利用沟槽栅电极的绝缘栅双极性晶体管的制作方法

文档序号:9355411阅读:579来源:国知局
利用沟槽栅电极的绝缘栅双极性晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 在本说明书中,公开了一种涉及利用沟槽栅电极的IGBT (insulated gatebipolar transistor:绝缘栅双极性晶体管)的技术。
【背景技术】
[0002]在专利文献I中公开有一种在对半导体基板进行俯视观察时,沟槽栅电极弯曲的IGBT0与沟槽栅电极在直线上延伸的情况相比,当沟槽栅电极弯曲时,位于弯曲部的内侧的漂移区中的空穴密度将增大,从而电导率调制现象活化,由此IGBT的通态电压降低。另外,专利文献I在本申请提交时并未被公开。
[0003]在采用IGBT的情况下,不仅需要通态电压较低,并且需要在将沟槽栅电极的电压切换到断态电压时使发射极与集电极之间切断。在本说明书中,将在将沟槽栅电极的电压切换到断态电压之后在发射极与集电之间仍继续流通有电流的现象称为闩锁现象。需要使闩锁现象不在IGBT中发生。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特愿2011 - 052100号中所附加的说明书与附图

【发明内容】

[0007]发明所要解决的课题
[0008]为了不使闩锁现象在IGBT中发生,采用了对饱和电流进行抑制,从而在关断时空穴易于逃向发射极的设计。当利用上述的沟槽栅电极即弯曲的沟槽栅电极时,电流密度将上升从而容易发生闩锁现象。为了使利用弯曲的沟槽栅电极以使通态电压降低的技术实用化,需要防止闩锁现象的新技术。即,需要在关断时空穴易于逃向发射极的新技术。
[0009]在本说明书中,公开了在利用弯曲的沟槽栅电极的IGBT中,在关断时空穴易于逃向发射极的结构,进而公开了防止闩锁现象的发生的技术。通过该技术,能够防止闩锁现象的发生并使沟槽栅电极弯曲,从而能够降低IGBT的通态电压。
[0010]用于解决课题的方法
[0011]在本说明书中所公开的IGBT中,在对半导体基板的表面进行俯视观察时,沟槽栅电极弯曲。在位于沟槽栅电极的弯曲部的内侧且面对半导体基板的表面的位置处形成有与发射区为同一导电型(因此与基区或体区为相反导电型)的半导体区域(以下称为内侧半导体区域),并将该内侧半导体区域设为浮置状态。g卩,内侧半导体区域与发射极、沟槽栅电极以及集电极均不导通。
[0012]在将IGBT的沟槽栅电极的电压切换到断态电压的情况下,蓄积于漂移区或块体(bulk)区(以下称为漂移区)中的空穴沿着沟槽栅电极而在体区或基区(以下称为体区)中移动,并从体接触区逃向发射极。在体区中,由于需要体区为在向沟槽栅电极施加通态电压时形成反转层的杂质浓度,因此杂质浓度较低,从而空穴难以移动(在以下,为了对体区和体接触区进行区別,有时会将体区称为低浓度体区。两者相同)。
[0013]当未准备处于上述的浮置状态的内侧半导体区域时,在关断时,空穴在高电阻的低浓度体区中移动的距离变长,从而空穴难以逃向发射极。与此相对,当准备了内侧半导体区域并将该内侧半导体区域置于浮置状态时,在关断时,空穴在低浓度体区中移动的距离变短,从而空穴易于逃向发射极。当采用该结构时,能够在使沟槽栅电极弯曲而使导通时的电流密度上升的同时,防止闩锁现象的发生。
[0014]内侧半导体区域与发射区优选为同一组成。从而能够通过发射区形成工序来形成内侧半导体区域。
[0015]已知一种形成覆盖沟槽栅电极的上表面的层间绝缘膜,并通过该层间绝缘膜而使沟槽栅电极与发射极绝缘的结构。优选为使该层间绝缘膜延伸至内侧半导体区域的表面。通过该层间绝缘膜而使内侧半导体区与发射极绝缘。从而能够在不使制造工序数量增加的条件下将内侧半导体区域置于浮置状态。
[0016]沟槽栅电极在多个位置处弯曲对于使通态电压降低是较为有利的。因此,优选为,按照T字形状相连的图案而形成沟槽栅电极。从而能够使弯曲部在半导体基板的较广的范围内一致地分布。
[0017]在对半导体基板进行俯视观察时,体接触区可以通过体区而与内侧半导体区域分离,并且体接触区可以通过体区而与栅绝缘膜分离。在采用IGBT的情况下,需要使发射区与沟槽栅电极隔着栅绝缘膜而对置。此外,需要向发射区与沟槽栅电极注入杂质以降低电阻。当向相邻的两个区域注入不同的导电型的杂质时,会因杂质注入范围的偏差而造成实际效果上的杂质浓度偏差,由此造成在批量生产半导体装置时,半导体装置群的性能产生偏差。优选为,向发射区与沟槽栅电极注入同一导电侧的杂质。其结果为,沟槽栅电极的导电型与体接触区的导电侧成为相反。如果能够在隔着栅绝缘膜而与沟槽栅电极对置的位置处设置体接触区,则可改善关断时的空穴的逃离,从而能够对闩锁现象的发生进行抑制。但是,为此,需要向相邻的两个区域注入不同的导电型的杂质,从而造成在批量生产半导体装置时性能产生偏差。如果采用在对半导体基板进行俯视观察时,体接触区通过体区而与内侧半导体区域分离的结构,或者体接触区通过体区而与栅绝缘膜分离的结构,则无需向相邻的两个区域注入不同的导电型的杂质。当采用在体接触区通过体区而与栅绝缘膜分离的结构中附加内侧半导体区域的技术时,能够使通态电压较低并使闩锁现象不易发生,并且能够批量生产出性能的偏差得到了抑制的半导体装置群。
