半导体装置的制作方法

相关申请的交叉引用

通过引用将2016年3月3日提交的日本专利申请no.2016-040904的公开内容(包括说明书、附图和摘要)整体地并入本文中。

本发明涉及半导体装置，并且优选地可以用于电力系统半导体装置，诸如在与沟槽栅极正交的方向上包括有源单元和无源单元两者的ie(注入增强)型沟槽栅极igbt(绝缘栅极双极晶体管)。

背景技术：

日本未审查的专利申请公开no.2012-256839公开了ie型沟槽栅极igbt。在该igbt中，形成单元区域的每个线状单位单元区域主要由线状有源单元区域和线状无源单元区域形成。该线状有源单元区域在其纵向方向上被分成有源部和无源部、具有发射极区域。

日本未审查的专利申请公开no.2013-140885公开了ie型沟槽栅极igbt。在该igbt中，单元形成区域主要由第一线状单位单元区域、第二线状单位单元区域以及其间的线状无源单元区域来构造，第一线状单位单元区域具有线状有源单元区域，第二线状单位单元区域具有线状空穴集电极单元区域。

技术实现要素：

例如，在日本未审查的专利申请公开no.2012-256839的图33所示的ie型沟槽栅极igbt中，只能在接触部分中使从背表面电极注入的正空穴放电。结果，正空穴的累积效应在表面侧很大，从而改善了导通电压能力。然而，反馈电容(栅极和集电极之间的电容)很大。这带来了断开开关损耗大并且错误的轮叫容限低的问题。

通过本说明书和附图的描述，其它目的和新特征将变得明显。

根据实施例的半导体装置包括在第一方向上彼此间隔开布置并且交替地布置的线状有源单元区域和线状空穴集电极单元区域。线状有源单元区域由在与第一方向正交的第二方向上彼此间隔开布置的多个分开的有源单元区域形成。线状空穴集电极单元区域由在第二方向上彼此间隔开布置的多个分开的空穴集电极单元区域形成。在第一方向上彼此相邻的线状有源单元区域和线状空穴集电极单元区域之间、在第二方向上彼此相邻的分开的有源单元区域之间以及在第二方向上彼此相邻的分开的空穴集电极单元区域之间的半导体衬底之上形成p型浮置区域。

根据实施例，可以实现既获得导通电压的减小又获得反馈电容的减小的ie型沟槽栅极igbt。这还可以减小芯片面积。

附图说明

图1是根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt包括的半导体芯片的主要部分平面视图。

图2是示出根据实施例1的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。

图3是沿着图2所示的线a-a′得到的主要部分截面视图。

图4是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第一效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分平面视图。

图5是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第二效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分平面视图。

图6是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第三效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

图7是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第四效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

图8是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第五效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

图9是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第六效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

图10是示出根据实施例2的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。

图11是沿着图10所示的线b-b′得到的主要部分截面视图。

图12是示出根据实施例3的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。

图13是示出图12所示的放大区域c的主要部分平面视图。

图14是沿着图12所示的线d-d′得到的主要部分截面视图。

图15是示出根据实施例4的半导体芯片的有源部分的放大外围边部分(图1所示的区域e)的主要部分平面视图。

图16是沿着图15所示的线f-f′得到的主要部分截面视图。

图17是示出根据实施例5的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。

图18是沿着图17所示的线g-g′得到的主要部分截面视图。

图19是示出根据实施例6的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。

图20是沿着图19所示的线h-h′得到的主要部分截面视图。

具体实施方式

在以下的优选实施例中，尽管当为了方便的缘故而需要时将把描述分成多个部分或优选实施例，然而除非另有指定，否则这些部分或实施例不是彼此不相关的，而是一个与另一个的部分或全部具有修改、细节、补充说明的关系。进一步的，在以下的优选实施例中，当提到元件的数量(包括总量、数值值、量、范围)时，除非另有指定和/或除非原理上明显受限，否则元件的数量不限于指定的数量，而是可以使用指定的数量之上或之下的数量。

在以下的优选实施例中，除非另有指定和/或除非原理上被认为明显需要外，否则构成元件(包括元件步骤等)不一定是不可或缺的。类似的，在以下的优选实施例中，当提到构成元件的形式或位置关系时，除非另有指定和/或除非原理上认为明显不需要它们外，否则它们意在包含与构成元件的形式或位置关系基本近似或类似的形式等。对于上述数值(包括总量、数值值、量、范围)，这个事实也适用。

现在将基于附图具体地描述优选实施例。在所有附图中，将为具有相同功能的构件给定相同或相关的附图标记，并且将不会对其反复描述。当存在多个类似构件(部分)时，将给一般术语增加标号以指定单独或特定部分。在以下实施例中，除了需要时，否则原则上将不会一遍遍重复描述相同或相似部分。

