半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001][相關(guān)申請]
[0002]本申請享有以日本專利申請2014-52152號(申請日:2014年3月14日)為基礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)。本申請是通過參照該基礎(chǔ)申請而包含基礎(chǔ)申請的全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實施方式涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵極型雙極晶體管)等半導(dǎo)體裝置是通過開關(guān)動作來控制大電流。要求開關(guān)動作在安全動作區(qū)域(Safe Operat1nArea)進行。
[0005]但例如有以下情況:如果關(guān)閉時在基底層過度儲存載子，那么形成在半導(dǎo)體裝置內(nèi)的寄生晶閘管開啟。在這種情況下，不可進行柵極驅(qū)動，無法維持半導(dǎo)體裝置的安全動作區(qū)域內(nèi)的動作，因此有可能會導(dǎo)致破壞半導(dǎo)體裝置。因此，對于在半導(dǎo)體裝置內(nèi)過度的載子儲存，理想的是極力避免以提高可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種可靠性高的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0007]實施方式的半導(dǎo)體裝置其特征在于包括:第一電極；第二電極，其包含向所述第一電極側(cè)延伸的部分；第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，其設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間；第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層與所述第二電極之間；第一導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與所述第二電極之間，且與所述部分接觸；第三電極，其位于所述第一電極與所述部分之間，隔著第一絕緣膜設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體區(qū)域以及所述第二半導(dǎo)體區(qū)域，且連接在所述部分；第四電極，其隔著第二絕緣膜設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層、所述第一半導(dǎo)體區(qū)域以及所述第二半導(dǎo)體區(qū)域；以及第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域之間，具有高于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
【附圖說明】
[0008]圖1 (a)及圖1 (b)是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0009]圖2是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意俯視圖。
[0010]圖3(a)?圖3(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0011]圖4(a)?圖4(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0012]圖5(a)?圖5(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0013]圖6(a)?圖6(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0014]圖7(a)?圖7(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0015]圖8(a)?圖8(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0016]圖9(a)?圖9(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0017]圖10(a)?圖10(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0018]圖11(a)?圖11(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0019]圖12(a)?圖12(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0020]圖13(a)?圖13(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0021]圖14(a)及圖14(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置剛關(guān)閉后的動作的一個示例的示意剖視圖。
[0022]圖15(a)是參考例的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖，圖15(b)是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0023]圖16(a)及圖16(b)是第一實施方式的變化例的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0024]圖17(a)?圖17(c)是第二實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0025]圖18是第二實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意俯視圖。
[0026]圖19是表示第二實施方式的半導(dǎo)體裝置剛關(guān)閉后的動作的一個示例的示意剖視圖。
