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半導體裝置及其制造方法_2

文檔序號:9201832閱讀:來源:國知局
Ilb的正下方。而且,發(fā)射電極11的部分Ilb的下部Ilbb是位于比接觸區(qū)域32的上表面32u更下側(cè)處。但是,發(fā)射電極11的部分Ub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Ilb之間,設(shè)置著接觸區(qū)域32。
[0053]層間絕緣膜60是設(shè)置在柵極電極52與發(fā)射電極11之間以及接觸區(qū)域32與發(fā)射電極11之間。
[0054]用圖2所示的俯視圖來說明半導體裝置IA的構(gòu)造。
[0055]如圖2所示,電極50及柵極電極52是在與從集電極10朝向發(fā)射電極11的Z方向交叉的方向(例如X方向)上延伸。電極50及柵極電極52在Y方向上交替排列。由電極50與柵極電極52夾著的基底區(qū)域30、障壁區(qū)域25、發(fā)射電極11的部分lib、擴散區(qū)域31也在X方向上延伸。而且,電極50及柵極電極52也可以不像圖1所示的那樣交替逐條排列,而是每多條交替排列。
[0056]而且,作為一個示例,發(fā)射極區(qū)域40與接觸區(qū)域32是在X方向上交替排列。例如,如果將配置著發(fā)射極區(qū)域40的區(qū)域設(shè)為發(fā)射極配置區(qū)域40ar,將配置著接觸區(qū)域32的區(qū)域設(shè)為接觸配置區(qū)域32ar,那么擴散區(qū)域31在發(fā)射極配置區(qū)域40ar及接觸配置區(qū)域32ar沿X方向連續(xù)地延伸。擴散區(qū)域31是分別與發(fā)射極區(qū)域40及接觸區(qū)域32接觸。進而,發(fā)射極區(qū)域40與接觸區(qū)域32既可以交替斷續(xù)地配置,也可以相互局部地配置。
[0057]另外,第一實施方式中,從圖1(a)、(b)所示的構(gòu)造中除去障壁區(qū)域25而成的構(gòu)造也包含在實施方式中。
[0058]而且,擴散區(qū)域31及接觸區(qū)域32的雜質(zhì)濃度高于基底區(qū)域30的雜質(zhì)濃度。而且,擴散區(qū)域31的雜質(zhì)濃度既可以與接觸區(qū)域32的雜質(zhì)濃度相同,也可以與接觸區(qū)域32的雜質(zhì)濃度不同。優(yōu)選將擴散區(qū)域31的雜質(zhì)濃度設(shè)計得高于接觸區(qū)域32的雜質(zhì)濃度。
[0059]而且,η.型、η型以及η_型也可以稱為第一導電型,P+型以及P型也可以稱為第二導電型。這里,意味著按照η.型、η型、η—型的順序以及P+型、P型的順序,雜質(zhì)濃度變低。
[0060]而且,所述“雜質(zhì)濃度”是指有助于半導體材料的導電性的雜質(zhì)元素的實效性濃度。例如,在半導體材料中含有成為施體(donor)的雜質(zhì)元素與成為受體(acceptor)的雜質(zhì)元素的情況下,將經(jīng)活化的雜質(zhì)元素中的除去施體與受體的抵消量所得的濃度作為雜質(zhì)濃度。
[0061]而且,集極區(qū)域22、緩沖區(qū)域21、基底層20、障壁區(qū)域25、基底區(qū)域30、發(fā)射極區(qū)域40、擴散區(qū)域31、接觸區(qū)域32各自的主成分例如為硅(Si)。作為第一導電型的雜質(zhì)元素,例如可應(yīng)用磷⑵、砷(As)等。作為第二導電型的雜質(zhì)元素,例如可應(yīng)用硼⑶等。而且,這些主成分除硅(Si)以外,也可以是硅碳化物(SiC)、氮化鎵(GaN)等。
