專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法的發(fā)明，更特定地，是涉及功率半導(dǎo)體器件的性能的改良及成品率的改善的發(fā)明。
背景技術(shù)：
代替現(xiàn)有型MOS-FET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的均勻的n型漂移層，用應(yīng)用了被稱為RESURF(減速場(chǎng))效應(yīng)的電場(chǎng)減緩現(xiàn)象的微細(xì)p型和n型層的重復(fù)結(jié)構(gòu)的元件例如在USP 6,040,600等中被倡導(dǎo)。在這種元件中，在導(dǎo)通狀態(tài)，用比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的均勻的n型漂移層的濃度高一個(gè)數(shù)量級(jí)程度的雜質(zhì)濃度的n型漂移層得到了低的導(dǎo)通電阻；在截止?fàn)顟B(tài)，通過n/p層的三維多重RESURF效應(yīng)整個(gè)電場(chǎng)被減緩。因此，只用單獨(dú)的高濃度n型漂移層就能夠?qū)崿F(xiàn)通常所得到的主耐壓的數(shù)倍的耐壓，從原理上說，得到了可以突破限制主耐壓與電阻率關(guān)系的Si極限(電阻率與主耐壓的2.5次方成正比的Ron，sp＝5.93×10-9BV2.5)的STM(超溝槽功率MOS-FET)結(jié)構(gòu)。
但是，在實(shí)際的元件中，在芯片的端部，因?yàn)檫@種微細(xì)的n型和p型層的重復(fù)結(jié)構(gòu)不能無限地重復(fù)，所以，存在在重復(fù)被中斷的終端結(jié)構(gòu)“Termination”部分的主耐壓急劇降低的問題。以下，從這種觀點(diǎn)出發(fā)，說明現(xiàn)有技術(shù)及其問題。


圖148是概略性地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的第1種結(jié)構(gòu)的剖面圖。示出了相當(dāng)于設(shè)想把MOS-FET作為具體的有源元件結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D148，在MOS-FET的n+漏區(qū)101的第1主面?zhèn)刃纬蒼-外延層102。在該n-外延層102內(nèi)，形成n型漂移區(qū)103和p型雜質(zhì)區(qū)104交互重復(fù)的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)。
另外，在該pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的元件的中央附近為說明方便而予以省略，但是，通常，在這一部分重復(fù)存在數(shù)百至數(shù)萬組n型漂移區(qū)103和p型雜質(zhì)區(qū)104的組合。1組n型漂移區(qū)103的n型雜質(zhì)濃度和p型雜質(zhì)區(qū)104的p型雜質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)上被設(shè)定為相同。
在p型雜質(zhì)區(qū)104的第1主面一側(cè)，形成p型體區(qū)105。該p型體區(qū)105也位于n型漂移區(qū)103的第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚?，與n型漂移區(qū)103構(gòu)成主pn結(jié)。在該p型體區(qū)105內(nèi)的第一主面內(nèi)，并列形成MOS-FET的n+源區(qū)106和用于得到對(duì)p型體區(qū)105的低電阻接觸而設(shè)的p+接觸區(qū)107。
在第1主面上，隔著柵絕緣膜108與夾在n型漂移區(qū)103和n+源區(qū)106之間的p型體區(qū)105對(duì)置地形成柵電極109。若在該柵電極109上施加正電壓，則與柵電極對(duì)置的p型體區(qū)105反轉(zhuǎn)為n型，形成溝槽道區(qū)。
為了電連接n+源區(qū)106和p+接觸區(qū)107，在第1主面上，例如，用含有鋁(A1)的材料形成源電極110。
在第2主面上，形成漏極金屬布線111，以便與n+漏區(qū)101連接。
并且，在實(shí)際的元件中，源電極部分通過設(shè)在第1主面上的層間絕緣膜中的接觸孔，且經(jīng)勢(shì)壘金屬，與n+源極106及p+接觸區(qū)107電連接。但是，本申請(qǐng)中，因該部分不重要，在全部圖中源電極部分被簡(jiǎn)化而用實(shí)線交叉表現(xiàn)。
同樣，在實(shí)際元件中，n+漏區(qū)101比有效元件部分的厚度要厚數(shù)倍至數(shù)十倍，但因?yàn)楹?jiǎn)化，在圖中n+漏區(qū)101被表現(xiàn)為比有效元件部分薄。不限于這些，為表現(xiàn)上的簡(jiǎn)化，圖中的各尺寸的比例尺及尺寸比率等都有失真，未必準(zhǔn)確。
作為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的終端結(jié)構(gòu)，例如，設(shè)置了由p型雜質(zhì)區(qū)115形成的多重保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。
在這種結(jié)構(gòu)中，n型漂移區(qū)103和p型雜質(zhì)區(qū)104的各區(qū)在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部和端部實(shí)質(zhì)上具有相同的雜質(zhì)濃度。
圖149是概略地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的第2種結(jié)構(gòu)的剖面圖。參照?qǐng)D149，在這種結(jié)構(gòu)中，n-外延層102具有埋入多層外延結(jié)構(gòu)，p型雜質(zhì)區(qū)104在半導(dǎo)體襯底的深度方向上由一體化的多個(gè)p型區(qū)104a構(gòu)成。即使在這種結(jié)構(gòu)中，p型雜質(zhì)區(qū)104的各區(qū)在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部和端部實(shí)質(zhì)上也具有相同的雜質(zhì)濃度。
但是，各p型雜質(zhì)區(qū)104的上下方向上的濃度分布仍是同原來一樣的結(jié)構(gòu)，這是緣于制造方法的濃度分布，與本發(fā)明中討論的在橫向的重復(fù)部分的濃度梯度沒有關(guān)系。并且，在圖中，為簡(jiǎn)單起見，上下方向的濃度梯度只畫出了2級(jí)，但實(shí)際上，該濃度是連續(xù)變化的濃度。
該現(xiàn)有例子的制造方法的特征在于以簡(jiǎn)化埋入層形成的工序?yàn)槟康模瑸檫_(dá)到與p型層濃度平衡的程度而使用了較高濃度的n-外延層102。這樣，在在n-外延層102內(nèi)，因?yàn)樵谛纬蓀型埋入擴(kuò)散層104a以后進(jìn)行熱處理，所以，p型雜質(zhì)區(qū)104成為眾所周知的丸子串形狀。
圖150是概略地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的第3種結(jié)構(gòu)的剖面圖。參照?qǐng)D150，在這種結(jié)構(gòu)中，以n型漂移區(qū)103和p型雜質(zhì)區(qū)104為1組，在這1組的pn組合之間，配置用填埋物124充填的溝槽123。
圖151示出了相當(dāng)于該圖150結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)集中的形狀。在該圖中，黑色部分表示電場(chǎng)高度集中的部分，可以看出，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中斷的部分(箭頭所示區(qū)域)電場(chǎng)集中。
然而，在該圖151中，終端結(jié)構(gòu)部分不采用被稱為FLR(場(chǎng)限制環(huán))或者FFR(浮置場(chǎng)環(huán))的多重保護(hù)環(huán)，而是采用了FP(場(chǎng)極板)結(jié)構(gòu)。
另外，在圖149及圖150所示結(jié)構(gòu)中上述以外的結(jié)構(gòu)因?yàn)榕c圖148所示結(jié)構(gòu)大體相同，對(duì)同一構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)，其說明從略。
對(duì)于上述第1～第3現(xiàn)有例，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中斷的部分，有組合了保護(hù)環(huán)、FLR、JTE(結(jié)終端結(jié)構(gòu)擴(kuò)展)、FP等通常終端結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。但是，僅是把這樣的終端結(jié)構(gòu)組合，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中斷的部分，只能得到比在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部得到的單元內(nèi)的高耐壓低得多的低耐壓。因此，其結(jié)果是，存在元件動(dòng)作的主耐壓和導(dǎo)通電阻的折衷關(guān)系不能被改善的問題。
并且，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中斷部分的外側(cè)，通過進(jìn)行p型層和n型層的特殊的濃度設(shè)定，作為不損失主單元部分的高耐壓的方法，發(fā)表了下面的優(yōu)先例1的內(nèi)容。但是，用這種方法，因后述的理由，也有實(shí)現(xiàn)困難的問題。
上述優(yōu)先例1例如被發(fā)表在ISPSD2000(International Symposiumon Power Semiconductor Devices & Ics，功率半導(dǎo)體器件和集成電路國際研討會(huì))上的CPES(Center for Power Electronics Systems，功率電子學(xué)系統(tǒng)中心)Virginia Polytechnic and State University，“Junction Termination Technique for Super Junction Devices，超結(jié)器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)技術(shù)”。
該優(yōu)先例1是表示pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的終端結(jié)構(gòu)本身的改善例。
另外，在上述優(yōu)先例1中，示出圖152所示結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D152，從p型層204和n型層203的重復(fù)被中斷的部分開始，構(gòu)成以n層的厚度(深度)R為半徑的1/4圓的扇形便形成了有效的導(dǎo)電類型及濃度可以看作是低濃度的p-區(qū)的區(qū)域的區(qū)域。但是，實(shí)際上不可能具有這樣的濃度分布來形成p-區(qū)。所以，實(shí)際的p-區(qū)的濃度分布有必要成為如圖153所示那樣的衰減曲線。
為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，如圖154所示的SJT(超結(jié)終端結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)那樣，采用了n型區(qū)203的濃度及寬度均為恒定，并且，p型區(qū)204的濃度恒定、寬度改變的結(jié)構(gòu)。由此，如可以引出與改變有效濃度同樣的效果，就如優(yōu)先例1中所記述的那樣。
并且，這時(shí)所要求的始終是如圖155所示那樣的等電位面是以等間隔的扇形排列的形狀，且在表面露出的電場(chǎng)強(qiáng)度分布是鋸齒形，其峰與峰、谷與谷之間是同樣的高度和深度。
同樣，對(duì)于該優(yōu)先例1，假定pi區(qū)204和ni區(qū)203各自的濃度在單一的擴(kuò)散層內(nèi)上下左右是均勻的。然而，就pn濃度比的關(guān)系來說，在濃度的絕對(duì)值發(fā)生很大變化的情況下，關(guān)系式不成立，或由于對(duì)該關(guān)系式的描述極其繁雜，近似精度變差，所以，存在難以發(fā)揮優(yōu)先例1原有效果的問題。
具體地說，是在優(yōu)先例1的正文中，第2頁右欄至第3頁左欄有關(guān) “Along the SJT surface，…in the following calculating.，沿SJT表面，…在下述計(jì)算中?！钡挠浭?。在這些記述中，為使最表面的電場(chǎng)分布達(dá)不到臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度，設(shè)定代表各部分的濃度和寬度的體積滿足優(yōu)先例1中的(5)式即可。
換言之，該優(yōu)先例1如SJT，即“超結(jié)終端結(jié)構(gòu)”的字面那樣，以某種方式把重復(fù)單元部分的超結(jié)結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)到終端結(jié)構(gòu)部分，揭示出以包括終端結(jié)構(gòu)的形式的元件總體設(shè)計(jì)，這是中央的重復(fù)單元與終端結(jié)構(gòu)成為一一對(duì)應(yīng)密不可分的結(jié)構(gòu)，是一種非常受限制的結(jié)構(gòu)，但在本發(fā)明中，描述的是重復(fù)單元部分與一般性的終端結(jié)構(gòu)部分的“連接方法”，兩者有本質(zhì)性的區(qū)別。
在把按圖153的矢徑方向的p型受主濃度分布所要求的分布根據(jù)pn層的重復(fù)而形成的情況下，最表面的電場(chǎng)分布成為鋸齒狀，但如其峰與峰、谷與谷完全相同，則能得到最大的耐壓。因此，如圖155所示，在把n、p區(qū)203、204的濃度設(shè)為恒定的情況下，等勢(shì)面(線)以等間隔的扇形分布形成，此時(shí)有必要對(duì)各區(qū)203、204的寬度進(jìn)行調(diào)整。
另外，由于SJT存在以下2點(diǎn)問題，所以被認(rèn)為不具實(shí)用性。
首先，用于構(gòu)成SJT結(jié)構(gòu)的濃度規(guī)定很復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)事先要詳細(xì)研討與終端結(jié)構(gòu)部不同的重復(fù)單元部的濃度配置，在此基礎(chǔ)上還要把與其符合的各個(gè)設(shè)計(jì)施加于SJT部分，并且，要制作直至半導(dǎo)體芯片的物理上的及機(jī)械上的最終端的結(jié)構(gòu)有難度。另一方面，本發(fā)明僅用比較單純的算術(shù)就可以調(diào)整重復(fù)單元部最終端附近的相對(duì)濃度，所以，具有設(shè)計(jì)、制造方法均簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
第2點(diǎn)，SJT結(jié)構(gòu)只在使用埋入多層外延生長(zhǎng)法制造的情況下有可能實(shí)現(xiàn)，在用溝槽側(cè)壁擴(kuò)散的情況下，存在事實(shí)上不能制造等缺乏通用性的問題。
并且，正如在優(yōu)先例1的正文中也有的那樣，這種方法在原理上應(yīng)用于多層外延結(jié)構(gòu)是可能的，然而，在制造技術(shù)方面不可能用于應(yīng)用溝槽方式的元件結(jié)構(gòu)中，因而也有缺乏通用性的問題。
以下，作為優(yōu)先例2，用圖156說明在USP5、428、215中闡述的技術(shù)。
參照?qǐng)D156，縱型MOS-FET具有低n摻雜的內(nèi)部區(qū)301。在半導(dǎo)體襯底的上側(cè)表面302內(nèi)，設(shè)有相反導(dǎo)電類型(p)的基區(qū)303。在基區(qū)303內(nèi)，埋入第1導(dǎo)電型(n)的源區(qū)304。在表面302上面，絕緣地配置柵電極308。在另一表面306內(nèi)設(shè)置與內(nèi)部區(qū)301相同導(dǎo)電類型的高摻雜漏區(qū)307。
在內(nèi)部區(qū)301內(nèi)，在施加反向電壓時(shí)擴(kuò)展的空間電荷區(qū)的范圍內(nèi)配置輔助半導(dǎo)體區(qū)311、312。設(shè)置與內(nèi)部區(qū)導(dǎo)電類型相反的至少2個(gè)311區(qū)。在311區(qū)之間配置與內(nèi)部區(qū)301具有相同導(dǎo)電類型(n)且比內(nèi)部區(qū)為高摻雜的輔助區(qū)312。該輔助區(qū)從所有方向被單一區(qū)圍繞。該單一區(qū)與312區(qū)同樣，具有與內(nèi)部區(qū)相同的導(dǎo)電類型，但具有比內(nèi)部區(qū)高的摻雜濃度。
在這種構(gòu)成中，表現(xiàn)出形成有源單元的部分被埋入低濃度n-區(qū)301中的結(jié)構(gòu)，但是，有關(guān)該外圍部分的雜質(zhì)濃度的記載特別少，只論及單元部分的構(gòu)成方法。
另外，一般地說，未形成該優(yōu)先例2的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的部分的雜質(zhì)濃度被推定設(shè)定為從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)(無pn重復(fù)的結(jié)構(gòu))的功率MOS-FET中設(shè)定的元件耐壓中看到的制造容限程度的裕量的值反推出的雜質(zhì)濃度。但是，這樣一來，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的終端結(jié)構(gòu)部分的電場(chǎng)分布變?yōu)槿切?，與在單元部分實(shí)現(xiàn)的臺(tái)狀電場(chǎng)分布不同。因此，與上述優(yōu)先例1同樣，重復(fù)單元內(nèi)部與終端結(jié)構(gòu)部分的電場(chǎng)分布的差異變大，與現(xiàn)有型的MOS-FET結(jié)構(gòu)比較，盡管主耐壓與導(dǎo)通電阻的關(guān)系得到改善，但存在在單元部分原來已得到的高耐壓此時(shí)卻無法實(shí)現(xiàn)的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是，提供一種在基于三維多重RESURF效應(yīng)的半導(dǎo)體器件中改善主耐壓和導(dǎo)通電阻間的折衷關(guān)系的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的制造方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是在第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，在具有把第1導(dǎo)電型的第1雜質(zhì)區(qū)和第2導(dǎo)電型的第2雜質(zhì)區(qū)并列的結(jié)構(gòu)重復(fù)2次以上的重復(fù)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其特征在于作為位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部(outermost portion)的第1及第2雜質(zhì)區(qū)的任一區(qū)的低濃度區(qū)在構(gòu)成重復(fù)結(jié)構(gòu)的所有第1及第2雜質(zhì)區(qū)中具有最低的雜質(zhì)濃度，或者最少的綜合有效電荷量按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，通過把具有重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部濃度的一部分變?yōu)楸戎醒氩糠值偷臐舛龋O(shè)立把在中央部的單元重復(fù)部分應(yīng)用的強(qiáng)“3維的多重RESURF效應(yīng)”徐徐減緩的“緩沖區(qū)”，與用保護(hù)環(huán)、場(chǎng)極板等構(gòu)成的現(xiàn)有型的所謂“終端結(jié)構(gòu)(TreminationStructurc)”部分的連接變得容易，可以抑制因與強(qiáng)“3維的多重RESURF效應(yīng)”部分和所謂“終端結(jié)構(gòu)”部分的連接的“不匹配”而引起的主耐壓降低。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度是在比低濃度區(qū)靠近重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部一側(cè)的第1及第2雜質(zhì)區(qū)中的任一區(qū)即高濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度的30％以上、70％以下。
通過這樣地調(diào)整雜質(zhì)濃度，在把從pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的濃度梯度看作連續(xù)的這一范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，作為位于低濃度區(qū)與高濃度區(qū)之間的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)的任一區(qū)的中間濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度，既比低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度高，又比高濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度低。
通過這樣地設(shè)置中間濃度區(qū)，進(jìn)而使?jié)舛忍荻葟膒n重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的連續(xù)變化成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，半導(dǎo)體襯底具有相互對(duì)置地第1主面和第2主面，在構(gòu)成重復(fù)結(jié)構(gòu)的多個(gè)第1雜質(zhì)區(qū)中的至少一個(gè)區(qū)的第1主面一側(cè)的至少一部分上，以與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)的的方式形成第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)，在重復(fù)結(jié)構(gòu)的第2主面一側(cè)形成第1導(dǎo)電型的第4雜質(zhì)區(qū)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有縱型結(jié)構(gòu)的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)的第3雜質(zhì)區(qū)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有MOS-FET的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)不構(gòu)成有源元件。
因此，在開關(guān)工作時(shí)易引起不穩(wěn)定的具有濃度梯度的低濃度區(qū)可以僅保持耐壓而不形成MOS-FET等元件，從而能夠得到穩(wěn)定的開關(guān)工作。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，還備有在一個(gè)特定的方向上延伸的第1雜質(zhì)區(qū)的靠近端部的上部的至少一部分上形成的第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)；在與一個(gè)特定的方向相反方向的第1雜質(zhì)區(qū)的靠近端部的上部的至少一部分上形成的第1導(dǎo)電型的第4雜質(zhì)區(qū)；與第3雜質(zhì)區(qū)電連接的第1電極；以及與第4雜質(zhì)區(qū)電連接的第2電極。第1及第2電極都被形成在第1主面上。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有橫型結(jié)構(gòu)的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，半導(dǎo)體襯底具有相互對(duì)置的第1主面和第2主面，并且，在第1主面上有多個(gè)溝槽；重復(fù)結(jié)構(gòu)具有第1及第2雜質(zhì)區(qū)夾著溝槽并排的結(jié)構(gòu)重復(fù)2次以上的重復(fù)結(jié)構(gòu)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有溝槽的元件，例如，ST(超溝槽)系列的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度是在比低濃度區(qū)靠近重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部一側(cè)的作為第1及第2雜質(zhì)區(qū)中的任一區(qū)的高濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度的30％以上、70％以下。
在這樣具有溝槽的元件中，通過調(diào)整雜質(zhì)濃度，在把從pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的濃度梯度看作連續(xù)的這一范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，作為位于低濃度區(qū)與高濃度區(qū)之間的第1及第2雜質(zhì)區(qū)的任一區(qū)的中間濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度，既比低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度高，又比高濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度低。
通過在這樣具有溝槽的元件中設(shè)置中間濃度區(qū)，進(jìn)而使?jié)舛忍荻葟膒n重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的連續(xù)變化成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，在被多個(gè)溝槽圍起來的半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部分的一方側(cè)面上形成第1雜質(zhì)區(qū)，在另一方側(cè)面上形成第2雜質(zhì)區(qū)，并且，在第1雜質(zhì)區(qū)的上述第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚闲纬傻?導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)，使之與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于ST系列的具有臺(tái)面區(qū)的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)的第3雜質(zhì)區(qū)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于ST系列的元件中具有MOS-FET的元件，即STM(超構(gòu)槽功率MOS-FET)。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)不構(gòu)成有源元件。
因此，在ST系列的元件中，在開關(guān)工作時(shí)易引起不穩(wěn)定的具有濃度梯度的低濃度區(qū)可以僅保持耐壓而不形成MOS-FET等元件，從而能夠得到穩(wěn)定的開關(guān)工作。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于多個(gè)溝槽的最端部位置的溝槽在第1主面內(nèi)是多個(gè)第1孔沿著規(guī)定的方向隔開一定間隔配置成的具有虛線狀的表面圖形的第1虛線狀溝槽，低濃度區(qū)被形成為位于第1虛線狀溝槽的一方側(cè)壁上。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有虛線狀溝槽的元件，即具有DLT(虛線狀溝槽)結(jié)構(gòu)的元件，制造工序可以簡(jiǎn)化。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，在構(gòu)成第1虛線狀溝槽的多個(gè)第1孔的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和是在比第1虛線狀溝槽更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的30％以上、70％以下。
這樣，在具有DLT結(jié)構(gòu)的元件中，通過調(diào)整虛線狀溝槽的孔的長(zhǎng)度和間隔，可以調(diào)整低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度。因此，在把從pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的濃度梯度看作連續(xù)的這一范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于第1虛線狀溝槽與連續(xù)延伸的溝槽之間的溝槽在第1主面內(nèi)是多個(gè)第2孔沿著規(guī)定的方向隔開一定間隔配置成的具有虛線狀的表面圖形的第2虛線狀溝槽，在構(gòu)成第2虛線狀溝槽的多個(gè)第2孔的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和比在構(gòu)成第1虛線狀溝槽的多個(gè)第1孔的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和長(zhǎng)，并且，比起在比第2虛線狀溝槽更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度短。
這樣，在具有DLT結(jié)構(gòu)的元件中，通過梯級(jí)式地設(shè)置虛線狀溝槽，進(jìn)而使?jié)舛忍荻萷n重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的連續(xù)變化成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，在被多個(gè)溝槽圍起來的半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部分的一方側(cè)面上形成第1雜質(zhì)區(qū)，在另一方側(cè)面上形成第2雜質(zhì)區(qū)。并且，在第1雜質(zhì)區(qū)的第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚闲纬傻?導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)，使之與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有DLT結(jié)構(gòu)，并具有ST系列的臺(tái)面區(qū)的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)的第3雜質(zhì)區(qū)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有DLT結(jié)構(gòu)的ST系列的元件中具有MOS-FET的元件，即STM(超溝槽功率MOS-FET)。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)不構(gòu)成有源元件。
因此，在具有DLT結(jié)構(gòu)的ST系列的元件中，在開關(guān)工作時(shí)易引起不穩(wěn)定的具有濃度梯度的低濃度區(qū)可以僅保持耐壓而不形成MOS-FET等元件，從而能夠得到穩(wěn)定的開關(guān)工作。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，半導(dǎo)體襯底具有相互對(duì)置的第1主面和第2主面，并具有包括與第1主面相互為鄰的第1及第2溝槽的多個(gè)溝槽，在第1溝槽的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁上形成第1雜質(zhì)區(qū)，并且，在第2溝槽的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁上形成第2雜質(zhì)區(qū)的結(jié)構(gòu)要重復(fù)2次以上。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有雙溝槽結(jié)構(gòu)的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度是在比低濃度區(qū)靠近重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部一側(cè)的作為第1及第2雜質(zhì)區(qū)中的任一區(qū)的高濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度的30％以上、70％以下。