在实施例中所使用的图示中，为了使图示简单，即使在截面视图中也可以不给定剖面线。为了图示清楚，即使在截面视图中也可以给定剖面线。

在截面视图和平面视图中，每个部分的尺寸不对应于实际装置的尺寸，并且可以相对较大地显示特定部分。在截面视图和平面视图彼此对应的情况下，为了图示清楚，可以相对大部分地显示一些特定部分。

例如，在日本未审查的专利申请公开no.2012-256839和no.2013-140885中公开了作为ie型沟槽栅极igbt的现有技术。日本未审查的专利申请公开no.2013-140885公开了(1)单元区域及其周围的平面结构，(2)窄有源单元型单位单元和交替布置系统，以及(3)有源单元二维减薄结构。原则上不重复其中的这些重叠部分中的任何一个。

实施例1

<ie型沟槽栅极igbt的结构>

现在将使用图1、图2和图3来描述包括根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的半导体装置。图1是根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt中包括的半导体芯片的主要部分平面视图。图2是示出根据实施例1的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。图3是根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的主要部分截面视图，并且是沿着图2所示的线a-a′得到的主要部分截面视图。

如图1所示，在半导体芯片sc的外周边部分的上表面设置有环状防护环gr。在环内，设置有耦接到环状浮置场环的一些(单个或多个)环状场板fp。防护环gr和场板fp由金属膜形成，包括例如铝作为主要构成元素。

在环状场板fp内以及半导体芯片sc的有源部分的主要部分上，设置有单元形成区域cr。在半导体芯片sc的有源部分的上表面上，设置有发射极电极ee，一直到半导体芯片sc的外周边部分附近。发射极电极ee由金属膜形成，包括例如铝作为主要构成元素。发射极电极ee的中心部分是用于耦接接合线的发射极焊盘ep。

栅极线gl布置在发射极电极ee和场板fp之间，并且栅极电极gl耦接到栅极电极ge。栅极线gl和栅极电极ge由金属膜形成，包括例如铝作为主要构成元素。栅极电极ge的中心部分是用于耦接接合线的栅极焊盘gp。

如图2和图3所示，在单元形成区域cr中，线状单位单元区域lc在第一方向(x方向)上周期性地布置。线状单位单元区域lc由第一线状单位单元区域lc1和第二线状单位单元区域lc2形成。在本实施例1中，第二线状单位单元区域lc2的宽度w2比第一线状单位单元区域lc1的宽度w1窄。

第一线状单位单元区域lc1由在中心处的线状有源单元区域lca和在第一方向(x方向)上夹着线状有源单元区域lca两侧的一对线状无源单元区域lci(具有半宽度)形成。

每个线状有源单元区域lc1由在与第一方向(x方向)正交的第二方向(y方向)上彼此间隔开布置的多个分开的有源单元区域lcad形成。

在每个分开的有源单元区域lcad中，沿着外周边部分形成围绕其整个区域的第一沟槽栅极电极tg1。因此，第一沟槽栅极电极tg1存在于线状有源单元区域lca和线状无源单元区域lci之间。

在第二方向(y方向)上彼此相邻的相应的分开的有源单元区域lcad的第一沟槽栅极电极tg1通过耦接沟槽栅极电极tga彼此耦接。第一沟槽栅极电极tg1和耦接沟槽栅极电极tga电耦接到栅极电极(上述图1所示的栅极电极ge)。

在每个分开的有源单元区域lcad中，在第一方向(x方向)上设置具有n⁺型发射极区域ne(即，有源部lcaa)的区域和其中不形成n⁺型发射极区域ne(即，无源部lcai)的区域(p型体区域pb)。

每个第二线状单位单元区域lc2由在中心处的线状空穴集电极单元区域lcc和在第一方向(x方向)上具有半宽度的将线状空穴集电极单元区域lcc两侧夹在中间的一对线状无源单元区域lci形成。

每个线状空穴集电极单元区域lcc由在第二方向(y方向)上彼此间隔开布置的多个分开的空穴集电极单元区域lccd形成。

在每个分开的空穴集电极单元区域lccd中，沿着外周边部分形成围绕其整个区域的第二沟槽栅极电极tg2。因此，第二沟槽栅极电极tg2存在于线状空穴集电极单元区域lcc和线状无源单元区域lci之间。

第二沟槽栅极电极tg2在接触沟槽ct中电耦接到发射极电极ee。

线状有源单元区域lca在第一方向(x方向)上的宽度wa和线状空穴集电极单元区域lcc在第一方向(x方向)上的宽度wc比线状无源单元区域lci在第一方向(x方向)上的宽度wi窄。本实施例1的ie型沟槽栅极igbt是所谓的“窄有源单元型单位单元”。

线状有源单元区域lca或线状空穴集电极单元区域lcc与线状无源单元区域lci交替地布置以形成线状单位单元区域lc。本实施例1的ie型沟槽栅极igbt具有所谓的“交替布置系统”。

在线状有源单元区域lca中包括的分开的有源单元区域lcad和线状空穴集电极单元区域lcc中包括的分开的空穴集电极单元区域lccd中的每个的中心部分处形成沿着第二方向(y方向)延伸的接触沟槽ct。接触沟槽ct的下端到达形成在半导体衬底ss上的p⁺型体接触区域pbc。

