專利名稱：具有橫向二極管的半導體裝置的制作方法
具有橫向二極管的半導體裝置說明書本發(fā)明涉及一種具有橫向二極管的半導體裝置。JP-A-11-233795公開了一種橫向二極管，其被用作并聯(lián)連接到諸如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的半導體開關元件的續(xù)流二極管(FWD)。橫向二極管的陽極既具有歐姆接觸又具有肖特基接觸，從而可以減少空穴的累積。因此，減小了反向恢復電荷Qrr，從而可以改進反向恢復能力。亦即，肖特基接觸減少了電子注入。因此，即使在可以減少空穴注入的時候，也不會減少電流的量。于是，減小了反向恢復電荷Qrr，從而可以改進反向恢復能力。如上所述，在橫向二極管的陽極既具有歐姆接觸又具有肖特基接觸時，減少了反向恢復電荷Qrr，從而可以改進反向恢復能力。不過，不能改善雪崩耐量。因此，有可能在快速開關操作期間發(fā)生雪崩擊穿。鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種具有橫向二極管的半導體裝置，橫向二極管既具有改進的反向恢復能力又具有改進的雪崩耐量。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種具有橫向二極管的半導體裝置包括包含第一導電類型半導體層的半導體襯底，位于半導體層中的第一導電類型第一半導體區(qū)域，雜質濃度大于第一半導體區(qū)域的第一導電類型接觸區(qū)域，位于半導體層中并與接觸區(qū)域分開的第二半導體區(qū)域，通過接觸區(qū)域電連接到第一半導體區(qū)域的第一電極，以及電連接到第二半導體區(qū)域的第二電極。所述第一半導體區(qū)域和所述第二半導體區(qū)域之一為陰極區(qū)。所述第一半導體區(qū)域和所述第二半導體區(qū)域的另一個為陽極區(qū)。第一電極和第二電極中連接到陰極區(qū)的一個是橫向二極管的陰極電極。第一電極和第二電極中連接到陽極區(qū)的另一個是橫向二極管的陽極電極。所述第二半導體區(qū)域包括低雜質濃度部分、高雜質濃度部分和擴展部分。所述低雜質濃度部分與所述高雜質濃度部分接觸，并具有比所述高雜質濃度部分的雜質濃度小的雜質濃度。所述第二電極與所述高雜質濃度部分形成歐姆接觸。擴展部分的雜質濃度大于低雜質濃度部分的雜質濃度并在半導體層的厚度方向上延伸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種具有橫向二極管的半導體裝置包括包含支撐襯底的半導體襯底，支撐襯底上的絕緣層，絕緣層上的第一導電類型半導體層，從半導體層表面延伸到絕緣層的隔離結構，位于半導體層中被隔離結構隔離的第一導電類型第一半導體區(qū)域，雜質濃度大于第一半導體區(qū)域雜質濃度的第一導電類型接觸區(qū)域，電連接到接觸區(qū)域的第一電極，以及位于第一半導體區(qū)域中且與接觸區(qū)域分隔的第二半導體區(qū)域。所述第二半導體區(qū)域包括低雜質濃度部分和高雜質濃度部分。所述低雜質濃度部分與所述高雜質濃度部分接觸，并具有比所述高雜質濃度部分的雜質濃度小的雜質濃度。半導體裝置還包括電連接到低雜質濃度部分和高雜質濃度部分的第二電極。所述第二電極與所述高雜質濃度部分形成歐姆接觸。半導體裝置還包括第二導電類型的擴展部分，其位于半導體層中并具有比低雜質濃度部分雜質濃度更大的雜質濃度。所述擴展部分在所述半導體層的厚度方向上延伸并比所述低雜質濃度部分和所述高雜質濃度部分離所述接觸區(qū)域更遠。從以下描述和附圖，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得更顯而易見，在附圖中類似的附圖標記表示類似元件。在附圖中


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖， 該截面圖取自圖2B中的線1-1;圖2A是示出了圖1的橫向二極管一個單元頂視圖的圖，圖2B是在圖2A中的區(qū)域 R之內截取的放大圖；圖3是示出了在第一實施例橫向二極管和現(xiàn)有技術橫向二極管中的開關操作期間陽極電流和陽極-陰極電壓變化的圖；圖4A-4L是示出了在圖3中的時間(1)-(6)觀察到的陽極側上電場強度分布的圖；圖5是示出了在時間(1)-(6)來自陰極的低雜質濃度部分的近側上電場強度變化的圖；圖6A-6C是示出了根據(jù)第一實施例的半導體裝置制造過程的圖；圖7A-7C是示出了圖6A-6C的制造過程之后的制造過程的圖；圖8A-8C是示出了圖7A-7C的制造過程之后的制造過程的圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖13是示出了在第二到第五實施例橫向二極管和現(xiàn)有技術橫向二極管中的開關操作期間陽極電流和陽極-陰極電壓變化的圖；圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖15是示出了圖14的半導體裝置部分放大頂視圖的圖；圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明第七實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖17是示出了圖16的半導體裝置部分放大頂視圖的圖；圖18是示出了在第六和第七實施例橫向二極管和現(xiàn)有技術橫向二極管中的開關操作期間陽極電流和陽極-陰極電壓變化的圖；圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明第八實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明第十實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖22是示出了根據(jù)本發(fā)明第十一實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖23是示出了根據(jù)本發(fā)明第十二實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖M是示出了根據(jù)本發(fā)明第十三實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖25是示出了根據(jù)本發(fā)明第十四實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖沈是示出了根據(jù)本發(fā)明第十五實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖27A-27F是示出了陽極擴展區(qū)與溝槽隔離結構Id分別分隔0 μ m，1. 5 μ m， 3. 5μπι，5. 75μπι，9· 5μπι禾口 14. 