半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有场截止区的半导体装置。
【背景技术】
[0002]绝缘栅型双极晶体管(IGBT)具有高输入阻抗、低导通电压，所以在电动机驱动电路等中进行了使用。能够在IGBT中采用在漂移区和集电区之间配置场截止区的结构(例如，参照专利文献I ο)。通过场截止区，防止在截止时从漂移区的上表面延伸的耗尽层到达集电区。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本特开2013-247248号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的课题
[0007]在IGBT的截止时从漂移区朝向集电区延伸的耗尽层到达场截止区后，耗尽层的延伸比率急剧减小。由此，存在以下问题:在IGBT的截止时的电压上升波形中产生振铃。
[0008]本发明就是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种具有场截止区，并抑制了截止时的电压上升波形中的振铃的产生的半导体装置。
[0009]用于解决课题的手段
[0010]根据本发明的一个方式，提供一种半导体装置，该半导体装置具有:第I导电类型的集电区；第2导电类型的场截止区，其配置在集电区之上;第2导电类型的漂移区，其配置在场截止区之上，且杂质浓度低于场截止区；第I导电类型的基区，其配置在漂移区之上;第2导电类型的发射区，其配置在基区之上;栅绝缘膜，其在漂移区和发射区之间面向基区进行了配置；以及栅电极，其隔着栅绝缘膜与基区相对地进行了配置，场截止区的膜厚方向的杂质浓度梯度在与集电区相邻的区域中大于与漂移区相邻的区域。
[0011]发明效果
[0012]根据本发明，能够提供一种具有场截止区，并抑制了截止时的电压上升波形中的振铃的产生的半导体装置。
【附图说明】
[0013]图1是示出本发明实施方式的半导体装置的结构的示意性剖视图。
[0014]图2是是示出本发明实施方式的半导体装置和比较例的截止时的上升电压的波形的示意性曲线图。
[0015]图3是示出本发明实施方式的半导体装置的杂质浓度分布的例子的示意图。
[0016]图4是示出本发明实施方式的半导体装置的杂质浓度的例子的示意图。
[0017]图5是用于说明本发明实施方式的半导体装置的制造方法的示意性的工序剖视图(之一 )O
[0018]图6是用于说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的示意性的工序剖视图(之二)。
[0019]图7是用于说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的示意性的工序剖视图(之三)。
[0020]图8是用于说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的示意性的工序剖视图(之四)。
[0021]图9是用于说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的示意性的工序剖视图(之五)。
[0022]图10是用于说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的示意性的工序剖视图(之六)。
[0023]图11是示出本发明实施方式的第I变形例的半导体装置的结构的示意性剖视图。
[0024]图12是示出本发明实施方式的第I变形例的半导体装置的杂质浓度分布的例子的示意图。
[0025]图13是示出本发明实施方式的第2变形例的半导体装置的杂质浓度分布的例子的示意图。
[0026]图14是示出本发明其他实施方式的半导体装置的结构的示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0027]接着，参见附图，说明本发明的实施方式。在以下附图的描述中，对相同或相似部分赋予相同或相似的符号。其中，附图为示意性内容，应注意厚度和平面尺寸的关系、各部件的长度比率等与实际情况不同。因此，应参考以下说明来判断具体的尺寸。此外，在附图相互间包含彼此尺寸关系和比率不同的部分，这是不言而喻的。
[0028]此外，以下所示的实施方式，例示了用于具体化本发明的技术思想的装置和方法，在本发明的技术性构思中，结构部件的形状、结构、配置等不限定于以下的内容。本发明的实施方式能够在权利要求的范围内添加各种变更。