在分开的有源单元区域lcad中形成有在第一方向(x方向)上彼此相邻并且形成在分开的空穴集电极单元区域lccd中的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh，并且间隔wh小于在第一方向(x方向)上彼此相邻的第一沟槽栅极电极tg1的间隔we(wh<we)。

也就是说，线状空穴集电极单元区域lcc可以优选地具有释放注入到p型浮置区域pf中的正空穴的功能。因此，可以使在分开的空穴集电极单元区域lccd的第一方向(x方向)上彼此相邻的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh比在分开的有源单元区域lcad的第一方向(x方向)上彼此相邻的第一沟槽栅极电极tg1的间隔we小。

如果在分开的空穴集电极单元区域lccd的第一方向(x方向)上彼此相邻的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh太窄，则注入到p型浮置区域pf中的正空穴不太可能被释放。然而，仍然存在由于在n^-型漂移区域nd中累积正空穴而使载流子浓度变高，从而降低导通电压的优点。因此，考虑到pmos晶体管的效应和期望的导通电压两者来设定上述间隔wh。

分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct在第一方向(x方向)上的宽度whc大于分开的有源单元区域lcad的接触沟槽ct在第一方向(x方向)上的宽度wec(whc>wec)。例如，可以以使分开的空穴集电极单元区域lccd中的接触沟槽ct的宽度whc基本上变为与线状空穴集电极单元区域lcc的宽度wc相同的方式，来形成分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct。

分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct的宽度whc被设定为小于在分开的空穴集电极单元区域lccd的第一方向(x方向)上彼此相邻的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh与两个第二沟槽栅极电极tg2的宽度wt的总宽度wht(wh+2*wt)，并且大于间隔wh(wht>whc>wh)。也就是说，分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct形成为与第二沟槽栅极电极tg2相接触。

然而，超出第二栅极沟槽电极tg2以外，分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct没有形成在线状无源单元区域lci中。这是为了避免由于发射极电极ee和设置在线状无源单元区域lci中的p型浮置区域pf的电耦接而使p型浮置区域pf处于发射极电位。

在实施例1中，线状空穴集电极单元区域lcc的宽度wc形成为比线状有源单元区域lca的宽度wa窄。然而，这不是必须的，并且可以使线状空穴集电极单元区域lcc的宽度wc与线状有源单元区域lca的宽度wa相同或基本相同。相同或基本相同的宽度带来了正空穴分布均匀的优点。

p型浮置区域pf设置在线状无源单元区域lci中。此外，p型浮置区域pf设置在线状有源单元区域lca的第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的有源单元区域lcad之间，以及在线状空穴集电极单元区域lcc的第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的空穴集电极单元区域lccd之间。因此，第一沟槽栅极电极tg1存在于分开的有源单元区域lcad与p型浮置区域pf之间，而第二沟槽栅极电极tg2存在于分开的空穴集电极单元区域lccd与p型浮置区域pf之间。

在实施例1的结构中，p型浮置区域pf的深度比第一沟槽t1和第二沟槽t2的下端部分深，以覆盖该下端部分。这种结构不是必需的。然而，通过这种结构，即使线状无源单元区域lci的宽度wi大于线状有源单元区域lca的宽度wa，也具有有利于保持耐受电压的优点。

在实施例1中，线状有源单元区域lca的宽度wa比线状无源单元区域lci的宽度wi窄。这种结构不是必需的，但可以增强ie效应(电子注入效率)。

例如，p型区域pfp可以部分地设置在单元形成区域cr的外周边部分(单元周边结区域or)中，以围绕单元形成区域cr。与任何其它p型浮置区域pf不同，在该p型区域pfp中设置有多个接触沟槽ct。p型区域pfp通过多个接触沟槽ct电耦接到发射极电极ee。p型区域pfp与发射极电极ee的耦接带来的优点是：p型区域pfp中的正空穴被释放，无意的电位波动被抑制，并且emi(电磁干扰)抗噪声性增加。注意，在多个接触沟槽ct的下端部分中形成有p⁺型体接触区域pbcp。

例如，栅极线gl布置在单元形成区域cr的外周边部分(单元周边结区域or)中。第一沟槽栅极电极tg1从单元形成区域cr的内部向该栅极线gl延伸。第一沟槽栅极电极tg1在其中延伸的部分(即，栅极引出单位tgw)的端部耦接的沟槽栅极电极tgz通过栅极线-沟槽栅极电极耦接部分gtg电耦接到栅极线gl。注意，线状无源单元区域lci和单元形成区域cr的外周边部分(单元周边结区域or)由端部沟槽栅极电极tgp隔开。

现在将使用图3并适当地参考图1和图2来对沿着图2的线a-a′得到的截面结构进行描述。

如图3所示，半导体衬底ss的主要部分被n^-型漂移区域nd占据。在半导体衬底ss的背表面(第二主表面和下表面)sb侧上，从靠近n^-型漂移区域nd的一侧设置n型场停止区域ns和p⁺型集电极区域pc。此外，在半导体衬底ss的背表面sb上，设置有与p⁺型集电极区域pc电耦接的集电极电极ce。