5μπι 的半導體裝置的圖；圖28是示出了為了測量圖27A-27F所示的反向恢復電荷和分隔距離之間的關系而進行的試驗結果的圖；圖四是示出了根據(jù)本發(fā)明修改具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖30是示出了根據(jù)本發(fā)明另一修改具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖31是示出了根據(jù)本發(fā)明另一修改具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖32是示出了根據(jù)本發(fā)明另一修改的半導體裝置放大部分頂視圖的圖；圖33Α是取自圖32中的線XXXIIΙΑ-ΧΧΧΙΙIA的圖，圖3!3Β是取自圖32中的線 XXXIIIB-XXXIIIB 的圖；圖34是示出了根據(jù)本發(fā)明另一修改具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖35是示出了根據(jù)本發(fā)明另一修改具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖；圖36是示出了根據(jù)本發(fā)明另一修改具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖； 以及圖37是示出了根據(jù)本發(fā)明另一修改的半導體裝置截面圖的圖。(第一實施例)下面參考圖1和2Α和2Β描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例具有橫向二極管的半導體裝置。圖1是取自圖2Β中的線I-I的半導體裝置截面圖。圖2Α是半導體裝置的橫向二極管的一個單元的頂視圖。圖2Β是取自圖2Α中區(qū)域R之內的放大圖。根據(jù)第一實施例，如圖1所示，利用半導體襯底1作為SOI襯底形成橫向二極管。 半導體襯底1包括支撐襯底la、支撐襯底Ia上的掩埋氧化物(BOX)層Ib以及BOX層Ib上的有源層lc。例如，支撐襯底Ia可以是硅襯底，有源層Ic可以是硅層。根據(jù)第一實施例， 有源層Ic充當η—型陰極層2。橫向二極管的每個部分都形成于陰極層2中。BOX層Ib的厚度和有源層Ic (即陰極層2、的厚度和雜質濃度不限于特定值，可以根據(jù)半導體裝置的使用目的而變化。例如，為了實現(xiàn)高擊穿電壓，優(yōu)選BOX層Ib的厚度是 4微米(ym)或更大。例如，有源層Ic可以具有7. OX IO14CnT3的η型雜質濃度。在半導體襯底1中形成溝槽隔離結構Id以圍繞橫向二極管，使得橫向二極管可以與其它元件隔離。 例如，溝槽隔離結構Id具有從有源層Ic的表面延伸到BOX層Ib的溝槽。以多晶硅通過絕緣層填充溝槽。在陰極層2的表面上形成L0C0S氧化物層3。通過L0C0S氧化物層3使橫向二極管的各部分彼此絕緣。N+型陰極接觸區(qū)域4形成于陰極層2的表面部分中并暴露到L0C0S 氧化物層3外部。陰極接觸區(qū)域4具有與半導體襯底1的表面平行的縱向。陰極接觸區(qū)域4由η型緩沖層5圍繞。緩沖層5的雜質濃度大于陰極層2的雜質濃度。例如，陰極接觸區(qū)域4可以具有1. OX IO2tlCnT3的η型雜質濃度和0. 2 μ m的深度。例如，緩沖層5可以具有 3. OX IO16CnT3的η型雜質濃度和5 μ m的深度。P型陽極區(qū)6形成于陰極層2的表面部分中并暴露到LOCOS氧化物層3外部。沿圓周圍繞陰極接觸區(qū)域4布置陽極區(qū)6，使得陰極接觸區(qū)域4可以被陽極區(qū)6圍繞。陽極區(qū) 6具有ρ—型低雜質濃度部分7和ρ+型高雜質濃度部分8。低雜質濃度部分7比高雜質濃度部分8更靠近陰極接觸區(qū)域4。此外，低雜質濃度部分7的深度大于高雜質濃度部分8的深度。根據(jù)第一實施例，如圖2Α所示，在從頂部觀看時，低雜質濃度部分7具有橢圓形狀。具體而言，低雜質濃度部分7具有平行于陰極接觸區(qū)域4延伸的兩個直線部分和連接直線部分末端的兩個弧形部分。低雜質濃度部分7具有 LOXIOiW3或更小的ρ型雜質濃度。例如，低雜質濃度部分7可以具有1. OX IO16CnT3的 P型雜質濃度和3. Ιμπι的厚度。高雜質濃度部分8與低雜質濃度部分7的表面接觸。根據(jù)第一實施例，高雜質濃度部分8的側表面被低雜質濃度部分7覆蓋。如圖2Α所示，在從頂部觀看時，高雜質濃度部分8具有直線形狀。高雜質濃度部分8位于陰極接觸區(qū)域4的每一側。于是，高雜質濃度部分8的總數(shù)為兩個。根據(jù)第一實施例，高雜質濃度部分8形成于低雜質濃度部分7的表面部分中，在距陰極接觸區(qū)域4最遠的位置處。亦即，高雜質濃度部分8位于低雜質濃度部分7距陰極接觸區(qū)域4遠的一側上。高雜質濃度部分8具有1. OX IO19CnT3或更高的ρ型雜質濃度。例如，高雜質濃度部分8可以具有1. OX 102°cm_3的ρ型雜質濃度和0. 55 μ m的厚度。P+型陽極擴展部分9形成于半導體襯底1中，至少沿有源層Ic的深度方向延伸。 陽極擴展部分9比陽極區(qū)6的高雜質濃度部分8和低雜質濃度部分7距陰極接觸區(qū)域4更遠。具體而言，陽極擴展部分9相對于陰極接觸區(qū)域4位于低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8的外部。更具體而言，陽極擴展部分9位于溝槽隔離結構Id和低雜質濃度部分7 以及高雜質濃度部分8之間。根據(jù)第一實施例，陽極擴展部分9具有第一部分9a和第二部分％。第一部分9a與溝槽隔離結構Id的側表面接觸。第二部分9b將第一部分9a連接到高雜質濃度部分8。如圖2A所示，在從頂部觀看時，陽極擴展部分9具有直線形狀。陽極擴展部分9位于陰極接觸區(qū)域4的每一側。于是，陽極擴展區(qū)域9的總數(shù)為兩個。例如，陽極擴展部分9可以具有1. OX IO2tlCnT3的ρ型雜質濃度。例如，第一部分9a可以具有與有源層 Ic相同的厚度以及1 μ m的寬度。陰極電極10形成于陰極接觸區(qū)域4的表面上并電連接到陰極接觸區(qū)域4。陽極電極11形成于陽極區(qū)6的表面上并電連接到陽極區(qū)6。陰極電極10與陰極接觸區(qū)域4形成歐姆接觸。陰極電極10具有與陰極接觸區(qū)域4相同的直線形狀并幾乎全部形成于陰極接觸區(qū)域4的表面上方。陽極電極11具有直線形狀并位于陰極10的每一側。陽極電極11 與陽極區(qū)6的低雜質濃度部分7的直線部分形成肖特基或歐姆接觸。此外，陽極電極11與陽極區(qū)6的高雜質濃度部分8形成歐姆接觸。于是，陽極電極11連接到低雜質濃度部分7 和高雜質濃度部分8。根據(jù)第一實施例，陽極電極11幾乎全部形成于陽極區(qū)6的直線部分上方。電阻器層12形成于陰極和陽極之間的LOCOS氧化物層3上。例如，電阻器層12可以由摻雜多晶硅制成。電阻器層12用于維持陰極和陽極之間的均勻電勢梯度。具體而言，如圖2A所示，電阻器層12具有螺旋形狀并纏繞在陰極電極10周圍。電阻器層12在一端電連接到陰極電極10，在另一端電連接到陽極電極11。由于電阻器層12的內阻導致的電壓降，電阻器層12的電勢隨著距陰極電極10的距離逐漸減小。于是，可以使電阻器層12 中的電勢梯度保持均勻。因此，可以使位于跨LOCOS氧化物層3的電阻器層12下方的陰極層2中的電勢梯度維持均勻。于是，減小了不均勻電勢梯度導致的電場集中，從而可以改善擊穿電壓。此外，減少了碰撞電離，從而可以減少關閉切換時間的增加。除了橫向二極管之外，在半導體襯底1中還形成諸如橫向IGBT的半導體開關元件。橫向二極管并聯(lián)連接到半導體開關元件并被用作續(xù)流二極管。如上所述，根據(jù)第一實施例的橫向二極管，盡管陽極電極11與陽極區(qū)6的低雜質濃度部分7的直線部分形成肖特基或歐姆接觸，但陽極電極11與陽極區(qū)6的高雜質濃度部分8形成歐姆接觸。