半導體設備及其制造方法

專利名稱：半導體設備及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體設備，比如高壓二極管(用于耐受高壓)，其是一種用于進行整流的器件；以及一種用于制造所述半導體設備的方法。
背景技術：
本非臨時申請在35 U. S. C. § 119(a)下要求2010年6月18日提交的專利申請 No. 2010-139931的優先權，其全部內容由此通過引用被結合。高壓二極管(比如這種類型的常規半導體設備)在電力管理領域內扮演重要角色， 并且是用于進行整流的典型二極管器件，比如升壓轉換器、降壓轉換器和電池充電器，其被形成在單片集成電路中。然而，當在集成電路中形成高壓二極管時，由于在接合部附近的寄生雙極型晶體管的影響，在正向方向上的使用期間會出現到基板(substrate)的泄漏電流的問題，從而導致功率消耗增大。在下文中將參照圖18 (a)和18 (b)詳細描述在參考文獻1中所描述的常規高壓二極管100。圖18 (a)是示意性地示出在參考文獻1中所公開的常規高壓二極管的縱向截面圖。圖18 (b)是描述圖18 (a)的縱向截面圖中的正向偏置下的電流路徑Il和12以及基板泄漏電流的圖。如圖18 (a)中所示，常規高壓二極管100包括P型半導體基板101 ；形成在P型半導體基板101上的N型半導體層102 ；并且在N型半導體層102中還有充當陽極區的第一 P型擴散區103、與P型擴散區103電連接的第二 P型擴散區104、以及與P型擴散區103 分開形成的N型擴散區107。另外，在P型擴散區103中形成高濃度P型擴散區106。此外，在P型擴散區104 中形成高濃度N型擴散區105，并且在N型擴散區107中形成高濃度N型擴散區105A。在高濃度P型擴散區106上方形成陽極電極，并且在高濃度N型擴散區105上方形成陰極電極。高濃度N型擴散區105A通過相同電位下的所述陰極電極與高濃度N型擴散區105電連接。一般來說，通過由P型擴散區構成的陽極區與由N型擴散區構成的陰極區的PN結形成PN結二極管。所述PN結二極管具有所謂的整流動作，其中正向電流在正向偏置下從陽極區流到陰極區，并且所述電流在反向偏置下停止。在常規高壓二極管100中，在反向偏置下，圖18 (a)中所示的長度L以及P型擴散區103和P型擴散區104的輪廓受到調節，從而可以獲得對于高壓的耐受性，并且可以有利地停止反向偏置下的電流。另一方面，在正向偏置下，如圖18 (b)中所示，正電源被連接到陽極高濃度P型擴散區106，并且陰極高濃度N型擴散區105和高濃度N型擴散區105A接地。結果，存在一條從高濃度P型擴散區106開始經由第一 P型擴散區103和第二 P型擴散區104到達高濃度N型擴散區105的電流路徑Il ；并且還存在一條從高濃度P型擴散區106開始經由第一 P 型擴散區103、N型半導體層102和N型擴散區107到達高濃度N型擴散區105A的電流路徑12。在這種結構中形成寄生PNPTr，其由所述陽極區的P型擴散區(第一 P型擴散區 103、第二 P型擴散區104和高濃度P型擴散區106 ；發射極)、N型半導體層102 (基極)、以及P型半導體基 板101 (集電極)構成。雖然電流路徑Il沒有問題，但是N型半導體層102 的雜質濃度低，并且N型半導體層102的電位由于電流路徑12而相對于陽極區的P型擴散區變為正向偏置。結果存在一個待解決的問題，其中所述寄生PNPTr被接通，并且基板泄漏電流流到P型半導體基板101中。如圖18 (b)中所示，為了抑制常規結構中的正向偏置下的基板泄漏電流，能夠想到提高N型半導體層102的雜質濃度或者增大N型半導體層102的厚度。一般來說，N型半導體層102還由另一個器件使用。因此，考慮到對所述另一個器件的大的影響，這些想法難以實現。基板泄漏電流的增大還將增大功率消耗，并且導致基板電位不穩定地波動，從而導致故障。因此，為了抑制正向偏置期間的基板泄漏電流，參考文獻2公開了另一種裝置。在下文中將參照圖19描述在參考文獻2中所描述的常規高壓二極管200。圖19是示意性地示出在參考文獻2中所公開的常規高壓二極管的基本部分的截面結構的縱向截面圖。如圖19中所示，常規高壓二極管200包括P型半導體基板201 ；在P型半導體基板201上形成的N型隱埋擴散區208 ；以及進一步形成在其上的P型半導體層202。在P型半導體層202中包括充當陽極區的P型擴散區203以及與P型擴散區203分開形成的N型擴散區207。另外還包括N型下沉區209，其與P型擴散區203分開形成并且在底部與N型隱埋擴散區208連接。此外還包括P型擴散區204，其被形成在N型擴散區207與N型隱埋擴散區208之間。此外，在每一個P型擴散區203中形成高濃度P型擴散區206。另外，在N型擴散區207中形成高濃度N型擴散區205。此外還在每一個N型下沉區209中形成高濃度N型擴散區205A。在高濃度P型擴散區206上形成陽極電極，并且在高濃度N型擴散區205上形成陰極電極。高濃度N型擴散區205A通過處于相同電位下的所述陰極電極與高濃度N型擴散區205電連接。此外還在所述陽極區與陰極區之間形成柵極電極210，以用于耐受反向偏置期間的高壓。所述陽極電極和柵極電極210在相同電位下彼此電連接。在常規高壓二極管200中，在反向偏置下，圖19中所示的長度L和N型擴散區207 的輪廓受到調節，從而可以獲得對于高壓的耐受性并且可以有利地停止反向偏置下的電流。另一方面，如圖19中所示，正向偏置下的電流路徑從高濃度P型擴散區206開始經由第一 P型擴散區203、p型半導體層202和N型擴散區207進一步到達高濃度N型擴散區 205。在這種結構中形成寄生PNPTr，其由所述陽極區的P型擴散區(P型半導體層202、 P型擴散區203和高濃度P型擴散區206 ；發射極)、N型隱埋擴散區208 (基極)以及P型半導體基板201 (集電極)構成。N型隱埋擴散區208的雜質濃度高。此外，在正向偏置下，N 型隱埋擴散區208在與陽極電位相同的電位下與高濃度N型下沉區209連接。由于這些事實，所述寄生PNPTr的操作(即正向偏置操作)可以得到控制，并且在正向偏置下可以大大改進到P型半導體基板201的基板泄漏電流。參考文獻1 日本國家階段PCT特許公開公布No. 2009-520349CUS 7659584 B2)0參考文獻2 日本國家階段PCT特許公開公布No. 2007_535812(US 7095092 B2)。

發明內容