這樣，在這種具有雙溝槽結(jié)構(gòu)的元件中，通過調(diào)整低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度，在把從pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的濃度梯度看作連續(xù)的這一范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，作為位于低濃度區(qū)與高濃度區(qū)之間的第1及第2雜質(zhì)區(qū)任一區(qū)的中間濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度，既比低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度高，又比高濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度低。
這樣，在具有雙溝槽結(jié)構(gòu)的元件中，通過梯級(jí)式地設(shè)置虛線狀溝槽，進(jìn)而可以把從pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的濃度梯度看作是連續(xù)性的。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，在被多個(gè)溝槽圍起來的半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部分的一方側(cè)面上形成第1雜質(zhì)區(qū)，在另一方側(cè)面上形成第2雜質(zhì)區(qū)，并且，在第1雜質(zhì)區(qū)的第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚闲纬傻?導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)，使之與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有雙溝槽結(jié)構(gòu)的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)的第3雜質(zhì)區(qū)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于在具有雙溝槽結(jié)構(gòu)的元件中具有MOS-FET的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)不構(gòu)成有源元件。
因此，在具有雙溝槽結(jié)構(gòu)的元件中，在具有開關(guān)工作時(shí)易引起不穩(wěn)定的濃度梯度的低濃度區(qū)可以僅保持耐壓而不形成MOS-FET等元件，從而能夠得到穩(wěn)定的開關(guān)工作。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于多個(gè)溝槽的最端部的溝槽在第1主面內(nèi)是多個(gè)第1孔沿著規(guī)定的方向隔開一定間隔配置成的具有虛線狀的表面圖形的第1虛線狀溝槽，低濃度區(qū)被形成為位于第1虛線狀溝槽的一方側(cè)壁上。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有雙溝槽結(jié)構(gòu)并具有DLT結(jié)構(gòu)的元件，可以簡(jiǎn)化制造工序。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，在構(gòu)成第1虛線狀溝槽的多個(gè)第1孔的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和是在比第1虛線狀溝槽更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的30％以上、70％以下。
這樣，在具有雙溝槽結(jié)構(gòu)并具有DLT結(jié)構(gòu)的元件中，通過調(diào)整虛線狀溝槽的孔的長(zhǎng)度和間隔，可以調(diào)整低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度。因此，在把從pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的濃度梯度看作連續(xù)的這一范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整成為可能。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于第1虛線狀溝槽與連續(xù)延伸的溝槽之間的溝槽在第1主面內(nèi)是多個(gè)第2孔沿著規(guī)定的方向隔開一定間隔配置成的具有虛線狀的表面圖形的第2虛線狀溝槽，在構(gòu)成第2虛線狀溝槽的多個(gè)第2孔的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和比在構(gòu)成第1虛線狀溝槽的多個(gè)第1孔的第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和長(zhǎng)，并且，比起在比第2虛線狀溝槽更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽的在上述第1主面上的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度短。
這樣，在具有雙溝槽結(jié)構(gòu)且具有DLT結(jié)構(gòu)的元件中，通過梯級(jí)式地設(shè)置虛線狀溝槽，進(jìn)而可以把從pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部向半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)的濃度梯度看作是連續(xù)性的。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，在被多個(gè)溝槽圍起來的半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部的一方側(cè)面上形成第1雜質(zhì)區(qū)，在另一方側(cè)面上形成第2雜質(zhì)區(qū)，并且，在第1雜質(zhì)區(qū)的上述第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚闲纬傻?導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)，使之與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)。
這樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有雙溝槽結(jié)構(gòu)及DLT結(jié)構(gòu)，且具有ST系列的臺(tái)面區(qū)那樣的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，與第1雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成主pn結(jié)的第3雜質(zhì)區(qū)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
這樣，本發(fā)明可以用于在具有雙溝槽結(jié)構(gòu)及DLT結(jié)構(gòu)的元件中具有MOS-FET的元件。
在上述半導(dǎo)體器件中，理想情況是，位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)不構(gòu)成有源元件。
因此，在具有雙溝槽結(jié)構(gòu)及DLT結(jié)構(gòu)的ST系列的元件中，在開關(guān)工作時(shí)易引起不穩(wěn)定的具有濃度梯度的低濃度區(qū)可以僅保持耐壓而不形成MOS-FET等元件，從而能夠得到穩(wěn)定的開關(guān)工作。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法是在第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，在具有把第1導(dǎo)電型的第1雜質(zhì)區(qū)和第2導(dǎo)電型的第2雜質(zhì)區(qū)并列的結(jié)構(gòu)重復(fù)2次以上的重復(fù)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于低濃度區(qū)和除此之外的其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)系被獨(dú)立地改變濃度而形成，使得作為位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的第1及第2雜質(zhì)區(qū)的任一區(qū)的低濃度區(qū)在構(gòu)成重復(fù)結(jié)構(gòu)的所有第1及第2雜質(zhì)區(qū)中具有最低的雜質(zhì)濃度或者最少的總有效電荷量。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，因?yàn)橹貜?fù)結(jié)構(gòu)的最端部比中央部的濃度低，所以在重復(fù)結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底的第1導(dǎo)電型區(qū)，可以降低所構(gòu)成的pin二極管的i層的濃度。據(jù)此，能夠調(diào)整i層的濃度，使之在重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部得到的耐壓比在中央部得到的耐壓大。所以，能夠謀求在單元部分的耐壓比現(xiàn)有例高。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，為了獨(dú)立地改變濃度形成低濃度區(qū)和其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)，低濃度區(qū)和其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)通過獨(dú)立地改變濃度的離子注入及熱處理形成。
這樣，因?yàn)槭怯秒x子注入形成，所以可以簡(jiǎn)化工序，還能夠在有效的控制下形成低濃度區(qū)。并且，該方法適合于低耐壓元件的制造方法。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，為了獨(dú)立地改變濃度形成低濃度區(qū)和其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)，低濃度區(qū)和其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)通過獨(dú)立地改變濃度的離子注入及多級(jí)外延生長(zhǎng)形成。
因?yàn)閼?yīng)用了多級(jí)外延生長(zhǎng)，所以原理上可以無限地將外延層層疊起來。因而，該方法適合于高耐壓元件的制造方法。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，為了獨(dú)立地改變濃度形成低濃度區(qū)和其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)，上述低濃度區(qū)和其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)通過獨(dú)立地改變濃度并分多級(jí)改變注入能量的離子注入形成。
因?yàn)閼?yīng)用了多級(jí)離子注入，所以可以簡(jiǎn)化工序，還能夠在有效的控制下形成低濃度區(qū)。并且，該方法適合于低耐壓元件的制造方法。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，為了獨(dú)立地改變濃度形成低濃度區(qū)和其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)，借助于從離子注入用掩模的第1開口部注入的雜質(zhì)離子形成其他第1及第2雜質(zhì)區(qū)，借助于從開口總面積比第1開口部小的第2開口部注入的雜質(zhì)離子形成低濃度區(qū)。
這樣，通過用相互隔離的多個(gè)微小開口部稠密配置的結(jié)構(gòu)，可以容易地形成開口面積不同的開口部。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序同時(shí)形成在半導(dǎo)體襯底的第1主面內(nèi)，1條以上的溝槽和通過并列位于1條以上的溝槽的外側(cè)、且多個(gè)第1孔沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置而在第1主面上具有虛線狀的表面圖形的虛線狀溝槽的工序；以及在一條以上的溝槽和虛線狀溝槽的各自的一方側(cè)壁上，通過同時(shí)進(jìn)行離子注入，同時(shí)形成在虛線狀溝槽的一方側(cè)壁上的低濃度區(qū)和在一條以上的溝槽的一方側(cè)壁上的其他第1或第2雜質(zhì)區(qū)的工序。
這樣，在STM結(jié)構(gòu)中，通過采用虛線狀溝槽、通過單一的離子注入工序，可以同時(shí)形成高濃度區(qū)及低濃度區(qū)，可以力求工序的簡(jiǎn)化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面內(nèi)形成2條以上溝槽的工序；在2條以上的溝槽的一方側(cè)壁上，為形成第1及第2雜質(zhì)區(qū)的離子注入工序；以及在把2條以上的溝槽之中位于最端部的溝槽以外部分用充填層填埋的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的溝槽的一方側(cè)壁，通過離子注入進(jìn)與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)低濃度化而形成低濃度區(qū)的工序。
這樣，在STM結(jié)構(gòu)中，通過反摻雜也可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的雜質(zhì)區(qū)的低濃度化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面內(nèi)形成1條以上溝槽的工序；在1條以上的溝槽的各自的一方側(cè)壁上，為形成第1及第2雜質(zhì)區(qū)，以第1注入量進(jìn)行離子注入的工序；在把1條以上的溝槽的每一溝槽用充填層填埋的狀態(tài)下，在一條以上的溝槽的外側(cè)新形成最端部溝槽的工序；以及在最端部溝槽的一方側(cè)壁上為形成低濃度區(qū)而用比第1注入量少的第2注入量進(jìn)行離子注入的工序。
這樣，在STM結(jié)構(gòu)中，可以分開制作pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部和最端部的溝槽，并可以分別進(jìn)行離子注入。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序同時(shí)形成在半導(dǎo)體襯底的第1主面內(nèi)，含有相互為鄰的第1及第2溝槽的2條以上的溝槽和通過并列位于2條以上的溝槽的外側(cè)、且多個(gè)第1孔沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置而在第1主面上具有虛線狀的表面圖形的虛線狀溝槽的工序；對(duì)第1溝槽的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁為形成第1雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行的離子注入第1雜質(zhì)的工序；以及對(duì)第2溝槽的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁為形成第2雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行的離子注入第2雜質(zhì)的工序，低濃度區(qū)通過與第1或第2雜質(zhì)的離子注入同時(shí)的注入而被形成在虛線狀溝槽的兩側(cè)壁上。
這樣，即使在雙溝槽結(jié)構(gòu)中，通過用虛線狀溝槽，通過單一的離子注入工序，可以同時(shí)形成高濃度區(qū)和低濃度區(qū)，可以力求工序的簡(jiǎn)化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面上，形成由多個(gè)第1溝槽構(gòu)成的第1溝槽組的工序；對(duì)第1溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第1雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；在第1主面上形成由多個(gè)第2溝槽構(gòu)成的第2溝槽組，使得第1溝槽與第2溝槽交互配置的工序；對(duì)第2溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第2雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；在把被交互配置的第1及第2溝槽之中位于最端部的溝槽以外的部分用充填層填埋的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的上述溝槽的兩側(cè)壁，通過注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上進(jìn)行低濃度化而形成低濃度區(qū)的工序。
這樣，即使在雙溝槽結(jié)構(gòu)中，也可以通過反摻雜實(shí)現(xiàn)重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的雜質(zhì)區(qū)的低濃度化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在上述半導(dǎo)體襯墊的第1主面上，形成由多個(gè)第1溝槽構(gòu)成的第1溝槽組的工序；對(duì)第1溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第1雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行的離子注入工序；在用充填層填埋第1溝槽的每一溝槽的狀態(tài)下，在第1主面上形成由多個(gè)第2溝槽構(gòu)成的第2溝槽組，使得第1溝槽與第2溝槽交互配置的工序；在第2溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第2雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；在用充填層填埋第1及第2溝槽的每一溝槽的狀態(tài)下，在位于被交互配置的第1及第2溝槽的最端部的溝槽的外側(cè)部分新形成最端部溝槽的工序；以及對(duì)最端部溝槽的兩側(cè)壁，通過注入第1或第2導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子，形成比第1或第2雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度低的低濃度區(qū)的工序。
這樣，在雙溝槽結(jié)構(gòu)中，可以分開制作重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部和最端部的溝槽，并可分別進(jìn)行離子注入。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面上同時(shí)形成由多個(gè)第1溝槽構(gòu)成的第1溝槽組和由多個(gè)第2溝槽構(gòu)成的第2溝槽組，使得第1溝槽與第2溝槽交互配置的工序；在用第1充填層填埋第2溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)第1溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第1雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；在用第2充填層填埋第1溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)第2溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第2雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；以及在把構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)第1溝槽和構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)第2溝槽之中除位于最端部的最端部溝槽之外的所有溝槽都用第3充填層填埋的狀態(tài)下，通過注入與已經(jīng)注入于最端部溝槽的兩側(cè)壁的雜質(zhì)相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度低濃度化從而形成低濃度區(qū)的工序。
這樣，在Bi-Pitch(雙間距)注入中，通過進(jìn)行反摻雜也可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)區(qū)的低濃度化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面上同時(shí)形成由多個(gè)第1溝槽構(gòu)成的第1溝槽組和由多個(gè)第2溝槽構(gòu)成的第2溝槽組，使得第1溝槽與第2溝槽交互配置的工序；在用第1充填層填埋第2溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)第1溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第1雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；以及在用第2充填層填埋第1溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)第2溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第2雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序，在構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)第1溝槽和構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)第2溝槽之中位于最端部的最端部溝槽是在第1主面上多個(gè)孔沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置而具有虛線狀的表面圖形的虛線狀溝槽。
這樣，在用Bi-Pitch注入的場(chǎng)合，通過用虛線狀溝槽，通過用單一的離子注入工序，可以同時(shí)形成高濃度區(qū)和低濃度區(qū)，可以力求工序的簡(jiǎn)化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面內(nèi)形成2條以上溝槽的工序；對(duì)2條以上的溝槽的一方側(cè)壁，為形成第1及第2雜質(zhì)區(qū)的離子注入工序；在對(duì)2條以上的溝槽之中位于最端部的溝槽用充填層填埋的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的溝槽以外的溝槽的一方側(cè)壁，通過離子注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)高濃度化，而使位于最端部的溝槽側(cè)壁的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)相對(duì)地成為低濃度區(qū)的工序。
這樣，在STM結(jié)構(gòu)中，通過對(duì)中央部溝槽的側(cè)壁再次離子注入同一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，可以提高中央部的雜質(zhì)濃度，使重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)區(qū)相對(duì)地低濃度化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成由多個(gè)第1溝槽構(gòu)成的第1溝槽組的工序；對(duì)第1溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第1雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；在第1主面上形成由多個(gè)第2溝槽構(gòu)成的第2溝槽組，使得第1溝槽與上述第2溝槽交互配置的工序；對(duì)第2溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第2雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；在對(duì)交互配置的第1及第2溝槽之中位于最端部的溝槽用充填層填埋的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的溝槽以外的溝槽的兩側(cè)壁，通過注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)同一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上高濃度化，從而使位于最端部的溝槽側(cè)壁的第1或第2雜質(zhì)區(qū)相對(duì)地成為低濃度區(qū)的工序。
這樣，在雙溝槽結(jié)構(gòu)中，通過對(duì)中央部的溝槽的側(cè)壁再次離子注入同一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，可以提高中央部的雜質(zhì)濃度，使重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)區(qū)相對(duì)地低濃度化。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，理想情況是，還包括下述工序在半導(dǎo)體襯底的第1主面上同時(shí)形成由多個(gè)第1溝槽構(gòu)成的第1溝槽組和由多個(gè)第2溝槽構(gòu)成的第2溝槽組，使得第1溝槽與第2溝槽交互配置的工序；在用第1充填層填埋第2溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)第1溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第1雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；在用第2充填層填埋第1溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)第2溝槽的每一溝槽的兩側(cè)壁為形成第2雜質(zhì)區(qū)而進(jìn)行離子注入的工序；以及在對(duì)構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)第1溝槽和構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)第2溝槽之中位于最端部的最端部溝槽用第3充填層填埋的狀態(tài)下，通過注入與已經(jīng)注入于最端部溝槽以外的溝槽的兩側(cè)壁的雜質(zhì)相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度高濃度化，從而使最端部溝槽的側(cè)壁的第1或第2雜質(zhì)區(qū)相對(duì)地成為低濃度區(qū)的工序。
這樣，在Bi-Pitch注入中，通過對(duì)中央部的溝槽的側(cè)壁再次離子注入同一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，可以提高中央部的雜質(zhì)濃度，使重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)區(qū)相對(duì)地低濃度化。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖2是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖3是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖4是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖5是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖6是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)6中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖7是概略地表示現(xiàn)有方式的埋入多層外延結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)7中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖9是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)8中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖10是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)9中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖11是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)10中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面12是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)11中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面13是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)12中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面14是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)13中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面15是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)14中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面16是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)15中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面17是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)16中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面18～圖25是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)17中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略剖面圖。
圖26～圖32是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)18中的半導(dǎo)體器件的制造方法的剖概略面圖。
圖33～圖42是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)19中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略剖面圖。
圖43～圖53是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)20中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略剖面圖。
圖54～圖62是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)21中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略剖面圖。
圖63和圖64是放大表示圖55的一部分的局部放大剖面圖。
圖65～圖69是按工序順序表示本發(fā)明在有溝槽的場(chǎng)合的實(shí)施形態(tài)中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略剖面圖。
圖70～圖78是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)22中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略剖面圖。
圖79～圖86是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)23中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略剖面圖。
圖87和圖88是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)24中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖和斜視圖。