在半导体衬底ss的表面(第一主表面和上表面)sa侧上，在其整个表面(几乎整个单元形成区域cr的表面)上设置有p型体区域pb。

在线状有源单元区域lca中，第一沟槽t1沿着分开的有源单元区域lcad的外周边设置在半导体衬底ss的表面sa侧。在第一沟槽t1内部，沿着栅极绝缘膜gi设置第一沟槽栅极电极tg1。

第一沟槽栅极电极tg1电耦接到栅极电极(图1所示的栅极电极ge)。第一沟槽栅极电极tg1从形成在半导体衬底ss中的第一沟槽t1的下端部分一直嵌入到上部部分。

在线状空穴集电极单元区域lcc中，第二沟槽t2沿着分开的空穴集电极单元区域lccd的外周边设置在半导体衬底ss的表面sa侧。在第二沟槽t2内部，隔着栅极绝缘膜gi设置第二沟槽栅极电极tg2。

第二沟槽栅极电极tg2电耦接到发射极电极ee。第二沟槽栅极电极tg2从形成在半导体衬底ss中的第二沟槽t2的下端部分一直嵌入到上部部分。

在分开的有源单元区域lcad中，n⁺型发射极区域ne设置在半导体衬底ss的表面sa侧上。接触沟槽ct的下端部分到达p型体区域pb，p⁺型体接触区域pbc设置在与接触沟槽ct的下端部分接触的半导体衬底ss中。在p型体区域pb之下设置有n型空穴阻挡区域nhb。注意，在p⁺型体接触区域pbc之下设置p⁺型闭锁防止区域。

在分开的空穴集电极单元区域lccd中，除了不设置n⁺型之外，杂质掺杂的结构与分开的有源单元区域lcad基本相同。然而，接触沟槽ct的下端部分除了到达p型体区域pb之外还到达第二沟槽栅极电极tg2，并且在接触沟槽ct到达的半导体衬底ss中设置p⁺型体接触区域pbc。

与分开的有源单元区域lcad类似，n型空穴阻挡区域nhb设置在分开的空穴集电极单元区域lccd中。这不是必需的。然而，可以通过提供n型空穴阻挡区域nhb来整体地保持正空穴的流动的平衡。

在线状无源单元区域lci中，在半导体衬底ss的表面sa侧上，在p型体区域pb之下设置比例如第一沟槽t1和第二沟槽t2深的p型浮置区域pf。

在半导体衬底ss的表面sa之上的几乎整个表面之上，形成由例如氧化硅膜形成的层间绝缘膜il。在层间绝缘膜il之上，形成由金属膜形成的发射极电极ee，主要包括例如铝作为主要构成元素。发射极电极ee通过接触沟槽ct耦接到n⁺型发射极区域ne、p型体区域pb和p⁺型体接触区域pbc。

在发射极电极ee之上，进一步形成由例如聚酰亚胺基有机绝缘膜形成的最终钝化膜fpf。

<ie型沟槽栅极igbt的效应>

1.关于ie效应

现在将使用图4来描述实施例1的第一效应。图4是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第一效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分平面视图。

如图4所示，在根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt中，线状有源单元区域lca由在第二方向(y方向)上彼此间隔开布置的多个分开的有源单元区域lcad形成。类似的，线状空穴接触单元区域lcc由在第二方向(y方向)上彼此间隔开布置的多个分开的空穴接触单元区域lccd形成。

除了线状无源单元区域lci之外，p型浮置区域pf形成在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的有源单元区域lcad之间以及在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的空穴集电极单元区域lccd之间(在图4中由虚线所示的区域)。

通过这种结构，与例如在日本未审查的专利申请公开no.2013-140885的图27中公开的ie型沟槽栅极igbt相比，平面视图中的p型浮置区域pf被形成得宽，并且在半导体衬底的表面侧上的正空穴累积效应增加。认为这导致导通电压减小。

2.关于低栅极电容

现在将使用图5来描述实施例1的第二效应。图5是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第二效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分平面视图。

如图5所示，在根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt中，线状有源单元区域lca由在第二方向(y方向)上彼此间隔开布置的多个分开的有源单元区域lcad形成。在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的有源单元区域lcad的第一沟槽栅极电极tg1通过耦接沟槽栅极电极tga彼此耦接。

具体地，在半导体衬底ss的表面sa侧上设置有连接到第二方向(y方向)上的相应第一沟槽t1的第三沟槽t3，第三沟槽t3在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的有源单元区域lcad之间。耦接沟槽栅极电极tga隔着其内部的栅极绝缘膜gi与对应的第一沟槽栅极电极tg1一体形成。该耦接沟槽栅极电极tga不用作misfet(金属绝缘体半导体场效应晶体管)的栅极。