在參考文獻2中所描述的常規高壓二極管200中，特征結構包括N型隱埋擴散區 208。因此，難以通過高能注入把高濃度N型隱埋擴散區208隱埋到P型半導體基板201的深部。基本上來說，在外延生長之后，必須在其中形成高濃度N型隱埋擴散區208，這導致制造和成本方面的缺點。另外，由于N型隱埋擴散區208的電位被設定成與陽極電位相同，因此必須有到達 P型半導體基板201的深部的N型下沉區209。此外，在N型隱埋擴散區208與N型擴散區 207之間必須有反向傳導類型的P型擴散區204，以便將N型隱埋擴散區208與陰極區(N型擴散區207和高濃度N型擴散區205)電分離。由于這些事實，必須有額外的擴散區，比如 N型下沉區209和P型擴散區204。本發明意圖解決上面描述的常規問題。本發明的一個目的是提供一種半導體設備，其能夠高效地抑制正向偏置操作期間的基板泄漏電流并且被以低成本形成，而沒有常規的外延層或高濃度隱埋擴散區；以及一種用于制造所述半導體設備的方法。根據本發明的一種形成在第一傳導類型的半導體層上的半導體設備包括形成在所述半導體層上的第二傳導類型的第一擴散區；形成在第一擴散區中的第一傳導類型的第二擴散區；形成在第二擴散區中的第二傳導類型的第一高濃度擴散區和第一傳導類型的第二高濃度擴散區；第一擴散區中的形成在與第二擴散區分隔開給定距離的位置處的第二傳導類型的第三高濃度擴散區；以及形成在第一高濃度擴散區和第三高濃度擴散區上方并且處于二者之間的柵極電極，其間插入有柵極絕緣膜，其中所述柵極電極被形成為與第一高濃度擴散區重疊，并且所述柵極電極在相同電位下與第一高濃度擴散區和第二高濃度擴散區電連接，從而實現上面所描述的目的。優選的是，在根據本發明的半導體設備中，第一高濃度擴散區、第三高濃度擴散區、以及提供在其間的柵極電極構成反向偏置M0SFET。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，所述柵極電極的一端與第三高濃度擴散區分隔開給定距離。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，第一高濃度擴散區、第二高濃度擴散區和所述柵極電極與陽極電極連接，并且第三高濃度擴散區與陰極電極連接。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，第二傳導類型的第三擴散區被包括在第二傳導類型的第一擴散區中，并且第三高濃度擴散區被包括在第三擴散區中。
另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，在第二傳導類型的第一擴散區中包括絕緣分隔膜，所述絕緣分隔膜被形成在第一傳導類型的第二擴散區與第三高濃度擴散區之間。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，第二傳導類型的第三擴散區被包括在第二傳導類型的第一擴散區中；第三高濃度擴散區和所述絕緣分隔膜被包括在第三擴散區中；并且所述絕緣分隔膜被形成在第一傳導類型的第二擴散區與第三高濃度擴散區之間。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，第二擴散區和第三擴散區在所述柵極電極下方彼此分隔開給定距離。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，第二擴散區和所述絕緣分隔膜在所述柵極電極下方彼此分隔開給定距離。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，提供給定長度的所述絕緣分隔膜， 其包括所述柵極電極的更靠近第三高濃度擴散區的一側的下端。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，通過高能注入形成的第二傳導類型的隱埋擴散區被包括在第一傳導類型的第二擴散區的底部。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，所述第一傳導類型的半導體層是第一傳導類型的半導體基板。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，所述第一傳導類型的半導體層是第一傳導類型的擴散區。另外優選的是，在根據本發明的半導體設備中，所述半導體設備是高壓二極管。根據本發明的一種用于制造形成在第一傳導類型的半導體層上的半導體設備的方法包括在所述半導體層上形成第二傳導類型的第一擴散區的步驟；在第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的步驟；在第二擴散區中形成第二傳導類型的第一高濃度擴散區和第一傳導類型的第二高濃度擴散區、并且在第一擴散區中的與第二擴散區分隔開給定距離的位置處形成第二傳導類型的第三高濃度擴散區的步驟；在第一高濃度擴散區和第三高濃度擴散區上方形成處于二者之間的柵極電極的步驟，其間插入有柵極絕緣膜，其中所述柵極電極被形成為與第一高濃度擴散區垂直重疊；以及在相同電位下將所述柵極電極與第一高濃度擴散區和第二高濃度擴散區電連接的步驟，從而實現上面所描述的目的。優選的是，在根據本發明的用于制造半導體設備的方法中在第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括在第一擴散區中形成與第二擴散區分隔開給定距離的第二傳導類型的第三擴散區的步驟；并且在第一擴散區中的與第二擴散區分隔開給定距離的位置處形成第二傳導類型的第三高濃度擴散區的所述步驟是在第一擴散區內的第三擴散區中形成第三高濃度擴散區。另外優選的是，在根據本發明的用于制造半導體設備的方法中，在第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括在第一擴散區中形成與第二擴散區分隔開給定距離的絕緣分隔膜的步驟。另外優選的是，在根據本發明的用于制造半導體設備的方法中在第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括在第一擴散區中形成與第二擴散區分隔開給定距離的第二傳導類型的第三高濃度擴散區、并且在第三擴散區中形成與第二擴散區分隔開給定距離的絕緣分隔膜的步驟；并且在第一擴散區中的與第二擴散區分隔開給定距離的位置處形成第二傳導類型的第三高濃度擴散區的所述步驟是在第一擴散區內的第三擴散區中形成第三高濃度擴散區。另外優選的是，在根據本發明的用于制造半導體設備的方法中，在第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括通過高能注入在第二擴散區的底部形成第二傳導類型的隱埋擴散區的步驟。下文中將描述具有上面所描述的結構的本發明的功能。在根據本發明的半導體設備中，所述半導體設備包括形成在所述半導體層上的第二傳導類型的第一擴散區；形成在第一擴散區中的第一傳導類型的第二擴散區；形成在第二擴散區中的第二傳導類型的第一高濃度擴散區和第一傳導類型的第二高濃度擴散區； 第一擴散區中的形成在與第二擴散區分隔開的位置處的第二傳導類型的第三高濃度擴散區；以及形成在第一高濃度擴散區和第三高濃度擴散區上方并且處于二者之間的柵極電極，其間插入有柵極絕緣膜，其中所述柵極電極被形成為與第一高濃度擴散區重疊，并且所述柵極電極在相同電位下與第一高濃度擴散區和第二高濃度擴散區電連接。在用于制造這種情況下的半導體設備的方法中，所述方法包括在所述半導體層上形成第二傳導類型的第一擴散區的步驟；在第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的步驟；在第二擴散區中形成第二傳導類型的第一高濃度擴散區和第一傳導類型的第二高濃度擴散區的步驟; 在第一擴散區中的與第二擴散區分隔開的位置處形成第二傳導類型的第三高濃度擴散區的步驟；在第一高濃度擴散區和第三高濃度擴散區上方形成處于二者之間的柵極電極的步驟，其間插入有柵極絕緣膜，其中所述柵極電極被形成為與第一高濃度擴散區垂直重疊；以及在相同電位下將所述柵極電極與第一高濃度擴散區和第二高濃度擴散區電連接的步驟。相應地，雖然基板泄漏電流不發生改變，但是正向電流由于反向偏置MOSFET而增大，并且可以相對于所期望的正向電流降低操作點。這允許有效地抑制基板泄漏電流在正向偏置操作期間的大的增加，并且允許以低成本形成本發明的結構，而無需具有常規上的外延層或高濃度隱埋擴散區。根據具有上面所描述的結構的本發明，可以在正向偏置操作期間有效地抑制基板泄漏電流，而無需具有外延層或高濃度隱埋擴散區，從而以低成本形成本發明。通過閱讀并理解下面參照附圖所做的詳細描述，本發明的這些和其他優點對于本領域技術人員將變得顯而易見。