圖89～圖91是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)24中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略斜視圖。
圖92和圖93是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)25中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖和斜視圖。
圖94和圖95是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)26中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略斜視圖。
圖96是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)27中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面97～圖105是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)27中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略斜視圖。
圖106～圖115是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)28中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略斜視圖。
圖116是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)29中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖117是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)30中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖118是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)31中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖119是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)32中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖120～圖128是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)34中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略斜視圖。
圖129～圖136是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)36中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略斜視圖。
圖137～圖140是按工序順序表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)37中的半導(dǎo)體器件的制造方法的概略斜視圖。
圖141是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)38中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖142是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)39中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖143是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)40中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖144是概略地表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)41中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的斜視圖。
圖145是表示在圖144的構(gòu)成中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖146是概略地表示設(shè)置在圖144的構(gòu)成中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)之間的溝槽的構(gòu)成的斜視圖。
圖147是表示在圖146的構(gòu)成中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖148是概略地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的第1種構(gòu)成的剖面圖。
圖149是概略地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的第2種構(gòu)成的剖面圖。
圖150是概略地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的第3種構(gòu)成的剖面圖。
圖151是表示根據(jù)相當(dāng)于圖150的現(xiàn)有例的器件模擬的向重復(fù)結(jié)構(gòu)終端部的電場(chǎng)集中的狀態(tài)的圖。
圖152是概略地表示優(yōu)先例1中闡明的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
圖153是表示優(yōu)先例1的矢徑方向的p型受主濃度分布的圖。
圖154是概略地表示優(yōu)先例1中闡明的半導(dǎo)體器件的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖155是同時(shí)表示優(yōu)先例1中闡明的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成和電勢(shì)線的剖面圖。
圖156是概略地表示UPS 5,438,215中闡明的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面圖。
實(shí)施發(fā)明的優(yōu)選形態(tài)作為實(shí)施形態(tài)，為使說明簡(jiǎn)單，主要以構(gòu)成縱型MOS-FET的情況為例進(jìn)行說明。圖中，標(biāo)以同一英文、數(shù)字或符號(hào)的部分，表示相同區(qū)域或具有相同工作-任務(wù)的區(qū)域，在同一序號(hào)上帶有英文、數(shù)字的副序號(hào)的，表示具有與沒有副序號(hào)的區(qū)域類似的工作-任務(wù)的區(qū)域。
(本發(fā)明實(shí)施形態(tài)中的思路)與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中的思路對(duì)應(yīng)的附圖，沒有特別地記述，但對(duì)于以下所示的任意實(shí)施形態(tài)，該思路都適用。
即，位于n型雜質(zhì)區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度大約被設(shè)定為可以看作是pin二極管結(jié)構(gòu)那種程度的低濃度。因此，位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度具有在構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的全部雜質(zhì)區(qū)中最低的雜質(zhì)濃度。
并且，n-外延層2的雜質(zhì)濃度與通常的相同主耐壓級(jí)的元件相比，大約被設(shè)定為低一個(gè)數(shù)量級(jí)程度的低濃度。因此，可以形成pin二極管，與只具有三角形電場(chǎng)強(qiáng)度分布的p+/n-結(jié)的情況相比，可以得到近于臺(tái)形的電場(chǎng)強(qiáng)度分布形狀。所以，與通常的相同主耐壓級(jí)的元件相比，可以把n-外延層2的厚度做成其一半的程度。
另一方面，單元部分的耐壓與現(xiàn)有型MOS-FET結(jié)構(gòu)的情況不同，變?yōu)閚-外延層1的厚度乘以a×2×105V/cm的值。這里，常數(shù)a是實(shí)驗(yàn)求得的數(shù)字，為0.6～1.2程度。
(實(shí)施形態(tài)1)圖1示出了相當(dāng)于把MOS-FET假定作為具體的有源元件結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合的構(gòu)成。參照?qǐng)D1，在MOS-FET的n+漏區(qū)1的第1主面一側(cè)形成n-外延層2。在該n-外延層2內(nèi)，形成n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4交互重復(fù)的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)。
另外，該pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的元件中央附近為了說明方便而省略，但pn重復(fù)間隔(間距)為1～20μm程度，所以，也與元件的電流額定值有關(guān)，但通常，在該部分重復(fù)存在數(shù)百至數(shù)萬組的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4的組合。被組合成一組的n型漂移區(qū)3的n型雜質(zhì)濃度和p型雜質(zhì)區(qū)4的p型雜質(zhì)濃度被設(shè)定為實(shí)質(zhì)上相同。
p型體區(qū)5被形成在p型雜質(zhì)區(qū)4的第1主面一側(cè)。該p型體區(qū)5位于n型漂移區(qū)3的第1主面一側(cè)的至少一部分上，與n型漂移區(qū)3構(gòu)成主pn結(jié)。在該p型體區(qū)5內(nèi)的第1主面上，并列形成MOS-FET的n+源區(qū)6和為取得對(duì)p型體區(qū)5的低電阻接觸的p+接觸區(qū)7。
在第1主面上形成柵電極9，使得隔著柵極絕緣膜8與夾在n型漂移區(qū)3與n+源區(qū)6之間的p型體區(qū)5對(duì)置。若在該柵電極9上施加正電壓，則與柵電極9對(duì)置的p型體區(qū)5反轉(zhuǎn)為n型而形成溝槽道區(qū)。柵極絕緣膜8例如由氧化硅膜構(gòu)成，柵電極9例如由導(dǎo)入高濃度雜質(zhì)的多晶硅構(gòu)成。
為了電連接n+源區(qū)6與p+接觸區(qū)7，在第1主面上形成例如由含鋁(A1)的材料構(gòu)成的源電極10。
在第2主面上，與n+漏區(qū)相接地形成漏極金屬布線11。
另外，在實(shí)際的元件中，源電極部分通過設(shè)在第1主面上的層間絕緣膜上的接觸孔，并且經(jīng)勢(shì)壘金屬，與n+源區(qū)6及p+接觸區(qū)7電連接，但是，在本發(fā)明中，因該部分不重要而在所有圖中簡(jiǎn)化了源電極部分，只用實(shí)線交叉表示。
同樣，在實(shí)際的元件中，n+漏區(qū)1比有效元件部分的厚度厚數(shù)倍至數(shù)十倍，但為了簡(jiǎn)化，在圖中，n+漏區(qū)1被表現(xiàn)為比有效元件部分薄。不只限于這些，為表現(xiàn)上的簡(jiǎn)化，對(duì)于圖中的各尺寸，其比例尺或尺寸比率等都有失真，未必正確。
在本實(shí)施形態(tài)中，作為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的終端結(jié)構(gòu)，設(shè)置了由p型雜質(zhì)區(qū)15構(gòu)成的多重保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不特定地限定這部分結(jié)構(gòu)，這種保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)在其他終端結(jié)構(gòu)中也可。并且，在后述的其他實(shí)施形態(tài)的終端結(jié)構(gòu)中也與上述同樣。
本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成對(duì)于n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)濃度的設(shè)定是有特點(diǎn)的。
位于該pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的終端部分的最端部的1組n型漂移區(qū)3及p型雜質(zhì)區(qū)4在構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的所有的n型漂移區(qū)3及p型雜質(zhì)區(qū)4中具有最低的雜質(zhì)濃度(或者最少的總有效電荷量)。也就是說，構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4，越接近中央部一側(cè)具有越高的雜質(zhì)濃度(或者多的總有效電荷量)，并且，越接近端部一側(cè)具有越低的雜質(zhì)濃度(或者少的總有效電荷量)。
另外，在本實(shí)施形態(tài)中，示出了p型雜質(zhì)區(qū)4位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)最端部的構(gòu)成，但n型漂移區(qū)3位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)最端部也可以。并且，p型雜質(zhì)區(qū)4位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的一方的最端部，n型漂移區(qū)3位于另一方的最端部也可以。
在本實(shí)施形態(tài)中，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)具有3級(jí)濃度變化(或者總有效電荷量的變化)。中央部一側(cè)的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4是高濃度區(qū)，最端部的1組n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4是低濃度區(qū)，位于中央部一側(cè)與最端部之間的1組n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4是中濃度區(qū)。
另外，這些雜質(zhì)濃度的不同在本申請(qǐng)中通過圖中的陰影線加以區(qū)別。就是說，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中，越是高濃度(或者總有效電荷量多)陰影線越密，越是低濃度(或者總有效電荷量少)陰影線越疏。另外，在后述的實(shí)施形態(tài)中，也圖示出了沒有陰影線的區(qū)域，但這意味著在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中雜質(zhì)濃度最低(或者總有效電荷量最少)的區(qū)域。
具體地說，以高濃度區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度(或者總有效電荷量)作為100％的場(chǎng)合，分成3份，則一般來說，中濃度區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度(或者總有效電荷量)為67％，低濃度區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度(或者總有效電荷量)為33％。但是，從數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)結(jié)果看，不一定要3等分。事實(shí)上，各自的濃度(或者總有效電荷量)容許有某一幅度，中濃度區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度(或者總有效電荷量)在80％～60％程度即可，低濃度區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度(或者總有效電荷量)在45％～20％程度即可。
在本實(shí)施形態(tài)中，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的n型漂移區(qū)3及p型雜質(zhì)區(qū)4在構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的所有的n型漂移區(qū)3及p型雜質(zhì)區(qū)4中具有最低的雜質(zhì)濃度(或者最少的總有效電荷量)。因此，被形成在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的多個(gè)pin二極管結(jié)構(gòu)與重復(fù)單元部分之間形成中間濃度的緩沖區(qū)，所以，在各自區(qū)域發(fā)生的電場(chǎng)分布形狀之差被減緩，與重復(fù)單元部分和現(xiàn)有型的終端結(jié)構(gòu)部分直接連接的情況相比，連接部分的主耐壓降低被大幅度地抑制。
下面說明本發(fā)明與優(yōu)先例的差異。
如上所述，優(yōu)先例1的宗旨在于示出以某種方式把重復(fù)單元部分的超結(jié)結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)到終端部分，以也包括終端部分的形式示出元件總體的設(shè)計(jì)方法的方針。另一方面，本發(fā)明的宗旨是“類似于優(yōu)先例1所述的超結(jié)效果的3維多重RESURF效果起作用的部分和具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)即pin二極管那樣的平坦的臺(tái)形型的電場(chǎng)分布的終端結(jié)構(gòu)被連接時(shí)，在高雜質(zhì)濃度的單元內(nèi)與低雜質(zhì)濃度的終端部分之間設(shè)置電場(chǎng)緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)及其制造方法”。因此，優(yōu)先例1和本發(fā)明，在終端部分不至損失在單元部分所實(shí)現(xiàn)的高耐壓這一目的及效果相同，但卻是以完全不同的觀點(diǎn)構(gòu)成的。
再一點(diǎn)，優(yōu)先例1的結(jié)構(gòu)是包括對(duì)所謂終端結(jié)構(gòu)部分的表面部分的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)，與不管所謂的終端結(jié)構(gòu)部分是什么的本發(fā)明其前提條件不同。另一方面，在本發(fā)明中，終端結(jié)構(gòu)不限于上述的“結(jié)終端結(jié)構(gòu)”，也可以是一般都知道的多重保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)(FLR、FFR)或場(chǎng)極板(FP)結(jié)構(gòu)等各種結(jié)構(gòu)的組合，是通用性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。
這樣，在本發(fā)明中，含有由現(xiàn)有型的多重保護(hù)環(huán)或場(chǎng)極板等構(gòu)成的終端結(jié)構(gòu)的pin二極管部分的i層的濃度以比在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中所得到的耐壓高那樣地設(shè)定低濃度為前提，而不是如優(yōu)先例1所示那樣的引入直至終端結(jié)構(gòu)部分的超結(jié)結(jié)構(gòu)。并且，本發(fā)明不是如圖148～圖150所示的現(xiàn)有例或優(yōu)先例2那樣，簡(jiǎn)單地使單元內(nèi)部的3維多重RESURF結(jié)構(gòu)部分與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的終端部分結(jié)合起來，而是一種為了不使?jié)舛茸兓_(dá)到極端而設(shè)置了中間濃度的緩沖層的結(jié)構(gòu)。
(實(shí)施形態(tài)2)參照?qǐng)D2，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖1所示的構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于不以n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4的1組組合(以下稱為pn組合)為一個(gè)單位，而是把n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4獨(dú)立且交互地以4級(jí)的形式向端部側(cè)降低濃度來構(gòu)成?？傊?，位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4是具有最低雜質(zhì)濃度的極低濃度區(qū)。鄰接該最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4的n型漂移區(qū)3是具有次低雜質(zhì)濃度的低濃度區(qū)。鄰接該n型漂移區(qū)3的中央部側(cè)的p型雜質(zhì)區(qū)4是具有既比中央部分的高濃度區(qū)低又比低濃度區(qū)高的雜質(zhì)濃度的中濃度區(qū)。
另外，關(guān)于其他構(gòu)成，因?yàn)榕c上述實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成幾乎相同，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)，其說明從略。
在本實(shí)施形態(tài)中，通過把濃度多級(jí)地且小節(jié)距地減低下去，事實(shí)上具有可以看作是無縫隙地連續(xù)性變化的優(yōu)點(diǎn)。在上述實(shí)施形態(tài)1中，根據(jù)把pn組合作為1個(gè)單位按4級(jí)低濃度化的構(gòu)成，也帶來了電場(chǎng)分布形狀多少有些畸變的問題，但有能夠節(jié)約具有終端部分的濃度梯度部分的面積的優(yōu)點(diǎn)。
但是，在元件整體面積充分大的情況下，費(fèi)在這些終端部分結(jié)構(gòu)的面積十分小，也可以看作不影響面積的節(jié)約。因而，在這種情況下，像實(shí)施形態(tài)1那樣地把pn組合作為1個(gè)單位而逐漸低濃度化的方法，可以得到更穩(wěn)定的電場(chǎng)分布形狀。
相反，在1mm見方的比較小的元件面積的情況下，如把pn組合作為1個(gè)單位，則費(fèi)在終端部分的結(jié)構(gòu)的面積占元件整體的比例變高，有導(dǎo)通電阻上升(惡化)等害處。因而，在這種情況下，如本實(shí)施形態(tài)那樣，不把pn組合作為1個(gè)單位，而是把n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4獨(dú)立地逐漸低濃度化的構(gòu)成是有效的。
同樣，如本實(shí)施形態(tài)那樣的具有4級(jí)濃度梯度場(chǎng)合的各區(qū)的濃度設(shè)定，在把高濃度區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度作為100％的場(chǎng)合，把中濃度區(qū)4、低濃度區(qū)3及極低濃度區(qū)4的各雜質(zhì)濃度均等地分為75％、50％、25％是理想的。但是，如在實(shí)施形態(tài)1中說明的那樣，均等地降低雜質(zhì)濃度未必必要，對(duì)各自的雜質(zhì)濃度容許有某一幅度。
(實(shí)施形態(tài)3)參照?qǐng)D3，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成，與實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)僅僅是以pn組合作為1個(gè)單位的一組。也就是說，位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一組pn組合3、4具有彼此相同的雜質(zhì)濃度，并具有比中央部的高濃度區(qū)3、4低的雜質(zhì)濃度。
并且，如本實(shí)施形態(tài)那樣，只具有1級(jí)濃度梯度的場(chǎng)合的各區(qū)的濃度設(shè)定，在把高濃度區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度作為100％的場(chǎng)合，低濃度區(qū)3、4的各雜質(zhì)濃度最好在30％以上、70％以下。
另外，關(guān)于其他構(gòu)成，與上述實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
如后所述，形成低濃度區(qū)在制造上較困難的情況，及伴隨著工序增加帶來的工期延長(zhǎng)和成本增加的情況較多。為避免這些制造上的缺點(diǎn)，也有必要減少低濃度區(qū)的數(shù)量。
(實(shí)施形態(tài)4)參照?qǐng)D4，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成，與實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)僅僅是p型雜質(zhì)區(qū)4。也就是說，只有pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4是低濃度區(qū)，構(gòu)成除此以外的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4全部是高濃度區(qū)。
另外，關(guān)于其他構(gòu)成，與上述實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
本實(shí)施形態(tài)是比上述實(shí)施形態(tài)3的構(gòu)成更簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)，所以，對(duì)于相對(duì)而言的低電容，即對(duì)低電壓、低電流下元件面積小的元件尤其有效，并且，制造方法可以簡(jiǎn)化。
(實(shí)施形態(tài)5)參照?qǐng)D5，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成是把圖2所示的3級(jí)低濃度化方法和圖1所示的以pn組合作為一個(gè)單位逐漸降低濃度的方法組合起來的例子。也就是說，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一組pn組合3、4是在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中具有最低雜質(zhì)濃度的極低濃度區(qū)。鄰接該極低濃度區(qū)的一組pn組合3、4是具有次低雜質(zhì)濃度的低濃度區(qū)。鄰接該低濃度區(qū)的一組pn組合3、4是具有既比中央部的pn組合3、4的濃度低，又具有比低濃度區(qū)濃度高的雜質(zhì)濃度的中濃度區(qū)。
本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與實(shí)施形態(tài)1～4的構(gòu)成相比，MOS-FET部分的構(gòu)成不同。也就是說，在實(shí)施形態(tài)1～4的構(gòu)成中，夾著n型漂移層3在兩側(cè)對(duì)稱形成MOS-FET結(jié)構(gòu)，然而在本實(shí)施形態(tài)中，只在n型漂移層3的一側(cè)形成MOS-FET結(jié)構(gòu)。
另外，關(guān)于其他構(gòu)成，與上述實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
很清楚，單元重復(fù)周期短的結(jié)構(gòu)，根據(jù)pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的3維多重RESURF效應(yīng)將更有效地起作用。并且，按照使前述RESURF效應(yīng)成為有效的觀點(diǎn)，要求小的單元間距。
本實(shí)施形態(tài)中，因?yàn)橹辉趎型漂移區(qū)3的一側(cè)形成MOS-FET結(jié)構(gòu)，因而能夠縮小單元間距。因此，MOS-FET的總溝道寬度(面積)有些犧牲，但與對(duì)稱形成MOS-FET的情況(實(shí)施形態(tài)1～4)相比，并不改變總溝槽寬度，卻可以縮小到一半單元間距，可以謀求提高pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的性能。
(實(shí)施形態(tài)6)以下，用實(shí)施形態(tài)6～8說明在假定多層外延層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D6，在本實(shí)施形態(tài)中，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上層疊形成的多個(gè)(例如3個(gè))p型雜質(zhì)區(qū)4a被一體化，成為構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4。在多個(gè)p型雜質(zhì)區(qū)4中，位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4具有最低的雜質(zhì)濃度，成為低濃度區(qū)。并且，夾在多個(gè)p型雜質(zhì)區(qū)4的各區(qū)之間的n-外延層2的各n型區(qū)成為構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的n型雜質(zhì)區(qū)。
另外，關(guān)于其他構(gòu)成，與上述實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
在本實(shí)施形態(tài)中，與實(shí)施形態(tài)1同樣，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4具有最低的雜質(zhì)濃度，所以，在該最端部得到的耐壓變高，可以謀求提高單元部分的耐壓。
另外，在圖6中，為了簡(jiǎn)化附圖，只示出了把終端部的兩側(cè)各1級(jí)低濃度化了的結(jié)構(gòu)。然而如實(shí)施形態(tài)1～5所示那樣，終端部分的濃度梯度層是多級(jí)也可。在多級(jí)的情況下能得到比一級(jí)高的耐壓，但是如后述的工序流程的說明所示那樣，有工序變得繁雜的缺點(diǎn)。
并且，如圖6所示，p型雜質(zhì)區(qū)4是內(nèi)含半導(dǎo)體襯底的深度方向的濃度分布的結(jié)構(gòu)，但在本發(fā)明中所討論的是有重復(fù)結(jié)構(gòu)的橫向的宏觀上的濃度的對(duì)稱性，所以，因深度方向上的濃度分布而產(chǎn)生的問題可以忽視。
還有，在圖6中，為了簡(jiǎn)化而只用了二級(jí)來描繪p型雜質(zhì)區(qū)4的濃度梯度，而實(shí)際上p型雜質(zhì)區(qū)4的濃度是無級(jí)且連續(xù)地變化的濃度，并且，在襯底的深度方向上也是周期性地變化的。
本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成(圖6)與后述的實(shí)施形態(tài)7、8的構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于把p型雜質(zhì)區(qū)4的p型雜質(zhì)濃度達(dá)到平衡程度時(shí)高濃度化了的n-外延層2作為襯底使用。其結(jié)果是，在本實(shí)施形態(tài)中，在p型雜質(zhì)區(qū)4的剖面上的雜質(zhì)分布成為所熟知的丸子串形。
(實(shí)施形態(tài)7及8)至此介紹的在埋入多層外延層中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)如圖7所示，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上層疊形成了的多個(gè)(例如3個(gè))p型雜質(zhì)區(qū)4a進(jìn)行一體化而形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4。同樣，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上層疊形成了的多個(gè)(例如3個(gè))n型雜質(zhì)區(qū)3a進(jìn)行一體化而形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的n型漂移區(qū)3。因此，p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3的各區(qū)在襯底的深度方向上具有周期性變化的雜質(zhì)濃度分布。
這多個(gè)p型雜質(zhì)區(qū)4的各自的平均雜質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)上相同，多個(gè)n型漂移區(qū)3的各自的平均雜質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)上也相同。
這種構(gòu)成與上述實(shí)施形態(tài)6的構(gòu)成的不同點(diǎn)是形成上述的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的各p型或n型區(qū)具有恒定的平均濃度，以及n型漂移區(qū)3與p型雜質(zhì)區(qū)4同樣是利用改變了注入能量的多次離子注入工序形成的，所以在半導(dǎo)體襯底的深度方向上構(gòu)成內(nèi)含濃度分布的結(jié)構(gòu)。
