利用溝槽柵電極的絕緣柵雙極性晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 在本說明書中，公開了一種涉及利用溝槽柵電極的IGBT (insulated gatebipolar transistor:絕緣柵雙極性晶體管)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在專利文獻I中公開有一種在對半導體基板進行俯視觀察時，溝槽柵電極彎曲的IGBT0與溝槽柵電極在直線上延伸的情況相比，當溝槽柵電極彎曲時，位于彎曲部的內(nèi)側(cè)的漂移區(qū)中的空穴密度將增大，從而電導率調(diào)制現(xiàn)象活化，由此IGBT的通態(tài)電壓降低。另外，專利文獻I在本申請?zhí)峤粫r并未被公開。
[0003]在采用IGBT的情況下，不僅需要通態(tài)電壓較低，并且需要在將溝槽柵電極的電壓切換到斷態(tài)電壓時使發(fā)射極與集電極之間切斷。在本說明書中，將在將溝槽柵電極的電壓切換到斷態(tài)電壓之后在發(fā)射極與集電之間仍繼續(xù)流通有電流的現(xiàn)象稱為閂鎖現(xiàn)象。需要使閂鎖現(xiàn)象不在IGBT中發(fā)生。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特愿2011 - 052100號中所附加的說明書與附圖
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]發(fā)明所要解決的課題
[0008]為了不使閂鎖現(xiàn)象在IGBT中發(fā)生，采用了對飽和電流進行抑制，從而在關(guān)斷時空穴易于逃向發(fā)射極的設(shè)計。當利用上述的溝槽柵電極即彎曲的溝槽柵電極時，電流密度將上升從而容易發(fā)生閂鎖現(xiàn)象。為了使利用彎曲的溝槽柵電極以使通態(tài)電壓降低的技術(shù)實用化，需要防止閂鎖現(xiàn)象的新技術(shù)。即，需要在關(guān)斷時空穴易于逃向發(fā)射極的新技術(shù)。
[0009]在本說明書中，公開了在利用彎曲的溝槽柵電極的IGBT中，在關(guān)斷時空穴易于逃向發(fā)射極的結(jié)構(gòu)，進而公開了防止閂鎖現(xiàn)象的發(fā)生的技術(shù)。通過該技術(shù)，能夠防止閂鎖現(xiàn)象的發(fā)生并使溝槽柵電極彎曲，從而能夠降低IGBT的通態(tài)電壓。
[0010]用于解決課題的方法
[0011]在本說明書中所公開的IGBT中，在對半導體基板的表面進行俯視觀察時，溝槽柵電極彎曲。在位于溝槽柵電極的彎曲部的內(nèi)側(cè)且面對半導體基板的表面的位置處形成有與發(fā)射區(qū)為同一導電型(因此與基區(qū)或體區(qū)為相反導電型)的半導體區(qū)域(以下稱為內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域)，并將該內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域設(shè)為浮置狀態(tài)。g卩，內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域與發(fā)射極、溝槽柵電極以及集電極均不導通。
[0012]在將IGBT的溝槽柵電極的電壓切換到斷態(tài)電壓的情況下，蓄積于漂移區(qū)或塊體(bulk)區(qū)(以下稱為漂移區(qū))中的空穴沿著溝槽柵電極而在體區(qū)或基區(qū)(以下稱為體區(qū))中移動，并從體接觸區(qū)逃向發(fā)射極。在體區(qū)中，由于需要體區(qū)為在向溝槽柵電極施加通態(tài)電壓時形成反轉(zhuǎn)層的雜質(zhì)濃度，因此雜質(zhì)濃度較低，從而空穴難以移動(在以下，為了對體區(qū)和體接觸區(qū)進行區(qū)別，有時會將體區(qū)稱為低濃度體區(qū)。兩者相同)。
[0013]當未準備處于上述的浮置狀態(tài)的內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域時，在關(guān)斷時，空穴在高電阻的低濃度體區(qū)中移動的距離變長，從而空穴難以逃向發(fā)射極。與此相對，當準備了內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域并將該內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域置于浮置狀態(tài)時，在關(guān)斷時，空穴在低濃度體區(qū)中移動的距離變短，從而空穴易于逃向發(fā)射極。當采用該結(jié)構(gòu)時，能夠在使溝槽柵電極彎曲而使導通時的電流密度上升的同時，防止閂鎖現(xiàn)象的發(fā)生。