圖1是示意性地示出作為根據本發明的實施例1的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。圖2是圖1中的高壓二極管的等效電路圖。圖3是示意性地示出不具有反向偏置MOSFET的常規高壓二極管的基本部分的示例性截面結構的縱向截面圖。圖4是圖3中的高壓二極管的等效電路圖。圖5是關于具有或不具有反向偏置MOSFET的情況示出陽極電壓(Va)與正向電流 Ib之間的關系以及陽極電壓(Va)與基板泄漏電流I。之間的關系的曲線圖。
圖6是示出具有反向偏置MOSFET的根據實施例1的高壓二極管與不具有反向偏置MOSFET的常規高壓二極管之間的正向特性的曲線圖。圖7 (a)到7 (c)分別是描述用于制造圖1中的高壓二極管的方法中的每一個制造步驟的縱向截面圖。圖8是示意性地示出作為根據本發明的實施例2的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。圖9 (a)到9 (c)分別是描述用于制造圖8中的高壓二極管的方法中的每一個制造步驟的縱向截面圖。圖10是示意性地示出作為根據本發明的實施例3的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。圖11 (a)到11 (c)分別是描述用于制造圖10中的高壓二極管的方法中的每一個制造步驟的縱向截面圖。圖12是示意性地示出作為根據本發明的實施例4的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。圖13 (a)到13 (c)分別是描述用于制造圖12中的高壓二極管的方法中的每一個制造步驟的縱向截面圖。圖14是示意性地示出作為根據本發明的實施例5的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。圖15是示出正向電流Ib與陽極電壓(Va)之間的關系以及根據實施例1和5的基板泄漏電流I。與陽極電壓(Va)之間的關系的曲線圖。圖16 (a)到16 (c)分別是描述用于制造圖14中的高壓二極管的方法中的每一個制造步驟的縱向截面圖。圖17是示意性地示出作為根據本發明的實施例6的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。圖18 (a)是示意性地示出在參考文獻1中所公開的常規高壓二極管的基本部分的示例性截面結構的縱向截面圖。圖18 (b)是描述圖18 (a)的縱向截面圖中的正向偏置下的電流路徑Il和12以及基板泄漏電流的圖。圖19是示意性地示出在參考文獻2中所公開的常規高壓二極管的基本部分的截面結構的縱向截面圖。IP型半導體基板 IA P型擴散區(P阱層) 2N型擴散區
3P型擴散區 4高濃度N型擴散區 5高濃度N型擴散區 6高濃度P型擴散區 7柵極電極 7A溝槽柵 8、8A N型擴散區9絕緣分隔膜 ION型隱埋擴散區 IlN型半導體基板 21到26高壓二極管 Ib正向電流 Ibp基極電流 Ien發射極電流
Imos反向偏置MOSFET (Ql)的電流 Vth反向偏置MOSFET的閾值電壓 I。基板泄漏電流
Vai當存在反向偏置MOSFET時的陽極電壓 Va2當不存在反向偏置MOSFET時的陽極電壓 Icl當存在反向偏置MOSFET時的基板泄漏電流 Ic2當不存在反向偏置MOSFET時的基板泄漏電流 L長度
VF, VF1, Vf2 正向電壓。
具體實施例方式在下文中將參照附圖描述實施例1到6，其中根據本發明的半導體設備和用于制造所述半導體設備的方法適用于高壓二極管和用于制造所述高壓二極管的方法。注意，每一幅圖中的組成元件的厚度、長度等等在附圖的制作方面不限于所示出的結構的厚度、長
fiF絕絕 /又寸寸。(實施例1)。圖1是示意性地示出作為根據本發明的實施例1的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。在圖1中，作為根據實施例1的半導體設備的高壓二極管21是形成在P型半導體基板1上的半導體設備。N型擴散區2被包括在P型半導體基板1中。P型擴散區3和高濃度N型擴散區4被包括在N型擴散區2中，高濃度N型擴散區4被形成在與P型擴散區 3水平分隔開的位置處。另外，高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6被形成在P型擴散區3中。柵極電極7被形成在N型擴散區2和P型擴散區3上方并且處于高濃度N型擴散區5與高濃度N型擴散區4之間，其間插入有柵極氧化膜。柵極電極7的其中一個端部被形成為與高濃度N型擴散區5重疊。此外，在高濃度N型擴散區4上方形成陰極電極，并且所述陰極電極與高濃度N型擴散區4電連接。在高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6上方形成陽極電極。通過所述陽極電極，高濃度N型擴散區5、高濃度P型擴散區6和柵極電極7在相同電位下彼此電連接。作為根據實施例1的半導體設備的高壓二極管21是如上所描述的那樣構造的。高壓二極管21包括建立在其中的在正向偏置操作期間與PN 二極管并聯的反向偏置M0SFET。在這方面，高壓二極管21的結構完全不同于不具有反向偏置MOSFET的常規高壓二極管的結構。將參照附圖詳細描述上面所描述的內容。圖2是圖1中的高壓二極管的等效電路圖。如圖2中所示，根據實施例1的高壓二極管21在該二極管的正向偏置操作期間包括具有反向偏置MOSFET (Ql)的特征結構，所述反向偏置MOSFET由高濃度N型擴散區5 (漏極)、N型擴散區2 (源極)、P型擴散區3 (本體)、以及柵極電極7構成。為了與具有反向偏置MOSFET的根據實施例1的高壓二極管21進行比較，圖3示出不具有反向偏置MOSFET的高壓二極管的情況，即通過從圖1中所示的高壓二極管中去除高濃度N型擴散區5而獲得的高壓二極管20的情況。另外，圖4示出圖3中的高壓二極管 20的等效電路。如圖4中所示，對于圖3中的不具有反向偏置MOSFET的高壓二極管20，當高壓二極管20操作在正向偏置下時，正向電流Ib與寄生PNPTr (Q2)的基極電流Ibp匹配，即滿足 Ib=Ibp的關系。與此同時，如圖2中所示，當圖1中的具有反向偏置MOSFET的高壓二極管21操作在正向偏置下時，正向電流Λ是所述寄生PNPTr (Q2)的基極電流Ibp、寄生NPNTr (Q3)的發射極電流Ien以及反向偏置MOSFET (Ql)的電流Imos的總和，即滿足Ib=IMQS+Ibp+Ien···(公式1)的關系。在下文中將進一步詳細描述所述反向偏置MOSFET的電流IMQS。當圖2中的高壓二極管21操作在正向偏置下時，陽極電位高于陰極電位(GND電位)。因此，對應于本體的P型擴散區3高于與源極相對應的N型擴散區2。由于基板偏置效應，所述反向偏置MOSFET的閾值電壓(其在下文中被標記為Vth)變得極小。結果，通過在相同電位下與陽極電極連接的柵極電極7形成反型層，并且電流流到所述反向偏置MOSFET (Q1)。圖5示出具有反向偏置MOSFET的高壓二極管21和不具有反向偏置MOSFET的高壓二極管的Gummel曲線圖。在圖5中，橫坐標軸表示陽極電壓(Va)的值，以及縱坐標軸表示正向電流Ib和到P型半導體基板1的基板泄漏電流I。。如圖5中所示，對于具有反向偏置MOSFET和不具有反向偏置MOSFET的全部兩種情況，到P型半導體基板1的基板泄漏電流I。沒有差別。然而，關于正向電流Ib，與不具有反向偏置MOSFET的情況相比，在具有反向偏置MOSFET的情況下，正向電流Ib從具有低陽極電壓的區域開始增大。這是由于所述閾值電壓Vth由于基板偏置效應而減小，從而表明在所述反向偏置MOSFET (Ql)中形成反型層并且電流Imqs正在按指數規律增大。因此，在正向偏置操作期間，在公式(1)中表示的電流Ihb變得遠遠大于電流、或 Ien(Il0S Ibp+Ien)O因此可以理解的是，與不具有反向偏置MOSFET的情況相比，正向電流Ib 在具有反向偏置MOSFET的情況下大大增加。結果，如圖5中所示，例如在電路中，如果所期望的正向電流被定義為Ibx，則當包括反向偏置MOSFET時的陽極電壓是Vai，并且當不包括反向偏置MOSFET時的陽極電壓是 \2。同時可以理解的是，當包括反向偏置MOSFET時，到P型半導體基板1的基板泄漏電流是Ica，并且與不具有反向偏置MOSFET的情況下的基板泄漏電流1。2相比，Icl被大大減小。