在圖7中，也與圖6同樣，為了簡(jiǎn)單起見，n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4在半導(dǎo)體襯底的深度方向上的濃度梯度只用兩級(jí)描述，而實(shí)際上是無級(jí)且連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)。同樣，如圖7所示，構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)及n型雜質(zhì)雙方同時(shí)用擴(kuò)散的方法形成的結(jié)構(gòu)并不形成如圖6所示的丸子串形狀。
與此相對(duì)照，圖8所示的實(shí)施形態(tài)7的構(gòu)成在埋入多層外延層中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4只用1級(jí)進(jìn)行低濃度化這一點(diǎn)方面與圖7所示的現(xiàn)有構(gòu)成不同。
同樣，圖9所示的實(shí)施形態(tài)8的構(gòu)成在埋入多層外延層中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3組成的一組pn組合只用1級(jí)進(jìn)行低濃度化這一點(diǎn)方面與圖7所示的現(xiàn)有構(gòu)成不同。
另外，關(guān)于圖8及圖9的其他構(gòu)成，因?yàn)榕c圖7所示的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
在實(shí)施形態(tài)7及8中，也與實(shí)施形態(tài)1同樣，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中的最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4(及n型漂移層3)具有最低的雜質(zhì)濃度，所以，在該最端部得到的耐壓變高，能夠謀求提高單元部分的耐壓。
(實(shí)施形態(tài)9～12)以下，用實(shí)施形態(tài)9～12說明將本發(fā)明應(yīng)用于不是MOS-FET而是二極管的結(jié)構(gòu)。
把圖1、圖6及圖9中的MOS-FET變?yōu)槎O管的構(gòu)成分別作為實(shí)施形態(tài)9、10、11示于圖10、圖11及圖12。
參照?qǐng)D10～圖12，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)全體的第1主面?zhèn)刃纬蓀型雜質(zhì)區(qū)21，以與陽極電極22實(shí)現(xiàn)電連接。
并且，關(guān)于圖10中的除此之外的構(gòu)成與圖1所示的構(gòu)成大體相同，關(guān)于圖11中的除此之外的構(gòu)成與圖6所示的構(gòu)成大體相同，關(guān)于圖12中的除此之外的構(gòu)成與圖9所示的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
同樣，圖13所示的實(shí)施形態(tài)12的構(gòu)成與圖5所示的構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于在pn組合之間設(shè)置溝槽24，以及MOS-FET變成了二極管。并且，因?yàn)榘袽OS-FET變成了二極管，所以在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的全體的第1主面?zhèn)刃纬蓀型雜質(zhì)區(qū)21，以與陽極電極22實(shí)現(xiàn)電連接。
另外，關(guān)于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的濃度設(shè)定，與圖5所示的構(gòu)成同樣，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的端部采用以3級(jí)進(jìn)行低濃度化的方法。
關(guān)于圖13除此之外的構(gòu)成，與圖5所示構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
在實(shí)施形態(tài)9～12中，也與實(shí)施形態(tài)1同樣，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中的最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4(及n型漂移層3)具有最低的雜質(zhì)濃度，所以，在該最端部得到的耐壓變高，可以謀求提高二極管的單元部分的耐壓。
在這些實(shí)施形態(tài)9～12所示的構(gòu)成中，上部結(jié)構(gòu)不是由有源元件構(gòu)成的，但在低導(dǎo)通電壓下，具有作為可進(jìn)行高速開關(guān)的元件的功能。
(實(shí)施形態(tài)13～16)以下，用實(shí)施形態(tài)13～16說明雖有與上述相同的二極管結(jié)構(gòu)，但在上部是肖特基結(jié)的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
把圖10、圖11、圖12及圖13中的二極管變?yōu)樾ぬ鼗O管后的構(gòu)成分別作為實(shí)施形態(tài)13、14、15及16示于圖14、圖15、圖16及圖17。
參照?qǐng)D14～圖17，為了對(duì)在半導(dǎo)體襯底的第1主面上由金屬構(gòu)成的陽極電極22進(jìn)行電連接，在其連接部分形成金屬硅化物層21a。
同樣，關(guān)于圖14中的除此之外的構(gòu)成與圖10所示的構(gòu)成大體相同，關(guān)于圖15中的除此之外的構(gòu)成與圖11所示的構(gòu)成大體相同，關(guān)于圖16中的除此之外的構(gòu)成與圖12所示的構(gòu)成大體相同，關(guān)于圖17中除此之外的構(gòu)成與圖13所示的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以相同符號(hào)而省略其說明。
在實(shí)施形態(tài)13～16中，也與實(shí)施形態(tài)1同樣，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中的最端部的p型雜質(zhì)區(qū)4(及n型漂移層3)具有最低的雜質(zhì)濃度，所以，在該最端部得到的耐壓變高，能夠謀求提高肖特基二極管的單元部分的耐壓。
(實(shí)施形態(tài)17)在本實(shí)施形態(tài)中，用圖18至圖25說明圖6所示的構(gòu)成的制造方法的一例。
參照?qǐng)D18，在含有砷或銻的高濃度n+襯底1上，用通常的外延法形成n-外延層2。該n-外延層2與在不使用多重RESURF效應(yīng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的MOS-FET中使用的n型漂移層濃度相比，僅用具有高濃度且均勻的雜質(zhì)濃度的一層形成。
然后，在n-外延層2上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31a。通過以該抗蝕劑圖形31a作為掩模以高能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部區(qū)域的深位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
并且，在圖18中，示出的是在抗蝕劑圖形31a的下面沒有氧化硅膜而直接敷設(shè)光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D19，以上述抗蝕劑圖形31a作為掩模，通過以中等能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的中等深度位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
參照?qǐng)D20，以上述抗蝕劑圖形31a作為掩模，通過以低能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31a。
但是，上述向深的位置的注入(圖18)、向中間位置的注入(圖19)和向淺的位置的注入(圖20)的各注入順序可以調(diào)換。
參照?qǐng)D21，用照相制版技術(shù)將具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31b形成在n-外延層2上。通過以該抗蝕劑圖形31b作為掩模以高能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的區(qū)域的深位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
另外，在圖21中，示出的是在抗蝕劑圖形31a的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D22，以上述抗蝕劑圖形31a作為掩模，通過以中等能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的中等深度位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
參照?qǐng)D23，以上述抗蝕劑圖形31a作為掩模，通過以低能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31b。
在圖21～圖23的工序中，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部注入的硼離子的注入濃度為在中央部注入的硼離子的注入濃度的一半左右。
但是，上述向深的位置的注入(圖21)、向中間位置的注入(圖22)和向淺的位置的注入(圖23)的各注入順序可以調(diào)換。并且，這些向最端部的低濃度的注入工序，可以整體性地調(diào)換為上述的向中央部的高濃度的注入工序。
在本實(shí)施形態(tài)中，為了簡(jiǎn)單起見，取在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只形成一列p層的情況為例，但本實(shí)施形態(tài)并不特別地限定于這種情況。
參照?qǐng)D24，在n-外延層2上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31c。通過以該抗蝕劑圖形31c作為掩模，以極低能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部及最端部和作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部的各區(qū)的非常淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)5、15。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31c。
參照?qǐng)D25，在高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)5、15擴(kuò)散為適當(dāng)?shù)拇笮《纬杀Ｗo(hù)環(huán)部分15和p型體區(qū)5。與此同時(shí)，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上并列的多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a擴(kuò)散到周圍而一體化，形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4。其后，形成MOS-FET構(gòu)成部及電極等，完成圖6所示的半導(dǎo)體器件。
即使具有目前的高能離子注入技術(shù)，最大的加速能量也就是數(shù)MeV的程度。所以，即使是輕元素的硼，在Si中的行程也就在10μm以內(nèi)，不能注入再深的位置。因此，用本實(shí)施形態(tài)的制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)的元件結(jié)構(gòu)被限定為200V以下的比較低的耐壓的元件。
但是，使用稱為高能離子注入機(jī)的高價(jià)的制造設(shè)備和與此相應(yīng)的厚膜光致抗蝕劑以及照相制版工序的制造方法，與后述的埋入多層外延方式及溝槽方式相比，有工序簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施形態(tài)18)在本實(shí)施形態(tài)中，用圖26～圖32說明圖8所示構(gòu)成的制造方法的一例。
本實(shí)施形態(tài)的制造方法，首先經(jīng)過與圖18～圖20所示的實(shí)施形態(tài)17的工序同樣的工序。但是該n-外延層2與在不使用多重RESURF效應(yīng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的MOS-FET中使用的n型漂移層濃度相比，僅用具有低濃度且均勻的雜質(zhì)濃度的一層形成。
然后，參照?qǐng)D26，在n-外延層2上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31d。通過以該抗蝕劑圖形31d作為掩模，以高能量離子注入磷離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的深位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
并且，在圖26中，示出的是在抗蝕劑圖形31d的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D27，通過以上述抗蝕劑圖形31d作為掩模，以中等能量離子注入磷離子，在成為中央部的區(qū)域的中等深度位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
參照?qǐng)D28，通過以上述抗蝕劑圖形31d作為掩模，以低能量離子注入磷離子，在成為中央部的區(qū)域的淺的位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31d。
但是，上述向深的位置的注入(圖26)、向中間位置的注入(圖27)和向淺的位置的注入(圖28)的各注入順序可以調(diào)換。并且，向這些中央部的磷離子的注入工序也可以整體性地調(diào)換為上述的向中央部的硼離子的注入工序。
參照?qǐng)D29，用照相制版技術(shù)將具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31e形成在n外延層2上。通過以該抗蝕劑圖形31e作為掩模，以高能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的區(qū)域的深位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
另外，在圖29中，示出的是在抗蝕劑圖形31a的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D30，通過以上述抗蝕劑圖形31e作為掩模，以中等能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的中等深度位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
參照?qǐng)D31，通過以上述抗蝕劑圖形31e作為掩模，以低能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31e。
在圖29～圖31的工序中，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部注入的硼離子的注入濃度為注入于中央部的硼離子的注入濃度的一半程度。
但是，上述向深的位置的注入(圖29)、向中間位置的注入(圖30)和向淺的位置的注入(圖31)的各注入順序可以調(diào)換。并且，向這些pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的注入工序可以整體性的調(diào)換為向上述的中央部的高濃度的硼離子或磷離子的注入工序。
在本實(shí)施形態(tài)中，為了簡(jiǎn)單起見，取在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只形成一列低濃度的p層的情況為例，但本實(shí)施形態(tài)并不特別地限定于這種情況。
參照?qǐng)D32，通過經(jīng)圖24所示的與實(shí)施形態(tài)17同樣的工序，形成保護(hù)環(huán)部分15和p型體區(qū)5。與此同時(shí)，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上并列的多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a和多個(gè)磷離子注入?yún)^(qū)3a向周圍擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)一體化，形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。其后，形成MOS-FET構(gòu)成部及電極等，完成圖8所示的半導(dǎo)體器件。
同樣，在圖32中，為了簡(jiǎn)單起見，把被連接的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4以低濃度和高濃度的2級(jí)顯示出來，但實(shí)際上那些雜質(zhì)濃度卻是無級(jí)且連續(xù)地變化，并在襯底的深度方向上呈周期性的變化。并且，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4在雜質(zhì)濃度高的部分成為稍微向外圍擴(kuò)展的彎曲的剖面形狀，但為了簡(jiǎn)化起見省略了細(xì)節(jié)。
在實(shí)施形態(tài)17中，在比較高濃度的n型外延層2上用硼離子注入形成p型雜質(zhì)區(qū)4。與之相對(duì)照，在本實(shí)施形態(tài)中，用低濃度的n型外延層2獨(dú)立地形成n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4的各埋入擴(kuò)散區(qū)3a、4a。所以，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的外周部分的n型外延層2的濃度變低而構(gòu)成pin二極管。
并且，因?yàn)閚型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4通過離子注入形成，所以，與實(shí)施形態(tài)17相比，n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4的濃度平衡容易得到。因此，本實(shí)施形態(tài)的制造方法是在低耐壓元件中也適于比較高耐壓元件的方法。
但是，因?yàn)槭仟?dú)立地進(jìn)行n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4的離子注入工序，所以與實(shí)施形態(tài)17相比，有工序數(shù)增加的缺點(diǎn)，因此，希望綜合考慮元件所要求的性能及成本，區(qū)別使用這些方法。
(實(shí)施形態(tài)19)在本實(shí)施形態(tài)中，用圖33～圖42說明圖9所示的構(gòu)成的制造方法的一例。但是，若根據(jù)以下方法，也可能做出圖1～圖5所示結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施形態(tài)的制造方法，首先經(jīng)過與圖18～圖20所示的實(shí)施形態(tài)17的工序同樣的工序。但是，n-外延層2與在不使用多重RESURF效應(yīng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的MOS-FET中使用的n型漂移層濃度相比，僅用具有低濃度且均勻的雜質(zhì)濃度的一層形成。
然后，參照?qǐng)D33，在n-外延層2上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31f。通過以該抗蝕劑圖形31f作為掩模，以高能量離子注入磷離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的深位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
并且，在圖33中，示出的是在抗蝕劑圖形31f的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D34，通過以上述抗蝕劑圖形31f作為掩模，以中等能量離子注入磷離子，在成為中央部的區(qū)域的中等深度位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
參照?qǐng)D35，通過以上述抗蝕劑圖形31f作為掩模，以低能量離子注入磷離子，在成為中央部的區(qū)域的淺的位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31f。
但是，上述向深的位置的注入(圖33)、向中間位置的注入(圖34)和向淺的位置的注入(圖35)的各注入順序可以調(diào)換。并且，向這些中央部的磷離子的注入工序也可以整體性地調(diào)換為上述的向中央部的硼離子的注入工序。
參照?qǐng)D36，從這里起成為低濃度化所必要的構(gòu)成的制造工序。在n-外延層2上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31g。通過以該抗蝕劑圖形31g作為掩模，以高能量離子注入磷離子，在成為離pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只有1級(jí)的中央部(跟前)的區(qū)域的深的位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
另外，在圖36中，示出的是在抗蝕劑圖形31g的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D37，通過以上述抗蝕劑圖形31g作為掩模，以中等能量離子注入磷離子，在成為離pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只有1級(jí)的中央部的區(qū)域的中等深度位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
參照?qǐng)D38，通過以上述抗蝕劑圖形31g作為掩模，以低能量離子注入磷離子，在成為離pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只有1級(jí)的中央部的區(qū)域的淺的位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31g。
在圖36～圖38的工序中，向pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部注入的磷離子的注入濃度為注入于中央部的磷離子的注入濃度的一半的程度。
但是，上述向深的位置的注入(圖36)、向中間位置的注入(圖37)和向淺的位置的注入(圖38)的各注入順序可以調(diào)換。并且，向離這些pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只有1級(jí)的中央部的磷離子的注入工序可以整體性的調(diào)換為上述的向中央部的硼離子或磷離子的注入工序。
參照?qǐng)D39，在n-外延層2上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31h。通過以該抗蝕劑圖形31h作為掩模，以高能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的深位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
另外，在圖39中，示出的是在抗蝕劑圖形31h的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D40，通過以上述抗蝕劑圖形31h作為掩模，以中等能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的中等深度位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
參照?qǐng)D41，通過以上述抗蝕劑圖形31h作為掩模，以低能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31h。
在圖39～圖41的工序中，向pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部注入的硼離子的注入濃度為注入于中央部的硼離子的注入濃度的一半程度。
但是，上述向深的位置的注入(圖39)、向中間位置的注入(圖40)和向淺的位置的注入(圖41)的各注入順序可以調(diào)換。并且，向這些pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的硼離子注入工序可以整體性的調(diào)換為上述的向中央部的硼離子或磷離子的注入工序，或者調(diào)換為向離pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只有1級(jí)的中央部的低濃度的磷離子的注入工序。
在本實(shí)施形態(tài)中，為了簡(jiǎn)單起見，取在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部只形成一列由低濃度的p層和n層組成的pn組合的情況為例，但本實(shí)施形態(tài)并不特別地限定于這種情況。
參照?qǐng)D42，通過經(jīng)圖24所示的與實(shí)施形態(tài)17同樣的工序，形成保護(hù)環(huán)部分15和p型體區(qū)5。與此同時(shí)，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上并列的多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a和多個(gè)磷離子注入?yún)^(qū)3a向周圍擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)一體化，形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。其后，形成MOS-FET構(gòu)成部及電極等，完成圖9所示的半導(dǎo)體器件。
另外，在圖42中，為了簡(jiǎn)單起見，把被連接的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4以低濃度和高濃度的2級(jí)顯示出來，但實(shí)際上這些雜質(zhì)濃度無級(jí)且連續(xù)地變化，并在襯底的深度方向上呈周期性的變化。并且，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4在雜質(zhì)濃度高的部分成為稍微向外圍擴(kuò)展的彎曲的剖面形狀，但為了簡(jiǎn)化省略了細(xì)節(jié)。
(實(shí)施形態(tài)20)作為實(shí)施形態(tài)20，用圖45～圖53詳述在埋入?yún)^(qū)的形成中使用多層外延層制造圖6所示的結(jié)構(gòu)的工序流程。
參照?qǐng)D43，在含砷或銻的高濃度n+襯底1上，用通常的外延方法形成初級(jí)的n-外延層2a。該n-外延層2a與在不使用多重RESURF效應(yīng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)MOS-FET中使用的n型漂移層濃度相比，僅以具有低濃度且均勻的雜質(zhì)濃度的一層形成。在n-外延層2a上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31i。
另外，在圖43中，示出的是在抗蝕劑圖形31i的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D44，通過以該抗蝕劑圖形31i作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的比較淺的位置(雖然深的位置也可以，但一般地難以產(chǎn)生高能量)上形成硼離子的高濃度注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31i。
參照?qǐng)D45，在n-外延層2a上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31k。通過以該抗蝕劑圖形31k作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的比較淺的位置上形成硼離子的低濃度注入?yún)^(qū)4a。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31k。
另外，在圖45中，示出的是在抗蝕劑圖形31k的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D46，因?yàn)樵谝r底中埋入了上述高濃度和低濃度雙方的硼離子注入?yún)^(qū)4a，所以與對(duì)圖43的工序的說明同樣，通過外延生長(zhǎng)形成低濃度的n-外延層2b。嚴(yán)格地說，通過在該外延生長(zhǎng)工序中的熱處理，各注入?yún)^(qū)4a稍微向周圍擴(kuò)散其剖面形狀成為圓形。用虛線示出外延生長(zhǎng)界面，在其上部以擴(kuò)展(凸起)的形狀圖示出該擴(kuò)散的狀態(tài)，但該凸起本身既不是可積極利用的部分，同樣，凸起也不是有害的的部分。
在以下的工序中，從上述初級(jí)的n-外延層2a的形成開始，高濃度的硼離子注入?yún)^(qū)4a的形成、低濃度硼離子注入?yún)^(qū)4a的形成以及第2級(jí)n-外延層2b的形成各工序基本上僅以所希望的次數(shù)重復(fù)。
參照?qǐng)D47，在n-外延層2b上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形311，通過以該抗蝕劑圖形311作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的比較淺的位置上形成硼離子的高濃度注入?yún)^(qū)4a。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形311。
另外，在圖47中，示出的是在抗蝕劑圖形311的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D48，在n-外延層2b上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31m。通過以該抗蝕劑圖形31m作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的比較淺的位置上形成硼離子的低濃度注入?yún)^(qū)4a。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31m。
另外，在圖48中，示出的是在抗蝕劑圖形31m的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
然后，因?yàn)樵谝r底中埋入了上述高濃度和低濃度雙方的硼離子注入?yún)^(qū)4a，所以與對(duì)圖43的工序的說明同樣，通過外延生長(zhǎng)形成低濃度的n-外延層2c。嚴(yán)格地說，通過在該外延生長(zhǎng)工序中的熱處理，各注入?yún)^(qū)4a稍微向周圍擴(kuò)散其剖面形狀成為圓形。用虛線示出外延生長(zhǎng)界面，在其上部以擴(kuò)展(凸起)的形狀圖示出該擴(kuò)散的狀態(tài)，但該凸起本身既不是可積極利用的部分，同樣，凸起也不是有害的的部分。
參照?qǐng)D49，在n-外延層2c上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31n。通過以該抗蝕劑圖形31n作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的比較淺的位置上形成硼離子的高濃度注入?yún)^(qū)4a。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31n。
另外，在圖49中，示出的是在抗蝕劑圖形31n的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D50，在n-外延層2c上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31o。通過以該抗蝕劑圖形31o作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的比較淺的位置上形成硼離子的低濃度注入?yún)^(qū)4a。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31o。
另外，在圖50中，示出的是在抗蝕劑圖形31o的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D51，因?yàn)樵谝r底中埋入了上述高濃度和低濃度雙方的硼離子注入?yún)^(qū)4a，所以與對(duì)圖43的工序的說明同樣，通過外延生長(zhǎng)形成末級(jí)的低濃度的n-外延層2d。由此，通過n-外延層2a～2d，多層外延層2被形成。
嚴(yán)格地說，通過在該外延生長(zhǎng)工序中的熱處理，各注入?yún)^(qū)4a稍微向周圍擴(kuò)散其剖面形狀成為圓形。用虛線表示外延生長(zhǎng)界面，在其上部以擴(kuò)展(凸起)的形狀圖示出該擴(kuò)散的狀態(tài)，但該凸起本身既不是可積極利用的部分，同樣，凸起也不會(huì)成為有害的部分。
