半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]在本说明书中，公开了一种当沟槽栅电极的电压发生变化时电阻会变化的半导体装置。已知有一种半导体装置，其从半导体基板的表面侧起顺次层压有第一导电型的第一区域、第二导电型的第二区域以及第一导电型的第三区域，并且形成有贯穿第一区域和第二区域并到达至第三区域的沟槽栅电极。例如，已知一种MOS(Metal OxideSemiconductor:金属氧化物半导体)，其第一区域为源极区，第二区域为体区，第三区域为漂移区，当向沟槽栅电极施加电压时将在体区内形成有反转层而使源极区与漂移区导通。或者，已知一种IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管)，其第一区域为发射区，第二区域为体区，第三区域为漂移区，当向沟槽栅电极施加电压时将会在体区内形成有反转层而使发射区与漂移区导通。
[0002]沟槽栅电极以被栅极绝缘膜包围的状态而被收纳在沟槽的内部。沟槽在半导体基板的表面上开口。在半导体基板的表面上形成有表面电极。表面电极需与作为源极区或发射区等的第一区域导通，并与沟槽栅电极绝缘。为了在沿着半导体基板的表面的较广的范围内形成表面电极且使表面电极与沟槽栅电极绝缘，采用了一种通过绝缘物质来对沟槽栅电极的上表面进行覆盖的技术。当通过绝缘物质来对沟槽栅电极的上表面进行覆盖时，即使不对表面电极的形成范围进行管理，也会使表面电极与沟槽栅电极绝缘。
[0003]图5例示了在专利文献I等中所公开的现有的IGBT的截面结构。参照编号50为半导体基板，在形成有后述的沟槽栅电极56的范围内，从表面58起顺次层压有η型的发射区68、P型的体区70、η型的漂移区74、η型的缓冲区76、ρ型的集电区78。在半导体基板50的表面58上形成有表面电极62，在半导体基板50的背面上形成有背面电极80。参照编号52为沟槽，并且从半导体基板50的表面58起贯穿发射区68和体区70并到达至漂移区74。参照编号54为覆盖沟槽52的壁面的栅极绝缘膜。参照编号56为沟槽栅电极，沟槽栅电极以两侧面被栅极绝缘膜54覆盖的状态而被填充在沟槽52的内部。参照编号69为体接触区。在从沟槽栅电极56离开的位置处，代替发射区68而形成有体接触区69。参照编号60为覆盖沟槽栅电极56的上表面的绝缘膜。绝缘膜60未停留在沟槽52的内部，而是到达至半导体基板50的表面58上。表面电极62被形成在半导体基板50的表面58的较广的范围内。表面电极62需要与发射区68及体接触区69导通，并且与沟槽栅电极56绝缘。绝缘膜60对沟槽栅电极56的上部进行覆盖，而不完全覆盖发射区68。
[0004]在现有的半导体装置中，表面电极62被形成在具有高低差的表面上。S卩，在并存有未被绝缘膜60覆盖而露出了半导体基板50的表面58露出的范围A与被绝缘膜60覆盖的范围B的面上形成有表面电极62。由于被形成在半导体基板50的表面58上的绝缘膜60具有厚度C，因此表面电极62的背面并不平坦，而是形成凹凸面。由于背面凹凸，因此在表面电极62的表面上也形成有凹凸。
[0005]图5例示了第一导电型的第一区域为η型的发射区68，第二导电型的第二区域为P型的体区70，第一导电型的第三区域为η型的漂移区74的情况。当向沟槽栅电极56施加电压时，隔着栅极绝缘膜54而与沟槽栅电极56面对的范围内的体区70反转为η型，从而使发射区68与漂移区74导通。参照编号72为被插入至体区70的中间深度处的η型层，通过η型层72而使体区70被分离为上部体区70a和下部体区70b。存在第二导电型的第二区域被分割为多个区域的情况。此外，也存在第一导电型的第一区域为源极区，并且代替缓冲区76和集电区78而层压有漏极区的情况。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2009-295778号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]半导体装置以通过焊锡层64而将表面电极62粘接在金属板66上的状态而进行使用。参照编号63为用于对表面电极62与焊锡层64的粘接性进行改善的焊锡用电极。由于半导体装置在进行工作时会发热，并在结束动作时被冷却，因此被暴露在热循环中。金属板66、焊锡层64、焊锡用电极63、表面电极62以及半导体基板50的热膨胀率不同。当半导体装置被暴露在热循环中时，应力将会作用于表面电极62上。
[0011]现有的表面电极62由于被形成在具有凹凸的面上，因此并不一致地延展，而是在表背两面上存在有凹凸。因此会在表面电极62上产生应力集中部位。现有的表面电极62在半导体装置被暴露在热循环中时，容易在应力集中部位处受到损伤。现有的表面电极62的可靠性较低。
[0012]为了提高半导体装置的性能，存在沟槽52的间隔细密化的倾向。此外，存在表面电极62的形成环境低温化的倾向。当沟槽52的间隔细密化时，作用于表面电极62上的应力将会增大，当表面电极62的形成环境低温化时，表面电极62容易受到损伤。需要一种不易在表面电极上产生应力集中部位的技术。
[0013]在本说明书中，公开了一种能够获得不易产生应力集中、不易受到损伤并且可靠性较高的表面电极的技术。
[0014]用于解决课题的方法