因此，如前所述，在根據實施例1的高壓二極管21中，在二極管正向偏置操作期間，所述內置反向偏置MOSFET的閾值電壓Vth由于基板偏置效應而大大減小。結果，正向電流Ib通過所述反向偏置MOSFET的接通模式而大大增加，并且對應于所期望的正向電流 Ib的陽極電壓顯著減小，從而大大減小到P型半導體基板1的基板泄漏電流。另一方面，當對圖1中的高壓二極管21施加反向偏置時，相對于陽極電極的正電壓被施加到陰極電極。因此，當圖1中的L的長度O 0 μ m)受到調節并且/或者N型擴散區2的輪廓受到調節時，可以實現對于高壓的耐受性，并且可以有利地停止反向偏置下的電流。圖6是示出具有反向偏置MOSFET的根據實施例1的高壓二極管21與不具有反向偏置MOSFET的常規高壓二極管之間的正向特性的曲線圖。如圖6中所示，在不具有反向偏置MOSFET的常規高壓二極管的情況下的正向電壓是VF2 ^ 0. 6V，而在具有反向偏置MOSFET的根據實施例1的高壓二極管21的情況下的正向電壓則是Vfi 0. 2V。這是與khottky 二極管相當的正向電壓VF，并且允許大大減小正向電壓VF。作為高壓二極管的其中一項主要特征，還可以進一步提到反向恢復時間(直到從正向偏置切換到反向偏置時流動的過電流減小為止的時間)。在具有反向偏置MOSFET的高壓二極管21的情況下，所述正向電流的大部分是反向MOSFET的溝道電流，從而使得有可能大大縮短所述反向恢復時間。如上所述，在根據實施例1的高壓二極管21中，可以在無需外延層或高濃度隱埋擴散區的情況下有效地抑制正向操作期間的基板泄漏電流，并且進一步允許減小正向電壓 (VF)以及縮短反向恢復時間。接下來將描述用于制造具有上述結構的高壓二極管21的方法。圖7 (a)到7 (c)分別是基本部分的縱向截面圖，用于描述用于制造圖1中的高壓二極管21的方法中的每一個制造步驟。如圖7 (a)中所示，N型雜質被注入到P型半導體基板1中，并且利用高溫驅入 (drive-in)通過熱擴散處理在所期望的深度形成N型擴散區2。例如將磷用作N型雜質。 所述注入能量例如是2MeV或更高，并且劑量是1.0X 1013cm_2或更少。舉例來說，對于在其中注入N型雜質的區域，通過以下措施來限定這樣的雜質注入區利用厚的抗蝕劑(resist) 來應對高能注入，以及通過光蝕刻技術或類似技術進行模制從而為在其中注入雜質的所述區域制作開口。此外，將P型雜質(比如硼)注入到N型擴散區2中，以便在給定區域內形成 P型擴散區3。接下來，如圖7 (b)中所示，在N型擴散區2和P型擴散區3的表面區域上形成柵極絕緣膜。在所述柵極絕緣膜上形成柵極電極7，從而使得柵極電極7從P型擴散區3的一部分延伸到N型擴散區2上方。對于柵極電極7的材料，通過CVD形成例如其中摻雜磷的多晶硅膜。通過光蝕刻技術在所述多晶硅膜上模制抗蝕劑，并且隨后通過干蝕刻技術或類似技術將所述多晶硅膜處理成給定形狀，從而形成柵極電極7。隨后，如圖7 (C)中所示，例如通過磷或砷的N型雜質注入，在給定區域內形成高濃度N型擴散區4和高濃度N型擴散區5。此外，例如通過硼的P型雜質注入，在P型擴散區3中鄰近高濃度N型擴散區5形成高濃度P型擴散區6。在這一階段，按照相對于柵極電極7自對準的方式形成高濃度N型擴散區5，并且之后提供熱處理。因此，柵極電極7總是被形成為與高濃度N型擴散區5重疊。關于高濃度N型擴散區4，根據所期望的耐受電壓，設定高濃度N型擴散區4與柵極電極7之間的分隔距離L (彡Ομπι)。在L>0 μ m的情況下，所述分隔距離L由被用于將N型雜質注入到高濃度N型擴散區4中的抗蝕劑掩膜來限定。此外，雖然沒有在圖7 (c )中示出，但是例如之后在基板表面上通過大氣壓CVD形成氧化膜，并且通過回流減小該表面上的水平差異。隨后，在位于柵極電極7、高濃度N型擴散區5、高濃度N型擴散區4和高濃度P型擴散區6上方的前面提到的氧化膜上執行接觸蝕刻，以便形成開口。此外，例如通過濺射形成鋁膜，并且隨后通過光蝕刻和干蝕刻將所述鋁膜模制成給定形狀，從而形成金屬電極。在這一階段，高濃度N型擴散區5、高濃度P型擴散區6和柵極電極7通過所述金屬電極在相同電位下彼此電連接。如上所述，具有反向偏置MOSFET (Ql)的根據實施例1的高壓二極管21被形成在 P型半導體基板1上。總之，用于制造根據實施例1的高壓二極管21的方法包括在P型半導體基板1 上形成N型擴散區2的步驟；在N型擴散區2中形成P型擴散區3的步驟；在P型擴散區3 中形成高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6、并且在N型擴散區2中的與P型擴散區3分隔開給定距離的位置處形成高濃度N型擴散區4的步驟；在高濃度N型擴散區5和高濃度N型擴散區4上方形成處于二者之間的柵極電極7的步驟，其間插入有柵極絕緣膜， 其中柵極電極7被形成為與高濃度N型擴散區5垂直重疊；以及在相同電位下將柵極電極 7與高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6電連接的步驟。(實施例2)。在實施例2中將描述這樣一種情況除了實施例1中的結構之外，在第二傳導類型的第一擴散區(N型擴散區2)中包括第二傳導類型的第三擴散區(N型擴散區8)，并且在第三擴散區(N型擴散區8)中包括第三高濃度擴散區(高濃度N型擴散區4)。圖8是示意性地示出作為根據本發明的實施例2的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。在圖8中，根據實施例2的高壓二極管22的特征結構包括N型擴散區8，所述N型擴散區8被形成在N型擴散區2中并且在其中包括高濃度N型擴散區4，以便與根據實施例 1的高壓二極管21相比減小反向偏置MOSFET (Ql)的接通電阻。根據實施例2，與實施例1的情況相比，所述反向偏置MOSFET (Ql)的接通電阻在正向偏置操作期間被減小。這允許關于所期望的正向電流特別在高電流區域內減小正向電壓。另夕卜，在反向偏置下，對于P型擴散區3與N型擴散區8之間的分隔距離LOOym) 和/或N型擴散區8的輪廓的調節使得有可能實現對于高壓的耐受性，并且有利地停止反向偏置操作下的電流。此外，如前所述，顯而易見的是在實施例2中減小正向電壓(VF)并且縮短反向恢復時間也是可行的。接下來將描述用于制造具有上述結構的高壓二極管22的方法。圖9 (a)到9 (c)分別是基本部分的縱向截面圖，用于描述用于制造圖8中的高壓二極管22的方法中的每一個制造步驟。