參照?qǐng)D52，在n-外延層2d上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31p。通過以該抗蝕劑圖形31p作為掩模，以極低能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部及最端部和作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部的各區(qū)的非常淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)5、15。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31p。
參照?qǐng)D53，在高溫下施加長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)5、15擴(kuò)散為適當(dāng)?shù)拇笮?，形成保護(hù)環(huán)部分15和p型體區(qū)5。與此同時(shí)，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上并列的多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a擴(kuò)散到周圍而一體化，形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4。之后，形成MOS-FET構(gòu)成部及電極等，完成圖6所示的半導(dǎo)體器件。
另外，在圖45、圖48及圖50的工序中，向pn重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部注入的硼離子的注入濃度為在中央部注入的硼離子的注入濃度的一半程度。
并且，在本實(shí)施形態(tài)中，以僅用一級(jí)就把pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部低濃度化的情況為例進(jìn)行說明，但如上述其他例子那樣，也可以把低濃度化的級(jí)數(shù)設(shè)為多級(jí)。通過那樣做，雖有因工序更復(fù)雜化而使制造成本上升的缺點(diǎn)，但又有元件的耐壓性能得到改善這一大優(yōu)點(diǎn)。因此，綜合考慮所要求的產(chǎn)品的性能價(jià)格比的關(guān)系，也可以以多級(jí)實(shí)現(xiàn)低濃度化，本實(shí)施形態(tài)決不只限定于1級(jí)的結(jié)構(gòu)及其制作方法。
本實(shí)施形態(tài)的制造方法中，只要外延層的層數(shù)重疊，在原理上就可以無限地重疊上去。所以，用該制造方法制得的半導(dǎo)體器件是可以與從數(shù)百V左右的中耐壓至數(shù)千V的高耐壓對(duì)應(yīng)的元件。反之，如后述那樣，為使埋入擴(kuò)散層4a在深度方向上連接，一定需要某種程度的高溫?zé)崽幚砉ば?。在這種高溫?zé)崽幚碇校c向深度方向(上下方向)的擴(kuò)散同時(shí)也發(fā)生了橫向擴(kuò)散，所以，因?yàn)椴荒芸s短pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的周期而存在在低于300V左右以下的低耐壓區(qū)難以實(shí)現(xiàn)其性能的不足。
(實(shí)施形態(tài)21)作為實(shí)施形態(tài)21，用圖54～圖63詳述在埋入?yún)^(qū)的形成中使用多層外延層、并在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的擴(kuò)散中使用細(xì)長(zhǎng)圖形制造圖6的結(jié)構(gòu)的工序流程。
參照?qǐng)D54，在含砷或銻的高濃度n+襯底1上，用通常的外延方法形成初級(jí)的n-外延層2a。該n-外延層2a與在不應(yīng)用多重RESURF效應(yīng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)MOS-FET中使用的n型漂移層濃度相比，僅以具有低濃度且均勻的雜質(zhì)濃度的一層形成。在n-外延層2a上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31q。
在成為該抗蝕劑圖形31q的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域上，形成由單一孔構(gòu)成的第1開孔圖形，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域形成由多個(gè)微細(xì)孔構(gòu)成的第2開孔圖形。在第2開孔圖形中的所有微細(xì)孔的開孔面積之和被設(shè)定為比第1開孔圖形的開孔面積小。
另外，在圖54中，示出的是在抗蝕劑圖形31q的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
參照?qǐng)D55，以該抗蝕劑圖形31q作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子。由此，在比較淺的位置上分別形成了成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域的硼離子高濃度注入?yún)^(qū)4a及成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的硼離子低濃度注入?yún)^(qū)4a。總之，與上述實(shí)施形態(tài)19、20不同，在本實(shí)施形態(tài)中，在欲低濃度化的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部也用與中央部同樣的注入工序同時(shí)注入雜質(zhì)。
圖63示出了上述離子注入后不久的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)的注入情況。參照?qǐng)D63，因?yàn)樵趐n重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部上的第2開孔圖形是由多個(gè)微細(xì)孔形成的，所以變?yōu)樵诟魑⒓?xì)孔的正下方形成硼離子注入?yún)^(qū)4a1。從該狀態(tài)實(shí)施用于雜質(zhì)擴(kuò)散的熱處理。
若非常微細(xì)地形成多個(gè)微細(xì)孔，即使稍微進(jìn)行熱處理，也如圖6所示，多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a1向周圍擴(kuò)散、相互重疊而一體化，構(gòu)成低濃度注入?yún)^(qū)4a。并且，用少許熱處理、用簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)散使各注入?yún)^(qū)4a1重疊，可使作為整體的濃度均勻化。該低濃度注入?yún)^(qū)4a即使形狀或濃度多少有些起伏，宏觀上也可以看作是均勻而比較低濃度的擴(kuò)散區(qū)4a。并且，上述熱處理本身既可以由后工序的外延生長(zhǎng)工序兼任，也可以在外延生長(zhǎng)前獨(dú)立地進(jìn)行。
在此，第2開孔圖形中的所有微細(xì)孔的開孔面積之和被設(shè)定為比第1開孔圖形的開孔面積小。因此，即使向這些開孔圖形雙方同時(shí)進(jìn)行離子注入，也可以形成成為中央部的區(qū)域的高濃度的、并成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的低濃度的各注入?yún)^(qū)4a。
其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31q。
參照?qǐng)D56，因?yàn)樵谝r底中埋入了上述高濃度和低濃度雙方的硼離子注入?yún)^(qū)4a，所以與對(duì)圖54的工序的說明同樣，通過外延生長(zhǎng)形成低濃度的n-外延層2b。嚴(yán)格地說，通過在該外延生長(zhǎng)工序中的熱處理，各注入?yún)^(qū)4a稍微向周圍擴(kuò)散其剖面形狀成為圓形。用虛線示出外延生長(zhǎng)界面，在其上部以擴(kuò)展(凸起)的形狀圖示出該擴(kuò)散的狀態(tài)，但該凸起本身既不是可積極利用的部分，同樣，凸起也不是有害的的部分。
在以下的工序中，從上述初級(jí)的n-外延層2a的形成開始，高濃度的硼離子注入?yún)^(qū)4a的形成、低濃度硼離子注入?yún)^(qū)4a的形成以及第2級(jí)n-外延層2b的形成各工序基本上僅以所希望的次數(shù)重復(fù)。
參照?qǐng)D57，與圖54同樣，在n-外延層2a上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31r。在成為該抗蝕劑圖形31r的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域上，形成由單一孔構(gòu)成的第1開孔圖形，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域形成由多個(gè)微細(xì)孔構(gòu)成的第2開孔圖形。在第2開孔圖形中的所有微細(xì)孔的開孔面積之和被設(shè)定為比第1開孔圖形的開孔面積小。
另外，在圖57中，示出的是在抗蝕劑圖形31r的下面沒有敷設(shè)氧化硅膜而直接涂敷光致抗蝕劑的情況，但按照需要，也可設(shè)置下敷氧化硅膜。
然后，以該抗蝕劑圖形31r作為掩模，以通常的能量離子注入硼離子。由此，在比較淺的位置上分別形成了成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中央部的區(qū)域的硼離子高濃度注入?yún)^(qū)4a及成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的區(qū)域的硼離子低濃度注入?yún)^(qū)4a。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31r。
參照?qǐng)D58，通過進(jìn)行與上述同樣的外延生長(zhǎng)，形成低濃度的n-外延層2c。嚴(yán)格地說，通過該外延生長(zhǎng)工序中的熱處理，各注入?yún)^(qū)4a稍微向周圍擴(kuò)散其剖面形狀成為圓形。
然后，仍與上述同樣，通過單一的照相制版和單一的離子注入，在比較淺的位置分別在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的區(qū)域形成硼離子的高濃度注入?yún)^(qū)4a，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域形成硼離子的低濃度注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31s。
參照?qǐng)D59，通過進(jìn)行與上述同樣的外延生長(zhǎng)，形成低濃度的n-外延層2d。嚴(yán)格地說，通過該外延生長(zhǎng)工序中的熱處理，各注入?yún)^(qū)4a稍微向周圍擴(kuò)散其剖面形狀成為圓形。
參照?qǐng)D60，在n-外延層2d上用照相制版技術(shù)形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31t。通過以該抗蝕劑圖形31t作為掩模，以極低能量離子注入硼離子，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部及最端部和作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部的各區(qū)的非常淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)5、15。其后，例如用灰化等方法除去抗蝕劑圖形31t。
再者，在習(xí)慣上，在照相制版時(shí)，希望有下敷氧化硅的部分，但并不特別限定，所以為了簡(jiǎn)單起見而在圖中予以省略。
參照?qǐng)D61，在高溫下施加長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)5、15擴(kuò)散為適當(dāng)?shù)拇笮?，形成保護(hù)環(huán)部分15和p型體區(qū)5。與此同時(shí)，在半導(dǎo)體襯底的深度方向上并列的多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a向周圍擴(kuò)散而一體化，形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4。
參照?qǐng)D62，在用通常的照相制版技術(shù)及離子注入技術(shù)形成的p型體區(qū)5內(nèi)，形成MOS-FET的n+源區(qū)6和用于得到對(duì)p型體區(qū)5的低阻抗接觸的p+接觸區(qū)7。
但是，n+源區(qū)6用砷或磷而p+接觸區(qū)7用p硼分別形成，所以，對(duì)于n+源區(qū)6和p+接觸區(qū)7有必要獨(dú)立地進(jìn)行照相制版工序和離子注入工序。并且，與后述的柵區(qū)的形成的順序沒有特別地規(guī)定，可以按照性能及用途調(diào)換工序順序。
最后，通過完成MOS-FET結(jié)構(gòu)完成圖6所示的半導(dǎo)體器件。但是，在圖6中，省略了通過層間絕緣膜的接觸孔，A1布線等也被簡(jiǎn)化，用單純的直線布線表示。
并且，在本實(shí)施形態(tài)中，以僅用一級(jí)就把pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部低濃度化的情況為例進(jìn)行說明，但如上述其他例子那樣，也可以把低濃度化的級(jí)數(shù)設(shè)為多級(jí)。通過那樣做，雖有因工序更復(fù)雜化而使制造成本上升的缺點(diǎn)，但又有元件的耐壓性能得到改善這一大優(yōu)點(diǎn)。因此，綜合考慮所要求的產(chǎn)品的性能價(jià)格比的關(guān)系，也可以以多級(jí)實(shí)現(xiàn)低濃度化，本實(shí)施形態(tài)決不只限定于1級(jí)的結(jié)構(gòu)及其制作方法。
在本實(shí)施形態(tài)用的多層方式的制造方法與上述實(shí)施形態(tài)20的情況同樣，是可以與從數(shù)百V左右的中耐壓到數(shù)千V的高耐壓對(duì)應(yīng)的制造方法，但存在在300V以下的低耐壓區(qū)的性能難以得到的缺點(diǎn)。另一方面，與實(shí)施形態(tài)20相比，能夠設(shè)法使pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部與中央部同時(shí)形成，所以，有制造工序可以減半的優(yōu)點(diǎn)。
(有溝槽的情況的實(shí)施形態(tài)的說明)雖然沒有直接的實(shí)施形態(tài)，但以下簡(jiǎn)單地說明制造有溝槽的情況下在中央部中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的工序流程，然后轉(zhuǎn)向說明應(yīng)用該有溝槽結(jié)構(gòu)及其制造方法的本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
同樣，對(duì)于該有溝槽結(jié)構(gòu)STM(超溝槽功率MOS-FET)，與上述的埋入多層外延結(jié)構(gòu)及其制造方法相比，不僅工序數(shù)少，還有因重復(fù)周期容易縮短至極限而使元件的主耐壓和導(dǎo)通電阻的折衷關(guān)系非常良好的優(yōu)點(diǎn)，無論從原理上、制造技術(shù)上，都有在從低耐壓到高耐壓的寬廣范圍內(nèi)有效的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)于通過對(duì)溝槽側(cè)壁斜向離子注入制作擴(kuò)散層的工序流程，用圖65～圖69依次說明。
參照?qǐng)D65，首先用通常的方法，以用CVD法形成了的氧化硅膜等作為掩模材料41進(jìn)行各向異性刻蝕，在半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成多個(gè)溝槽23。
參照?qǐng)D66，只對(duì)形成的條狀溝槽23的一側(cè)的側(cè)壁注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。
參照?qǐng)D67，只對(duì)形成了的條狀溝槽23的對(duì)面的側(cè)壁注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。但是，該圖66和圖67的工序可以調(diào)換。
參照?qǐng)D68，硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3通過熱處理同時(shí)擴(kuò)散，形成具有所希望的雜質(zhì)濃度分布的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。
參照?qǐng)D69，用由CVD法形成的氧化硅膜等絕緣物24進(jìn)行溝槽23的埋入。
STM結(jié)構(gòu)與上述埋入多層外延結(jié)構(gòu)相比，無論是在性能方面，還是在制造成本方面都是優(yōu)越的。但是，使用了所謂只對(duì)溝槽23的一側(cè)的側(cè)壁斜向離子注入的、即使在LSI(大規(guī)模集成電路)中也很少使用的方法。所以，當(dāng)在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部進(jìn)行低濃度化時(shí)，與上述埋入多層外延工序的情況相比，有工序變復(fù)雜、提出條件的難易程度增加的缺點(diǎn)。因而，希望根據(jù)作為產(chǎn)品所要求的價(jià)格性能比的指標(biāo)，從以本實(shí)施形態(tài)為首的多種制造方法中選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ瞥杀景l(fā)明的半導(dǎo)體器件。
(實(shí)施形態(tài)22)作為實(shí)施形態(tài)22，將用圖70～78詳細(xì)地說明在STM結(jié)構(gòu)中把使擴(kuò)散層低濃度化的最端部的溝槽與中央部的溝槽分別重新開掘的情況下的制造方法。
在以下的圖70～圖72所示的工序中，和上述的圖65～圖67的工序流程基本相同。
參照?qǐng)D70，首先用通常的方法，通過用CVD法形成的氧化硅膜等作為掩模材料41a進(jìn)行各向異性刻蝕，在半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成多個(gè)溝槽23。在這多個(gè)溝槽23中，不包括在最終完成狀態(tài)下位于最端部的溝槽。
參照?qǐng)D71，只對(duì)條狀地形成的多個(gè)溝槽23的所有一側(cè)的側(cè)壁注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。
參照?qǐng)D72，只對(duì)條狀地形成的多個(gè)溝槽23的所有的對(duì)面一側(cè)的側(cè)壁注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。但是，該圖71和圖72的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按照該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D73，全部溝槽23都用由CVD法形成的氧化硅膜之類的膜41b一次填埋以實(shí)現(xiàn)表面平坦化。至此，是相當(dāng)于現(xiàn)有STM結(jié)構(gòu)的制法的部分，以下，是與本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的工序。
為了在最端部形成溝槽，在填埋溝槽23使用的膜41b的所希望的位置，用通常的照相制版和各向異性刻蝕開設(shè)窗口。
參照?qǐng)D74，通過在膜41b上所開的窗口，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行各向異性刻蝕，形成最端部的溝槽23。
參照?qǐng)D75，只對(duì)最端部的溝槽23的一側(cè)側(cè)壁上注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。這時(shí)，硼離子以注入中央部的硼離子的注入濃度的一半程度的濃度被注入。
參照?qǐng)D76，只對(duì)最端部的溝槽23的對(duì)面一側(cè)的側(cè)壁注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。這時(shí)，磷離子以注入中央部的磷離子的注入濃度的一半程度的濃度被注入。并且，磷注入的工序也可以與前面的硼注入的工序調(diào)換，并不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D77，為使夾在溝槽23之間的臺(tái)面區(qū)具有所希望的濃度分布，要對(duì)元件全體進(jìn)行熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3向周圍擴(kuò)散而形成p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。從最端部的溝槽23的側(cè)壁擴(kuò)散的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3被設(shè)定為比上述中央部的雜質(zhì)濃度低，所以，即使在完成狀態(tài)也比中央部的雜質(zhì)濃度低。至此是與本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的部分。
作為后工序，如圖78所示，在溝槽23內(nèi)填埋絕緣膜24。但是，該絕緣膜的填埋工序與前面的熱處理工序可以調(diào)換。并且，形成作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部及MOS-FET的p型體區(qū)等的比較深的擴(kuò)散區(qū)的工序在圖中未示出，但可適當(dāng)?shù)夭迦肷鲜龉ば虻哪程幓蚝蠊ば虻哪程幹小?br> 另外，在本實(shí)施形態(tài)中，以只對(duì)最端部的一條溝槽23實(shí)施低濃度化的情況為例加以說明，但如上述其他例子及后述的圖88的STM結(jié)構(gòu)例所示，低濃度化的級(jí)數(shù)也可能是多級(jí)。這樣，雖有因工序更復(fù)雜化而使制造成本提高的缺點(diǎn)，但又有元件的耐壓性能得到改善這一大優(yōu)點(diǎn)。因此，綜合考慮所要求的制品的性能價(jià)格比的關(guān)系，也可以以多級(jí)進(jìn)行，本實(shí)施形態(tài)決不是只限定于一級(jí)的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
(實(shí)施形態(tài)23)作為實(shí)施形態(tài)23，用圖79～86詳述在STM結(jié)構(gòu)中對(duì)使擴(kuò)散層低濃度化的最端部的溝槽的側(cè)壁的相反導(dǎo)電型的離子注入，即反離子注入場(chǎng)合的制造方法。
參照?qǐng)D79，首先用通常的方法，通過用CVD法形成的氧化硅膜作為掩模材料41a進(jìn)行各向異性刻蝕，在半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成多個(gè)溝槽23。在這多個(gè)溝槽23中，不包括在最終完成狀態(tài)下位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽。
參照?qǐng)D80，只對(duì)條狀地形成的多個(gè)溝槽23的所有的一側(cè)側(cè)壁以相同的注入濃度注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。
參照?qǐng)D81，只對(duì)條狀地形成的多個(gè)溝槽23的所有的對(duì)面的側(cè)壁以相同的濃度注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。但是，該圖80和圖81的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D82，全部溝槽23都用由CVD法形成的氧化硅膜之類的膜41b一次填埋。至此，是相當(dāng)于現(xiàn)有STM結(jié)構(gòu)的制造方法的部分，以下，是與本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的工序。
然后，在位于最端部的溝槽23上用照相制版技術(shù)形成有窗的光致抗蝕劑圖形31u。以該抗蝕劑圖形31u作為掩模進(jìn)行刻蝕。在該刻蝕工序中，根據(jù)所形成的溝槽23的絕對(duì)深度、深寬比等分別使用濕法或干法刻蝕，或選擇兩種方法的組合。
然后，例如用灰化方法除去抗蝕劑圖形31u。
參照?qǐng)D83，通過上述的刻蝕，除去位于最端部的溝槽23內(nèi)的填埋物。
參照?qǐng)D84，只對(duì)最端部的溝槽23一側(cè)的側(cè)壁注入與在前工序中注入的硼(p型)的導(dǎo)電類型相反的磷離子(n型)，形成磷離子注入?yún)^(qū)3b。由于該磷離子的注入，在最端部的溝槽23側(cè)壁上形成的p型雜質(zhì)區(qū)4的完成狀態(tài)被控制為注入于中央部的雜質(zhì)濃度的一半左右的雜質(zhì)濃度。
參照?qǐng)D85，只對(duì)最端部的溝槽23的對(duì)面的側(cè)壁注入與在前工序中注入的磷(n型)的導(dǎo)電類型相反的硼離子(p型)，形成硼離子注入?yún)^(qū)4b。由于該硼離子的注入，在最端部的溝槽23側(cè)壁上形成的n型雜質(zhì)區(qū)3的完成狀態(tài)被控制為注入于中央部的雜質(zhì)濃度的一半左右的雜質(zhì)濃度。
另外，硼注入的工序也可以替換為前面的磷注入的工序，不意味著按該順序進(jìn)行。至此，是本實(shí)施形態(tài)的特征的部分。以下為與其他實(shí)施形態(tài)同樣的流程，所以記述簡(jiǎn)單。
參照?qǐng)D86，為使夾在溝槽23之間的臺(tái)面區(qū)具有所希望的濃度分布，要對(duì)元件全體實(shí)施熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3向周圍擴(kuò)散而形成p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。從最端部的溝槽23的側(cè)壁擴(kuò)散的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3被設(shè)定為比上述中央部的雜質(zhì)濃度低，所以，即使在完成狀態(tài)也比中央部的雜質(zhì)濃度低。
作為后工序，如圖78所示，在溝槽23內(nèi)填埋絕緣膜24。但是，該絕緣膜24的填埋工序和前面的熱處理工序可以調(diào)換。并且，形成作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部及MOS-FET的p型體區(qū)等的比較深的擴(kuò)散區(qū)的工序在圖中未示出，但可適當(dāng)?shù)夭迦肷鲜龉ば虻哪程幓蚝蠊ば虻哪程幹小?br> 另外，在本實(shí)施形態(tài)中，以只在最端部的一條溝槽23實(shí)施低濃度化的情況為例進(jìn)行說明，但如上述其他例子及后述的圖88的STM結(jié)構(gòu)例所示，低濃度化的級(jí)數(shù)也可能是多級(jí)。這樣，雖有因工序更復(fù)雜化而使制造成本提高的缺點(diǎn)，但又有元件的耐壓性能得到改善這一大優(yōu)點(diǎn)。因此，綜合考慮所要求的制品的性能價(jià)格比的關(guān)系，也可以以多級(jí)進(jìn)行，本實(shí)施形態(tài)決不限定于一級(jí)的結(jié)構(gòu)及制造方法。
與實(shí)施形態(tài)22的兩次開掘溝槽23的情況相比，本實(shí)施形態(tài)的方法的優(yōu)點(diǎn)是工序簡(jiǎn)單。溝槽刻蝕是已確定的技術(shù)，但該元件所要求的深度與在通常的LSI的隔離工序中使用的相比，非常深的情況居多，有處理時(shí)間長(zhǎng)的問題。若使用本實(shí)施形態(tài)示出的工序，該點(diǎn)在反摻雜的部分中，只是除去掩埋氧化膜，所以，有工序的處理時(shí)間短而簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，去除在高的深寬比的溝槽內(nèi)填埋的氧化硅膜，不論濕法、干法，有難以提出條件的缺點(diǎn)。
(實(shí)施形態(tài)24)作為實(shí)施形態(tài)24，用圖87～91詳述將重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽槽為虛線狀溝槽結(jié)構(gòu)(以下，稱為DLT)應(yīng)用于溝槽并行柵極結(jié)構(gòu)的STM，且只將pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的p層或n層的1條進(jìn)行低濃度化的情況下的結(jié)構(gòu)及制造方法。另外，圖88是在圖87所示的溝槽并行柵極結(jié)構(gòu)的STM中將DLT結(jié)構(gòu)應(yīng)用于最端部的溝槽的構(gòu)成的3維俯視圖。
參照?qǐng)D87及圖88，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖5所示的構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于由1組p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3構(gòu)成的pn組合之間設(shè)置溝槽23，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部被低濃度化了的pn組合只是1級(jí)，以及位于多個(gè)溝槽23的最端部的溝槽23具有DLT結(jié)構(gòu)。
主要參照?qǐng)D88，這里，所謂DLT結(jié)構(gòu)的溝槽是多個(gè)孔23a沿著規(guī)定的方向隔開一定間隔配置，從而在第1主面內(nèi)具有虛線狀的表面圖形的溝槽。并且，在各溝槽23內(nèi)，例如用氧化硅膜構(gòu)成的絕緣膜24填埋。
關(guān)于除此以外的結(jié)構(gòu)，與圖5所示結(jié)構(gòu)大體相同，所以對(duì)同一構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
本實(shí)施形態(tài)的特征是與制造方法密切相關(guān)，工序全不增加，只沿用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的STM制造工序就能實(shí)現(xiàn)主耐壓高的元件。并且，在上述的其他實(shí)施形態(tài)中，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部具有多級(jí)濃度梯度的情況下，有因制造工序進(jìn)一步增加而變復(fù)雜的缺點(diǎn)，然而在本實(shí)施形態(tài)以下所示的DLT結(jié)構(gòu)中，雖有圖形尺寸的制約，但大致上，即使多級(jí)化，制造工序也全不增加，因而有非常容易實(shí)現(xiàn)的很大優(yōu)點(diǎn)。
制作圖87及圖88的結(jié)構(gòu)時(shí)，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)的最終完成濃度由在DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23中的各孔23a的側(cè)壁長(zhǎng)度LA與間距LB的關(guān)系(有效側(cè)壁面積)決定。具體地說，低濃度化比率R1c以圖中所示的長(zhǎng)度LA與間距LB的比率近似地定義，用下式表示R1c＝LA/(LA+LB)例如，如果設(shè)LA＝2μm、LB＝2μm，則R1c＝50％，取得了與把在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度降低到50％大致同樣的效果。嚴(yán)格地說，該雜質(zhì)濃度隨離子注入后的總的熱處理量、溫度和時(shí)間而變化。但是，粗略地說，如果加以調(diào)整，使雜質(zhì)擴(kuò)散僅僅與未注入?yún)^(qū)(未形成孔23a的區(qū)域)的寬度LB＝2μm相同，則在被注入的直線部分(形成孔23a的區(qū)域)的中央位置的雜質(zhì)原子到達(dá)未注入?yún)^(qū)的中央部分。同時(shí)，在被注入的直線部分的端部(孔23a的端部)的雜質(zhì)原子到達(dá)相鄰的直線部分的端部。因而，被注入的直線部分LA的濃度、未注入?yún)^(qū)LB的濃度均被平均化，大致下降到剛注入后的濃度的50％的程度。如圖87及圖88所示的1級(jí)的低濃度化的情況下，該R1c最好在30％以上、70％以下。
一般地說，硅中的雜質(zhì)濃度分布是用高斯分布或誤差函數(shù)(Errorfunction)定義的形狀，但在以線性比例看這種分布的場(chǎng)合，幾乎可以看作是一次函數(shù)、即三角形分布。從而，對(duì)于上述的近似，事實(shí)上不會(huì)發(fā)生大的偏離，所以，可以非常簡(jiǎn)便地根據(jù)虛線的長(zhǎng)度LA和間隔LB的比率來調(diào)整濃度。
另外，對(duì)于該比率的計(jì)算，與長(zhǎng)度LA、LB正交方向的尺寸，即溝槽23的寬度沒有關(guān)系。
可以更直觀地理解上述說明的表示是以下的圖89～91。圖89示出了剛注入后或者熱處理不足的狀態(tài)，并且示出了高濃度區(qū)3、4還保留在DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的側(cè)壁上、虛線狀的擴(kuò)散區(qū)3、4未連接的狀態(tài)。
其次，圖90示出了注入后通過進(jìn)行少許熱處理，因橫向擴(kuò)散使雜質(zhì)區(qū)3、4擴(kuò)散的狀態(tài)。通過這種熱處理，高濃度區(qū)3、4從DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的側(cè)壁擴(kuò)散而與其他高濃度區(qū)3、4連接。但是，在接近于DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的側(cè)壁的部分還保留有高濃度區(qū)。即使在這種狀態(tài)下也沒有大問題，但如后述的圖91所示，最好用熱處理使整體擴(kuò)散至均勻化。