[0015]在本说明书中所公开的半导体装置具备半导体基板和被形成在半导体基板的表面上的表面电极。
[0016]在半导体基板的至少一部分的范围内，形成有从半导体基板的表面侧起顺次层压有第一导电型的第一区域、第二导电型的第二区域以及第一导电型的第三区域的层压结构。并且形成有从半导体基板的表面起贯穿第一区域和第二区域并到达至第三区域的沟槽。在沟槽的内部形成有沟槽栅电极。在沟槽栅电极的上表面上形成有绝缘区域。绝缘区域使沟槽栅电极与表面电极绝缘。在本说明书中所记载的半导体装置的情况下，绝缘区域被收纳在沟槽的内部。即，绝缘区域并不延伸至与半导体基板的表面相比靠上方的位置处。在侧视观察半导体基板时，绝缘区域的上端停留在与半导体基板的表面相等或与表面相比较深的位置处。
[0017]如果第一区域为源极区，第二区域为体区，第三区域为漂移区，则能够获得M0S。如果第一区域为发射区，第二区域为体区，第三区域为漂移区，则能够获得IGBT。
[0018]在上述的半导体装置的情况下，形成有表面电极之前的半导体基板的表面基本平坦。表面电极被形成在基本平坦的半导体基板的表面上，从而成为沿着半导体基板的表面而均质地且一致地延伸的层。在表面电极上不易产生应力集中。即使半导体装置被暴露在热循环中，也能够防止较强的应力作用在表面电极的特定部位的情况。表面电极的可靠性得到提高。
[0019]当绝缘区域的底面(即沟槽栅电极的上表面)与第一区域的底面相比较浅时，通过向沟槽栅电极施加电压，会在分隔第一区域与第三区域的第二区域中形成有反转层。无需使沟槽栅电极到达至半导体基板的表面。由于沟槽栅电极可以停留在与半导体基板的表面相比较深的水平面处，因此能够将覆盖沟槽栅电极的上表面的绝缘区域收纳在沟槽内。
[0020]也存在有在第二区域的中间深度处形成有第一导电型的第四区域，并且第二区域通过第四区域而被分离为上部第二区域和下部第二区域的情况。
[0021]沟槽的宽度可以不一致。例如，可以由宽度较窄的深部沟槽和宽度较宽的浅部沟槽构成。这种情况下，能够采用在深部沟槽中填充有沟槽栅电极，在浅部沟槽中填充有绝缘物质的结构。
【附图说明】
[0022]图1为第一实施例的半导体装置的剖视图。
[0023]图2为表示第一实施例的半导体装置的制造过程的图。
[0024]图3为第二实施例的半导体装置的剖视图。
[0025]图4为表示第二实施例的半导体装置的制造过程的图。
[0026]图5为现有的半导体装置的剖视图。
【具体实施方式】
[0027](第一实施例)
[0028]图1为第一实施例的半导体装置的剖视图，具备半导体基板10、表面电极22、焊锡用电极23以及背面电极40。表面电极22为发射极，并以通过焊锡用电极23和焊锡层24而被粘接在金属板26上的方式被使用。背面电极40为集电极，并以通过未图示的焊锡层而被粘接在未图示的导体面上的方式被使用。半导体装置为纵型的IGBT，当沟槽栅电极16的电压变化时，表面电极22与背面电极40之间的电阻将发生变化。表面电极22沿着半导体基板10的表面而一致且均质地延展，背面电极40沿着半导体基板10的背面而一致且均质地延展。
[0029]在形成有沟槽栅电极16的范围内，从半导体基板10的表面18侧起顺次层压有第一导电型的第一区域(在本实施例中为η型的发射区28)、第二导电型的第二区域(在本实施例中为P型的体区30)、第一导电型的第三区域(在本实施例中为η型的漂移区34)、η型的缓冲区36以及ρ型的集电区38。发射区28被形成在半导体基板10的表面18的一部分的范围内，在剩余的范围内形成有体接触区29。参照编号32为第一导电型的第四区域(在本实施例中为η型层)，通过使在IGBT导通时于漂移区34中产生的电导率调制现象活跃而使电压下降。体区30通过η型层32而被分离为上部体区30a和下部体区30b。存在第二导电型的第二区域被分割为多个区域的情况。可以省略η型层32。
[0030]在形成有发射区28、体区30以及漂移区34的层压结构的范围内，形成有从半导体基板10的表面18起贯穿发射区28和体区30并到达至漂移区34的沟槽12。沟槽12的壁面被栅极绝缘膜14覆盖。在沟槽12的内侧收纳有沟槽栅电极16。沟槽栅电极16的两侧面被栅极绝缘膜14覆盖。
[0031]沟槽栅电极16的上表面停留在与半导体基板10的表面18相比较深的水平面处。但是，处于与发射区28的底面相比较高的水平面处。当针对将发射区28与漂移区34隔开的体层30进行观察时，在整个厚度上，隔着栅极绝缘膜14而与沟槽栅电极16面对。当向沟槽栅电极16施加电压时，在隔着栅极绝缘膜14而与沟槽栅电极16面对的位置处的体区30中形成有反转层。由于该反转层跨及将发射区28与漂移区34隔开的体区30的整个厚度而被连续地形成，因此当向沟槽栅电极16施加电压时，发射区28与漂移区34将会导通。
[0032]参照编号20为由绝缘物质形成的绝缘区域，该绝缘区域20覆盖沟槽栅电极16的上表面。绝缘区域20被收纳在沟槽12内，且上方不从半导体基板10的表面18突出。如前文所述，由于沟槽栅电极16的上表面停留在与半导体基板10的表面18相比较深的水平面处，因此能够使覆盖沟槽栅电极16的上表面的绝缘区域20停留在沟槽12内。
[0033]绝缘区域20的上表面优选为与半导体基板10的表面18基本一致。但是，也可以是绝缘区域20的上表面处于与半导体基板10的表面18相比较深的水平面处的关系。可以如后文所述那样，将绝缘区域