如圖9 (a)中所示，在與根據實施例1的制造方法的比較中，N型雜質首先被注入到P型半導體基板1中，并且利用高溫驅入通過熱擴散處理在所期望的深度形成N型擴散區2。接下來，在N型擴散區2中的給定區域內形成P型擴散區3，并且隨后在N型擴散區2中的給定區域內形成N型擴散區8。為了將N型雜質注入到N型擴散區8中，例如使用磷，并且注入劑量是1. 0X1012cm_2或更多。根據所期望的電壓耐受量來設定P型擴散區3與N型擴散區8之間的分隔距離L O 0 μ m)。通過在形成N型擴散區8之后模制抗蝕劑掩膜來限定所述分隔距離L。隨后，如圖9 (b)中所示，在N型擴散區2、P型擴散區3和N型擴散區8的表面上形成柵極絕緣膜。在所述柵極絕緣膜上形成柵極電極7，從而使得柵極電極7從P型擴散區 3的一部分經由N型擴散區2延伸到N型擴散區8的一部分上方。后續步驟在圖9 (c)中示出；然而所述后續步驟是在與根據圖7 (c)中的實施例 1的制造方法的情況相同的條件下執行的。因此在這里將省略解釋。如上所述，具有所述反向偏置MOSFET (Ql)的根據實施例2的高壓二極管22被形成在P型半導體基板丨上。總之，用于制造根據實施例2的高壓二極管22的方法包括在P型半導體基板1 上形成N型擴散區2的步驟；在N型擴散區2中形成P型擴散區3、并且在N型擴散區2中形成與P型擴散區3分隔開給定距離的N型擴散區8的步驟；在P型擴散區3中形成高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6、并且在N型擴散區8中的與N型擴散區2中的P型擴散區3分隔開給定距離的位置處形成高濃度N型擴散區4的步驟；在高濃度N型擴散區 5和高濃度N型擴散區4上方形成處于二者之間的柵極電極7的步驟，其間插入有柵極絕緣膜，其中柵極電極7被形成為與高濃度N型擴散區5垂直重疊；以及在相同電位下將柵極電極7與高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6電連接的步驟。(實施例3)。在實施例3中描述了這樣一種情況除了實施例1中的結構之外還包括絕緣分隔膜，所述絕緣分隔膜被形成在第二傳導類型的第一擴散區(N型擴散區2)中的第一傳導類型的第二擴散區(P型擴散區3)與第三高濃度擴散區(高濃度N型擴散區4)之間。圖10是示意性地示出作為根據本發明的實施例3的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。在圖10中，與根據實施例1的高壓二極管21相比，根據實施例3的高壓二極管23 的特征結構具有形成在N型擴散區2中的P型擴散區3與高濃度N型擴散區4之間的絕緣分隔膜9。根據實施例3，與實施例1的情況相比，通過提供絕緣分隔膜9允許大大減小反向偏置期間的電場，從而使得有可能耐受更高的電壓。在實施例1中，由于在反向偏置下電場集中在柵極電極7的陰極側的柵極邊緣(其被定義為區域A)處，因此對于高壓的耐受性存在極限。然而，通過圖10中所示的絕緣分隔膜9，可以大大減小區域A(柵極電極7的一端) 中的電場，從而使得有可能耐受更高的電壓。因此，對于圖10中所示的絕緣分隔膜9的長度L的調節使得有可能耐受更高的電壓并且有利地停止反向偏置操作下的電流。此外，如前所述，顯而易見的是在實施例3中減小正向電壓(VF)并且縮短反向恢復時間也是可行的。接下來將描述用于制造具有上述結構的高壓二極管23的方法。圖11 (a)到11 (c)分別是基本部分的縱向截面圖，用于描述用于制造圖10中的高壓二極管23的方法中的每一個制造步驟。如圖11 (a)中所示，N型雜質首先被注入到P型半導體基板1中，并且利用高溫驅入通過熱擴散處理在所期望的深度形成N型擴散區2。例如將磷用作N型雜質。所述注入能量例如是2MeV或更高，并且劑量是1. OX IO13CnT2或更少。另外，通過以下措施來限定在其中注入N型雜質的區域利用厚的抗蝕劑來應對高能注入，以及通過光蝕刻技術或類似技術進行模制從而為在其中注入雜質的所述區域制作開口。此外，在N型擴散區2的表面的一部分(給定區域)上形成絕緣分隔膜9。通過在與絕緣分隔膜9分隔開給定距離的區域處進行P型雜質(比如硼)的雜質注入而形成P型擴散區3。根據所期望的耐受電壓來設定圖11 (a)中的絕緣分隔膜9的長度(在圖中是L)(其中當所述長度更長時有可能獲得更高的電壓耐受性)。舉例來說，當目標是耐受60V或更高的高壓時，絕緣分隔膜9的長度L被設定為1.5μπι或更長。注意，還可以通過LOCOS(局部硅氧化)或STI (淺溝槽隔離)來形成絕緣分隔膜9。接下來，如圖11 (b)中所示，在N型擴散區2、P型擴散區3和絕緣分隔膜9的表面區域上形成柵極絕緣膜。在所述柵極絕緣膜上形成柵極電極7，從而使得柵極電極7從P 型擴散區3的一部分經由N型擴散區2延伸到絕緣分隔膜9的一部分上方。對于柵極電極 7的材料，通過CVD形成例如其中摻雜磷的多晶硅膜。通過光蝕刻技術在所述多晶硅膜上模制抗蝕劑，并且隨后通過干蝕刻技術或類似技術將所述多晶硅膜處理成給定形狀，從而形成柵極電極7。隨后，如圖11 (c)中所示，例如通過磷或砷的雜質注入形成高濃度N型擴散區5 和高濃度N型擴散區4。此外，例如通過硼的雜質注入，形成高濃度P型擴散區6。在這一階段，按照相對于柵極電極7自對準的方式形成高濃度N型擴散區5，并且還提供熱處理。因此，柵極電極7總是被形成為與高濃度N型擴散區5重疊。按照相對于絕緣分隔膜9自對準的方式形成高濃度N型擴散區4。此外，雖然沒有在圖中示出，但是例如在表面上通過大氣壓CVD形成氧化膜，并且通過回流減小該表面上的水平差異。隨后，在位于柵極電極7、高濃度N型擴散區5、高濃度 P型擴散區6和高濃度N型擴散區4上方的前面提到的氧化膜上執行接觸蝕刻，以便形成開口。此外，例如通過濺射形成鋁膜，并且隨后通過光蝕刻和干蝕刻將所述鋁膜模制以形成金屬電極。在這一階段，高濃度N型擴散區5、高濃度P型擴散區6和柵極電極7通過所述金屬電極在相同電位下彼此電連接。如上所述，具有反向偏置MOSFET (Ql)的根據實施例3的高壓二極管23被形成在 P型半導體基板1上。總之，用于制造根據實施例3的高壓二極管23的方法包括在P型半導體基板1 上形成N型擴散區2的步驟；在N型擴散區2中形成P型擴散區3、并且形成與P型擴散區3分隔開給定距離的絕緣分隔膜9的步驟；在P型擴散區3中形成高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6、并且在N型擴散區2中的與P型擴散區3分隔開給定距離的位置處形成高濃度N型擴散區4的步驟；在高濃度N型擴散區5和高濃度N型擴散區4上方形成處于二者之間的柵極電極7的步驟，其間插入有柵極絕緣膜，其中柵極電極7被形成為與高濃度N型擴散區5垂直重疊；以及在相同電位下將柵極電極7與高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6電連接的步驟。(實施例4)。在實施例4中將描述這樣一種情況除了實施例1中的結構之外，第一傳導類型的第二擴散區(P型擴散區3)和第二傳導類型的第三擴散區(N型擴散區8A)被包括在第二傳導類型的第一擴散區(N型擴散區2)中；第三高濃度擴散區(高濃度N型擴散區4)被包括在第三擴散區(N型擴散區8A)中；并且形成在第一傳導類型的第二擴散區(P型擴散區3) 與第三高濃度擴散區(高濃度N型擴散區4)之間的絕緣分隔膜9被包括。圖12是示意性地示出作為根據本發明的實施例4的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。在圖12中，與根據實施例1的高壓二極管21相比，根據實施例4的高壓二極管M 被形成為使得柵極電極7下方的N型擴散區2中的P型擴散區3與N型擴散區8A彼此分隔開給定距離Ll。另外，高壓二極管M所包括的特征結構具有在N型擴散區8A中彼此平行地形成的絕緣分隔膜9和高濃度N型擴散區4，并且在P型擴散區3與高濃度N型擴散區 4之間的N型擴散區8A中具有給定長度L2的絕緣分隔膜9。總之，實施例4是這樣一種情況實施例2中的N型擴散區8與實施例3中的絕緣分隔膜9相組合。根據如上所述的實施例4，與實施例1的情況相比，作為實施例3的效果，可以在反向偏置下大大減小處于柵極電極7的陰極側的一端的集中電場，從而耐受更高的電壓。另外，根據實施例4，作為實施例2的效果，反向MOSFET的接通電阻在正向偏置下被減小，從而相對于所期望的正向電流特別在高電流區域內減小了正向電壓。另外，在反向偏置下，對于P型擴散區3與N型擴散區8A之間的分隔距離Ll 0 μ m)、絕緣分隔膜9的長度L2以及N型擴散區8A的輪廓的調節使得有可能耐受更高