因而，圖91示出了在注入后通過進(jìn)行充分的熱處理，因橫向擴(kuò)散，使高濃度區(qū)3、4從DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的側(cè)壁充分地?cái)U(kuò)散而與其他高濃度區(qū)3、4連接的同時(shí)，DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的側(cè)壁的濃度也大體達(dá)到均勻化的狀態(tài)。
并且，表1示出了將DLT結(jié)構(gòu)應(yīng)用于300V級(jí)STM的場(chǎng)合的改善效果。
虛線溝槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施形態(tài)和現(xiàn)有例的耐壓比較如下表1

在實(shí)際的元件中，不能制造沒有終端部分的無限重復(fù)結(jié)構(gòu)，所以，表1中的“僅中央單元部分的模擬”示出的是，作為理想情況，使用數(shù)值模擬計(jì)算單元部分的主耐壓的情況下的值。在這種情況下，得到了325V的主耐壓，所以將其耐壓值作為100％與其他實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。
另一方面，“現(xiàn)有例的均勻濃度的實(shí)測(cè)”清楚地示出，在不使用本實(shí)施形態(tài)所示的DLT結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合，得到的耐壓值低至275V，只是上述理想的單元的耐壓值的84.6％。因而，用本實(shí)施形態(tài)所示的DLT結(jié)構(gòu)試制的、虛線部分的比率是接近一半的60％的結(jié)構(gòu)，得到了301V。這是僅僅理想的單元部分的主耐壓的92.6％，清楚地示出主耐壓大幅度地提高。
另外，雖然細(xì)節(jié)予以省略，但通過實(shí)驗(yàn)可知，用虛線的多重化，也就是濃度梯度的多級(jí)化，可以得到接近于更理想值。
(實(shí)施形態(tài)25)作為實(shí)施形態(tài)25，與實(shí)施形態(tài)24同樣，用圖92和圖93詳述把DLT結(jié)構(gòu)的溝槽應(yīng)用于溝槽并行柵極結(jié)構(gòu)的STM，把pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)的最端部的pn組合按3級(jí)低濃度化的情況。另外，圖93示出了把DLT結(jié)構(gòu)應(yīng)用于圖92的重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的3條溝槽的構(gòu)成的3維俯視圖。
參照?qǐng)D92及圖93，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖87及圖88所示構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的pn組合按3級(jí)被低濃度化，以及把DLT結(jié)構(gòu)應(yīng)用于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的3條溝槽。
在本實(shí)施形態(tài)中，基于在實(shí)施形態(tài)24說明了的低濃度化比率的理論，為把pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的pn組合按3級(jí)低濃度化而調(diào)整具有DLT結(jié)構(gòu)的最端部的3條溝槽23的虛線的長(zhǎng)度及間隔。也就是說，由多個(gè)孔23a3組成的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的低濃度化比率R1c比由多個(gè)孔23a2構(gòu)成的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的低濃度化比率R1c小，由多個(gè)孔23a2構(gòu)成的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的低濃度化比率R1c也比由多個(gè)孔23a1構(gòu)成的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23的低濃度化比率R1c小。
另外，關(guān)于除此之外的結(jié)構(gòu)，與圖5所示結(jié)構(gòu)大體相同，所以對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
在本實(shí)施形態(tài)中，通過調(diào)整溝槽23的虛線的長(zhǎng)度及間隔，可以容易地取得多級(jí)的濃度梯度。
(實(shí)施形態(tài)26)作為實(shí)施形態(tài)26，用圖94及圖95詳述把DTL結(jié)構(gòu)的溝槽應(yīng)用于并行柵極結(jié)構(gòu)的STM的場(chǎng)合的工藝流程。
本實(shí)施形態(tài)的制造方法經(jīng)過與圖79～圖81所示工序同樣的工序。由此，在第1主面上形成多個(gè)溝槽23，分別在各溝槽23的一方側(cè)壁上形成硼離子注入?yún)^(qū)4、在另一方側(cè)壁面上形成磷離子注入?yún)^(qū)3。但是，在圖79所示的工序中，重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)的最端部的溝槽23要成為DLT結(jié)構(gòu)那樣地形成。
然后，參照?qǐng)D94，為使夾在溝槽23之間的臺(tái)面區(qū)具有所希望的濃度分布而整體地實(shí)施熱處理。通過該熱處理，重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23側(cè)壁的硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)低濃度化的同時(shí)均勻化，變?yōu)楸戎醒氩康呐_(tái)面區(qū)的雜質(zhì)濃度低。
參照?qǐng)D95，在各溝槽23內(nèi)填埋絕緣物24。但是，絕緣物填埋工序與前面的熱處理工序也可以調(diào)換。
另外，形成保護(hù)環(huán)及MOS-FET的p型體區(qū)等比較深的擴(kuò)散區(qū)的工序在圖中未示出，但可以適當(dāng)?shù)夭迦肷鲜龉ば虻哪程幓蛘哌@些工序后的某處中。
并且，在本實(shí)施形態(tài)中，是以使在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)的最端部中僅僅各1組的pn組合低濃度化的情況為例，但通過使用該制造工序無論在具有多少級(jí)的濃度梯度的情況下，工序流程與上述完全相同即可。由此，不使制造工序增加即可以制造具有多級(jí)濃度梯度的高耐壓元件。
(實(shí)施形態(tài)27)作為實(shí)施形態(tài)27，用圖9詳述中央部是雙溝槽(Twin trench)結(jié)構(gòu)，且有源元件部分為MOS-FET結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，并且，用圖97～圖105詳述通過兩次開掘制作重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽的制造方法。
參照?qǐng)D96，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖87的構(gòu)成相比，其不同點(diǎn)在于臺(tái)面部具有雙溝槽結(jié)構(gòu)，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)的最端部的低濃度化由1對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)4和1對(duì)n型漂移區(qū)3構(gòu)成。
這里，所謂雙溝槽結(jié)構(gòu)是指在溝槽23的兩側(cè)壁各自存在相同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)的構(gòu)成。
并且，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)的最端部，形成具有比中央部低的雜質(zhì)濃度(為中央部一半程度的雜質(zhì)濃度)的1對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)4和1對(duì)n型漂移區(qū)3。
另外，對(duì)于除此以外的構(gòu)成，與圖87所示的構(gòu)成大體相同，所以對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
下面說明本實(shí)施形態(tài)的制造方法。
參照?qǐng)D97，首先用通常的方法，通過用CVD法形成了的氧化硅膜等作為掩模材料41e進(jìn)行各向異性刻蝕，在半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成由多個(gè)溝槽23構(gòu)成的第1溝槽組。該第1溝槽組中不包括在最終完成狀態(tài)下位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽。
參照?qǐng)D98，對(duì)構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)溝槽23的所有兩側(cè)壁以比較高的濃度注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。然后，通過刻蝕等除去膜41e。
參照?qǐng)D99，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等膜41f，用來填埋第1溝槽組的多個(gè)溝槽23的全部。該膜41f用照相制版及刻蝕技術(shù)形成圖形。以有圖形的膜41f作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，形成構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)溝槽23以便與第1溝槽組的各溝槽23交互配置。該第2溝槽組中不包括在最終完成狀態(tài)下位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽。
參照?qǐng)D100，對(duì)構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)溝槽23的所有兩側(cè)壁以比較高的濃度注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。然后，通過刻蝕等除去膜41f。但是，該圖98和圖100的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按照該順序進(jìn)行。至此，是現(xiàn)有方式的雙溝槽結(jié)構(gòu)的制造方法。以下的工序是本實(shí)施形態(tài)的特征性的工序。
參照?qǐng)D101，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41g，用來填埋第1及第2溝槽組的多個(gè)溝槽23的全部。該膜41g用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的1級(jí)的跟前的區(qū)域上開口。以有圖形的膜41g作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，在成為重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的1級(jí)的跟前的區(qū)域形成第1最端部溝槽23。
參照?qǐng)D102，對(duì)第1最端部溝槽23的兩側(cè)壁用比較低的濃度注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。然后，用刻蝕等除去膜41g。
參照?qǐng)D103，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41h，用來填埋第1及第2溝槽組的多個(gè)溝槽23和第1最端部溝槽23的全部。該膜41h用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在成為pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域上開口。以有圖形的膜41h作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，在成為重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域上形成第2最端部溝槽23。
參照?qǐng)D104，對(duì)第2最端部溝槽23的兩側(cè)壁用比較低的濃度注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。然后，用刻蝕等除去膜41h。但是，該圖102和圖104的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D105，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜24，用來填埋所有的溝槽23。然后，為使夾在溝槽23之間的臺(tái)面區(qū)具有所希望的濃度分布，要對(duì)元件全體實(shí)施熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3向周圍擴(kuò)散而形成p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。從第1及第2最端部的溝槽23的側(cè)壁擴(kuò)散的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3被設(shè)定為比上述中央部的雜質(zhì)濃度低，所以，即使在完成狀態(tài)也比中央部的雜質(zhì)濃度低。但是，該熱處理工序和前面的絕緣膜24的填埋工序也可以調(diào)換。
然后，形成作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部和MOS-FET部，示于圖96的半導(dǎo)體器件完成。
對(duì)于本實(shí)施形態(tài)中的雙溝槽結(jié)構(gòu)，與STM結(jié)構(gòu)比較，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的周期長(zhǎng)度為2倍，因?yàn)?維多重RESURF效應(yīng)難以奏效，所以，即使在理想的情況下在高濃度區(qū)也有主耐壓變低的傾向。并且在制造上，兩次形成深溝槽的工序有復(fù)雜度。
另一方面，對(duì)于雙溝槽結(jié)構(gòu)，因?yàn)閷?duì)溝槽的兩側(cè)壁打入同種離子，所以不必考慮因向相反一側(cè)反沖的離子的擴(kuò)散而引起有效濃度降低的復(fù)雜的物理現(xiàn)象。所以，關(guān)于溝槽形狀、關(guān)于多少有些彎曲或傾斜都沒有太大的影響等等，所以有制造上的容限(process widow)大等優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施形態(tài)28)作為實(shí)施形態(tài)28，用圖106～圖115詳述對(duì)中央部為雙溝槽(Twintrench)結(jié)構(gòu)，且有源元件部分為MOS-FET結(jié)構(gòu)的構(gòu)成中的重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽用反摻雜法，也就是用相反導(dǎo)電型離子注入的兩次注入法進(jìn)行低濃度化制作的制造方法。
參照?qǐng)D106，首先用通常的方法，通過用CVD法形成的氧化硅膜等作為掩模材料41i進(jìn)行各向異性刻蝕，在半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成由多個(gè)溝槽23構(gòu)成的第1溝槽組。該第1溝槽組中不包括在最終完成狀態(tài)下位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽。
參照?qǐng)D107，對(duì)構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)溝槽23的所有兩側(cè)壁以比較高的濃度注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。然后，用刻蝕等除去膜41i。
參照?qǐng)D108，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等膜41j，用來填埋第1溝槽組的多個(gè)溝槽23的全部。該膜41j用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形。以有圖形的膜41j作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，形成構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)溝槽23以便與第1溝槽組的各溝槽23交互配置。該第2溝槽組中不包括在最終完成狀態(tài)下位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽。
參照?qǐng)D109，對(duì)構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)溝槽23的所有兩側(cè)壁以比較高的濃度注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。然后，用刻蝕等除去膜41j。但是，該圖107和圖109的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按照該順序進(jìn)行。至此，是現(xiàn)有方式的雙溝槽結(jié)構(gòu)的制造方法。以下的工序是本實(shí)施形態(tài)的特征性的工序。
參照?qǐng)D110，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41k，用來填埋多個(gè)溝槽23的全部。
參照?qǐng)D111，該膜41k用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的1級(jí)的跟前的第1最端部溝槽23上開口。以有圖形的膜41k作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，第1最端部溝槽23內(nèi)的填埋物被除去。
參照?qǐng)D112，對(duì)第1最端部溝槽23的兩側(cè)壁用比較低的濃度注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。然后，用刻蝕等除去膜41k。
參照?qǐng)D113，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜411，用來填埋所有的溝槽23。該膜411用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的第2最端部溝槽23上開口。以有圖形的膜411作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，第2最端部溝槽23內(nèi)的填埋物被除去。
參照?qǐng)D114，對(duì)第2最端部溝槽23的兩側(cè)壁用比較低的濃度注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3b。然后，用刻蝕等除去膜411。但是，該圖112和圖114的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D115，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜24，用來填埋所有的溝槽23。然后，為使夾在溝槽23之間的臺(tái)區(qū)具有所希望的濃度分布，要對(duì)元件全體實(shí)施熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3向周圍擴(kuò)散而形成p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。在第1及第2的最端部溝槽23的側(cè)壁，因反摻雜而使相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)彼此抵消。所以，位于第1及第2最端部溝槽23的側(cè)壁上的雜質(zhì)區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度變?yōu)楸戎醒氩康碾s質(zhì)濃度低。但該熱處理工序和前面的絕緣膜24的填埋工序也可以調(diào)換。
然后，形成作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部和MOS-FET部，示于圖96的半導(dǎo)體器件完成。
對(duì)于本實(shí)施形態(tài)中的雙溝槽結(jié)構(gòu)，與STM結(jié)構(gòu)比較，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的周期長(zhǎng)度成為2倍，因?yàn)?維多重RESURF效應(yīng)難以奏效，所以，即使在理想的情況下在高濃度區(qū)也有主耐壓變低的傾向。并且在制造上，兩次形成深溝槽的工序有復(fù)雜度。
另一方面，對(duì)于雙溝槽結(jié)構(gòu)，因?yàn)閷?duì)溝槽的兩側(cè)壁打入同種離子，所以不必考慮因向相反一側(cè)反沖的離子的擴(kuò)散而引起有效濃度降低的復(fù)雜的物理現(xiàn)象，溝槽從上至下得到了均勻的濃度分布。所以，關(guān)于溝槽的形狀、關(guān)于多少有些彎曲或傾斜都沒有太大的影響等等，所以有制造上的容差(process widow)大等優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施形態(tài)29)參照?qǐng)D116，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖96所示構(gòu)成相比，中央部為雙溝槽結(jié)構(gòu)，且有源元件部分為MOS-FET結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)是共同的，但只有pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)4被低濃度化這一點(diǎn)不同。
另外，關(guān)于除此之外的構(gòu)成，與圖96示出的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成是僅僅把pn重復(fù)結(jié)構(gòu)最端部的p型雜質(zhì)區(qū)進(jìn)行只有1級(jí)的低濃度化的構(gòu)成，所以，有制造簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成用上述實(shí)施形態(tài)27或?qū)嵤┬螒B(tài)28的制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)，用后述的實(shí)施形態(tài)33也能實(shí)現(xiàn)。
(實(shí)施形態(tài)30)參照?qǐng)D117，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖96所示構(gòu)成相比，中央部為雙溝槽結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)是共同的，但不同點(diǎn)在于有源元件部分不是MOS-FET結(jié)構(gòu)而是pin二極管結(jié)構(gòu)，以及只是重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)4被低濃度化。
pin二極管通過在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)全部的第1主面上形成p型雜質(zhì)區(qū)21，與陽極電極22實(shí)現(xiàn)電連接而構(gòu)成。
另外，關(guān)于除此之外的構(gòu)成，與圖96示出的構(gòu)成大體相同，所以，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成用上述實(shí)施形態(tài)27或?qū)嵤┬螒B(tài)28的制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)，用后述的實(shí)施形態(tài)33也能實(shí)現(xiàn)。
(實(shí)施形態(tài)31)參照?qǐng)D118，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖96所示構(gòu)成相比，中央部為雙溝槽結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)是共同的，但不同點(diǎn)在于有源元件部分不是MOS-FET結(jié)構(gòu)而是肖特基勢(shì)壘二極管結(jié)構(gòu)，以及只是pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)4被低濃度化。
肖特基勢(shì)壘二極管以pn重復(fù)結(jié)構(gòu)全體的第1主面一側(cè)經(jīng)金屬硅化物層21a與陽極電極電連接而構(gòu)成。
另外，關(guān)于除此之外的構(gòu)成與圖96示出的構(gòu)成大體相同，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成用上述實(shí)施形態(tài)27或?qū)嵤┬螒B(tài)28的制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)，用后述的實(shí)施形態(tài)33也能實(shí)現(xiàn)。
(實(shí)施形態(tài)32)參照?qǐng)D119，本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成與圖96所示構(gòu)成相比，在中央部為雙溝槽結(jié)構(gòu)，且有源元件部分是MOS-FET結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)上是共同的，但在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)4上不設(shè)置有源元件這一點(diǎn)不同。
在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)4上形成p型雜質(zhì)區(qū)24，與源電極10實(shí)現(xiàn)電連接。
另外，關(guān)于除此之外的構(gòu)成與圖96示出的構(gòu)成大體相同，對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
(實(shí)施形態(tài)33)作為實(shí)施形態(tài)33，用圖106～圖110詳述將DLT結(jié)構(gòu)應(yīng)用于雙溝槽結(jié)構(gòu)，用一次離子注入同時(shí)制作pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的高濃度區(qū)和最端部的低濃度區(qū)的制造方法。
參照?qǐng)D106，首先用通常的方法，通過用CVD法形成的氧化硅膜等作為掩模材料41i進(jìn)行各向異性刻蝕，在半導(dǎo)體襯底的第1主面上同時(shí)形成中央部的多個(gè)溝槽23及由其外側(cè)DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23構(gòu)成的第1溝槽組。并且，DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23在一條以上，多少條均可。
參照?qǐng)D107，對(duì)構(gòu)成第1溝槽組的多個(gè)溝槽23的所有兩側(cè)壁注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。然后，用刻蝕等除去膜41i。
參照?qǐng)D108，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41j，用來填埋第1溝槽組的多個(gè)溝槽23的全部。該膜41j用照相制版及刻蝕技術(shù)形成圖形。以有圖形的膜41j作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，形成構(gòu)成第2溝槽組的中央部的多個(gè)溝槽23及其外側(cè)的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23，以便與第1溝槽組的各溝槽23交互配置。并且，DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23在一條以上，多少條均可。
參照?qǐng)D109，對(duì)構(gòu)成第2溝槽組的多個(gè)溝槽23的所有兩側(cè)壁注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。然后，用刻蝕等除去膜41j。但是，該圖107和圖108的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D110，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41k，用來填埋多個(gè)溝槽23的全部。
其后，為使被夾在溝槽23之間的臺(tái)面區(qū)具有所希望的濃度分布而對(duì)全體實(shí)施熱處理。通過該熱處理，在重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23側(cè)壁的硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3擴(kuò)散而低濃度化的同時(shí)均勻化，比中央部的臺(tái)面區(qū)的雜質(zhì)濃度低。
同樣，絕緣物填埋工序和先前的熱處理工序也可以調(diào)換。
另外，形成保護(hù)環(huán)及MOS-FET的p型體區(qū)等的比較深的擴(kuò)散區(qū)的工序在圖中未示出，但可以適當(dāng)?shù)夭迦肷鲜龉ば虻哪程?，或這些工序后的某處。
(實(shí)施形態(tài)34)作為實(shí)施形態(tài)34，用圖120～128詳述僅pn重復(fù)周期為Bi-pitch，僅在注入時(shí)對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)和n型漂移區(qū)分開進(jìn)行的制造方法。
首先，本實(shí)施形態(tài)的制造方法經(jīng)過圖79所示工序。由此，多個(gè)溝槽23被形成在半導(dǎo)體襯底的第1主面上。
然后，參照?qǐng)D120，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41m，，用來填埋全部溝槽23。
參照?qǐng)D121，該膜41m用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在多個(gè)溝槽23中的每隔一條溝槽23上開口。以有圖形的膜41m作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，去除每一條溝槽23內(nèi)的填埋物。對(duì)去除了填埋物的每隔一條溝槽23的兩側(cè)壁用比較高的濃度注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。然后，通過刻蝕等去除膜41m。
參照?qǐng)D122，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41n，用來填埋全部溝槽23。該膜41n用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在另外的每隔一條溝槽23上開口。以有圖形的膜41n作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，去除另外的每隔一條溝槽23內(nèi)的填埋物。
對(duì)去除了填埋物的另外每隔一條溝槽23的兩側(cè)壁用比較高的濃度注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。然后，通過刻蝕去除膜41n。但是，該圖121和圖122的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D123，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41o，用來填埋所有的溝槽23。至此，是形成現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的雙溝槽結(jié)構(gòu)和具有相同Bi-pitch周期性的結(jié)構(gòu)的工序，以下的工序是形成本實(shí)施形態(tài)的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度化結(jié)構(gòu)的工序。
參照?qǐng)D124，該膜41o用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的一級(jí)跟前的第1最端部溝槽23上開口。以有圖形的膜41o作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，去除第1最端部溝槽23內(nèi)的填埋物。