[0062]集電極10及發(fā)射電極11的材料是例如包含選自鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鎢(W)、金(Au)等的群中的至少I種的金屬。而且,發(fā)射電極11的部分Ilb的材料也可以是例如導入有雜質(zhì)兀素的多晶娃。
[0063]電極50及柵極電極52包含導入有雜質(zhì)元素的多晶硅、金屬等。而且,在實施方式中,所謂絕緣膜是例如含有硅氧化物(S1x)、硅氮化物(SiNx)等的絕緣膜。
[0064]圖3(a)?圖13(b)是表示第一實施方式的半導體裝置的制造過程的示意剖視圖。
[0065]這里,在圖3(a)?圖13(b)的各圖(a)中,表示Χ1-ΧΓ線的位置的截面,在各圖(b)中,表示X2-X2'線的位置的截面。換句話說,在各圖(a)中,表示發(fā)射極配置區(qū)域40ar的截面,在各圖(b)中,表示接觸配置區(qū)域32ar的截面。
[0066]首先,如圖3(a)、(b)所示,準備n_型的基底層20。接著,對該基底層20的表層注入第一導電型的雜質(zhì)元素。之后,實施加熱處理。由此,在基底層20的表層形成障壁區(qū)域25。這里,將基底層20及障壁區(qū)域25統(tǒng)稱為半導體層。
[0067]其次,如圖4(a)、(b)所示,在障壁區(qū)域25之上,選擇性地形成掩模層90。接著,利用RIE (Reactive 1n Etching,反應(yīng)性離子蝕刻)對從掩模層90露出的障壁區(qū)域25、與障壁區(qū)域25下方的基底層20進行蝕刻。由此,從半導體層的正面朝向背面,形成多個溝槽91。多個溝槽91各自沿Z方向朝下深挖,進而在X方向上延伸。而且,多個溝槽91各自在Y方向上排列。
[0068]接著,如圖5(a)、(b)所示,在溝槽91的內(nèi)壁以及障壁區(qū)域25的上層,利用熱氧化法、CVD(Chemical Vapor Deposit1n,化學氣相沉積)法、派鍍法的任一種方法來形成絕緣膜55。
[0069]接著,如圖6(a)、(b)所示,在多個溝槽91中的第一群,隔著絕緣膜51形成電極50,并且在多個溝槽91中的第二群,隔著柵極絕緣膜53形成柵極電極52。第一群的溝槽91與第二群的溝槽91是在Y方向上交替排列。
[0070]電極50與柵極電極52是利用CVD法形成,電極50的材料與柵極電極52的材料相同。而且,對在從障壁區(qū)域25的上表面25u形成到上側(cè)的多余的覆膜,例如實施CMP(Chemical Mechanical Polishing,化學機械拋光法)處理(未圖不)。
[0071]接著,如圖7(a)、(b)所示,對障壁區(qū)域25的表層注入第二導電型的雜質(zhì)元素。之后,實施加熱處理。由此,在障壁區(qū)域25的表層形成基底區(qū)域30。
[0072]接著,如圖8(a)所示,在Xl-Xl'線截面中,對基底區(qū)域30的表層,選擇性地注入第一導電型的雜質(zhì)元素。之后,實施加熱處理。由此,在基底區(qū)域30的表層形成發(fā)射極區(qū)域40。這里,在圖8(b)所示的X2-X2'線截面中,基底區(qū)域30的表面被掩模層92覆蓋。因此,在X2-X2'線截面中,未對基底區(qū)域30的表層注入第一導電型的雜質(zhì)兀素。
[0073]接著,如圖9(b)所示,在X2-X2'線截面中,對基底區(qū)域30的表層,選擇性地注入第二導電型的雜質(zhì)元素。之后,實施加熱處理。由此,在基底區(qū)域30的表層形成接觸區(qū)域32。這里,在圖9(a)所示的Xl-Xl'線截面中,發(fā)射極區(qū)域40的表面被掩模層93覆蓋。因此,在Xl-Xl'線截面中,未對發(fā)射極區(qū)域40的表層注入第二導電型的雜質(zhì)元素。之后,將掩模層93去除。
[0074]在該階段中,準備包含多個半導體層或多個半導體區(qū)域的構(gòu)造體94。在該構(gòu)造體94中,在障壁區(qū)域25的表層設(shè)置著基底區(qū)域30,在基底區(qū)域30的表層選擇性地設(shè)置著發(fā)射極區(qū)域40。而且,在構(gòu)造體94中,設(shè)置著電極50與柵極電極52。