的電壓，并且有利地停止反向偏置操作下的電流。此外，如前所述，顯而易見的是在實施例4中減小正向電壓(VF)并且縮短反向恢復時間也是可行的。接下來將描述用于制造具有上述結構的高壓二極管M的方法。圖13 (a)到13 (c)分別是基本部分的縱向截面圖，用于描述用于制造圖12中的高壓二極管M的方法中的每一個制造步驟。如圖13(a)中所示，首先在N型擴散區2中形成N型擴散區SA0例如將磷用于到N 型擴散區8A中的雜質注入。所述注入能量例如是200KeV或更高，并且劑量是1. 0 X IO12CnT2 或更多。此外，在N型擴散區8A的表面的一部分(給定區域)中形成絕緣分隔膜9。通過在 N型擴散區2中與N型擴散區8A分隔開給定距離Ll的給定區域處進行P型雜質(比如硼) 的雜質注入而進一步形成P型擴散區3。根據所期望的耐受電壓來設定絕緣分隔膜9的長度(在圖中是L2)。注意，還可以通過LOCOS (局部硅氧化)或STI (淺溝槽隔離)來形成絕緣分隔膜9。接下來，如圖13 (b)中所示，在N型擴散區2、P型擴散區3、N型擴散區8A和絕緣分隔膜9的每一個表面區域上形成柵極絕緣膜。在所述柵極絕緣膜上形成柵極電極7，從而使得柵極電極7從P型擴散區3的一部分經由N型擴散區2和N型擴散區8A延伸到絕緣分隔膜9的一部分上方。對于柵極電極7的材料，通過CVD形成例如其中摻雜磷的多晶硅膜。通過光蝕刻技術在所述多晶硅膜上模制抗蝕劑，并且隨后通過干蝕刻技術或類似技術將所述多晶硅膜處理成給定形狀，從而形成柵極電極7。在這種情況下，根據所期望的耐受電壓來設定P型擴散區3與N型擴散區8A之間的分隔距離Ll (^Oym)以及絕緣分隔膜9的長度L2。然而，所述分隔距離Ll是通過將雜質注入到N型擴散區8A中之后的所述抗蝕劑掩膜來限定的。在這一階段，按照相對于柵極電極7自對準的方式形成高濃度N型擴散區5，并且還提供熱處理。因此，柵極電極7總是被形成為與高濃度N型擴散區5重疊。按照相對于絕緣分隔膜9自對準的方式形成高濃度N型擴散區4，因此所提供的高濃度N型擴散區4與絕緣分隔膜9鄰近。接下來，例如在表面上通過大氣壓CVD形成氧化膜，并且通過回流減小該表面上的水平差異。隨后，在位于柵極電極7、高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6上方并且位于高濃度N型擴散區4上方的前面提到的氧化膜上執行接觸蝕刻，以便形成開口。此外，例如通過濺射形成鋁膜，并且隨后通過光蝕刻和干蝕刻將所述鋁膜模制以形成金屬電極。在這一階段，高濃度N型擴散區5、高濃度P型擴散區6和柵極電極7通過所述金屬電極在相同電位下彼此電連接。如上所述，具有反向偏置MOSFET (Ql)的根據實施例4的高壓二極管M被形成在 P型半導體基板1上。總之，用于制造根據實施例4的高壓二極管M的方法包括在P型半導體基板1 上形成N型擴散區2的步驟；在N型擴散區2中形成P型擴散區3、形成與P型擴散區3分隔開給定距離的N型擴散區8A、并且在N型擴散區8A中形成與P型擴散區3分隔開給定距離的絕緣分隔膜9的步驟；在P型擴散區3中形成高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6、并且在N型擴散區2中的與P型擴散區3分隔開給定距離的位置處形成高濃度N型擴散區4的步驟；在高濃度N型擴散區5和高濃度N型擴散區4上方形成處于二者之間的柵極電極7的步驟，其間插入有柵極絕緣膜，其中柵極電極7被形成為與高濃度N型擴散區5 垂直重疊；以及在相同電位下將柵極電極7與高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6 電連接的步驟。(實施例5)。在實施例5中將描述這樣一種情況在第一傳導類型的第二擴散區(P型擴散區 3)的底部包括N型隱埋擴散區(稍后將描述的N型隱埋擴散區10)，其中所述N型隱埋擴散區是通過高能注入形成的。圖14是示意性地示出作為根據本發明的實施例5的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性結構的縱向截面圖。在圖14中，與根據實施例1的高壓二極管21相比，根據實施例5的高壓二極管25所包括的特征結構具有通過將高能量注入N型擴散區2中的P型擴散區3的底側而形成的 N型隱埋擴散區10。圖15示出實施例1和5中的陽極電壓(Va)與正向電流Ib之間的關系以及陽極電壓(Va)與基板泄漏電流I。之間的關系。根據實施例5，關于由P型擴散區3 (發射極)、N型擴散區2 (基極)和P型半導體基板1構成的寄生PNPTr，通過提供N型隱埋擴散區10可以減小所述寄生PNPTr的hFE。結果，如圖15中所示，與實施例1中的情況相比，可以進一步減小在正向偏置下到P型半導體基板1的基板泄漏電流(I。)(Icl — 1。3)。此外，如前所述，顯而易見的是在實施例5中減小正向電壓(VF)并且縮短反向恢復時間也是可行的。根據如上所述的實施例5，在高壓二極管25中，N型隱埋擴散區10僅僅被形成在 P型擴散區3的底側，這允許在正向偏置操作期間進一步有效地抑制基板泄漏電流并且允許以低成本來形成，而無需具有常規上的外延層或高濃度隱埋擴散區。顯而易見的是，通過在根據實施例1到4的高壓二極管21到M中的任一種中附加地形成N型隱埋擴散區10可以獲得相同的效果。接下來將描述用于制造具有上述結構的高壓二極管25的方法。圖16 (a)到16 (c)分別是基本部分的縱向截面圖，用于描述用于制造圖14中的高壓二極管25的方法中的每一個制造步驟。如圖16 (a)中所示，首先通過注入諸如磷之類的N型雜質而在P型半導體基板1 中形成N型擴散區2。此外，通過注入諸如硼之類的P型雜質而在N型擴散區2中形成P型擴散區3。接下來，如圖16(b)中所示，通過高能注入在P型擴散區3的底部形成N型隱埋擴散區10。例如將磷用于到N型隱埋擴散區10中的雜質注入。所述注入能量例如是SOOKeV 或更高，并且劑量是1. OXlO12cnT2或更多。隨后，如圖16 (b)中所示，在N型擴散區2和P型擴散區3的表面區域上形成柵極絕緣膜。在所述柵極絕緣膜上形成柵極電極7，從而使得柵極電極7從P型擴散區3的一部分延伸到N型擴散區2 —側上方。對于柵極電極7的材料，通過CVD形成例如其中摻雜磷的多晶硅膜。通過光蝕刻技術在所述多晶硅膜上模制抗蝕劑，并且隨后通過干蝕刻技術或類似技術將所述多晶硅膜處理成給定形狀，從而形成柵極電極7。隨后，如圖16 (c)中所示，例如通過磷或砷的雜質注入形成高濃度N型擴散區4 和高濃度N型擴散區5。此外，例如通過硼的雜質注入形成高濃度P型擴散區6。在這一階段，按照相對于柵極電極7自對準的方式形成高濃度N型擴散區5，并且還提供熱處理。因此，柵極電極7總是被形成為與高濃度N型擴散區5重疊。此外，例如在表面上通過大氣壓CVD形成氧化膜，并且通過回流減小該表面上的水平差異。隨后，在位于柵極電極7、高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6上方以及位于高濃度N型擴散區4上方的前面提到的氧化膜上執行接觸蝕刻，以便形成開口。此外， 例如通過濺射形成鋁膜，并且隨后通過光蝕刻和干蝕刻將所述鋁膜模制以形成金屬電極。在這一階段，高濃度N型擴散區5、高濃度P型擴散區6和柵極電極7通過所述金屬電極在相同電位下彼此電連接。
