[發(fā)明專利]雙方向元件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910136307.3
• 申請日: 2004-08-12
• 公開（公告）號: CN101567373A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 北村睦美;藤島直人
• 申請（專利權(quán)）人: 富士電機(jī)電子技術(shù)株式會社
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L29/78;H01L21/8234;H01L21/336
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 龍 淳;劉春成

本案是申請日為2004年8月12日、申請?zhí)枮?00410055188.6的、發(fā)明名稱為“雙方向元件及其制造方法、半導(dǎo)體裝置”的專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有雙方向元件的功耗集成電路(Power?IC)等半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

背景技術(shù)

在電池等的電源裝置中，需要控制電池充電的情況和電池放電(將電流供給負(fù)載)的情況兩者，以防止電池的過分充電和過分放電。由于這樣，必需要有可以接通和斷開交流信號或交流電力的雙方向的半導(dǎo)體開關(guān)。作為該雙方向的半導(dǎo)體開關(guān)，可以使用將單方向半導(dǎo)體元件反向并聯(lián)連接的復(fù)合型雙方向元件。

另外，使用在同一個半導(dǎo)體基板上集成該復(fù)合型雙方向元件和控制它的控制用IC的功耗集成電路(Power?IC)，可使電流裝置尺寸減小。

還開發(fā)了單一的雙方向元件。作為一個例子，提出了雙方向橫式絕緣柵極晶體管(LIGBT)(例如，參見非專利文獻(xiàn)1)。下面，說明這種雙方向LIGBT的結(jié)構(gòu)和動作。

圖30為雙方向LIGBT的主要部分的截面圖。在雙方向LIGBT中，在n半導(dǎo)體層503的表面?zhèn)刃纬啥€p⁺阱區(qū)域504、505，在p⁺阱區(qū)域504、505中，形成n⁺發(fā)射極區(qū)域506、507。p+阱區(qū)域504、505在n半導(dǎo)體層503的表面上露出，并且離開規(guī)定距離(偏移距離)，以便可以維持規(guī)定的耐壓。另外，n⁺發(fā)射極區(qū)域506、507在n半導(dǎo)體層503的表面(p⁺阱區(qū)域504、505的表面)露出。

在p⁺阱區(qū)域504、505中，在位于二個n+發(fā)射極區(qū)域506、507之間的部位上，通過柵極絕緣膜508、509，形成由多晶硅等制成的絕緣柵極型式的柵極電極510、511。另外，以跨在p⁺阱區(qū)域504、505和n⁺發(fā)射極區(qū)域506、507上的形式，形成發(fā)射極電極512、513。利用這種結(jié)構(gòu)，如果控制加在柵極電極510、511上的電壓，則可以控制在發(fā)射極電極512、513之間雙方向流動的主電流的接通和斷開。

圖31表示圖30的雙方向LIGBT的輸出特性。由于當(dāng)沒有達(dá)到由pn結(jié)的藏在內(nèi)部的電位引起的上升電壓(0.6V)以上時，沒有主電流開始流過，在小電流區(qū)域中，接通電壓高，接通損失大。

為了改善這點，具有利用上升時電壓為零的MOSFET，形成雙方向元件的單一的雙方向MOSFET(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。現(xiàn)說明其內(nèi)容。

圖32為現(xiàn)有的雙方向MOSFET的主要部分的截面圖。這里舉了一個雙方向LDMOSFET(橫向雙擴(kuò)散的MOSFET：LateralDouble-Diffused?MOSFET)作為例子。與上述例子同樣，具有SOI結(jié)構(gòu)，通過絕緣層102，在半導(dǎo)體基板101上形成n半導(dǎo)體層103。在n半導(dǎo)體103的表面?zhèn)刃纬啥€n⁺⁺漏極區(qū)域104、105；同時，在兩個n⁺⁺漏極區(qū)域104、105之間形成p⁺阱區(qū)域106。p⁺阱區(qū)域106形成于達(dá)到絕緣層102的深度，將n半導(dǎo)體基板103分割成二個區(qū)域。另外，在p⁺阱區(qū)域106中，形成二個n⁺⁺源極區(qū)域107、108；同時，在兩個n⁺⁺源極區(qū)域107、108之間，形成p⁺⁺基極接點109區(qū)域。n⁺⁺漏極區(qū)域104、105和p⁺阱區(qū)域106，在n半導(dǎo)體基極103的表面露出；n⁺⁺源極區(qū)域107、108、p⁺⁺基極接觸區(qū)域109在p⁺阱區(qū)域106表面露出。在p⁺阱區(qū)域106上，通過柵極絕緣膜110、111形成絕緣柵極型的柵極電極112、113。兩個柵極電極112、113共用連接。漏極電極114、115分別與n⁺⁺漏極區(qū)域104、105連接。另外，源極電極117以橫跨連接的形式，與n⁺⁺源極區(qū)域107、108和p⁺⁺基極接觸區(qū)域109連接。