【附图说明】
[0018]图1为对第一实施例的IGBT的半导体基板进行俯视观察时的图。范围X为表示去除了发射极和层间绝缘膜的俯视图,范围Y为表示去除了发射极的俯视图。
[0019]图2中的⑴为图1中的I1-1I线的剖视图,⑵为现有的IGBT的剖视图。
[0020]图3为对第二实施例的IGBT的半导体基板进行俯视观察时的图。
[0021]图4为图3中的IV-1V线的剖视图。
[0022]图5为对第三实施例的IGBT的半导体基板进行俯视观察时的图。
[0023]图6为对弯曲的沟槽栅电极的图案I进行例示的图。
[0024]图7为对弯曲的沟槽栅电极的图案2进行例示的图。
[0025]图8为对弯曲的沟槽栅电极的图案3进行例示的图。
[0026]图9为对弯曲的沟槽栅电极的图案4进行例示的图。
[0027]图10为对弯曲的沟槽栅电极的图案5进行例示的图。
[0028]图11为对弯曲的沟槽栅电极的图案6进行例示的图。
[0029]图12为对弯曲的沟槽栅电极的图案7进行例示的图。
[0030]图13为对弯曲的沟槽栅电极的图案8进行例示的图。
[0031]图14为对弯曲的沟槽栅电极的图案9进行例示的图。
【具体实施方式】
[0032](第一实施例)
[0033]图1为对第一实施例的IGBT30的半导体基板2进行俯视观察时的图,图2中的
(I)为图1中的I1-1I线的剖视图。在图1中,范围X表示去除了发射极和层间绝缘膜的俯视图,范围Y表示去除了发射极的俯视图。在图3与图5中同样如此。IGBT30具备:半导体基板2 ;被形成在半导体基板2的表面2a上的发射极24 ;被形成在半导体基板2的背面2b上的集电极26。发射极24与集电极26通过金属而被形成。
[0034]在半导体基板2中形成有下述的区域。
[0035]发射区10:被形成在面对半导体基板2的表面2a的部分范围的位置处。以高浓度掺杂有η型杂质,并且与发射极24欧姆接触。
[0036]体接触区8:被形成在面对半导体基板2的表面2a的部分范围的位置处。以高浓度掺杂有P型杂质,并且与发射极24欧姆接触。虽然有时也会被称为基接触区,但在本说明书中称为体接触区。发射区10所面对的半导体基板2的表面2a的范围与体接触区8所面对的半导体基板2的表面2a的范围不同。
[0037]内侧半导体区域6:与发射区10为同一组成并与发射区10形成为同一深度。如图1所示,位于后述的沟槽栅电极18的弯曲部的内侧且被形成在面对半导体基板2的表面2a的部分范围的位置处。
[0038]体区12:与发射区10、体接触区8以及内侧半导体区域6相接,并且到达至与这些区域10、8、6相比较深的部位。以低浓度掺杂有P型杂质。虽然有时也会被称为基区,但在本说明书中称为体区。体区12在未形成有发射区10、体接触区8、内侧半导体区域6的范围内,面对半导体基板2的表面2a。
[0039]漂移区20:将体区12与后述的集电区22分离。并且为以低浓度掺杂有η型杂质的半导体基板2未被加工而存留的区域,有时也称为块体区。在本说明书中称为漂移区。
[0040]集电区22:被形成在面对半导体基板2的背面2b的位置处。以高浓度掺杂有P型杂质,并且与集电极26欧姆接触。
[0041]形成有从半导体基板2的表面2a起在深度方向上延伸的沟槽14。沟槽14从表面2a起贯穿体区12并到达至漂移区20。在对半导体基板2进行俯视观察时,沟槽14被形成为,将作为单位的T字形状(参照沟槽部分14a、14b、14c)在X方向与Y方向上均相连的图案。例如,在对沟槽部分14a、14c进行观察时,沟槽14是弯曲的。可以说参照编号32所示的位置位于弯曲部的内侧。同样地,可以说参照编号34所示的位置位于沟槽部分14b、14c之间的弯曲部的内侧,参照编号36所示的位置位于沟槽部分14d、14c之间的弯曲部的内侧,参照编号38所示的位置位于沟槽部分14e、14c之间的弯曲部的内侧。通过沟槽部分14b、14c、14e、14f而形成了长方形的范围。也可以说IGBT30是以各长方形的范围为单位而被构成的。在本说明书中将各长方形的范围称为单元。单元具有四个顶点,并且在各顶点处形成有内侧半导体区域6。
[0042]沟槽14的侧壁与底面(统称为壁面)通过栅绝缘膜16而被覆盖。在该沟槽14的内侧填充有沟槽栅电极18。栅绝缘膜16由氧化硅形成,沟槽栅电极18由掺杂了杂质的多晶娃形成。
[0043]在图1的参照编号1a所示的位置处,发射区10隔着栅绝缘膜16而与沟槽栅电极18相对。在深度方向上将处于位置1a的发射区10与漂移区20分离的体区12也隔着栅绝缘膜16而与沟槽栅电极18相对。发射区10为η型,体区12为ρ型,漂移区20为η型,在通常情况下,发射区10与漂移区20不导通。但是,当向沟槽栅电极18施加正的电压时,隔着栅绝缘膜16而与沟槽栅电极18相对的范围内的体区12会反转为η型,从而使发射区10与漂移区20导通。
[0044]参照编号4为覆盖沟槽
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