通过这种结构，与例如在日本未审查的专利申请公开no.2013-140885的图27中公开的ie型沟槽栅极igbt相比，可以降低栅极和集电极之间的电容(反馈电容)和栅极与发射极之间的电容(输入电容)。

存在由所提供的耦接沟槽栅极电极tga导致的栅极电阻的增加的担忧。然而，因为ie型沟槽栅极igbt并不执行高频操作，所以可以允许栅极电阻的一定量的增加。

3.关于正空穴累积效应

现在将使用图6来描述实施例1的第三效应。图6是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第三效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

如图6所示，在第一方向(x方向)上彼此相邻并且形成在分开的空穴集电极单元区域lccd中的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh小于在第一方向(x方向)上彼此相邻并且形成在分开的有源单元区域lcad中的第一沟槽栅极电极tg1的间隔we(wh<we)。

当在第一方向(x方向)上彼此相邻的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh形成得较小并且当线状无源单元区域lci的宽度wi形成得较大时，在不改变线状单位单元区域lc的宽度的情况下，平面视图中的p型浮置区域pf变宽，并且增强了半导体衬底ss的表面sa侧上的正空穴累积效应。

当在第一方向(x方向)上彼此相邻的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh形成得较小并且当第二沟槽栅极电极tg2的间隔we形成得较大时，在不改变线状单位单元区域lc的宽度的情况下，线状有源单元区域lca中的栅极电容降低，因此能够改善ie型沟槽栅极igbt的开关特性。

即使在第一方向(x方向)上彼此相邻的第二沟槽栅极电极tg2的间隔wh形成得较小，也不存在寄生npn双极，因此对击穿电阻没有影响。

4.关于线状空穴集电极单元区域中的接触沟槽的处理余量

现在将使用图7来描述实施例1的第四效应。图7是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第四效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

如图7所示，以使分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct的宽度whc大于分开的有源单元区域lcad的接触沟槽ct的宽度wec(whc>wec)的方式形成分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct。

由于需要在垂直方向上形成misfet，因此需要在分开的有源单元区域lcad的第一沟槽t1的侧面之上以高效率稳定地形成n⁺型发射极区域ne和p型体区域pb。因此，需要在分开的有源单元区域lcad的接触沟槽ct与第一沟槽t1的侧壁之间保持一定距离。这个具体的余量值取决于制造过程的处理技术和工厂管理能力。有必要考虑分开的有源单元区域lcad的接触沟槽ct的宽度wec变得太大，并考虑在接触沟槽ct和分开的有源单元区域lcad的第一沟槽t1的光刻技术中发生不对准。

在分开的空穴集电极单元区域lccd的第二沟槽t2侧，由于在垂直方向上不形成misfet，因此不形成n⁺型发射极区域ne。不需要具有接触沟槽ct和分开的空穴集电极单元区域lccd的第二沟槽t2的对准余量。可以使用一个接触沟槽ct将在分开的空穴集电极单元区域lccd的第一方向(x方向)上彼此相邻的两个第二沟槽栅极电极tg2、p型体区域pb和p⁺型体接触区域pbc电耦接。结果，不需要形成用于第二沟槽栅极电极tg2的接触沟槽和用于p型体区域pb的接触沟槽。因此，这适合于小型化。

5.关于减小反馈电容

现在将使用图8来描述实施例1的第五效应。图8是用于解释根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第五效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

如图8所示，根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt是使用耦接到发射极电极ee的第二沟槽栅极电极tg2的ggee型。因此，在分开的有源单元区域lcad中，存在将充当反馈电容(栅极和集电极之间的电容)cres的电容cgc。具体地，电容cgc存在于耦接到栅极电极(图1所示的栅极电极ge)的第一沟槽栅极电极tg1的突出部分与p型体区域pb、n型空穴势垒区域nhb以及p型浮置区域pf之间。

cres＝cgc

因此，与不使用耦接到发射极电极ee的第二沟槽栅极电极tg2的gg型的ie型沟槽栅极igbt相比，根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt可以通过减小反馈电容cres来改善关断损耗。

即使是使用耦接到发射极电极ee的第二沟槽栅极电极tg2的ggee型，在彼此面对的第一沟槽栅极电极tg1和第二沟槽栅极电极tg2之间存在电容cgs。具体地，电极tg1耦接到栅极电极(图1所示的栅极电极ge)，并且电极tg2耦接到发射极电极ee。因此，输入电容(栅极和发射极之间的电容)cies不会真正降低。

cies＝cgs+cgc

也就是说，在根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt中，可以减小反馈电容cres，而不会减小输入电容cies。这意味着cres/cies比可以降低。

逆变器装置的故障现象之一是在斩波电路被控制以执行开关操作时的dv/dt错误滚叫。在这种现象中，由于集电极电位的突然变化导致的位移电流的影响，在栅极和发射极之间出现电位差，并且原来要被断开的igbt变为导通状态。栅极和发射极之间的电压vge由下式表示。

vge＝∫(cres/cies)dv

因此，因为cres/cies比可以减小，所以可以降低栅极和发射极之间的电压vge。在断开状态下通过电流不会瞬时流动，因此能够改善错误滚叫容限。

6.关于正空穴释放效应

现在将使用图9来描述实施例1的第六效应。图9是用于说明根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的第六效应的示出单元形成区域的放大部分的主要部分截面视图。