[0027]圖20(a)?圖20(c)是第二實施方式的第一變化例的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0028]圖21 (a)?圖21 (c)是第二實施方式的第二變化例的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0029]圖22(a)?圖22(c)是第二實施方式的第三變化例的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
【具體實施方式】
[0030]以下，一邊參照附圖，一邊對實施方式進行說明。在以下的說明中，對同一部件標注同一符號，對于進行過一次說明的部件適當(dāng)省略其說明。
[0031](第一實施方式)
[0032]圖1 (a)及圖1 (b)是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0033]圖2是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意俯視圖。
[0034]圖1 (a)表示圖2的Xl-Xli線的截面，圖1 (b)表示圖2的X2-X2'線的截面。圖2表示對圖1(a)、(b)的A-A'線的截面進行俯視所見的狀態(tài)。而且，圖1 (a)、(b)、圖2表示三維坐標(X軸、Y軸、Z軸)。而且，實施方式中，有將集極側(cè)作為下側(cè)，將發(fā)射極側(cè)作為上側(cè)的情況。
[0035]半導(dǎo)體裝置IA例如是上下電極構(gòu)造的IGBT。半導(dǎo)體裝置IA例如包括集電極10(第一電極)以及發(fā)射電極11(第二電極)。在集電極10與發(fā)射電極11之間，設(shè)置著P+型的集極區(qū)域22 (第五半導(dǎo)體區(qū)域)、n型的緩沖區(qū)域21、η_型的基底層20 (第一半導(dǎo)體層)、η型的障壁區(qū)域25、ρ型的基底區(qū)域30 (第一半導(dǎo)體區(qū)域)、η+型的發(fā)射極區(qū)域40 (第二半導(dǎo)體區(qū)域)、Ρ+型的擴散區(qū)域31 (第三半導(dǎo)體區(qū)域)、ρ+型的接觸區(qū)域32 (第四半導(dǎo)體區(qū)域)、電極50 (第三電極)、柵極電極52 (第四電極)以及層間絕緣膜60。
[0036]如圖1 (a)、(b)所示，基底層20是設(shè)置在集電極10與發(fā)射電極11之間。集極區(qū)域22是設(shè)置在集電極10與基底層20之間。集極區(qū)域22是與集電極10接觸。緩沖區(qū)域21是設(shè)置在集極區(qū)域22與基底層20之間。緩沖區(qū)域21是和基底層20與集極區(qū)域22接觸。
[0037]基底區(qū)域30是設(shè)置在基底層20與發(fā)射電極11之間。在基底區(qū)域30與基底層20之間，設(shè)置著障壁區(qū)域25。障壁區(qū)域25是和基底層20與基底區(qū)域30接觸。
[0038]發(fā)射電極11包含部分Ila以及部分lib。部分Ilb是從部分Ila延伸到集電極1(H則。部分Ila與部分Ilb既可以是以相同材料構(gòu)成的一體性部位，也可以是分別以不同材料構(gòu)成的部位。
[0039]將半導(dǎo)體裝置IA的構(gòu)造分為圖1(a)所示的X1-X1,截面、與圖1(b)所示的X2-X2'截面進行說明。另外，有對相同部件適當(dāng)省略其說明的情況。
[0040]首先，從圖1(a)所示的Xl-Xl'截面進行說明。
[0041]在X1-X1,截面中，發(fā)射極區(qū)域40是設(shè)置在基底區(qū)域30與發(fā)射電極11之間。發(fā)射極區(qū)域40是和基底區(qū)域30、與發(fā)射電極11的部分Ilb接觸。
[0042]電極50是位于集電極10、與發(fā)射電極11的部分Ilb之間。電極50是隔著絕緣膜51 (第一絕緣膜)與基底層20、障壁區(qū)域25、基底區(qū)域30以及發(fā)射極區(qū)域40接觸。電極50連接在發(fā)射電極11的部分lib。
[0043]柵極電極52是配置在電極50的旁邊，并不位于集電極10、與發(fā)射電極11的部分Ilb之間。柵極電極52是隔著柵極絕緣膜53 (第二絕緣膜)與基底層20、障壁區(qū)域25、基底區(qū)域30以及發(fā)射極區(qū)域40接觸。柵極電極52是控制半導(dǎo)體裝置IA的開閉動作的控制電極。
[0044]包含高濃度雜質(zhì)元素的擴散區(qū)域31是設(shè)置在基底區(qū)域30與發(fā)射極區(qū)域40之間。擴散區(qū)域31是與絕緣膜51接觸。這里，擴散區(qū)域31的至少一部分位于發(fā)射電極11的部分Ilb的正下方。
[0045]發(fā)射電極11的部分Ilb的下部Ilbb位于比發(fā)射極區(qū)域40的上表面40u更下側(cè)處。換句話說，電極50的上端位于比發(fā)射極區(qū)域40的上表面40u更低的位置。例如，部分Ilb的下部Ilbb與集電極10之間的距離短于發(fā)射極區(qū)域40的上表面40u與集電極10之間的距離。
[0046]部分Ilb的側(cè)部Ilbw的一部分與發(fā)射極區(qū)域40接觸，部分Ilb的下部Ilbb與發(fā)射極區(qū)域40接觸。但是，發(fā)射電極11的部分Ilb不與擴散區(qū)域31接觸。在擴散區(qū)域31、與發(fā)射電極11的部分Ub之間，設(shè)置著發(fā)射極區(qū)域40。
[0047]層間絕緣膜60設(shè)置在柵極電極52與發(fā)射電極11之間以及發(fā)射極區(qū)域40與發(fā)射電極11之間。
[0048]對圖1 (b)所示的X2-X2'截面進行說明。
[0049]在X2-X2'截面中，接觸區(qū)域32設(shè)置在基底區(qū)域30與發(fā)射電極11之間。接觸區(qū)域32和基底區(qū)域30、與發(fā)射電極11的部分Ilb接觸。
[0050]電極50位于集電極10、與發(fā)射電極11的部分Ilb之間。電極50是隔著絕緣膜51與基底層20、障壁區(qū)域25、基底區(qū)域30以及接觸區(qū)域32接觸。電極50是連接在發(fā)射電極11的部分lib。
[0051]柵極電極52是配置在電極50的旁邊，并不位于集電極10、與發(fā)射電極11的部分Ilb之間。柵極電極52是隔著柵極絕緣膜53與基底層20、障壁區(qū)域25、基底區(qū)域30以及接觸區(qū)域32接觸。
[0052]擴散區(qū)域31是設(shè)置在基底區(qū)域30與接觸區(qū)域32之間。擴散區(qū)域31是與絕緣膜51接觸。擴散區(qū)域31的至少一部分是位于發(fā)射電極11的部分