由于陽極電極11電連接到低雜質濃度部分7，所以注入電子的量變小， 從而可以減少注入空穴的量而不減小電流的量。于是，減小了反向恢復電荷Qrr，從而可以改進反向恢復能力。此外，由于減少了注入空穴的量，所以橫向二極管能夠快速工作而無需壽命控制。此外，陽極擴展部分9比陽極區(qū)6的高雜質濃度部分8和低雜質濃度部分7距陰極接觸區(qū)域4更遠。在這種方式中，可以改善橫向二極管的雪崩耐量。具體而言，陽極擴展部分9具有在半導體襯底1的垂直方向(即厚度方向)上延伸的第一部分9a。于是，耗盡層在垂直于垂直方向的半導體襯底1的橫向(即平面方向)上從第一部分9a延伸，以減小電場的集中。因此，雪崩擊穿變得較不可能發(fā)生，從而可以改善雪崩耐量。此外，陽極擴展部分9具有第一部分9a，具有第二部分％，用于通過高雜質濃度部分8將第一部分9a連接到陽極電極11。于是，通過第二部分9b和高雜質濃度部分8從第一部分9a向陽極電極11 高效地汲取空穴。因此，橫向二極管能夠執(zhí)行快速切換操作，從而可以減少恢復損耗。圖3、圖4A-4L以及圖5示出了本發(fā)明人為了評估第一實施例的效果而進行的模擬結果。圖3示出了開關操作期間陽極電流Ia和陽極-陰極電壓Vak的變化。在圖3中，虛線表示沒有陽極擴展部分9的現(xiàn)有技術橫向二極管，實線表示具有陽極擴展部分9的第一實施例的橫向二極管。圖4A-4L示出了圖3所示時間(1)-(6)觀察到的陽極側上的電場強度分布。具體而言，圖4A、4B、4C、4G、4H和41分別示出了在時間(1)-(6)現(xiàn)有技術橫向二極管的陽極側上的電場強度分布。相反，圖4D、4E、4F、4J、4K和4L分別示出了在時間(1)-(6) 觀察的第一實施例橫向二極管的陽極側上的電場強度分布。在圖4A-4L中，等勢線以10伏間隔分隔。圖5示出了在時間(1)-(6)觀察到的來自陰極的低雜質濃度部分7近側(即， 圖4A和4D中的位置Z)上電場強度(EFI)的改變。在圖5中，虛線表示現(xiàn)有技術橫向二極管，實線表示第一實施例的橫向二極管?；謴蛽p耗取決于從陽極電流Ia變?yōu)樨撝档疥枠O電流Ia變?yōu)榱銜r流動的陽極電流 Ia的量的總和。換言之，恢復損耗取決于陽極電流Ia為零或更小的區(qū)域的面積?；謴蛽p耗隨著面積的增加而增加。從圖3可以看出，在第一實施例的橫向二極管中，陽極電流Ia的減少量小于現(xiàn)有技術的橫向二極管。因此，在第一實施例的橫向二極管中，陽極電流Ia為零或更小的區(qū)域面積小于現(xiàn)有技術的橫向二極管。因此，在第一實施例的橫向二極管中，恢復損耗變得比現(xiàn)有技術的橫向二極管中小。
此外，由于現(xiàn)有技術橫向二極管沒有陽極擴展部分9，低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8被等勢線圍繞，如圖4A和4B所示。然后，如圖4C所示，等勢線隨時間在下方延伸。然后，等勢線到達BOX層Ib并在橫向上延伸，如圖4G、4H和41所示。相反，由于第一實施例的橫向二極管具有陽極擴展部分9，所以耗盡層能夠從陽極擴展部分9延伸，從而可以在橫向上加快耗盡。于是，如圖4D、4E、4F、4J、4K和4L所示，不僅低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8，而且陽極擴展部分9都被等勢線圍繞。通過這種方式，等勢線能夠從起始時間(1)開始在橫向上延伸。因此，根據(jù)第一實施例，減小了在電場集中點處電場強度的局部峰值。因此，雪崩擊穿不大可能發(fā)生，從而可以改善雪崩耐量。從圖5可以明白第一實施例的以上效果。如圖5所示，在第一實施例橫向二極管中，來自陰極的低雜質濃度部分7的近側上的電場強度小于現(xiàn)有技術的橫向二極管。從圖3 也可以明白第一實施例的以上效果。如圖3所示，在反向恢復操作期間，陽極電流Ia具有兩個局部最小值。第二局部最小值取決于雪崩耐量。亦即，由于第二局部最小值更小，所以雪崩耐量更小。在圖3中，點X表示第一實施例橫向二極管中的第二局部最小值，點Y表示現(xiàn)有技術橫向二極管中的第二局部最小值。通過比較點X和點Y可以看出，第一實施例的橫向二極管中，第二局部最小值大于現(xiàn)有技術的橫向二極管。因此，在第一實施例的橫向二極管中，雪崩耐量大于現(xiàn)有技術的橫向二極管。如上所述，根據(jù)第一實施例，陽極電極11電連接到低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8，陽極擴展部分9比低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8離陰極電極10更遠。 在這種方案中，減少了注入空穴的量，從而可以改進反向恢復能力，還可以改進雪崩耐量。另外，在現(xiàn)有技術的橫向二極管中，高雜質濃度部分8被低雜質濃度部分7圍繞， 以減少來自高雜質濃度部分8的空穴注入。因此，對于本領域的技術人員而言，增加陽極擴展部分9能夠增加空穴注入并不是顯而易見的。本發(fā)明人曾進行過模擬，并發(fā)現(xiàn)以下事實。在正向偏置條件下，載流子的傳導取決于擴散，注入現(xiàn)象取決于陽極區(qū)中的p-/p+陽極結構。亦即，位于低雜質濃度部分7背面的陽極擴展部分9對載流子傳導沒有貢獻。另一方面，在恢復條件下，載流子傳導取決于漂移，陽極擴展部分9充當具有ρ+型右邊緣表面的一維二極管的陽極層。在恢復的開始階段，從溝槽附近到陽極下方的區(qū)域中存儲的空穴被迅速發(fā)射到陽極擴展部分9中，從而能夠發(fā)生耗盡。于是，迅速發(fā)生n_型漂移層(即陰極層幻中的耗盡，存儲的空穴被發(fā)射到低雜質濃度部分7。結果，減小了電場的增大，從而能夠防止動態(tài)雪崩。基于以上事實，本發(fā)明人進行過試驗，以評價陽極擴展部分9比低雜質濃度部分7 和高雜質濃度部分8更遠離陰極電極10的結構。試驗結果表明陽極擴展部分9不會影響空穴注入。由于陽極擴展部分9不影響空穴注入，所以可以防止反向恢復電荷Qrr的增加和反向恢復能力的減少。接下來，下文參考圖6A-6C、7A_7C和8A-8C描述制造根據(jù)第一實施例具有橫向二極管的半導體裝置的方法。在附圖中，與橫向二極管相鄰地形成IGBT。首先，如圖6A所示，制備半導體襯底1。例如，通過BOX層Ib在支撐襯底Ia上鍵合用于有源層Ic的硅襯底，然后將硅襯底減薄到與有源層Ic對應的預定厚度。通過這種方式，可以制備半導體襯底1。然后，如圖6B所示，在有源層Ic的表面上形成用于離子注入的帽蓋層20，在帽蓋層20上放置掩模(未示出)，在與要形成第二部分9b的位置處掩模具有開口。然后，通過離子注入，經(jīng)掩模向有源層Ic中摻雜P型雜質，以形成第二部分％。然后，去除掩模和帽蓋層20。然后，如圖6C所示，在有源層Ic上形成掩模(未示出)，掩模在與要形成的溝槽隔離結構Id對應的位置具有開口。然后，利用掩模在有源層Ic中蝕刻溝槽。然后，在去除掩模之后，在有源層Ic上以及溝槽內部形成帽蓋層21。然后，如圖7A所示，在帽蓋層21上放置掩模，掩模在與要形成的溝槽隔離結構Id 對應的位置具有開口，例如，通過傾斜離子注入，經(jīng)由掩模摻雜P型雜質以形成第一部分 9a。然后，去除掩模和帽蓋層21。然后，如圖7B所示，在有源層Ic上以及溝槽內部，通過熱氧化形成熱氧化層22。 然后，在熱氧化層22上形成多晶硅層23以填充溝槽。然后，例如，執(zhí)行回蝕過程，使得能夠僅在溝槽內部保留多晶硅層23。于是，獲得了溝槽隔離結構Id。