如图9所示，在ie型沟槽栅极igbt中，形成寄生pmos晶体管。也就是说，在形成的寄生pmos晶体管中，p型浮置区域pf形成为源极(s)，n^-型漂移区域nd和n型空穴势垒区域nhb形成为沟道(ch)，p型体区域pb和p⁺型体接触区域pbc形成为漏极(d)，并且形成在分开的空穴集电极单元区域lccd中的第二沟槽栅极电极tg2形成为栅极(g)。

因此，如果正空穴注入到p型浮置区域pf中，则寄生pmos晶体管的源极的电位增加，并且在寄生pmos晶体管的栅极和源极之间出现负电位差。结果，寄生pmos晶体管导通，并且注入到p型浮置区域pf中的正空穴被释放到寄生pmos晶体管的漏极。

因此，在ie型沟槽栅极igbt中，注入到p型浮置区域pf中的正空穴从p型浮置区域pf释放。根据一个特征，通过该释放，在开关操作时的过渡状态下，过量的正空穴不太可能累积在p型浮置区域pf中。结果，可以抑制过渡状态下的p型浮置区域pf中的不可控的电位波动，从而实现优异的低噪声性能。

以这种方式，根据实施例1，可以实现既获得导通电压的减小又获得反馈电容的减小的ie型沟槽栅极igbt。

实施例2

现在将使用图10和图11描述包括根据实施例2的ie型沟槽栅极igbt的半导体装置。图10是示出根据实施例2的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。图11是根据实施例2的ie型沟槽栅极igbt的主要部分截面视图，并且是沿着图10所示的线b-b′得到的主要部分截面视图。

如图10和图11所示，与根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的不同之处在于在根据实施例2的ie型沟槽栅极igbt中的分开的有源单元区域lcad和分开的空穴集电极单元区域lccd的布置。

在根据上述实施例1的ie型沟槽栅极igbt中，线状有源单元区域lca的分开的有源单元区域lcad和线状无源单元区域lci的分开的空穴集电极单元区域lccd在第一方向(x方向)上交替地布置。

也就是说，在平面视图中，分开的有源单元区域lcad被布置成分开的空穴集电极单元区域lccd在第一方向(x方向)上夹着线状无源单元区域lci的两侧。此外，耦接沟槽栅极电极tga被布置为在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的空穴集电极单元区域lccd之间的p型浮置区域pf在第一方向(x方向)上，夹着线状无源单元区域lci的两侧。

另一方面，在根据实施例2的ie型沟槽栅极igbt中，如图10和图11所示，线状有源单元区域lca的分开的有源单元区域lcad和线状无源单元区域lci的分开的空穴集电极单元区域lccd以z字形布置。

也就是说，在平面视图中，耦接沟槽栅极电极tga定位成分开的空穴集电极单元区域lccd在第一方向(x方向)上，夹着线状无源单元区域lci的两侧。此外，分开的有源单元区域lcad被布置成在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的空穴集电极单元区域lccd之间的p型浮置区域pf在第一方向(x方向)上，夹着线状无源单元区域lci在的两侧。

结果，在关断时，可以有利于在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的空穴集电极单元区域lccd之间的p型浮置区域pf的半导体衬底ss的表面sa侧累积的正空穴瞬时从分开的有源单元区域lcad在第一方向(x)方向上的两侧释放。

以这种方式，根据实施例2，除了根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的效应之外，还存在优化关断时导通电压的减小效应与正空穴释放效应之间的平衡的可能性。

实施例3

现在将使用图12、图13和图14来描述包括根据实施例3的ie型沟槽栅极igbt的半导体装置。图12是示出根据实施例3的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。图13是示出图12所示的放大区域c的主要部分平面视图。图14是根据实施例3的ie型沟槽栅极igbt的主要部分截面视图，并且是沿着图12所示的线d-d′得到的截面视图。

如图12、图13和图14所示，在根据实施例3的ie型沟槽栅极igbt中，与根据实施例1的ie型沟槽栅极igbt的不同之处在于形成在线状有源单元区域lca的分开的有源单元区域lcad中的n⁺型发射极区域ne在第二方向(y方向)上的宽度。

在根据实施例1的上述ie型沟槽栅极igbt的分开的有源单元区域lcad中，在第二方向(y方向)上，n⁺型发射极区域ne(即，有源部lcaa)的宽度比不形成n⁺型发射极区域ne(即，无源部lcai)的区域(p型体区域pb)的宽度小。