參照?qǐng)D125，對(duì)第1最端部溝槽23的兩側(cè)壁以比較低的濃度(磷離子注入?yún)^(qū)3的雜質(zhì)濃度的一半左右的濃度)注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4b。然后，通過刻蝕等去除膜41o。
參照?qǐng)D126，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41p，用來填埋全部溝槽23。該膜41p用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的第2最端部溝槽23上開口。以有圖形的膜41p作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，去除第2最端部溝槽23內(nèi)的填埋物。
參照?qǐng)D127，對(duì)第2最端部溝槽23的兩側(cè)壁上用比較低的濃度(硼離子注入?yún)^(qū)4的雜質(zhì)濃度的一半左右的濃度)注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3b。然后，通過刻蝕去除膜41p。但是，該圖125和圖127的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D128，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等膜24，用來填埋全部的溝槽23。然后，為使夾在溝槽23之間的臺(tái)面區(qū)具有所希望的濃度分布，要對(duì)元件全體實(shí)施熱處理。由此，硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3向周圍擴(kuò)散而形成p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。在第1及第2最端部溝槽23的側(cè)壁上相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)之間因反摻雜而抵消。所以，位于第1及第2最端部溝槽23的側(cè)壁上的雜質(zhì)區(qū)3、4的雜質(zhì)濃度比中央部的雜質(zhì)濃度低。但是，該熱處理工序和前面的絕緣膜24的填埋工序也可以調(diào)換。
然后，形成作為終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)部及MOS-FET部，圖96示出的半導(dǎo)體器件完成。
另外，在按多級(jí)設(shè)定低濃度化區(qū)的情況下，上述的反摻雜工序可以多次重復(fù)。
(實(shí)施形態(tài)35)作為實(shí)施形態(tài)35，用圖120～圖123詳述通過一次開掘溝槽、只用Bi-pitch注入對(duì)p型雜質(zhì)區(qū)和n漂移區(qū)分開進(jìn)行的方法被用來在重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部制造DLT結(jié)構(gòu)的溝槽的制造方法。
參照?qǐng)D120，首先在半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成由中央部的多個(gè)溝槽23和其外側(cè)的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23構(gòu)成的第1溝槽組，以及由中央部的多個(gè)溝槽23和其外側(cè)的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23構(gòu)成的第2溝槽組。第1溝槽組的各溝槽23和第2溝槽組的各溝槽23交互配置而被形成。并且，第1及第2溝槽組的各DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23在1條以上，多少條都可以。
其后，以通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜41m，用來填埋所有的溝槽23。
參照?qǐng)D121，該膜41m用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在多個(gè)溝槽23中的每隔一條溝槽23上開口。以有圖形的膜41m作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，去除每隔一條溝槽23內(nèi)的填埋物。對(duì)去除了填埋物的每隔一條溝槽23的兩側(cè)壁用比較高的濃度注入磷離子，形成磷離子注入?yún)^(qū)3。然后，通過刻蝕去除膜41m。
參照?qǐng)D122，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41n，用來填埋全部溝槽23。該膜41n用照相制版技術(shù)及刻蝕技術(shù)形成圖形，在另外的每隔一條溝槽23上開口。以有圖形的膜41n作為掩模材料進(jìn)行各向異性刻蝕。由此，去除另外的每隔一條溝槽23內(nèi)的填埋物。
對(duì)去除了填埋物的另外的每隔一條溝槽23的兩側(cè)壁用比較高的濃度注入硼離子，形成硼離子注入?yún)^(qū)4。然后，通過刻蝕去除膜41n。但是，該圖121和圖122的工序也可以調(diào)換，基本上不意味著按該順序進(jìn)行。
參照?qǐng)D123，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41o，用來填埋所有的溝槽23。
其后，為使被夾在溝槽23之間的臺(tái)面區(qū)具有所希望的濃度分布而對(duì)全體實(shí)施熱處理。通過該熱處理，在重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的DLT結(jié)構(gòu)的溝槽23側(cè)壁的硼離子注入?yún)^(qū)4和磷離子注入?yún)^(qū)3擴(kuò)散而低濃度化的同時(shí)均勻化，比中央部的臺(tái)面區(qū)的雜質(zhì)濃度低。
同樣，絕緣物填埋工序和先前的熱處理工序也可以調(diào)換。
另外，形成保護(hù)環(huán)及MOS-FET的p型體區(qū)等的比較深的擴(kuò)散區(qū)的工序在圖中雖未示出，但可以適當(dāng)?shù)夭迦肷鲜龉ば虻哪程?，或這些工序后的某處。
(實(shí)施形態(tài)36)作為實(shí)施形態(tài)36，用圖129～圖136詳述在STM結(jié)構(gòu)中通過高能量的多級(jí)離子注入形成重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)的制造方法。
本實(shí)施形態(tài)的制造方法首先經(jīng)過圖70～圖72所示的工序。由此形成多個(gè)溝槽23和被形成在各溝槽23的側(cè)壁上的磷離子注入?yún)^(qū)3及硼離子注入?yún)^(qū)4。
然后，參照?qǐng)D129，用通常的方法，通過CVD法形成氧化硅膜等的膜41q，用來填埋所有的溝槽23。至此，與上述其他實(shí)施形態(tài)所示方法相同。此后，也可以實(shí)施熱處理使各注入?yún)^(qū)3、4從溝槽23的側(cè)壁擴(kuò)散，但在本例中未實(shí)施熱處理。
參照?qǐng)D130，用照相制版技術(shù)在膜41q上形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31v。以該抗蝕劑圖形31v作為掩模通過高能離子注入磷離子，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的深位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
另外，在圖130中描述了越過厚填埋膜41q，以抗蝕劑圖形31v作為掩模注入的情況，但根據(jù)需要，也可以對(duì)膜41q刻蝕以后再注入，還可以去除抗蝕劑圖形31v、只以膜41q的圖形作為掩模注入。
參照?qǐng)D131，以上述抗蝕劑圖形31v作為掩模，通過以中等能量離子注入磷離子，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的中等程度的深位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。
參照?qǐng)D132，以上述抗蝕劑圖形31v作為掩模，通過以低能量離子注入磷離子，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的淺的位置上形成磷離子注入?yún)^(qū)3a。然后，例如用灰化等除去抗蝕劑圖形31v。
在圖130～圖132的工序中，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域注入的磷離子的注入濃度為在中央部注入的磷離子的注入濃度的一半左右。
但是，向上述的深的位置的注入(圖130)、向中間位置的注入(圖131)及向淺的位置的注入(圖132)的各注入的順序可以調(diào)換。并且，向這些pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者向緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的磷離子的注入工序也可以與上述的向中央部的硼離子或磷離子的注入工序整體地調(diào)換。
另外，在該例中描述了用3級(jí)的能量的注入例子，但對(duì)于耐壓低級(jí)別的元件，在外延層薄的情況下，用2級(jí)或1級(jí)也可以，反之，對(duì)于耐壓高級(jí)別的元件，在外延層厚的情況下，也有分成4級(jí)以上的次數(shù)注入的情況。所以，本實(shí)施形態(tài)不是固定為3級(jí)的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D133，用照相制版技術(shù)在膜41q上形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31w。以該抗蝕劑圖形31w作為掩模通過高能離子注入硼離子，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的深位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
另外，圖133描述了越過厚填埋膜41q，以抗蝕劑圖形31w作為掩模注入的情況，但根據(jù)需要，也可以對(duì)膜41q刻蝕以后再注入，還可以去除抗蝕劑圖形31w、只以膜41q的圖形作為掩模注入。
參照?qǐng)D134，以上述抗蝕劑圖形31w作為掩模，通過以中等能量離子注入硼離子，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的中等程度的深位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
參照?qǐng)D135，以上述抗蝕劑圖形31w作為掩模，通過以低能量離子注入硼離子，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等除去抗蝕劑圖形31w。
在圖133～圖135的工序中，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者在緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域注入的硼離子的注入濃度為在中央部注入的硼離子的注入濃度的一半左右。
但是，向上述的深的位置的注入(圖133)、向中間位置的注入(圖134)及向淺的位置的注入(圖135)的各注入的順序可以調(diào)換。并且，向這些最端部或者向緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的低濃度的硼離子的注入工序也可以與上述的向中央部的高濃度的硼離子或磷離子的注入工序，或者與向pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部或者向緊靠它前面一級(jí)的區(qū)域的低濃度的磷離子的注入工序整體地調(diào)換。
另外，這些工序也與上述磷離子注入?yún)^(qū)3a同樣，不是固定為3級(jí)的結(jié)構(gòu)，可以比它多，也可以比它少。
在本實(shí)施形態(tài)中，為了簡(jiǎn)單起見，取在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部由低濃度的p層和n層構(gòu)成的pn組合僅被形成為1列的情況為例，但不作特別限定。
參照?qǐng)D136，實(shí)施了熱處理的、并由此在半導(dǎo)體襯底的深度方向上并列的多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a和多個(gè)磷離子注入?yún)^(qū)3a的各區(qū)擴(kuò)散到周圍而一體化，形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。然后，形成MOS-FET結(jié)構(gòu)部及電極等。
并且，在圖136中，為了簡(jiǎn)單起見，把被連接著的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4以低濃度和高濃度的2級(jí)顯示出來，但實(shí)際上，濃度無級(jí)且連續(xù)地變化。同樣，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4在雜質(zhì)濃度高的部分成為稍許向外圍擴(kuò)展的彎曲剖面形狀，但為了簡(jiǎn)化而予以省略。
(實(shí)施形態(tài)37)作為實(shí)施形態(tài)37，用圖137～圖140詳述在STM結(jié)構(gòu)的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度化時(shí)，按多級(jí)進(jìn)行高能離子注入的情況下，并且p型雜質(zhì)區(qū)位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部場(chǎng)合的制造方法。
本實(shí)施形態(tài)的制造方法首先經(jīng)過圖70～圖72所示工序，然后再經(jīng)過圖129～圖132的工序。由此形成多個(gè)溝槽23、被形成在各溝槽23的兩側(cè)壁上的磷離子注入?yún)^(qū)3及硼離子注入?yún)^(qū)4、填埋各溝槽23的膜41q以及位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的緊靠前1級(jí)的磷離子注入?yún)^(qū)3a。
參照?qǐng)D137，用照相制版技術(shù)在膜41q上形成具有規(guī)定圖形的抗蝕劑圖形31x。以該抗蝕劑圖形31x作為掩模通過高能離子注入硼離子，在形成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的深位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
另外，在圖137中描述了越過厚填埋膜41q，以抗蝕劑圖形31x作為掩模注入的情況，但根據(jù)需要，也可以對(duì)膜41q刻蝕以后再注入，還可以去除抗蝕劑圖形31x、只以膜41q的圖形作為掩模注入。
參照?qǐng)D138，以上述抗蝕劑圖形31x作為掩模，通過以中等能量離子注入硼離子，在形成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的中等深度的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。
參照?qǐng)D139，以上述抗蝕劑圖形31x作為掩模，通過以低能量離子注入硼離子，在形成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的區(qū)域的淺的位置上形成硼離子注入?yún)^(qū)4a。然后，例如用灰化等除去抗蝕劑圖形31x。
在圖137～圖139的工序中，在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部注入的硼離子的注入濃度為在中央部注入的硼離子的注入濃度的一半左右。
但是，向上述的深的位置的注入(圖137)、向中間位置的注入(圖138)及向淺的位置的注入(圖139)的各注入的順序可以調(diào)換。并且，向這些最端部的低濃度的硼離子的注入工序也可以與上述的向中央部的高濃度的硼離子或磷離子的注入工序，或者向僅比pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部再前面一級(jí)的中央部的低濃度的磷離子的注入工序整體性地調(diào)換。
另外，這些工序也與上述磷離子注入?yún)^(qū)3a同樣，不是固定為3級(jí)的結(jié)構(gòu)，可以比它多，也可以比它少。
在本實(shí)施形態(tài)中，為了簡(jiǎn)單起見，取在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部由低濃度的p層和n層構(gòu)成的pn組合僅被形成為1列的情況為例，但不作特別限定。
參照?qǐng)D140，實(shí)施了熱處理的、并由此在半導(dǎo)體襯底的深度方向上并列的多個(gè)硼離子注入?yún)^(qū)4a和多個(gè)磷離子注入?yún)^(qū)3a的各區(qū)擴(kuò)散到周圍而一體化，形成構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3。然后，形成MOS-FET結(jié)構(gòu)部及電極等。
并且，在圖140中，為了簡(jiǎn)單起見，把被連接的n型漂移區(qū)3和p型雜質(zhì)區(qū)4以低濃度和高濃度的2級(jí)顯示出來，但實(shí)際上，濃度無級(jí)且連續(xù)地變化。同樣，pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4在雜質(zhì)濃度高的部分成為稍許向外圍擴(kuò)展的彎曲剖面形狀，但為了簡(jiǎn)化而予以省略。
(實(shí)施形態(tài)38～40)作為實(shí)施形態(tài)38～40，在圖141～143中示出了pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部不形成有源元件的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D141，實(shí)施形態(tài)38的構(gòu)成與圖3的構(gòu)成相比，其相同點(diǎn)在于在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)的最端部?jī)Hp型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3的1組(1級(jí))低濃度化，而其不同點(diǎn)在于在該被低濃度化了的區(qū)域上不形成作為有源元件的MOS-FET。
在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3上，形成p型雜質(zhì)區(qū)5，與源電極10電連接，但不形成作為MOS-FET構(gòu)成要素的n+源區(qū)6及柵電極9。
另外，關(guān)于其他的構(gòu)成，與圖3所示構(gòu)成大體相同，所以對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
參照?qǐng)D142，實(shí)施形態(tài)39的構(gòu)成與圖87的構(gòu)成相比，其相同點(diǎn)在于在溝槽并行柵極結(jié)構(gòu)STM的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部?jī)Hp型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3的1組(1級(jí))低濃度化，而其不同點(diǎn)在于在該該低濃度化了的區(qū)域上不形成作為有源元件的MOS-FET。
在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型漂移區(qū)3上，形成p型雜質(zhì)區(qū)21，與源電極10電連接，但不形成作為MOS-FET構(gòu)成要素的n+源區(qū)6及柵電極9。
另外，關(guān)于其他的構(gòu)成，與圖87所示構(gòu)成大體相同，所以對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
參照?qǐng)D143，實(shí)施形態(tài)40的構(gòu)成與圖6的構(gòu)成相比，其相同點(diǎn)在于在埋入多層外延結(jié)構(gòu)中的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部?jī)Hp型雜質(zhì)區(qū)4低濃度化，而其不同點(diǎn)在于在該被低濃度化了的區(qū)域上不形成作為有源元件的MOS-FET。
在pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4上，形成p型雜質(zhì)區(qū)5，與源電極10電連接，但不形成MOS-FET構(gòu)成要素的n+源區(qū)6及柵電極9。
另外，關(guān)于其他的構(gòu)成，與圖6所示構(gòu)成大體相同，所以對(duì)相同構(gòu)件標(biāo)以同一符號(hào)而省略其說明。
(實(shí)施形態(tài)41)作為實(shí)施形態(tài)41，用圖144及圖145詳述把在SOI(絕緣體上的半導(dǎo)體)襯底上安裝了的橫型功率MOS-FET的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部低濃度化的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D144及圖145，在硅襯底51上隔著氧化硅膜等絕緣膜52形成半導(dǎo)體層60。并且，在該半導(dǎo)體層60上形成具有本發(fā)明的最端部被低濃度化了的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的橫型功率MOSFET。
在該半導(dǎo)體層60上，以構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的方式交互重復(fù)地形成p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3。并且，該pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部如圖145所示，以1組pn組合為1單位用2級(jí)低濃度化。
另外，p型區(qū)5以與n型雜質(zhì)區(qū)3構(gòu)成pn結(jié)的方式，及與p型雜質(zhì)區(qū)4電連接的方式形成。并且，n+源區(qū)6用與n型雜質(zhì)區(qū)3之間夾住p型區(qū)5的一部分的方式形成。柵電極層9隔著柵絕緣層8與夾在n型雜質(zhì)區(qū)3和n+源區(qū)6之間的p型區(qū)5對(duì)置地形成。該柵電極層9在第1主面上沿著pn重復(fù)方向延伸。
在與pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p型區(qū)5相反的一側(cè)，形成n+區(qū)54和nb區(qū)53，n+區(qū)54被電連接在漏電極上。
另外，在上述pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中，也可在p型雜質(zhì)區(qū)4與n型雜質(zhì)區(qū)3之間設(shè)置溝槽，在這種情況下，如圖146及147所示，用絕緣物24等填埋了的溝槽23位于p型雜質(zhì)區(qū)4與n型雜質(zhì)區(qū)3之間。
(實(shí)施形態(tài)42)對(duì)于上述實(shí)施形態(tài)23、28及34，對(duì)位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的端部的溝槽的側(cè)壁，通過反離子注入(反摻雜)形成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的低濃度區(qū)。與此相反，對(duì)位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)中央部溝槽的側(cè)壁，通過再次注入與已注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)而使中央部的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的p層4和n層3高濃度化，據(jù)此，可使重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽側(cè)壁的雜質(zhì)區(qū)相對(duì)地形成低濃度區(qū)。以下，具體說明這一點(diǎn)。
在實(shí)施形態(tài)23中，首先通過經(jīng)歷圖79～圖81的工序，在溝槽23的側(cè)壁上形成比較低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3。然后，去除pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的溝槽23內(nèi)的填埋物。并且，在該中央部的溝槽23的一方側(cè)壁的p型雜質(zhì)區(qū)4上再次注入p型雜質(zhì)的同時(shí)，在另一方側(cè)壁的n型雜質(zhì)區(qū)3上再次注入n型雜質(zhì)。由此，重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的溝槽23側(cè)壁的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3被高濃度化，據(jù)此，可使重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽23側(cè)壁的雜質(zhì)區(qū)3、4相對(duì)地形成低濃度區(qū)。
同樣，在實(shí)施形態(tài)28中，首先通過經(jīng)歷圖106～圖110的工序，在溝槽23的側(cè)壁上形成比較低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3。然后，去除pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的溝槽23內(nèi)的填埋物。并且，在該中央部的溝槽23的兩側(cè)壁的p型雜質(zhì)區(qū)4上再次注入p型雜質(zhì)的同時(shí)，在中央部的其他的溝槽23的兩側(cè)壁的n型雜質(zhì)區(qū)3上再次注入n型雜質(zhì)。由此，重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的溝槽23側(cè)壁的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3被高濃度化，與之相比，重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽23側(cè)壁的雜質(zhì)區(qū)3、4相對(duì)地形成低濃度區(qū)。
同樣，在實(shí)施形態(tài)34中，首先通過經(jīng)歷圖120～圖123的工序，在溝槽23的側(cè)壁上形成比較低濃度的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3。然后，去除pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的溝槽23內(nèi)的填埋物。并且，在該中央部的溝槽23的兩側(cè)壁的p型雜質(zhì)區(qū)4上再次注入p型雜質(zhì)的同時(shí)，在中央部的其他的溝槽23的兩側(cè)壁的n型雜質(zhì)區(qū)3上再次注入n型雜質(zhì)。由此，重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部的溝槽23側(cè)壁的p型雜質(zhì)區(qū)4和n型雜質(zhì)區(qū)3被高濃度化，據(jù)此，重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的溝槽23側(cè)壁的雜質(zhì)區(qū)3、4相對(duì)地形成低濃度區(qū)。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)2～42中，說明了使位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)區(qū)的濃度比中央部低的情況，但如實(shí)施形態(tài)1所述，位于pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的雜質(zhì)區(qū)的總有效電荷量即使比中央部少也可以得到同樣的效果。
(發(fā)明的效果)通過應(yīng)用本發(fā)明，特別是能改善應(yīng)用了元件耐壓在20～60000V的寬廣范圍的3維RESURF原理的功率半導(dǎo)體器件的主耐壓，也可以改善主耐壓和導(dǎo)通電阻的折衷關(guān)系，所以，功率損耗少，芯片尺寸也小，從而可得到廉價(jià)的元件。
另外，由于使用DLT結(jié)構(gòu)的溝槽及與之對(duì)應(yīng)的制造方法，進(jìn)而因低成本而得到成品率高的半導(dǎo)體器件。
并且，本次展示的實(shí)施形態(tài)應(yīng)該被認(rèn)為在所有方面都是例示性的，而不是限制性的。本發(fā)明的范圍不是用上述說明，而是由權(quán)利要求的范圍示出的，其意圖是包含與權(quán)利要求的范圍均等的意義上和范圍內(nèi)的全部的變更。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明能有利地被用于尤其是應(yīng)用了元件耐壓在200～6000V的寬廣范圍的3維多重RESURF原理的功率半導(dǎo)體器件及其制造方法。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，它是在第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，具有第1導(dǎo)電型的第1雜質(zhì)區(qū)(3)和第2導(dǎo)電型的第2雜質(zhì)區(qū)(4)并列的結(jié)構(gòu)重復(fù)兩次以上的重復(fù)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)中的任一區(qū)的低濃度區(qū)(3、4)在構(gòu)成上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的所有的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)中具有最低的雜質(zhì)濃度或者最少的總有效電荷量。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述低濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度是比上述低濃度區(qū)(3、4)更靠上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部一側(cè)的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的任一區(qū)的高濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度的30％以上、70％以下。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述低濃度區(qū)(3、4)與上述高濃度區(qū)(3、4)之間的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的任一區(qū)的中間濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度，比上述低濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度高，且比上述高濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度低。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體襯底具有互相對(duì)置的第1主面和第2主面，在構(gòu)成上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的多個(gè)上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的至少1個(gè)區(qū)的上述第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚?，以與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的方式形成第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)(5)，在上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的上述第2主面一側(cè)形成第1導(dǎo)電型的第4雜質(zhì)區(qū)(1)。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的上述第3雜質(zhì)區(qū)(5)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的上述低濃度區(qū)(3、4)不構(gòu)成有源元件。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于還備有在特定的一個(gè)方向上延伸的上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的一端的附近的上部的至少一部分上形成的第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)(5)；在與上述特定的一個(gè)方向的相反方向的上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的一端的附近的上部的至少一部分上形成的第1導(dǎo)電型的第4雜質(zhì)區(qū)(54)；被電連接在上述第3雜質(zhì)區(qū)(5)上的第1電極；以及被電連接在上述第4雜質(zhì)區(qū)(54)上的第2電極，上述第1及第2電極都被形成在上述第1主面上。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體襯底具有互相對(duì)置的第1主面和第2主面，并且在上述第1主面上具有多個(gè)溝槽(23)；上述重復(fù)結(jié)構(gòu)具有上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)夾持上述溝槽(23)而并列的結(jié)構(gòu)被重復(fù)兩次以上的結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述低濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度是比上述低濃度區(qū)(3、4)更靠上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部一側(cè)的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的任一區(qū)的高濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度的30％以上、70％以下。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述低濃度區(qū)(3、4)與上述高濃度區(qū)(3、4)之間的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的任一區(qū)的中間濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度比上述低濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度高，且比上述高濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度低。