如圖7C所示，在有源層Ic中的預定位置處形成η型擴散層。根據(jù)第一實施例，擴散層包括η型緩沖層5、η型緩沖層31和η型緩沖層32。緩沖層5位于二極管區(qū)域中，其中形成了橫向二極管。緩沖層31和緩沖層32位于形成IGBT的IGBT區(qū)域中。然后，通過公知的LOCOS氧化工藝形成LOCOS氧化物層3。然后，如圖8Α所示，在執(zhí)行柵極氧化之后，在半導體襯底1的表面上形成摻雜多晶硅層。然后，通過對二極管區(qū)域中的摻雜多晶硅層構圖來形成電阻器層12。同樣地，通過對 IGBT區(qū)域中的摻雜多晶硅層構圖來形成電阻器層33和柵極電極34。然后，如圖8Β所示，反復執(zhí)行形成掩模的過程和通過掩模執(zhí)行離子注入的過程以形成擴散層。于是，在二極管區(qū)域中形成陰極接觸區(qū)域4、低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8，在IGBT區(qū)域中形成ρ型接觸層35、ρ型主體層36、ρ+型集電極區(qū)37和η+型發(fā)射極區(qū)38。然后，形成層間電介質膜(未示出)，并在層間電介質膜中形成接觸孔。然后，在層間電介質膜上形成導體層以填充接觸孔。然后，如圖8C所示，通過對二極管區(qū)域中的導體層構圖來形成陰極電極10和陽極電極11。同樣地，通過對IGBT區(qū)域中的導體層構圖來形成發(fā)射電極39和集電電極39。通過這種方式，在同一半導體襯底1中形成橫向二極管和橫向IGBT?？梢耘c橫向二極管在同一半導體襯底1中形成另一種半導體開關元件，例如M0SFET。不過，在將橫向二極管與MOSFET組合時，在反向恢復操作期間陽極電流Ia具有三個局部最小值。因此，在將橫向二極管與MOSFET組合時，恢復損耗變得比將橫向二極管與IGBT組合時更大。(第二實施例)下面參考圖9描述本發(fā)明的第二實施例。第一和第二實施例之間的差異是陽極擴展部分9的結構。圖9是示出了根據(jù)第二實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖9 所示，根據(jù)第二實施例，陽極擴展部分9的第一部分9a的厚度比有源層Ic小。具體而言， 第一部分9a從有源層Ic的表面延伸，終止于有源層Ic內部，不到達BOX層lb。于是，在溝槽隔離結構Id的側表面上半部附近，覆蓋有第一部分9a，但在溝槽隔離結構Id的側表面的下半部附近，不被第一部分9a覆蓋。溝槽隔離結構Id的下半部分附近，與陰極層2接觸。即使在圖9中所示的這種結構中，耗盡層也能夠從包括第一部分9a和第二部分9b 的陽極擴展部分9延伸，從而可以在橫向上加快耗盡。由于第一部分9a不到達BOX層lb， 耗盡層不太可能延伸到有源層Ic的下部。不過，可以獲得與第一實施例幾乎相同的效果?？梢酝ㄟ^與根據(jù)第一實施例的半導體裝置幾乎相同的方法制造根據(jù)第二實施例的半導體裝置。不過，在執(zhí)行P型雜質的傾斜離子注入以形成第一部分9a時，需要調節(jié)傾斜離子注入的角度，使得第一部分9a的厚度可以小于有源層Ic的厚度。(第三實施例)下面參考圖10描述本發(fā)明的第三實施例。第一和第三實施例之間的差異是陽極擴展部分9的結構。圖10是示出了根據(jù)第三實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖 10所示，根據(jù)第三實施例，陽極擴展部分9的第一部分9a的厚度比有源層Ic小。具體而言，像第二實施例那樣，第一部分9a從有源層Ic的表面延伸，終止于有源層Ic內部，不到達BOX層lb。此外，根據(jù)第三實施例，陽極擴展部分9沒有第二部分9b。因此，第一部分9a與陽極區(qū)6分開。即使在圖10中所示的這種結構中，耗盡層也能夠從包括第一部分9a的陽極擴展部分9延伸，從而可以在橫向上加快耗盡。由于陽極擴展部分9沒有第二部分％，所以不能利用通過第一部分9a、第二部分％、高雜質濃度部分8和陽極電極11的路徑汲取空穴。因此，從空穴汲取效率的角度來講，優(yōu)選陽極擴展部分9具有第二部分％?？梢酝ㄟ^與根據(jù)第二實施例的半導體裝置幾乎相同的方法制造根據(jù)第三實施例的半導體裝置。不過，由于陽極擴展部分9沒有第二部分％，所以不需要執(zhí)行形成第二部分 9b的過程。(第四實施例)下面參考圖11描述本發(fā)明的第四實施例。第一和第四實施例之間的差異是陽極擴展部分9的結構。圖11是示出了根據(jù)第四實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖 11所示，根據(jù)第四實施例，陽極擴展部分9的第一部分9a的厚度比有源層Ic小。具體而言，第一部分9a從有源層Ic底部上的BOX層延伸，終止于有源層Ic內部。于是，在溝槽隔離結構Id的側表面下半部附近，覆蓋有第一部分9a，但在溝槽隔離結構Id的側表面的上半部附近，不被第一部分9a覆蓋。溝槽隔離結構Id的上半部分附近，與陰極層2接觸。即使在圖11中所示的這種結構中，耗盡層也能夠從包括第一部分9a和第二部分 9b的陽極擴展部分9延伸，從而可以在橫向上加快耗盡。由于第一部分9a不到達有源層 Ic的表面，所以耗盡層不太可能延伸到有源層Ic的上部。不過，可以獲得與第一實施例幾乎相同的效果?？梢酝ㄟ^與根據(jù)第一實施例的半導體裝置幾乎相同的方法制造根據(jù)第四實施例的半導體裝置。不過，由于第一部分9a需要僅在有源層Ic的深位置中形成，所以通過除傾斜離子注入之外的方法形成第一部分9a。例如，向用于有源層Ic的硅襯底表面中注入P型雜質，然后通過BOX層Ib向支撐襯底Ia鍵合硅襯底的表面。于是，第一部分9a僅形成于有源層Ic中的深位置中。對于另一范例，在半導體襯底1中形成溝槽隔離結構Id之前，利用高能量向半導體襯底1中注入P型雜質。(第五實施例)下面參考圖12描述本發(fā)明的第五實施例。第一和第五實施例之間的差異是陽極擴展部分9的結構。圖12是示出了根據(jù)第五實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖 12所示，根據(jù)第五實施例，陽極擴展部分9的第一部分9a的厚度比有源層Ic小。具體而言，像第四實施例那樣，第一部分9a從有源層Ic底部上的BOX層延伸，終止于有源層Ic內部。此外，根據(jù)第五實施例，陽極擴展部分9沒有第二部分％。因此，第一部分9a與陽極區(qū) 6分開。即使在圖12中所示的這種結構中，耗盡層也能夠從包括第一部分9a的陽極擴展部分9延伸，從而可以在橫向上加快耗盡。由于陽極擴展部分9沒有第二部分％，所以不能利用通過第一部分9a、第二部分％、高雜質濃度部分8和陽極電極11的路徑汲取空穴。因此，從空穴汲取效率的角度來講，優(yōu)選陽極擴展部分9具有第二部分％?？梢酝ㄟ^與根據(jù)第四實施例的半導體裝置幾乎相同的方法制造根據(jù)第五實施例的半導體裝置。不過，由于陽極擴展部分9沒有第二部分％，所以不需要執(zhí)行形成第二部分 9b的過程。(第二到第五實施例的效果)圖13是示出了在第二實施例的橫向二極管、第三實施例的橫向二極管、第四實施例的橫向二極管、第五實施例的橫向二極管和現(xiàn)有技術中沒有陽極擴展部分9的橫向二極管中的開關操作期間陽極電流Ia和陽極-陰極電壓Vak變化的圖。從圖13中可以看出，第二到第五實施例的每個的橫向二極管的恢復損耗都小于現(xiàn)有技術橫向二極管。(第六實施例)下面參考圖14和15描述本發(fā)明的第六實施例。