如上所述，具有反向偏置MOSFET (Ql)的根據實施例5的高壓二極管25被形成在 P型半導體基板1上。總之，用于制造根據實施例5的高壓二極管25的方法包括在P型半導體基板1 中形成N型擴散區2的步驟；在N型擴散區2中形成P型擴散區3、并且通過高能注入在P 型擴散區3的底部形成N型隱埋擴散區10的步驟；在P型擴散區3中形成高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6、并且在N型擴散區2中的與P型擴散區3分隔開給定距離的位置處形成高濃度N型擴散區4的步驟；在高濃度N型擴散區5和高濃度N型擴散區4上方形成處于二者之間的柵極電極7的步驟，其間插入有柵極絕緣膜，其中柵極電極7被形成為與高濃度N型擴散區5垂直重疊；以及在相同電位下將柵極電極7與高濃度N型擴散區 5和高濃度P型擴散區6電連接的步驟。在實施例5中描述了這樣一種情況在實施例1中的高壓二極管21的P型擴散區 3的底部利用高能注入新提供N型隱埋擴散區10;然而并不限于這種情況，而是可以在實施例2到4中高壓二極管22到M的任一種的P型擴散區3的底部利用高能注入新提供N型隱埋擴散區10。此外在這種情況下，通過提供N型隱埋擴散區10可以減小所述寄生PNPTr 的hFE。因此，與實施例2到4的情況相比，它允許在正向偏置下進一步減小到P型半導體基板1的基板泄漏電流(I。)。(實施例6)。在實施例1到5中描述了這樣一種情況第一傳導類型的半導體層是第一傳導類型的半導體基板(P型半導體基板1)，并且高壓二極管21到25被形成在P型半導體基板1 中。在實施例6中將描述這樣一種情況第一傳導類型的半導體層是第一傳導類型的擴散區，并且高壓二極管沈被形成在P型擴散區上。圖17是示意性地示出作為根據本發明的實施例6的半導體設備的高壓二極管的基本部分的示例性截面結構的縱向截面圖。如圖17中所示，根據實施例6的高壓二極管沈與根據實施例1到5的高壓二極管21到25的不同之處在于，高壓二極管沈被形成在N型半導體基板11上的P型擴散區 IA (例如P阱層)中。舉例來說，在用于安裝溝槽柵MOSFET的工藝中，所述溝槽柵MOSFET 是垂直型半導體設備，其中后表面電極是漏極(n+)，并且使用N型半導體基板11。因為這個原因，根據實施例6的高壓二極管沈例如被形成在P阱層(比如P型擴散區1A)中，以便與N型半導體基板11電分離。雖然實施例6示出一個將溝槽柵7A用作柵極電極的實例，但是所獲得的減小到N 型半導體基板11的基板泄漏電流的效果與實施例1的情況完全相同。更確切地說，由于作為柵極電極的溝槽柵7A在相同電位下與陽極電極電連接，因此在正向偏置操作期間通過基板偏置效應可以大大減小內置反向偏置MOSFET的閾值電壓Vth。結果，正向電流由于所述反向偏置MOSFET的接通模式而大大增加，并且對應于所期望的正向電流的陽極電壓顯著減小，從而導致到N型半導體基板11的基板泄漏電流大大減小。此外，如前所述，顯而易見的是在實施例6中減小正向電壓(VF)并且縮短反向恢復時間也是可行的。在實施例1到6中，形成在P型半導體基板1中的所述半導體設備包括P型半導體基板1中的N型擴散區1，并且包括N型擴散區2中的P型擴散區3和處在與P型擴散區3水平分隔開的位置處的高濃度N型擴散區4。另外，高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6被形成在P型擴散區3中。柵極電極7被形成在N型擴散區2和P型擴散區3上方并且處于高濃度N型擴散區5與高濃度N型擴散區4之間，其間插入有柵極氧化膜。柵極電極7被形成為與高濃度N型擴散區5重疊。此外，陽極區內的高濃度P型擴散區6、高濃度N型擴散區5和柵極電極7在相同電位下彼此電連接。根據如上所述的實施例1到6，在高壓二極管21到沈中允許在正向偏置操作期間有效地抑制基板泄漏電流并且允許以低成本形成，而無需具有常規上的外延層或高濃度隱埋擴散區。此外還允許減小正向電壓(VF)以及縮短反向恢復時間。在實施例1中描述了以下情況在作為半導體層的P型半導體基板1中形成N型擴散區2 ；在N型擴散區2中形成P型擴散區3 ；在P型擴散區3中形成高濃度N型擴散區 5和高濃度P型擴散區6 ；在N型擴散區2中的與P型擴散區3分隔開的位置處形成高濃度 N型擴散區4 ；以及在高濃度N型擴散區5和高濃度N型擴散區4上方形成處于二者之間的柵極電極7，其間插入有柵極絕緣膜，其中柵極電極7被形成為與高濃度N型擴散區5重疊， 并且在相同電位下將柵極電極7與高濃度N型擴散區5和高濃度P型擴散區6電連接。在實施例2中描述了以下情況除了實施例1中的情況之外，N型擴散區8和P型擴散區3處在N型擴散區2中；并且高濃度N型擴散區4處在N型擴散區8中。在實施例3中描述了以下情況除了實施例1中的情況之外，絕緣分隔膜9和P型擴散區3被形成在N型擴散區 2中。在實施例4中描述了以下情況除了實施例1中的情況之外，除了 P型擴散區3，N型擴散區8被形成在N型擴散區2中；并且絕緣分隔膜9處在N型擴散區8中，其中絕緣分隔膜9被形成在P型擴散區3與高濃度N型擴散區4之間。在實施例5中描述了以下情況除了實施例1中的情況之外，除了 P型擴散區3，在P型擴散區3的底部通過高能注入將N型隱埋擴散區10形成在N型擴散區2中。雖然在實施例1到5的情況中將P型半導體基板1 用作半導體層，但是也描述了在實施例6中使用P型擴散區IA作為半導體層的情況。然而并不限于這種情況，所有傳導類型都可以被反轉。換句話說，在實施例1中可以有反轉所有傳導類型的情況，這包括形成在作為半導體層的N型半導體基板上的P型擴散區；形成在所述P型擴散區中的N型擴散區；形成在N型擴散區中的高濃度P型擴散區和高濃度N型擴散區；所述P型擴散區中的形成在與所述N型擴散區分隔開的位置處的高濃度P型擴散區；以及形成在所述高濃度P型擴散區和高濃度P型擴散區上方并且處于二者之間的柵極電極，其間插入有柵極絕緣膜，其中所述柵極電極被形成為與所述高濃度P型擴散區重疊， 并且所述柵極電極在相同電位下與所述高濃度P型擴散區和高濃度N型擴散區電連接。在實施例2中可以有反轉所有傳導類型的情況，這包括除了所述N型擴散區之外，在所述P 型擴散區中形成P型擴散區；以及所述P型擴散區中的所述高濃度P型擴散區。在實施例3 中可以有反轉所有傳導類型的情況，這包括除了所述N型擴散區之外，在所述P型擴散區中形成的絕緣分隔膜。在實施例4中可以有反轉所有傳導類型的情況，這包括除了所述N 型擴散區之外形成在所述P型擴散區中的P型擴散區；以及在所述P型擴散區中形成所述絕緣分隔膜，其中所述絕緣分隔膜被形成在所述N型擴散區與所述高濃度P型擴散區之間。 