[0029]本发明实施方式的半导体装置I为绝缘栅型双极晶体管(IGBT)，如图1所示，具有:第I导电类型的集电区10;第2导电类型的场截止区20，其配置在集电区10上;第2导电类型的漂移区30，其配置在场截止区20之上，且杂质浓度低于场截止区20;第I导电类型的基区40，其配置在漂移区30之上；以及第2导电类型的发射区50，其配置在基区40之上。多个发射区50选择性地埋入到基区40的上表面的一部分中。另外，详细内容将后述，场截止区20的膜厚方向的杂质浓度梯度在与集电区10相邻的区域中大于与漂移区30相邻的区域。
[0030]第I导电类型和第2导电类型相互为相反导电类型。即，如果第I导电类型为η型，则第2导电类型为P型，如果第I导电类型为P型，则第2导电类型为η型。以下，举例说明第I导电类型为P型，第2导电类型为η型的情况。
[0031]半导体装置I还具有:栅绝缘膜60，其在漂移区30和发射区50面向基区40进行了配置；以及栅电极70，其隔着栅绝缘膜60与基区40相对地进行了配置。与栅电极70相对的基区40的表面为沟道区100。
[0032]图1所示的半导体装置I为沟槽栅极结构。即，形成有从发射区50的上表面延伸，并贯穿发射区50和基区40的槽。栅绝缘膜60配置在槽的内壁上，栅电极70隔着栅绝缘膜60埋入到槽的内部。
[0033]在栅电极70的上表面配置有层间绝缘膜80。隔着层间绝缘膜80，在栅电极70的上方配置有与基区40和发射区50连接的发射电极90。通过层间绝缘膜80，将栅电极70和发射电极90电绝缘。此外，在集电区1的与场截止区20相接的一方的主表面相对的另一方的主面上配置有集电极95。
[0034]以下，对半导体装置I的动作进行说明。向发射电极90和集电极95之间施加规定的集电压，向发射电极90和栅电极70之间施加规定的栅极电压。例如，集电压为300V?1600V左右，栅极电压为1V?20V左右。在这样使半导体装置I为导通状态后，沟道区100从P型反转为η型并形成沟道。通过所形成的沟道，从发射电极90向漂移区30注入电子。通过该注入的电子，集电区10和漂移区30之间为正向偏压，空穴(孔)从集电极95经由集电区10按照漂移区30、基区40的顺序移动。在进一步增加电流后，来自集电区10的空穴增加，在基区40的下方蓄积空穴。其结果，通过电导率调制使导通电压下降。
[0035]在使半导体装置I从导通状态变为截止状态的情况下，以使栅极电压低于阈值电压，例如将栅极电压控制为与发射极电压相同的电位或负电位，并消减沟道。由此，电子从发射电极90到漂移区30的注入停止。由于集电极95的电位高于发射电极90，所以耗尽层从基区40和漂移区30的界面起加宽，并且蓄积在漂移区30中的空穴向发射电极90排出。
[0036]在IGBT的截止时，如上所述，耗尽层从漂移区30的上表面向集电区10延伸。通过场截止区20，防止耗尽层到达集电区10。场截止区20的杂质浓度在集电区侧高，在漂移区侧低。以不产生耗尽层到达集电区10的击穿的方式，在场截止区20中需要某种程度的厚度和某种程度的总电子数量。
[0037]但是，在从漂移区侧观察的场截止区20的膜厚方向的杂质浓度梯度较陡的情况下，产生如下问题。即，在IGBT的截止时从漂移区30加宽的耗尽层到达场截止区20后，耗尽层相对于电压的延伸比率急剧减少。其结果，在截止时的电压上升波形中产生如在图2中示为特性Τ2的振铃。
[0038]在搭载了产生这种振铃的IGBT的设备中，产生各种问题。在例如噪声端子电压试验等电磁干扰(EMI)试验中，开关时的振铃被传播到插座，产生规定值以上的电压。所以，为了满足EMI试验的规格需要某种措施，产生成本上升等问题。
[0039]与此相对，在本发明实施方式的半导体装置I中，以膜厚方向的杂质浓度梯度平缓的方式形成场截止区20。因此，耗尽层相对于电压的延伸比率稳步缩小。其结果，如在图2中示为特性Tl那样，抑制在截止时的电压上升波形中产生振铃。
[0040]图3中示出半导体装置I的杂质浓度分布的例子。图3的横轴是从集电区10朝向漂移区30的膜厚方向(以下同样。)。在图3中用虚线S2示出比较例的半导体装置的场截止区20的杂质浓度。在场截止区20的杂质浓度梯度如虚线S2所示地较陡的情况下，在截止时的电压上升波形中产生振铃。
[0041]另一方面，半导体装置I的场截止区20的膜厚方向的杂质浓度梯度如在图3中用实线SI所示那样平缓。所以，截止时耗尽层相对于电压的延伸比率稳步缩小。其结果，在半导体装置I中，不在截止时的电压上升波形中产生振铃。特别是，在场截止区20的与漂移区30相邻的区域中耗尽层在截止时从漂移区30延伸，所以在该区中平缓地设定了杂质浓度梯度。由此，对于耗尽层相对于电压的延伸比率平缓减少是有效的。所以，将场截止区20的杂质浓度梯度设定为在与集电区10相邻的区域中大于与漂移区30相邻的区域。
[0042]图4示出场截止区20的杂质浓度梯度的实施例。在图4所示的例子中，每单位长度的杂质浓度梯度为7 XlO13Cnf3Aim左右。并且，杂