第一和第六實施例之間的差異是高雜質濃度部分8的結構。圖14是示出了根據(jù)第六實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。圖15 是對應于圖2B的圖，示出了圖14的橫向二極管的放大部分頂視圖。根據(jù)第一實施例，高雜質濃度部分8位于低雜質濃度部分7距陰極接觸區(qū)域4遠的一側。相反，如圖15所示，根據(jù)第六實施例，高雜質濃度部分8位于低雜質濃度部分7的中心。具體而言，低雜質濃度部分7的寬度方向垂直于陰極接觸區(qū)域4的縱向，高雜質濃度部分8沿低雜質濃度部分7的寬度方向位于低雜質濃度部分7的中心?；旧?，高雜質濃度部分8具有直線形狀。具體而言，如圖15所示，高雜質濃度部分8具有直線部分以及從直線部分垂直延伸并連接到第二部分9b的突出部。例如，可以以規(guī)則的間隔布置突出部。如上所述，根據(jù)第六實施例，高雜質濃度部分8的直線部分位于低雜質濃度部分7 的中心，高雜質濃度部分8的突出部從直線部分延伸并連接到第二部分％。在這種方式中， 可以獲得與第一實施例相同的效果。
(第七實施例)下面參考圖16和17描述本發(fā)明的第七實施例。第一和第七實施例之間的差異是高雜質濃度部分8的結構。圖16是示出了根據(jù)第七實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。圖17 是對應于圖2B的圖，示出了圖16的橫向二極管的放大部分頂視圖。像第一實施例那樣，根據(jù)第七實施例，高雜質濃度部分8位于低雜質濃度部分7距陰極接觸區(qū)域4遠的一側。與第一實施例不同的是，高雜質濃度部分8被分成多個部分。以規(guī)則間隔布置高雜質濃度部分8的被分部分并將其連接到第二部分％。此外，高雜質濃度部分8的被分部分電連接到陽極電極11。如上所述，根據(jù)第七實施例，高雜質濃度部分8被分成多個部分，它們以規(guī)則間隔布置并連接到第二部分％。在這種方案中，可以獲得與第一實施例相同的效果。(第六和第七實施例的效果)圖18示出了在第六實施例的橫向二極管和第七實施例的橫向二極管中的開關操作期間陽極電流Ia和陽極-陰極電壓Vak的變化。從圖3和圖18中可以看出，第六和第七實施例的每個的橫向二極管的恢復損耗都小于現(xiàn)有技術橫向二極管。此外，圖18示出，在第六實施例的橫向二極管中，恢復損耗小于第七實施例的橫向二極管中的恢復損耗。具體而言，在第六實施例的橫向二極管中，反向恢復電荷Qrr為96. 8nC，反向恢復電流Irr為0. 56A。相反，在第七實施例的橫向二極管中， 反向恢復電荷Qrr為114. 8nC，反向恢復電流Irr為0. 75A。(第八實施例)下面參考圖19描述本發(fā)明的第八實施例。第一和第七實施例之間的差異是半導體襯底1的結構。根據(jù)第一實施例，半導體襯底1為SOI襯底。不過，半導體襯底1不限于SOI襯底。 圖19是示出了根據(jù)第八實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖19所示，根據(jù)第八實施例，半導體襯底1是外延晶圓。具體而言，半導體襯底1包括硅襯底Ie和外延層 If,外延層If，作為半導體層，生長于硅襯底Ie的表面上。硅襯底Ie是η型或P型襯底，具有例如1. OX IO13CnT3的低雜質濃度。外延層If是η_型雜質層，具有例如7. OX 1014cm_3的 η型低雜質濃度。溝槽隔離結構Id形成于半導體襯底1中。溝槽隔離結構Id包括從外延層If的表面延伸到硅襯底Ie的溝槽。溝槽填充有絕緣層，從而可以實現(xiàn)元件隔離。如上所述，根據(jù)第八實施例，半導體襯底1為外延晶圓。在將外延晶圓用作半導體襯底1時，耗盡層能夠向硅襯底Ie延伸。不過，在外延層If之內，耗盡層幾乎均等地在半導體襯底1的橫向延伸。因此，可以改善雪崩耐量。于是，能夠獲得與第一實施例相同的效果。(第九實施例)下面參考圖20描述本發(fā)明的第九實施例。第九實施例類似于第八實施例。第八和第九實施例之間的差異如下。根據(jù)第九實施例，像第八實施例那樣，半導體襯底1為外延晶圓。與第八實施例不同的是，在半導體襯底1中不形成溝槽隔離結構ld，因此僅陽極擴展部分9能夠從外延層 If的表面延伸到硅襯底le。盡管半導體襯底1沒有溝槽隔離結構ld，但耗盡層幾乎均等地在外延層If之內的半導體襯底1的橫向上延伸。于是，能夠獲得與第一實施例相同的效

可以通過執(zhí)行將ρ型雜質離子注入到外延層If中來形成陽極擴展部分9?；蛘撸?可以通過在外延層If中形成溝槽并通過外延生長利用P+型層填充溝槽來形成陽極擴展部分9。(第十實施例)下面參考圖21描述本發(fā)明的第十實施例。第一和第十實施例之間的差異是半導體襯底1的結構。圖21是示出了根據(jù)第十實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖 20所示，根據(jù)第十實施例，半導體襯底1為體晶圓。具體而言，半導體襯底1僅包括作為半導體層的硅襯底lg。硅襯底Ig是η—型硅襯底，具有例如7. OX IO14CnT3的η型雜質濃度。 溝槽隔離結構Id形成于半導體襯底1中。溝槽隔離結構Id從硅襯底Ig的表面延伸到大于陽極擴展部分9深度的深度，從而可以實現(xiàn)元件隔離。如上所述，根據(jù)第十實施例，半導體襯底1為體晶圓。在將體晶圓用作半導體襯底 1時，耗盡層能夠在陽極擴展部分9下方延伸。不過，在陽極擴展部分9的深度，耗盡層幾乎均等地在半導體襯底1的橫向上延伸。因此，可以改善雪崩耐量。于是，能夠獲得與第一實施例相同的效果?？梢酝ㄟ^拋光硅襯底Ig的背表面，直到陽極擴展部分9暴露于硅襯底Ig的背表面，從而減薄硅襯底lg。在這樣的方案中，耗盡層不在陽極擴展部分9下方延伸。因此，可以進一步改善雪崩耐量。(第十一實施例)下面參考圖22描述本發(fā)明的第十一實施例。第十一實施例類似于第十實施例。第十和第十一實施例之間的差異是陽極擴展部分9的結構。圖22是示出了根據(jù)第十一實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖22所示，根據(jù)第十一實施例，像第十實施例那樣，半導體襯底1為體晶圓并包括硅襯底 lg。與第十實施例不同的是，陽極擴展部分9延伸到溝槽隔離結構Id下方，從而可以用陽極擴展部分9覆蓋溝槽隔離結構Id的底部。即使在圖22中所示的這種結構中，也可以獲得與第十實施例相同的效果。(第十二實施例)下面參考圖23描述本發(fā)明的第十二實施例。第十二實施例類似于第十實施例。第十和第十二實施例之間的差異如下。圖23是示出了根據(jù)第十二實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。如圖23所示，根據(jù)第十二實施例，像第十實施例那樣，半導體襯底1為體晶圓并僅包括硅襯底 lg。與第十實施例不同的是，在半導體襯底1中不形成溝槽隔離結構ld，因此僅陽極擴展部分9能夠從硅襯底Ig的表面延伸到硅襯底Ig的預定深度。盡管半導體襯底1沒有溝槽隔離結構ld，但在陽極擴展部分9的深度上，耗盡層幾乎均等地在半導體襯底1的橫向上延伸。于是，能夠獲得與第一實施例相同的效果。可以通過執(zhí)行將ρ型雜質離子注入到外延層Ig中來形成陽極擴展部分9?；蛘?， 可以通過在硅襯底Ig中形成溝槽并通過外延生長利用P+型層填充溝槽來形成陽極擴展部分9。(第十三實施例)下面參考圖M描述本發(fā)明的第十三實施例。