，代表性的物质为硼或磷。半导体层整体成为P型或N型。
[0009]由于环间范围与半导体层不重叠的区域始终成为绝缘带，因此从在半导体基板的内部产生的耗尽层连续的电场会穿过该绝缘带。在本说明书所公开的技术中，当向基板施加的电压增高时，耗尽层在与绝缘带相邻的半导体层内也会扩展，从而使形成有电场的宽度扩大，由此缓和电场强度。以下，对其原理进行说明。
[0010]已知在含有与RESURF条件的面密度相比较低的面密度的被活化的杂质时，若施加电压，则会形成耗尽层。已知与RESURF条件相当的面密度(浓度)在进行掺杂的半导体表面的区域的面密度上为约1.0xE+12 [atoms/cm2]。有关RESURF条件，在文献:J.A.Apples, et al, Tech.Dig.1EDM79, 238, 1979中有详细记载，故请参照。以下，为了便于说明，将与RESURF条件相当的面密度称为“RESURF面密度”。
[0011]由于半导体层含有固定面密度的杂质，因此具有固定面密度的载流子。由于该载流子捕捉可动离子，因此不易产生由可动离子所引起的绝缘破坏。
[0012]另一方面，参照图1A、图1B，对通过在环间范围的上方的绝缘层上设置上述的面密度的半导体层而提高耐压的理由进行说明。图1A、图1B为将半导体装置2在其厚度方向上横切的剖视图。半导体装置2为在层压有N —型的漂移层6和N+型的集电层7的半导体基板8的有源区域内形成有P型的体层53的晶体管。另外，省略了栅等的图示。此外，请留意为了容易理解附图，而在漂移层6上未划有表示截面的阴影线。在以后的图中，在漂移层6上也未划有阴影线。
[0013]半导体装置2以在俯视观察时包围有源区域的方式而具备三条FLR。将靠近有源区域的FLR称为第一 FLR14a，将距有源区域最远的FLR称为第三FLR14c，将中间的FLR称为第二 FLR14b。另外，在不对三条FLR进行区别而表示时，称为FLR14。
[0014]半导体装置的第一主面(图中为上侧的表面)的外围区域被绝缘层5覆盖。在FLR14各自的上方的绝缘层5中设置有半导体层3。半导体层3具有在对基板进行俯视观察时，与相邻的两个FLR之间的范围(环间范围Ra)重叠的低面密度区域3a和与FLR14重叠的高面密度区域3b。“在对基板进行俯视观察时”换言之为“在将基板于其厚度方向上横切的方向上”的含义。此外，“FLR14的上方”指的是从FLR14朝向绝缘层5的方向。
[0015]高面密度区域3b以与RESURF面密度相比较高的面密度而含有杂质，低面密度区域3a以与RESURF面密度相比较低的面密度而含有杂质。所含有的杂质既可以为P型也可以为N型，半导体层整体具有相同的导电型。在未向被形成在有源区域中的晶体管的栅极施加电压而向第一主电极52与第二主电极54之间施加电压时，耗尽层会沿着体层53和第一 FLR14a扩展。在图中等电位线由虚线表示，漂移层6中的等电位线与耗尽层对应。等电位线横穿绝缘层5并向半导体装置2的外部延伸。
[0016]图1A图示了向主电极间施加的电压较低的情况下的等电位线，图1B图示了向主电极间施加的电压较高的情况下的等电位线。在两主电极之间的电压较低的情况下(图1A)，由于在半导体层3的低面密度区域3a以及高面密度区域3b双方中存在有载流子，因此半导体层3整体成为导体。因此，低面密度区域3a与高面密度区域3b —起整体成为等电位。因此，从漂移层6的耗尽层连续的电场不向低面密度区域3a扩展，从而在不存在半导体层3(包含低面密度区域3a在内的半导体层3)的范围Wl中产生电场。换言之，从漂移层6的耗尽层连续的电场在环间范围Ra内仅在范围Wl中产生。虽然范围Wl较窄，但是由于所施加的电压较低，因此范围Wl的电场强度也较低，不至于破坏绝缘。另一方面，在低面密度区域3a中存在载流子的期间能够对可动离子进行捕捉。另外，在高面密度区域3b中始终存在载流子，并对可动离子进行捕捉。
[0017]当两主电极间的电压增高时，在低面密度区域3a中将形成有耗尽层。于是，低面密度区域3a成为绝缘状态，在低面密度区域3a的内部中也可能产生电场。耗尽层最大会扩展至低面密度区域3a整体。在该情况下，在环间范围Ra中的包含低面密度区域3a的范围W2中产生电场。换言之，从漂移层6的耗尽层连续的电场在环间范围Ra的范围W2中产生。当从图1A的状态转移至图1B的状态时，由于在环间范围Ra中电场所产生的范围从Wl扩大至W2，因此电场强度的增加被缓和。汇总如下。当向半导体装置施加的电压增高时，由于在与环间范围重叠的半导体层3中耗尽层扩展至低面密度区域3a，即绝缘带扩展，因此电场强度的增加被缓和。
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