另一方面，在根据实施例3的ie型沟槽栅极igbt的分开的有源单元区域lcad中，有源部lcaa(n⁺型发射极区域ne)的宽度wna大于无源部lcai(未形成n⁺型发射极区域ne的区域(p型体区域pb))的宽度(wni1+wni2)(wna>(wni1+wni2))。通过使n⁺型发射极区域ne更大，可以增加在施加栅极电压的状态下流动的饱和电流。注意，宽度wni1和宽度wni2中的任一个可以是零。也就是说，可以不必形成一个p型体区域pb。

n⁺型发射极区域ne在第二方向(y方向)上的宽度wna小于接触沟槽ct在第二方向(y方向)上的长度lct，并且以n⁺型发射极区域ne的端部部分位于比接触沟槽ct的端部部分更靠内的方式进行设置。

如果在平面视图中由n⁺型发射极区域ne包围接触沟槽ct的周边，则在来自外围部分的正空穴流到接触沟槽ct(发射极电极ee)的过程中，它们中的大多数贡献作为npn寄生双极的基极电流。因此，npn寄生双极容易操作。如果npn寄生双极不希望地工作，则它可能不由misfet的栅极电压控制。存在发生ie型沟槽栅极igbt损坏的问题的担忧。

以这种方式，根据实施例3，除了根据实施例1的上述ie型沟槽栅极igbt的效应之外，还可以增加饱和电流。

实施例4

现在将使用图15和图16来描述包括根据实施例4的ie型沟槽栅极igbt的半导体装置。图15是示出根据实施例4的半导体芯片的有源部分的放大外围部分(图1所示的区域e)的主要部分平面视图。图16是根据实施例4的ie型沟槽栅极igbt的主要部分截面视图，并且是沿着图15所示的线f-f′得到的主要部分截面视图。

现在将描述根据实施例4的ie型沟槽栅极igbt的单元区域的外围结构。

如图15和图16所示，在单元区域cr的端部部分中，在线状单位单元区域lc的宽度方向(第一方向，x方向)中设置有一个或几个线状伪单元区域dc。在线状伪单元区域dc中，与线状有源单元区域lca一样，形成p型体区域pb和p⁺型体接触区域pbc。然而，在线状伪区域dc中，不形成n⁺型发射极区域ne和n型空穴阻挡区域nhb。在线状伪区域dc中，不存在寄生npn双极，并且正空穴释放电阻低。因此，不太可能发生电流集中，并且其用作端部缓冲区域。

即使在线状单位单元区域lc的纵向方向(第二方向，y方向)的端部部分中，在一些区域中也不形成n⁺型发射极区域ne和n型空穴阻挡区域nhb。该区域用作端部缓冲区域。

在端部缓冲区域的外部，设置似环的单元周边结区域or以围绕端部缓冲区域。在该单元周边结区域or中，设置有p型区域pfp。该p型区域pfp在与单元区域cr中的p型浮置区域pf相同的过程中同时形成。该p型区域pfp耦接到发射极电位。也就是说，它与上述实施例1的图2中描述的p型区域pfp一体形成。

如图16所示，p型体区域pb设置在线状伪单元区域dc和单元周边结区域or中的半导体衬底ss的表面sa上。

在线状伪单元区域dc中，设置接触沟槽ct和p⁺型体接触区域pbc。除了没有形成n型空穴阻挡区域nhb和n⁺型发射极区域ne并且在第二方向(y方向)上不分开之外，线状伪单元区域dc的结构基本上与分开的有源单元区域lcad的结构相同。

在单元周边结区域or中，类似的，设置接触沟槽ct和p⁺型体接触区域pbcp，并且在p型体区域pb之下设置p型区域pfp。

在线状伪单元区域dc中，存在电耦接到发射极电极ee的p型体区域pb，并且形成有p型体区域pb和n^-型漂移区域nd的pn结。在单元周边结区域or中，存在电耦接到发射极电极ee的深p型区域pfp，并且形成p型区域pfp和n^-型漂移区域nd的pn结。

在发射极和集电极之间的反向偏置状态下，单元最终端部沟槽底部可以容易地在两个结的耗尽层中被从右侧和左侧覆盖。因此，不太可能发生场强度的局部集中。结果，由于单元端部结构，发射极和集电极之间的耐受电压不降低。以正空穴累积效应比任何其它部分小并且导通电压高的方式设计单元端部线状伪单元的结构。可以抑制由于在ie型沟槽栅极igbt产生热的部分中和产生热时的电流集中而引起的热失控，并且还可以增加作为产品的击穿电阻。

根据实施例4，除了根据上述实施例1的ie型沟槽栅极igbt的效应之外，还能够实现击穿电阻的增大。

实施例5

现在将使用图17和图18来描述包括根据实施例5的ie型沟槽栅极igbt的半导体装置。图17是示出根据实施例5的半导体芯片的有源部分的放大外围部分的主要部分平面视图。图18是根据实施例5的ie型沟槽栅极igbt的主要部分截面视图，并且是沿着图17所示的线g-g′得到的主要部分截面视图。