第十三實施例與前面實施例的差異是陰極電極10的結構。圖M是示出了根據(jù)第十三實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。圖 M示出了通過修改圖19所示第八實施例的陰極電極10的結構獲得的第十三實施例的范例。可以與圖M所示的相同方式修改其它前面實施例的陰極電極10。如圖M所示，根據(jù)第十三實施例，在外延層If中的緩沖層5中形成溝槽10a。在溝槽IOa的內表面上形成陰極接觸區(qū)域4，在陰極接觸區(qū)域4上形成陰極電極10，從而可以用陰極接觸區(qū)域4和陰極電極10填充溝槽10a。即使在圖M中所示的這種結構中，也可以獲得與第八實施例相同的效果。(第十四實施例)下面參考圖25描述本發(fā)明的第十四實施例。第十四實施例與前面實施例的差異是陽極電極11的結構。圖25是示出了根據(jù)第十四實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。圖 25示出了通過修改圖19所示第八實施例的陽極電極11的結構獲得的第十四實施例的范例?？梢耘c圖25所示的相同方式修改其它前面實施例的陽極電極11。如圖25所示，根據(jù)第十四實施例，陽極電極11被分成兩個電極lla、llb。一個電極Ila是電連接到低雜質濃度部分7的肖特基電極，另一電極lib是電連接到高雜質濃度部分8的歐姆電極。肖特基電極Ila和歐姆電極lib通過形成于諸如層間電介質層的上層中的布線圖案電連接到一起。即使在圖25中所示的這種結構中，也可以獲得與第八實施例相同的效果。(第十五實施例)下面參考圖沈描述本發(fā)明的第十五實施例。第十五實施例與前面實施例的差異是陰極電極10和陽極電極11的結構。圖沈是示出了根據(jù)第十五實施例具有橫向二極管的半導體裝置截面圖的圖。圖沈示出了通過修改第一實施例的陰極電極10和陽極電極11的結構獲得的第十五實施例的范例?？梢耘c圖26所示的相同方式修改其它前面實施例的陰極電極10和陽極電極11。如圖沈所示，根據(jù)第十五實施例，陰極電極10具有阻擋金屬層10b。阻擋金屬層 IOb可以由TiN、Tai或TaN制成。在陰極電極10由諸如AlSi或AlSiCu (主要包含Al)的電極材料制成時，例如，由于電極材料和制造有源層Ic的半導體材料(例如Si)之間的相互擴散，陰極電極10可能破碎。阻擋金屬層IOb位于陰極電極10和陰極接觸區(qū)域4之間以保護陰極電極10。同樣地，陽極電極11具有阻擋金屬層11c。阻擋金屬層lie可以由TiN、Tai或TaN 制成。阻擋金屬層Uc位于陽極電極11和陽極區(qū)6之間，以保護陽極電極11。如上所述，根據(jù)第十五實施例，陰極電極10具有阻擋金屬層10b，陽極電極11具有阻擋金屬層11c。在這樣的方案中，可以保護陰極電極10和陽極電極11，不受相互擴散的損傷。于是，可以改善陰極電極10和陽極電極11的可靠性。此外，由于阻擋金屬層IlC減小了肖特基阻擋的高度，因此，減少了注入空穴的量，從而可以減少反向恢復電荷Qrr。
可以在圖8C所示的過程中形成阻擋金屬層10b、llc。具體而言，在層間電介質膜上形成阻擋材料層，然后在阻擋材料層上形成導體層。然后，對阻擋材料層和導體層構圖， 從而可以同時形成阻擋金屬層IObUlC和陰極電極10和陽極電極11。(修改)可以通過各種方式，例如，如下方式，修改上述實施例。在以上實施例中，陽極擴展部分9與溝槽隔離結構Id的側表面接觸并相對于陰極接觸區(qū)域4位于低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8外部?；蛘撸枠O擴展部分9可以與溝槽隔離結構Id分隔，只要陽極擴展部分9相對于陰極接觸區(qū)域4位于低雜質濃度部分 7和高雜質濃度部分8外部即可。下面參考圖27A-27F和圖28論述這樣做的原因。圖27A-27F是示出了陽極擴展部分9與溝槽隔離結構Id分別分隔O μ m，1. 5 μ m， 3. 5 μ m，5. 75 μ m，9. 5 μ m禾口 14. 5 μ m的半導體裝置的圖。圖28是示出了本發(fā)明人為了測量陽極擴展部分9距溝槽隔離結構Id的位置(即分隔距離)和反向恢復電荷Qrr之間的關系而進行的試驗結果的圖。如圖觀所示，隨著陽極擴展部分9接近陰極接觸區(qū)域4，反向恢復電荷Qrr增加。 從恢復損耗的角度講，優(yōu)選反向恢復電荷Qrr為120nC或更少。從圖27A-27C和圖觀可以看出，在陽極擴展部分9的分隔距離為3.5 μ m或更小時，確保了反向恢復電荷Qrr為120nC 或更少。在圖27A-27C中，陽極擴展部分9相對于陰極接觸區(qū)域4位于低雜質濃度部分7 和高雜質濃度部分8的外部。出于以上原因，陽極擴展部分9可以與溝槽隔離結構Id分隔，只要陽極擴展部分 9相對于陰極接觸區(qū)域4位于低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8外部即可。在以上實施例中，陽極電極11幾乎全部位于暴露于LOCOS氧化物層3外部的低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8上方。不過，只要陽極電極11與低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8的每個接觸，就不需要陽極電極11幾乎全部位于暴露于LOCOS氧化物層3 外部的低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8上方。亦即，即使在陽極電極11與低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8的每個之間的接觸區(qū)域尺寸小時，也可以減小恢復損耗。如圖四所示，可以在有源層Ic和BOX層Ib之間插入雜質濃度大于陰極層2的 η型雜質區(qū)域30。在這樣的方案中，可以改善電壓擊穿電阻。例如，在η型雜質區(qū)域30具有4μ m的厚度和1. 25X IO1W3的η型雜質濃度時，優(yōu)選陰極層2的η型雜質濃度大約為 1. OX 1014cm_3，低雜質濃度部分7的ρ型雜質濃度大約為3. 0X 1016cm_3。在這種情況下，優(yōu)選陰極接觸區(qū)域4的η型雜質濃度大約為6. OX 102°Cm_3，緩沖層5的η型雜質濃度大約為 3. 44X IO1W30可以通過如下方式形成η型雜質區(qū)域30 向用于有源層Ic的硅襯底的表面注入 η-型雜質，然后通過BOX層Ib將硅襯底的表面鍵合到支撐襯底la。在第六實施例中，高雜質濃度部分8的直線部分沿低雜質濃度部分7的寬度方向上位于低雜質濃度部分7的中心，高雜質濃度部分8的突出部從直線部分延伸并連接到陽極擴展部分9?；蛘撸唠s質濃度部分8可以沒有突出部并與陽極擴展部分9斷開。不過， 從載流子汲取效應的角度來講，優(yōu)選高雜質濃度部分8與陽極擴展部分9連接。在以上實施例中，陰極接觸區(qū)域4全部位于陰極電極10的底表面上?；蛘?，如圖 30和31所示，陰極接觸區(qū)域4可以僅與陰極電極10的底表面的一部分接觸。在圖30所示的范例中，陰極接觸區(qū)域4僅與陰極電極10的底表面的一部分接觸，陰極電極10的底表面的剩余部分與緩沖層5接觸。在圖31中所示的范例中，陰極接觸區(qū)域4和ρ+型層50位于陰極電極10的底表面上并以條形方式交替布置，使得陰極電極10可以電連接到陰極接觸區(qū)域4和p+型層50。例如，p+型層50可以具有LOXlO2W的ρ型雜質濃度和0. 55 μ m