[0014]內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域與發(fā)射區(qū)優(yōu)選為同一組成。從而能夠通過發(fā)射區(qū)形成工序來形成內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域。
[0015]已知一種形成覆蓋溝槽柵電極的上表面的層間絕緣膜，并通過該層間絕緣膜而使溝槽柵電極與發(fā)射極絕緣的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選為使該層間絕緣膜延伸至內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域的表面。通過該層間絕緣膜而使內(nèi)側(cè)半導體區(qū)與發(fā)射極絕緣。從而能夠在不使制造工序數(shù)量增加的條件下將內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域置于浮置狀態(tài)。
[0016]溝槽柵電極在多個位置處彎曲對于使通態(tài)電壓降低是較為有利的。因此，優(yōu)選為，按照T字形狀相連的圖案而形成溝槽柵電極。從而能夠使彎曲部在半導體基板的較廣的范圍內(nèi)一致地分布。
[0017]在對半導體基板進行俯視觀察時，體接觸區(qū)可以通過體區(qū)而與內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域分離，并且體接觸區(qū)可以通過體區(qū)而與柵絕緣膜分離。在采用IGBT的情況下，需要使發(fā)射區(qū)與溝槽柵電極隔著柵絕緣膜而對置。此外，需要向發(fā)射區(qū)與溝槽柵電極注入雜質(zhì)以降低電阻。當向相鄰的兩個區(qū)域注入不同的導電型的雜質(zhì)時，會因雜質(zhì)注入范圍的偏差而造成實際效果上的雜質(zhì)濃度偏差，由此造成在批量生產(chǎn)半導體裝置時，半導體裝置群的性能產(chǎn)生偏差。優(yōu)選為，向發(fā)射區(qū)與溝槽柵電極注入同一導電側(cè)的雜質(zhì)。其結(jié)果為，溝槽柵電極的導電型與體接觸區(qū)的導電側(cè)成為相反。如果能夠在隔著柵絕緣膜而與溝槽柵電極對置的位置處設(shè)置體接觸區(qū)，則可改善關(guān)斷時的空穴的逃離，從而能夠?qū)﹂V鎖現(xiàn)象的發(fā)生進行抑制。但是，為此，需要向相鄰的兩個區(qū)域注入不同的導電型的雜質(zhì)，從而造成在批量生產(chǎn)半導體裝置時性能產(chǎn)生偏差。如果采用在對半導體基板進行俯視觀察時，體接觸區(qū)通過體區(qū)而與內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域分離的結(jié)構(gòu)，或者體接觸區(qū)通過體區(qū)而與柵絕緣膜分離的結(jié)構(gòu)，則無需向相鄰的兩個區(qū)域注入不同的導電型的雜質(zhì)。當采用在體接觸區(qū)通過體區(qū)而與柵絕緣膜分離的結(jié)構(gòu)中附加內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域的技術(shù)時，能夠使通態(tài)電壓較低并使閂鎖現(xiàn)象不易發(fā)生，并且能夠批量生產(chǎn)出性能的偏差得到了抑制的半導體裝置群。
【附圖說明】
[0018]圖1為對第一實施例的IGBT的半導體基板進行俯視觀察時的圖。范圍X為表示去除了發(fā)射極和層間絕緣膜的俯視圖，范圍Y為表示去除了發(fā)射極的俯視圖。
[0019]圖2中的⑴為圖1中的I1-1I線的剖視圖，⑵為現(xiàn)有的IGBT的剖視圖。
[0020]圖3為對第二實施例的IGBT的半導體基板進行俯視觀察時的圖。
[0021]圖4為圖3中的IV-1V線的剖視圖。
[0022]圖5為對第三實施例的IGBT的半導體基板進行俯視觀察時的圖。
[0023]圖6為對彎曲的溝槽柵電極的圖案I進行例示的圖。
[0024]圖7為對彎曲的溝槽柵電極的圖案2進行例示的圖。
[0025]圖8為對彎曲的溝槽柵電極的圖案3進行例示的圖。
[0026]圖9為對彎曲的溝槽柵電極的圖案4進行例示的圖。
[0027]圖10為對彎曲的溝槽柵電極的圖案5進行例示的圖。
[0028]圖11為對彎曲的溝槽柵電極的圖案6進行例示的圖。
[0029]圖12為對彎曲的溝槽柵電極的圖案7進行例示的圖。
[0030]圖13為對彎曲的溝槽柵電極的圖案8進行例示的圖。
[0031]圖14為對彎曲的溝槽柵電極的圖案9進行例示的圖。