在實施例5中可以有反轉所有傳導類型的情況，這包括除了所述N型擴散區之外，在所述 N型擴散區的底部通過高能注入將P型隱埋擴散區形成在所述P型擴散區中。在實施例1 到5的情況中，所有傳導類型都可以被反轉，并且可以把N型半導體基板用作半導體層。在實施例6中，可以將N型擴散區用作半導體層。如上所述，通過使用其優選實施例1到6例示了本發明。然而，不應當僅僅基于上面描述的實施例1到6來解釋本發明。應當理解的是，應當僅僅基于權利要求書來解釋本發明的范圍。還應當理解的是，基于對本發明的描述以及來自本發明的詳細優選實施例1 到6的描述的常識，本領域技術人員可以實施等效的技術范圍。此外還應當理解的是，在本說明書中所引用的任何專利、任何專利申請以及任何參考文獻應當按照與在其中內容被具體描述的相同方式通過引用被結合在本說明書中。工業適用性。本發明可以被應用在諸如高壓二極管之類的半導體設備的領域內，其是用于進行整流的器件；本發明還可以被應用于制造所述半導體設備的方法的領域內。根據本發明， 允許在正向偏置操作期間有效地抑制基板泄漏電流，而無需具有外延層或高濃度隱埋擴散區，從而允許以低成本形成本發明。此外還允許減小正向電壓(VF)并且縮短反向恢復時間。在不偏離本發明的范圍和精神的情況下，各種其他修改對于本領域技術人員而言將是顯而易見的，并且可以被本領域技術人員容易地作出。相應地，附于此的權利要求書的范圍不打算限于在此所做的描述，而是應當廣泛地解釋權利要求書。
權利要求
1.一種形成在第一傳導類型的半導體層上的半導體設備，所述半導體設備包括形成在所述半導體層上的第二傳導類型的第一擴散區；形成在所述第一擴散區中的第一傳導類型的第二擴散區；形成在所述第二擴散區中的第二傳導類型的第一高濃度擴散區和第一傳導類型的第二高濃度擴散區；所述第一擴散區中的形成在與所述第二擴散區分隔開給定距離的位置處的第二傳導類型的第三高濃度擴散區；以及形成在所述第一高濃度擴散區和所述第三高濃度擴散區上方并且處于二者之間的柵極電極，其間插入有柵極絕緣膜，其中，所述柵極電極被形成為與所述第一高濃度擴散區重疊，并且所述柵極電極在相同電位下與所述第一高濃度擴散區和所述第二高濃度擴散區電連接。
2.根據權利要求1的半導體設備，其中，所述第一高濃度擴散區、所述第三高濃度擴散區、以及提供在其間的所述柵極電極構成反向偏置MOSFET。
3.根據權利要求1的半導體設備，其中，所述柵極電極的一端與所述第三高濃度擴散區分隔開給定距離。
4.根據權利要求1的半導體設備，其中，所述第一高濃度擴散區、所述第二高濃度擴散區、以及所述柵極電極與陽極電極連接，并且所述第三高濃度擴散區與陰極電極連接。
5.根據權利要求1的半導體設備，其中，第二傳導類型的第三擴散區被包括在所述第二傳導類型的第一擴散區中，并且所述第三高濃度擴散區被包括在所述第三擴散區中。
6.根據權利要求1的半導體設備，其中，在所述第二傳導類型的第一擴散區中包括絕緣分隔膜，所述絕緣分隔膜被形成在所述第一傳導類型的第二擴散區與所述第三高濃度擴散區之間。
7.根據權利要求1的半導體設備，其中，第二傳導類型的第三擴散區被包括在所述第二傳導類型的第一擴散區中；所述第三高濃度擴散區和所述絕緣分隔膜被包括在所述第三擴散區中；并且所述絕緣分隔膜被形成在所述第一傳導類型的第二擴散區與所述第三高濃度擴散區之間。
8.根據權利要求5或7的半導體設備，其中，所述第二擴散區和所述第三擴散區在所述柵極電極下方彼此分隔開給定距離。
9.根據權利要求7的半導體設備，其中，所述第二擴散區和所述絕緣分隔膜在所述柵極電極下方彼此分隔開給定距離。
10.根據權利要求6、7和9中的任一項的半導體設備，其中，提供給定長度的所述絕緣分隔膜，其包括所述柵極電極的更靠近所述第三高濃度擴散區的一側的下端。
11.根據權利要求1的半導體設備，其中，通過高能注入形成的第二傳導類型的隱埋擴散區被包括在所述第一傳導類型的第二擴散區的底部。
12.根據權利要求1的半導體設備，其中，所述第一傳導類型的半導體層是第一傳導類型的半導體基板。
13.根據權利要求1的半導體設備，其中，所述第一傳導類型的半導體層是第一傳導類型的擴散區。
14.根據權利要求1的半導體設備，其中，所述半導體設備是高壓二極管。
15.一種用于制造形成在第一傳導類型的半導體層上的半導體設備的方法，所述方法包括在所述半導體層上形成第二傳導類型的第一擴散區的步驟；在所述第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的步驟；在所述第二擴散區中形成第二傳導類型的第一高濃度擴散區和第一傳導類型的第二高濃度擴散區、并且在所述第一擴散區中的與所述第二擴散區分隔開給定距離的位置處形成第二傳導類型的第三高濃度擴散區的步驟；在所述第一高濃度擴散區和所述第三高濃度擴散區上方形成處于二者之間的柵極電極的步驟，其間插入有柵極絕緣膜，其中所述柵極電極被形成為與所述第一高濃度擴散區垂直重疊；以及在相同電位下將所述柵極電極與所述第一高濃度擴散區和所述第二高濃度擴散區電連接的步驟。
16.根據權利要求15的用于制造半導體設備的方法，其中，在所述第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括在所述第一擴散區中形成與所述第二擴散區分隔開給定距離的第二傳導類型的第三擴散區的步驟；并且在所述第一擴散區中的與所述第二擴散區分隔開給定距離的位置處形成第二傳導類型的第三高濃度擴散區的所述步驟是在所述第一擴散區內的所述第三擴散區中形成所述第三高濃度擴散區。
17.根據權利要求15的用于制造半導體設備的方法，其中，在所述第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括在所述第一擴散區中形成與所述第二擴散區分隔開給定距離的絕緣分隔膜的步驟。
18.根據權利要求15的用于制造半導體設備的方法，其中在所述第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括在所述第一擴散區中形成與所述第二擴散區分隔開給定距離的第二傳導類型的第三高濃度擴散區、并且在所述第三擴散區中形成與所述第二擴散區分隔開給定距離的絕緣分隔膜的步驟；并且在所述第一擴散區中的與所述第二擴散區分隔開給定距離的位置處形成第二傳導類型的第三高濃度擴散區的所述步驟是在所述第一擴散區內的所述第三擴散區中形成所述第三高濃度擴散區。
19.根據權利要求15的用于制造半導體設備的方法，其中，在所述第一擴散區中形成第一傳導類型的第二擴散區的所述步驟包括通過高能注入在所述第二擴散區的底部形成第二傳導類型的隱埋擴散區的步驟。
全文摘要
本發明公開了半導體設備及其制造方法。根據本發明的半導體設備包括形成在半導體層上的第二傳導類型的第一擴散區；形成在第一擴散區中的第一傳導類型的第二擴散區；形成在第二擴散區中的第二傳導類型的第一高濃度擴散區和第一傳導類型的第二高濃度擴散區；第一擴散區中的與第二擴散區分隔開給定距離的第二傳導類型的第三高濃度擴散區；以及形成在第一高濃度擴散區和第三高濃度擴散區上方并且處于二者之間的柵極電極，其間插入有柵極絕緣膜，其中所述柵極電極被形成為與第一高濃度擴散區重疊，并且所述柵極電極在相同電位下與第一高濃度擴散區和第二高濃度擴散區電連接。
文檔編號H01L29/78GK102290446SQ201110165559
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月20日 優先權日2010年6月18日
發明者阿伯托 A., 一條尚生, 成瀨一史 申請人:夏普株式會社