的厚度。如圖32和圖33A和3 所示，高雜質濃度部分8可以被分成第一和第二部分。圖 32是與圖2A對應的圖，示出了根據(jù)修改，具有橫向二極管的半導體裝置放大部分頂視圖。 圖33A是示出了取自圖32中的線XXXIIIA-XXXIIIA的截面圖的圖，圖3 是示出了取自圖 32中的線XXXIIIB-XXXIIIB的截面圖的圖。像第一實施例那樣，高雜質濃度部分8的第一部分位于低雜質濃度部分7中，在距陰極接觸區(qū)域4最遠的位置處。像第六實施例那樣，高雜質濃度部分8的第二部分在低雜質濃度部分7的寬度方向上位于低雜質濃度部分7的中心。在以上實施例中，高雜質濃度部分8被低雜質濃度部分7圍繞?；蛘撸鐖D34所示，高雜質濃度部分8可以位于低雜質濃度部分7外部。在圖34所示的范例中，高雜質濃度部分8與低雜質濃度部分7接觸并比低雜質濃度部分7離陰極接觸區(qū)域4更遠。在以上實施例中，陽極擴展部分9是陽極區(qū)6的獨立件?；蛘?，如圖35所示，陽極擴展部分9可以是陽極區(qū)6的單個件。亦即，陽極區(qū)6可以包括陽極擴展部分9。在圖35 所示的范例中，低雜質濃度部分7具有大約3. OX IO16CnT3的ρ型雜質濃度和15 μ m的厚度， 并從有源層Ic的表面延伸到BOX層lb。即使在圖35中所示的這種結構中，也可以獲得與以上實施例相同的效果。此外，如圖36所示，陽極擴展部分9可以延伸到陽極區(qū)6下方，從而可以利用陽極擴展部分9覆蓋陽極區(qū)6底表面的至少一部分。在圖36所示的范例中，陽極擴展部分9具有大約3. OX IO16CnT3的ρ型雜質濃度和15 μ m的厚度，并延伸到低雜質濃度部分7下方。 具體而言，陽極擴展部分9延伸到低雜質濃度部分7下方的位置并比高雜質濃度部分8更接近陰極接觸區(qū)域4。即使在圖36中所示的這種結構中，也可以獲得與以上實施例相同的效果。在以上實施例中，如圖7A所示，在溝槽隔離結構Id的側表面上，通過執(zhí)行傾斜離子注入，形成陽極擴展部分9?；蛘撸梢栽诓煌倪^程中形成陽極擴展部分9。例如，在形成用于溝槽隔離結構Id的溝槽之后，在溝槽中形成ρ摻雜的多晶硅或ρ摻雜的氧化物層， 然后通過熱處理進行固相擴散或氣相擴散，從而可以在溝槽的側表面上形成陽極擴展部分 9。在實施例中，半導體裝置包括IGBT，連同橫向二極管?；蛘撸雽w裝置可以包括其它元件，例如互補金屬氧化物半導體(CMOS)和橫向擴散的金屬氧化物半導體(LDMOS)， 還有橫向二極管。如前面參考圖7A-7C和圖8A-8C所述，由于橫向二極管和IGBT是在同一過程中形成的，所以在除二極管區(qū)域之外的IGBT區(qū)域中形成陽極擴展部分9。同樣地，在橫向二極管和其它元件形成于同一半導體襯底1中時，陽極擴展部分9形成于除二極管區(qū)域之外的其它元件區(qū)域中。圖37是示出了半導體裝置截面圖的圖，該半導體裝置具有CMOS和LDM0S，還有橫向二極管和IGBT。橫向二極管、IGBT、CMOS和LDMOS形成于同一半導體襯底1中。不過，為了容易理解，圖37中未示出橫向二極管和IGBT。如圖37所示，在半導體襯底1中形成LDMOS和CMOS，半導體襯底1為SOI襯底。 形成LDMOS的LDMOS區(qū)域被溝槽隔離結構Id從形成CMOS的CMOS區(qū)域隔離。于是，LDMOS 和CMOS彼此隔離。如圖7所示，在CMOS區(qū)域和LDMOS區(qū)域的每個中形成陽極擴展部分9。在CMOS區(qū)域中，在有源層Ic的表面上形成L0C0S氧化物層3，使得P溝道MOSFET 60和N溝道MOSFET 61可以彼此隔離。具體而言，由L0C0S氧化物層3隔離在有源層Ic的表面部分中形成的η阱層6 和ρ阱層62b。在P溝道MOSFET 60中，在η阱層62a中形成p+型源極區(qū)63a和p+型漏極區(qū)64a。 通過柵極絕緣層65a，在源極區(qū)63a和漏極區(qū)6 之間的η阱層6 的表面上形成柵極電極 66a。源極電極67a形成于源極區(qū)63a上并電連接到源極區(qū)63a，漏極電極68a形成于漏極區(qū)64a并電連接到漏區(qū)64a。在N溝道MOSFET 61中，在ρ阱層62b中形成n+型源極區(qū)63b和n+型漏極區(qū)64b。 通過柵極絕緣層65b，在源極區(qū)6 和漏極區(qū)64b之間的ρ阱層62b的表面上形成柵極電極 66b。源極電極67b形成于源極區(qū)6 上并電連接到源極區(qū)63b，漏極電極68b形成于漏極區(qū)64b并電連接到漏極區(qū)64b。通過這種方式，在CMOS區(qū)域中形成具有P溝道MOSFET 60和N溝道MOSFET 61的 CMOS。在LDMOS區(qū)域中，在有源層Ic的表面上形成L0C0S氧化物層3，從而可以隔離 LDMOS 70的部分。LDMOS 70包括形成于有源層Ic的表面部分中的η型漏極區(qū)71、ρ型溝道區(qū)72和η+型源極區(qū)73。N+型接觸層74形成于漏極區(qū)71的表面部分中。P+型接觸層75 形成于溝道區(qū)72的表面部分中。漏極區(qū)71和溝道區(qū)被L0C0S氧化物層3彼此隔離。通過柵極絕緣層77在溝道區(qū)72上形成柵極電極78。源極電極79形成于源極區(qū)73和接觸層75 上并電連接到源極區(qū)73。漏極電極80形成于接觸層74上并通過接觸層74電連接到漏極區(qū)71。此外，形成ρ型主體層81和ρ型深層82。主體層81與溝道區(qū)72交疊并延伸得比溝道區(qū)72更深。深層82位于主體層81外部。主體層81和深層82增大了雪崩耐量。通過這種方式，在LDMOS區(qū)域中形成LDMOS 70。如上所述，半導體裝置可以包括CMOS和LDM0S，連同橫向二極管。在這種情況下， 如圖37所示，在溝槽隔離結構Id的側表面上形成陽極擴展部分9，通過其隔離CMOS區(qū)域和 LSMOS區(qū)域。在以上實施例中，配置橫向二極管，使得陽極位于陰極的每個側面?；蛘?，可以配置橫向二極管，使得陰極位于陽極的每個側面。亦即，導電類型可以反轉。具體而言，在實施例中，η—型陰極層2被定義為第一半導體區(qū)域，ρ型陽極區(qū)6被定義為第二半導體區(qū)域，陰極電極10被定義為電連接到第一半導體區(qū)域的第一電極，陽極電極11被定義為電連接到第二半導體區(qū)域的第二電極。第二半導體區(qū)域具有低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8，第二電極以如下方式電連接到低雜質濃度部分7和高雜質濃度部分8，使得第二電極與高雜質濃度部分8形成歐姆接觸。此外，第二半導體區(qū)域具有P+ 型陽極擴展部分9，其在半導體襯底1的深度方向上延伸并具有大于低雜質濃度部分7的雜質濃度。亦即，在實施例中，第一半導體區(qū)域為n型，第二半導體區(qū)域為P型?；蛘撸谝话雽w區(qū)域可以是P型，第二半導體區(qū)域可以是η型的。即使在通過這種方式反轉導電類型時，也可以獲得與實施例相同的效果。在每種情況下，在IGBT的導通周期期間，陰極側上的電勢大于陽極側，在IGBT的截止周期期間，陽極側上的電勢大于陰極側。
這樣的改變和修改應被理解為在所附權利要求界定的本發(fā)明范圍之內。
權利要求