如图17和图18所示，在根据实施例5的ie型沟槽栅极igbt中，与根据上述实施例1的ie型沟槽栅极igbt的不同之处在于用于耦接在线状有源单元区域lca中的第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的有源单元区域lcad中的第一沟槽栅极电极tg1的耦接沟槽栅极电极tga的数量。

在根据上述实施例1的ie型沟槽栅极igbt中，在线状有源单元区域lca中，在第二方向(y方向)上彼此相邻的相应的分开的有源单元区域lcad的第一沟槽栅极电极tg1通过一个耦接沟槽栅极电极tga彼此耦接。

另一方面，在根据实施例5的ie型沟槽栅极igbt中，在线状有源单元区域lca中，在第二方向(y方向)上彼此耦接的相应的分开的有源单元区域lcad的第一沟槽栅极电极tga通过在第一方向(x方向)上彼此间隔开设置的两个耦接沟槽栅极电极tga彼此耦接。

具体地，在半导体衬底ss的表面sa侧设置有两个第三沟槽t3。此时，沟槽t3在第二方向(y方向)上耦接到相应的第一沟槽，沟槽t3在第二方向(y方向)上彼此相邻的分开的有源单元区域lcad之间。在沟槽t3内部，耦接沟槽栅极电极tga隔着相应的栅极绝缘膜gi与相应的第一沟槽栅极电极tg1一体形成。耦接沟槽栅极电极tga不用作misfet的栅极。

结果，可以实现由在第二方向(y方向)上延伸的多个第一沟槽栅极电极tg1和多个耦接沟槽栅极电极tga形成的沟槽栅极电极的电阻的减小。在实施例5中，两个耦接沟槽栅极电极tga设置在第二方向(y方向)上彼此相邻的相应的分开的有源单元区域lcad的第一沟槽栅极电极tg1之间。然而，耦接沟槽栅极电极tga的数量不限于该示例。

根据实施例5，除了根据上述实施例1的ie型沟槽栅极igbt的效应之外，还可以实现栅极电阻的减小。

实施例6

现在将使用图19和图20来描述包括根据实施例6的ie型沟槽栅极igbt的半导体装置。图19是示出根据实施例6的半导体芯片的有源部分的放大部分的主要部分平面视图。图20是根据实施例6的ie型沟槽栅极igbt的主要部分截面视图，并且是沿着图19所示的线h-h′得到的主要部分截面视图。

在上述实施例1中，以分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct的宽度whc大于分开的有源单元区域lcad的接触沟槽ct的宽度wec(whc>wec)的方式形成接触沟槽ct。

在实施例6中，以分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct的宽度whc与分开的有源单元区域lcad的接触沟槽ct的宽度wec大致相同的方式形成接触沟槽ct。进一步的，分开的空穴集电极单元区域lccd的接触沟槽ct被布置为耦接到p型体区域pb以及在第一方向(x方向)上彼此相邻的第二沟槽栅极电极tg2中的一个。注意，在实施例6中，大致相同的宽度意味着相对于另一宽度的容许误差在10％或更小的范围内的宽度。

如图19所示，分开的空穴集电极单元区域lccd的第二沟槽栅极电极tg2在平面视图中为一体，因此必须在截面中耦接到另一个第二沟槽栅极电极tg2。结果，可以减小接触沟槽ct的宽度，并且减小芯片面积。第二沟槽栅极电极tg2不包括在misfet中，因此对击穿电阻没有影响。

在实施例6中，如图20所示，在层间绝缘膜il中形成接触沟槽ct，并且由导电膜形成的插塞pg嵌入在接触沟槽ct的内部。插塞pg主要由钨的导电膜形成。可以形成由氮化钛形成的阻挡金属作为导电膜的基底。在层间绝缘膜il之上形成耦接到插塞pg的发射极电极ee。

在实施例6中，已经使用插塞pg作为示例。然而，其不限于该示例。例如，与任何其它实施例类似，发射极电极ee可以直接嵌入接触沟槽ct内部。

然而，当使用插塞pg时，使用cvd(化学气相沉积)技术在接触沟槽ct内部和层间绝缘膜il之上形成导电膜。之后，使用cmp(化学机械抛光)技术来抛光导电膜，并且导电膜必然嵌入接触沟槽ct内部。此时，如果接触沟槽ct具有不同的宽度，则嵌入在接触沟槽ct内部的导电膜的厚度根据接触沟槽ct的宽度而变化。因此，需要形成与宽度大的接触沟槽相符的厚的导电膜。然而，如果导电膜形成得厚，则导电膜的抛光量大。这导致过量的抛光，或导致晶片表面中的膜厚度的大的变化。

也就是说，在使用插塞pg时，优选给定与接触沟槽ct的小宽度相符的大致相同的宽度。这导致容易管理导电膜的厚度的效应。

实施例6中公开的技术不仅适用于上述实施例1，而且适用于任何其它实施例，并且可以实现相同的效应。

因此，已经具体地描述了本发明人做出的本发明。然而，不用说，本发明并不限于以上内容，并且在不脱离其范围的情况下可以进行各种改变。