[0075]另外,關(guān)于圖4(a)、(b)至圖9(a)、(b)的過程的順序,并不限于所述示例。例如,也可以在形成基底層20/障壁區(qū)域25/基底區(qū)域30/發(fā)射極區(qū)域40以及接觸區(qū)域32的構(gòu)造體后,形成多個溝槽91,形成電極50以及柵極電極52。
[0076]而且,不形成障壁區(qū)域25的制造過程也包含在實施方式中。在該情況下,在基底層20的表層一旦形成基底區(qū)域30后,便進而在基底區(qū)域30的表層形成發(fā)射極區(qū)域40與接觸區(qū)域32。
[0077]接著,如圖10(a)所示,在Xl-Xl'線截面中,在發(fā)射極區(qū)域40之上以及柵極電極52之上,形成覆蓋柵極電極52、柵極絕緣膜53以及夾隔柵極電極52的發(fā)射極區(qū)域40的一部分的層間絕緣膜60。層間絕緣膜60是使電極50、絕緣膜51以及除被層間絕緣膜60覆蓋的發(fā)射極區(qū)域40的部分以外的發(fā)射極區(qū)域40開口。
[0078]而且,如圖10(b)所示,在X2-X2,線截面中,在接觸區(qū)域32之上以及柵極電極52之上,形成覆蓋柵極電極52、柵極絕緣膜53以及夾隔柵極電極52的接觸區(qū)域32的一部分的層間絕緣膜60。層間絕緣膜60是使電極50、絕緣膜51以及除被層間絕緣膜60覆蓋的接觸區(qū)域32的部分以外的接觸區(qū)域32開口。
[0079]層間絕緣膜60是在發(fā)射極配置區(qū)域40ar以及接觸配置區(qū)域32ar中在X方向上連續(xù)地延伸。圖10(a)、(b)所示的層間絕緣膜60的形成是同時進行的。
[0080]接著,如圖11(a)所示,在Xl-Xli線截面中,將層間絕緣膜60作為掩模,利用RIE對從層間絕緣膜60露出的發(fā)射極區(qū)域40、電極50以及絕緣膜51進行蝕刻。由此,形成以發(fā)射極區(qū)域40、電極50以及絕緣膜51為底部95b的溝槽95。
[0081]而且,如圖11(b)所示,在X2-X2,線截面中,將層間絕緣膜60作為掩模,利用RIE對從層間絕緣膜60露出的接觸區(qū)域32、電極50以及絕緣膜51進行蝕刻。由此,形成以接觸區(qū)域32、電極50以及絕緣膜51為底部95b的溝槽95。
[0082]利用RIE而形成的溝槽95是在發(fā)射極配置區(qū)域40ar以及接觸配置區(qū)域32ar中在X方向上連續(xù)地延伸。圖11(a)、(b)所示的RIE是同時進行的。
[0083]接著,如圖12(a)所示,在Xl-Xl'線截面中,經(jīng)由溝槽95,對基底區(qū)域30與發(fā)射極區(qū)域40之間注入第二導電型的雜質(zhì)元素(例如硼(B))。在該離子注入中,除了相對于注入面垂直地進行離子注入以外,還可以使用與注入面的法線成特定角度地進行離子注入的所謂斜向離子注入的方法。由此,第二導電型的雜質(zhì)元素除了轉(zhuǎn)入到溝槽95的下側(cè)以外,還轉(zhuǎn)入到層間絕緣膜60的下側(cè)。而且,為了使擴散區(qū)域31形成在基底區(qū)域30與發(fā)射極區(qū)域40之間,也就是說,為了使發(fā)射極區(qū)域40確實地介于發(fā)射電極11的部分Ilb的下部Ilbb與擴散區(qū)域31之間,在離子注入中設(shè)定為高加速能量條件。
[0084]而且,如圖12(b)所示,在X2-X2,線截面中,經(jīng)由溝槽95,對基底區(qū)域30與接觸區(qū)域32之間注入第二導電型的雜質(zhì)元素(例如硼(B
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