11.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在被上述多個(gè)溝槽(23)包圍的上述半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部分的一方側(cè)面上形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)，在另一方側(cè)面上形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)，且在上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的上述第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚?，以與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的方式形成第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)(5)。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的上述第3雜質(zhì)區(qū)(5)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
13.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的上述低濃度區(qū)(3、4)不構(gòu)成有源元件。
14.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述多個(gè)溝槽(23)的最端部的溝槽(23)是在上述第1主面內(nèi)具有多個(gè)第1孔(23a)沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置的虛線狀表面圖形的第1虛線狀溝槽(23)，以位于上述第1虛線狀溝槽(23)的一方側(cè)壁上的方式形成上述低濃度區(qū)(3、4)。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在構(gòu)成上述第1虛線狀溝槽(23)的上述多個(gè)第1孔(23a)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和是在比上述第1虛線狀溝槽(23)更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽(23)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的30％以上、70％以下。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述第1虛線狀溝槽(23)與上述連續(xù)延伸的溝槽(23)之間的溝槽(23)是在上述第1主面內(nèi)具有多個(gè)第2孔(23a1、23a2)沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置的虛線狀的表面圖形的第2虛線狀溝槽(23)，在構(gòu)成上述第2虛線狀溝槽(23)的上述多個(gè)第2孔(23a1、23a2)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和是比在構(gòu)成上述第1虛線狀溝槽(23)的上述多個(gè)第1孔(23a3)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和長(zhǎng)，且在比上述第2虛線狀溝槽(23)更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽(23)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度短。
17.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在被上述多個(gè)溝槽(23)包圍的上述半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部分的一個(gè)側(cè)面上形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)，在另一側(cè)面上形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)，且在上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的上述第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚?，以與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的方式形成第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)(5)。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的上述第3雜質(zhì)區(qū)(5)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
19.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的上述低濃度區(qū)(3、4)不構(gòu)成有源元件。
20.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體襯底具有互相對(duì)置的第1主面和第2主面，并且在上述第1主面上具有包含相互鄰接的第1及第2溝槽(23)的多個(gè)溝槽；在上述第1溝槽(23)的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁上形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)，并在上述第2溝槽(23)的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁上形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)的結(jié)構(gòu)重復(fù)2次以上。
21.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述低濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度是比上述低濃度區(qū)(3、4)更靠上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的中央部一側(cè)的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的任一區(qū)的高濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度的30％以上、70％以下。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述低濃度區(qū)(3、4)與上述高濃度區(qū)(3、4)之間的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的任一區(qū)的中間濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度比上述低濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度高，且比上述高濃度區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度低。
23.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在被上述多個(gè)溝槽(23)包圍的上述半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部分的一個(gè)側(cè)面上形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)，在另一側(cè)面上形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)，且在上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的上述第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚希耘c上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的方式形成第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)(5)。
24.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的上述第3雜質(zhì)區(qū)(5)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
25.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的上述低濃度區(qū)(3、4)不構(gòu)成有源元件。
26.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述多個(gè)溝槽(23)的最端部的溝槽(23)是在上述第1主面內(nèi)具有多個(gè)第1孔(23a)沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置的虛線狀表面圖形的第1虛線狀溝槽(23)，以位于上述第1虛線狀溝槽(23)的一方側(cè)壁上的方式形成上述低濃度區(qū)(3、4)。
27.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在構(gòu)成上述第1虛線狀溝槽(23)的上述多個(gè)第1孔(23a)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和是在比上述第1虛線狀溝槽(23)更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽(23)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的30％以上、70％以下。
28.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于上述第1虛線狀溝槽(23)與上述連續(xù)延伸的溝槽(23)之間的溝槽(23)是在上述第1主面內(nèi)具有多個(gè)第2孔(23a1、23a2)沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置的虛線狀的表面圖形的第2虛線狀溝槽(23)，在構(gòu)成上述第2虛線狀溝槽(23)的上述多個(gè)第2孔(23a1、23a2)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和是比在構(gòu)成上述第1虛線狀溝槽(23)的上述多個(gè)第1孔(23a3)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度的總和長(zhǎng)，且在比上述第2虛線狀溝槽(23)更靠中央部一側(cè)連續(xù)延伸的溝槽(23)的上述第1主面內(nèi)的一方側(cè)壁的長(zhǎng)度短。
29.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在被上述多個(gè)溝槽(23)包圍的上述半導(dǎo)體襯底的臺(tái)面部分的一個(gè)側(cè)面上形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)，在另一側(cè)面上形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)，且在上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的上述第1主面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚希耘c上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的方式形成第2導(dǎo)電型的第3雜質(zhì)區(qū)(5)。
30.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于與上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)構(gòu)成主pn結(jié)的上述第3雜質(zhì)區(qū)(5)是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管部的體區(qū)。
31.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的上述低濃度區(qū)(3、4)不構(gòu)成有源元件。
32.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中的半導(dǎo)體器件是在第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，具有第1導(dǎo)電型的第1雜質(zhì)區(qū)(3)和第2導(dǎo)電型的第2雜質(zhì)區(qū)(4)并列的結(jié)構(gòu)重復(fù)兩次以上的重復(fù)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于獨(dú)立地改變濃度，形成位于上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的作為上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)中的任一區(qū)的低濃度區(qū)(3、4)和除此之外的其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)，使得上述低濃度區(qū)(3、4)在構(gòu)成上述重復(fù)結(jié)構(gòu)的所有的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)中具有最低的雜質(zhì)濃度或者最少的總有效電荷量。
33.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于為了獨(dú)立地改變濃度形成上述低濃度區(qū)(3、4)和其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)，通過獨(dú)立地改變濃度的離子注入和熱處理形成上述低濃度區(qū)(3、4)和其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)。
34.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于為了獨(dú)立地改變濃度形成上述低濃度區(qū)(3、4)和其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)，通過獨(dú)立地改變濃度的離子注入和多級(jí)外延生長(zhǎng)形成上述低濃度區(qū)(3、4)和其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)。
35.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于為了獨(dú)立地改變濃度形成上述低濃度區(qū)(3、4)和其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)，通過獨(dú)立地改變濃度并按多級(jí)改變注入能量的離子注入形成上述低濃度區(qū)(3、4)和其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)。
36.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于為了獨(dú)立地改變濃度形成上述低濃度區(qū)(3、4)和其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)，利用從離子注入用掩模(31q)的第1開口部注入的雜質(zhì)離子形成其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)，利用從比上述第1開口部的開口總面積小的第2開口部注入的雜質(zhì)離子形成上述低濃度區(qū)(3、4)。
37.如權(quán)利要求36所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述第2開口部具有相互隔離的多個(gè)微小開口部緊密配置的結(jié)構(gòu)，通過施以熱處理，從多個(gè)上述微小開口部的每一個(gè)注入的雜質(zhì)離子成為整體，形成其最終完成的平均雜質(zhì)濃度比其他的上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)低的上述低濃度區(qū)(3、4)。
38.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序同時(shí)形成在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上1條以上的溝槽(23)和通過并列位于1條以上的上述溝槽(23)的外側(cè)且多個(gè)第1孔(23a)沿著規(guī)定的方向隔開一定間隔配置的在上述第1主面上具有虛線狀的表面圖形的虛線狀溝槽(23)的工序；以及通過對(duì)1條以上的上述溝槽(23)及上述虛線狀溝槽(23)的各自的一方側(cè)壁同時(shí)進(jìn)行離子注入，同時(shí)形成在上述虛線狀溝槽(23)的一方側(cè)壁上的上述低濃度區(qū)(3、4)和在1條以上的上述溝槽(23)的一方側(cè)壁上的其他的上述第1或第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的工序。
39.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成2條以上的溝槽(23)的工序；對(duì)2條以上的上述溝槽(23)的一方側(cè)壁，為形成上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)進(jìn)行離子注入的工序；以及在用充填層填埋2條以上的上述溝槽(23)中位于最端部的溝槽(23)以外部分的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的上述溝槽(23)的一方側(cè)壁，通過離子注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上低濃度化而形成上述低濃度區(qū)(3、4)的工序。
40.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成1條以上的溝槽(23)的工序；對(duì)1條以上的溝槽(23)的各一方側(cè)壁，為形成上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)而以第1注入量進(jìn)行離子注入的工序；在用充填層填埋1條以上的上述溝槽(23)的每一溝槽的狀態(tài)下，在一條以上的上述溝槽(23)的外側(cè)新形成最端部溝槽(23)的工序；以及對(duì)上述最端部溝槽(23)的一方側(cè)壁為形成上述低濃度區(qū)(3、4)而以比上述第1注入量少的第2注入量進(jìn)行離子注入的工序。
41.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于還備有下述工序同時(shí)形成在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面內(nèi)包含相互鄰接的第1及第2溝槽(23)的2條以上的溝槽(23)和通過并列位于2條以上的上述溝槽(23)的外側(cè)且多個(gè)第1孔(23a)沿著規(guī)定的方向隔開一定間隔配置的在上述第1主面上具有虛線狀的表面圖形的虛線狀溝槽(23)的工序；對(duì)上述第1溝槽(23)的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁為形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)而離子注入第1雜質(zhì)的工序；以及對(duì)上述第2溝槽(23)的兩側(cè)壁的每一側(cè)壁為形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)而離子注入第2雜質(zhì)的工序，上述低濃度區(qū)(3、4)通過與上述第1或第2雜質(zhì)的離子注入同時(shí)注入而被形成在上述虛線狀溝槽(23)的兩側(cè)壁上。
42.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成由多個(gè)第1溝槽(23)構(gòu)成的第1溝槽組的工序；對(duì)上述第1溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的離子注入的工序；在上述第1主面上以上述第1溝槽(23)和上述第2溝槽(23)交互配置的方式形成由多個(gè)第2溝槽(23)構(gòu)成的第2溝槽組的工序；對(duì)上述第2溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)的離子注入的工序；以及在把交互配置的上述第1及第2溝槽(23)中位于最端部的溝槽(23)以外部分用充填層填埋的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的上述溝槽(23)的兩側(cè)壁，通過注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上低濃度化而形成上述低濃度區(qū)(3、4)的工序。
43.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成由多個(gè)第1溝槽(23)構(gòu)成的第1溝槽組的工序；對(duì)上述第1溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的離子注入的工序；在用充填層填埋上述第1溝槽(23)的每一溝槽的狀態(tài)下，在上述第1主面上，以上述第1溝槽(23)和上述第2溝槽(23)交互配置的方式形成由多個(gè)第2溝槽(23)構(gòu)成的第2溝槽組的工序；對(duì)上述第2溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)的離子注入的工序；在用充填層填埋上述第1及第2溝槽(23)的每一溝槽的狀態(tài)下，在位于交互配置的上述第1及第2溝槽(23)的最端部的溝槽(23)的外側(cè)新形成最端部溝槽(23)的工序；以及對(duì)上述最端部溝槽(23)的兩側(cè)壁，通過注入上述第1或第2導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子，形成比上述第1或第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)的雜質(zhì)濃度低的上述低濃度區(qū)(3、4)的工序。
44.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上以上述第1溝槽(23)和上述第2溝槽(23)交互配置的方式同時(shí)形成由多個(gè)第1溝槽(23)構(gòu)成的第1溝槽組和由多個(gè)第2溝槽(23)構(gòu)成的第2溝槽組的工序；在用第1充填層填埋上述第2溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成上述第1溝槽組的多個(gè)上述第1溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的離子注入的工序；在用第2充填層填埋上述第1溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成上述第2溝槽組的多個(gè)上述第2溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)的離子注入的工序；以及在構(gòu)成上述第1溝槽組的多個(gè)上述第1溝槽(23)和構(gòu)成上述第2溝槽組的多個(gè)上述第2溝槽(23)之中用第3充填層填埋位于最端部的最端部溝槽(23)以外的所有的溝槽的狀態(tài)下，對(duì)上述最端部溝槽(23)的兩側(cè)壁通過注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型不同的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度低濃度化而形成上述低濃度區(qū)(3、4)的工序。
45.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上以上述第1溝槽(23)和上述第2溝槽(23)交互配置的方式同時(shí)形成由多個(gè)第1溝槽(23)構(gòu)成的第1溝槽組和由多個(gè)第2溝槽(23)構(gòu)成的第2溝槽組的工序；在用第1充填層填埋上述第2溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成上述第1溝槽組的多個(gè)上述第1溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的離子注入的工序；以及在用第2充填層填埋上述第1溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成上述第2溝槽組的多個(gè)上述第2溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)的離子注入的工序，在構(gòu)成上述第1溝槽組的多個(gè)上述第1溝槽(23)和構(gòu)成上述第2溝槽組的多個(gè)上述第2溝槽(23)之中位于最端部的最端部溝槽(23)是在上述第1主面上具有多個(gè)孔(23a)沿規(guī)定的方向隔開一定間隔配置的虛線狀的表面圖形的虛線狀溝槽(23) 。
46.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成2條以上的溝槽(23)的工序；對(duì)2條以上的溝槽(23)的一方側(cè)壁，為形成上述第1及第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)而進(jìn)行離子注入雜質(zhì)的工序；以及在用充填層填埋2條以上的上述溝槽(23)中位于最端部的溝槽(23)的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的上述溝槽(23)以外的溝槽(23)的一方側(cè)壁，通過離子注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上高濃度化，而使位于最端部的上述溝槽(23)側(cè)壁的上述第1或第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)相對(duì)地成為低濃度區(qū)的工序。
47.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上形成由多個(gè)第1溝槽(23)構(gòu)成的第1溝槽組的工序；對(duì)上述第1溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的離子注入的工序；在上述第1主面上，以上述第1溝槽(23)和上述第2溝槽(23)交互配置的方式形成由多個(gè)第2溝槽(23)構(gòu)成的第2溝槽組的工序；對(duì)上述第2溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)的離子注入的工序；以及在把交互配置的上述第1及第2溝槽(23)中位于最端部的溝槽(23)用充填層填埋的狀態(tài)下，對(duì)位于最端部的上述溝槽(23)以外的溝槽(23)的兩側(cè)壁，通過注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上高濃度化，而使位于最端部的上述溝槽(23)側(cè)壁的上述第1或第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)相對(duì)地成為低濃度區(qū)的工序。
48.如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還備有下述工序在上述半導(dǎo)體襯底的第1主面上以上述第1溝槽(23)和上述第2溝槽(23)交互配置的方式同時(shí)形成由多個(gè)第1溝槽(23)構(gòu)成的第1溝槽組和由多個(gè)第2溝槽(23)構(gòu)成的第2溝槽組的工序；在用第1充填層填埋上述第2溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成上述第1溝槽組的多個(gè)上述第1溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第1雜質(zhì)區(qū)(3)的離子注入的工序；在用第2充填層填埋上述第1溝槽組的狀態(tài)下，對(duì)構(gòu)成上述第2溝槽組的多個(gè)上述第2溝槽(23)的各自的兩側(cè)壁為形成上述第2雜質(zhì)區(qū)(4)的離子注入的工序；以及在把構(gòu)成上述第1溝槽組的多個(gè)上述第1溝槽(23)和構(gòu)成上述第2溝槽組的多個(gè)上述第2溝槽(23)之中位于最端部的最端部溝槽(23)用第3充填層填埋的狀態(tài)下，對(duì)上述最端部溝槽(23)以外的溝槽(23)的兩側(cè)壁，通過注入與已經(jīng)注入的雜質(zhì)導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)，使已經(jīng)注入的雜質(zhì)的濃度實(shí)質(zhì)上高濃度化，而使最端部溝槽(23)側(cè)壁的上述第1或第2雜質(zhì)區(qū)(3、4)相對(duì)地成為低濃度區(qū)的工序。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有p型雜質(zhì)區(qū)(4)和n型漂移區(qū)(3)并列的結(jié)構(gòu)重復(fù)2次以上的pn重復(fù)結(jié)構(gòu)，位于該pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的最端部的作為p型雜質(zhì)區(qū)(4)及n型漂移區(qū)(3)的任一區(qū)的低濃度區(qū)在構(gòu)成pn重復(fù)結(jié)構(gòu)的所有的p雜質(zhì)區(qū)(4)及n型漂移區(qū)(3)中具有最低的雜質(zhì)濃度或者最少的總有效電荷量。由此，特別是可以改善應(yīng)用了元件耐壓在20～6000V的寬廣范圍的3維的多重RESURF原理的功率半導(dǎo)體器件的主耐壓，改善主耐壓與導(dǎo)通電阻的折衷關(guān)系，所以能得到功率損失少、芯片尺寸小、廉價(jià)的元件。并且，通過使用虛線溝槽(DLT)結(jié)構(gòu)的溝槽及與之對(duì)應(yīng)的制造方法，能以更低的成本制造高成品率的半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1436372SQ01811220
公開日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2001年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月21日
發(fā)明者湊忠玄, 新田哲也 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社