【具體實施方式】
[0032](第一實施例)
[0033]圖1為對第一實施例的IGBT30的半導體基板2進行俯視觀察時的圖，圖2中的
(I)為圖1中的I1-1I線的剖視圖。在圖1中，范圍X表示去除了發(fā)射極和層間絕緣膜的俯視圖，范圍Y表示去除了發(fā)射極的俯視圖。在圖3與圖5中同樣如此。IGBT30具備:半導體基板2 ;被形成在半導體基板2的表面2a上的發(fā)射極24 ;被形成在半導體基板2的背面2b上的集電極26。發(fā)射極24與集電極26通過金屬而被形成。
[0034]在半導體基板2中形成有下述的區(qū)域。
[0035]發(fā)射區(qū)10:被形成在面對半導體基板2的表面2a的部分范圍的位置處。以高濃度摻雜有η型雜質(zhì)，并且與發(fā)射極24歐姆接觸。
[0036]體接觸區(qū)8:被形成在面對半導體基板2的表面2a的部分范圍的位置處。以高濃度摻雜有P型雜質(zhì)，并且與發(fā)射極24歐姆接觸。雖然有時也會被稱為基接觸區(qū)，但在本說明書中稱為體接觸區(qū)。發(fā)射區(qū)10所面對的半導體基板2的表面2a的范圍與體接觸區(qū)8所面對的半導體基板2的表面2a的范圍不同。
[0037]內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域6:與發(fā)射區(qū)10為同一組成并與發(fā)射區(qū)10形成為同一深度。如圖1所示，位于后述的溝槽柵電極18的彎曲部的內(nèi)側(cè)且被形成在面對半導體基板2的表面2a的部分范圍的位置處。
[0038]體區(qū)12:與發(fā)射區(qū)10、體接觸區(qū)8以及內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域6相接，并且到達至與這些區(qū)域10、8、6相比較深的部位。以低濃度摻雜有P型雜質(zhì)。雖然有時也會被稱為基區(qū)，但在本說明書中稱為體區(qū)。體區(qū)12在未形成有發(fā)射區(qū)10、體接觸區(qū)8、內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域6的范圍內(nèi)，面對半導體基板2的表面2a。
[0039]漂移區(qū)20:將體區(qū)12與后述的集電區(qū)22分離。并且為以低濃度摻雜有η型雜質(zhì)的半導體基板2未被加工而存留的區(qū)域，有時也稱為塊體區(qū)。在本說明書中稱為漂移區(qū)。
[0040]集電區(qū)22:被形成在面對半導體基板2的背面2b的位置處。以高濃度摻雜有P型雜質(zhì)，并且與集電極26歐姆接觸。
[0041]形成有從半導體基板2的表面2a起在深度方向上延伸的溝槽14。溝槽14從表面2a起貫穿體區(qū)12并到達至漂移區(qū)20。在對半導體基板2進行俯視觀察時，溝槽14被形成為，將作為單位的T字形狀(參照溝槽部分14a、14b、14c)在X方向與Y方向上均相連的圖案。例如，在對溝槽部分14a、14c進行觀察時，溝槽14是彎曲的?？梢哉f參照編號32所示的位置位于彎曲部的內(nèi)側(cè)。同樣地，可以說參照編號34所示的位置位于溝槽部分14b、14c之間的彎曲部的內(nèi)側(cè)，參照編號36所示的位置位于溝槽部分14d、14c之間的彎曲部的內(nèi)側(cè)，參照編號38所示的位置位于溝槽部分14e、14c之間的彎曲部的內(nèi)側(cè)。通過溝槽部分14b、14c、14e、14f而形成了長方形的范圍。也可以說IGBT30是以各長方形的范圍為單位而被構(gòu)成的。在本說明書中將各長方形的范圍稱為單元。單元具有四個頂點，并且在各頂點處形成有內(nèi)側(cè)半導體區(qū)域6。
[0042]溝槽14的側(cè)壁與底面(統(tǒng)稱為壁面)通過柵絕緣膜16而被覆蓋。在該溝槽14的內(nèi)側(cè)填充有溝槽柵電極18。柵絕緣膜16由氧化硅形成，溝槽柵電極18由摻雜了雜質(zhì)的多晶娃形成。
[0043]在圖1的參照編號1a所示的位置處，發(fā)射區(qū)10隔著柵絕緣膜16而與溝槽柵電極18相對。在深度方向上將處于位置1a的發(fā)射區(qū)10與漂移區(qū)20分離的體區(qū)12也隔著柵絕緣膜16而與溝槽柵電極18相對。發(fā)射區(qū)10為η型，體區(qū)12為ρ型，漂移區(qū)20為η型，在通常情況下，發(fā)射區(qū)10與漂移區(qū)20不導通。但是，當向溝槽柵電極18施加正的電壓時，隔著柵絕緣膜16而與溝槽柵電極18相對的范圍內(nèi)的體區(qū)12會反轉(zhuǎn)為η型，從而使發(fā)射區(qū)10與漂移區(qū)20導通。
[0044]參照編號4為覆蓋溝槽