1.一種具有橫向二極管的半導體裝置，所述半導體裝置包括 包括第一導電類型半導體層(lc，lf，lg)的半導體襯底(1)；位于所述半導體層(lc，lf，lg)中的第一導電類型的第一半導體區(qū)域O)； 雜質濃度大于所述第一半導體區(qū)域O)的雜質濃度的第一導電類型的接觸區(qū)域； 位于所述半導體層(lc，lf，lg)中并與所述接觸區(qū)域(4)分開的第二導電類型的第二半導體區(qū)域(6)；通過所述接觸區(qū)域⑷電連接到所述第一半導體區(qū)域⑵的第一電極(10)；以及電連接到所述第二半導體區(qū)域(6)的第二電極(11)，其中所述第一半導體區(qū)域( 和所述第二半導體區(qū)域(6)之一為陰極區(qū)， 所述第一半導體區(qū)域( 和所述第二半導體區(qū)域(6)的另一個為陽極區(qū)， 所述第一電極(10)和所述第二電極(11)中的一個電極為所述橫向二極管的陰極電極，所述第一電極(10)和所述第二電極(11)中的所述一個電極連接到所述陰極區(qū)，所述第一電極(10)和所述第二電極(11)中的另一個電極為所述橫向二極管的陽極電極，所述第一電極(10)和所述第二電極(11)中的所述另一個電極連接到所述陽極區(qū)， 所述第二半導體區(qū)域(6)包括低雜質濃度部分(7)、高雜質濃度部分(8)和擴展部分(9),所述低雜質濃度部分(7)與所述高雜質濃度部分(8)接觸，并具有比所述高雜質濃度部分(8)的雜質濃度小的雜質濃度，所述第二電極(11)與所述高雜質濃度部分(8)形成歐姆接觸，并且所述擴展部分(9)的雜質濃度大于所述低雜質濃度部分(7)的雜質濃度并在所述半導體層(lc，lf，lg)的厚度方向上延伸。
2.一種具有橫向二極管的半導體裝置，所述半導體裝置包括半導體襯底(1)，所述半導體襯底包括支撐襯底(la)、所述支撐襯底(Ia)上的絕緣層 (Ib)以及所述絕緣層(Ib)上的第一導電類型半導體層(Ic)；從所述半導體層(Ic)的表面延伸到所述絕緣層(Ib)的隔離結構(Id)； 位于所述半導體層(Ic)中且被所述隔離結構(Id)隔離的第一導電類型的第一半導體區(qū)域⑵；雜質濃度大于所述第一半導體區(qū)域O)的雜質濃度的第一導電類型的接觸區(qū)域； 電連接到所述接觸區(qū)域⑷的第一電極(10)；位于所述第一半導體區(qū)域( 中并與所述接觸區(qū)域(4)分隔的第二導電類型的第二半導體區(qū)域(6)，所述第二半導體區(qū)域(6)包括低雜質濃度部分(7)和高雜質濃度部分(8)， 所述低雜質濃度部分(7)與所述高雜質濃度部分(8)接觸，并且具有比所述高雜質濃度部分(8)的雜質濃度小的雜質濃度；電連接到所述低雜質濃度部分(7)和所述高雜質濃度部分(8)的第二電極(11)，所述第二電極(11)與所述高雜質濃度部分(8)形成歐姆接觸；以及第二導電類型的擴展部分(9)，其位于所述半導體層(Ic)中并且其雜質濃度大于所述低雜質濃度部分(7)的雜質濃度，其中所述擴展部分(9)在所述半導體層(Ic)的厚度方向上延伸并比所述低雜質濃度部分 (7)和所述高雜質濃度部分(8)離所述接觸區(qū)域(4)更遠。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其中所述擴展部分(9)從所述半導體層(Ic)的表面延伸到所述半導體層(Ic)的預定深度，并且所述深度小于所述半導體層(Ic)的厚度。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其中所述擴展部分(9)包括第一部分(9a)和第二部分(9b)， 所述第一部分(9a)在所述半導體層(Ic)的厚度方向上延伸，并且所述第二部分(％)位于所述半導體層(Ic)的表面部分中并將所述第一部分(9a)連接到所述高雜質濃度部分(8)。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的半導體裝置，其中所述接觸區(qū)域(4)具有直線部分，所述高雜質濃度部分(8)在所述接觸區(qū)域(4)的每一側具有直線部分， 所述低雜質濃度部分(8)在所述接觸區(qū)域(4)的每一側具有直線部分， 所述擴展部分(9)相對于所述接觸區(qū)域(4)位于所述低雜質濃度部分(7)和所述高雜質濃度部分⑶的外側。
6.根據(jù)權利要求5所述的半導體裝置，其中所述高雜質濃度部分(8)的所述直線部分位于所述低雜質濃度部分(7)距所述陰極接觸區(qū)域⑷遠的一側。
7.根據(jù)權利要求5所述的半導體裝置，其中所述高雜質濃度部分(8)的所述直線部分在所述低雜質濃度部分(7)的寬度方向上位于所述低雜質濃度部分(7)的中心，并且所述低雜質濃度部分(7)的寬度方向垂直于所述接觸區(qū)域的縱向。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體裝置，其中所述高雜質濃度部分(8)還具有從其直線部分垂直延伸并連接到所述擴展部分(9)的突出部。
9.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其中所述第一半導體區(qū)域( 在與所述第一電極(10)對應的位置具有溝槽(10a)， 所述接觸區(qū)域(4)位于所述溝槽(IOa)的內表面上，所述第一電極(10)以如下方式位于所述溝槽(IOa)中所述第一電極(10)和所述接觸區(qū)域(4)在所述溝槽(IOa)內電連接在一起。
10.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其中所述第一電極(10)具有與所述接觸區(qū)域(4)接觸的第一阻擋金屬層(10b)，并且所述第二電極(11)具有與所述第二半導體區(qū)域(6)接觸的第二阻擋金屬層(11c)。
11.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其中所述低雜質濃度部分(7)的雜質濃度為LOXlO16Cm-3或更小，使得所述第二電極(11) 與所述低雜質濃度部分(7)形成肖特基接觸，并且所述高雜質濃度部分⑶的雜質濃度為LOXlO19Cm-3或更大，使得所述第二電極(11) 與所述高雜質濃度部分(8)形成歐姆接觸。
12.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其中所述接觸區(qū)域(4)僅與所述第一電極(10)的背表面的一部分接觸。
13.根據(jù)權利要求12所述的半導體裝置，還包括位于所述第一電極(10)下方的第二導電類型層(50)，其中所述第一電極(10)電連接到所述接觸區(qū)域(4)和所述第二導電類型層(50)。
全文摘要
一種具有橫向二極管的半導體裝置包括半導體層(1c，1f，1g)、半導體層中的第一半導體區(qū)域(2)、雜質濃度大于第一半導體區(qū)域的接觸區(qū)域(4)、位于半導體層中并與接觸區(qū)域分開的第二半導體區(qū)域(6)、通過接觸區(qū)域電連接到第一半導體區(qū)域的第一電極(10)、以及電連接到第二半導體區(qū)域的第二電極(11)。所述第二半導體區(qū)域包括低雜質濃度部分(7)、高雜質濃度部分(8)和擴展部分(9)。所述第二電極與所述高雜質濃度部分形成歐姆接觸。擴展部分的雜質濃度大于低雜質濃度部分的雜質濃度并在半導體層的厚度方向上延伸。
文檔編號H01L29/861GK102376773SQ20111022661
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權日2010年8月4日
發(fā)明者中川明夫, 加藤久登, 山本貴生, 戶倉規(guī)仁 申請人:株式會社電裝