反向导通型半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种反向导通型半导体装置，其应用于例如家电产品、电动汽车、铁道、太阳能发电或者风力发电等。
【背景技术】
[0002]在专利文献I中，公开了一种反向导通型半导体装置(RC-1GBT: ReverseConducting Insulated Gate Bipolar Transistor)。所谓反向导通型半导体装置，是指在一块半导体衬底形成有IGBT和二极管(FWD:Free Wheeling D1de)。在专利文献I所公开的反向导通型半导体装置中，作为二极管的阳极层而设有P阳极层和P+阳极层，形成P+阳极层与发射极电极之间的欧姆接触。
[0003]专利文献I:日本特开2013-197122号公报
[0004]在半导体衬底的整个表面形成沟槽栅极的情况下，为了减少阳极层的面积、提高二极管的性能，有时减小沟槽栅极间隔。在减小了沟槽栅极的间隔的情况下，通过铝等接触电极将阳极层与发射极电极连接会变得困难。因此，优选利用钨插塞将发射极电极、与在沟槽栅极之间形成的阳极层进行连接。在使用钨插塞的情况下，为了使得钨插塞的材料不向半导体衬底(阳极层)扩散，在钨插塞与阳极层之间设置阻挡金属。
[0005]阻挡金属与阳极层之间的接触部的宽度，比沟槽栅极间隔小。因此，如专利文献I中公开所示，如果将P+阳极层(高浓度阳极层)在俯视观察时形成为岛状，则在钨插塞的形成位置发生了偏离的情况下，存在阻挡金属与高浓度阳极层之间的接触面积发生变化的问题。该接触面积的变化成为二极管的特性波动的原因。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种反向导通型半导体装置，该反向导通型半导体装置能够将阻挡金属层与高浓度阳极层之间的接触面积固定。
[0007]本发明所涉及的反向导通型半导体装置的特征在于，具有:第I导电型的半导体衬底，其具有第I主面和第2主面;栅极电极，其隔着栅极氧化膜而形成于在该第I主面呈条带状地设置的多个沟槽中；晶体管，其具有在该第I主面侧形成的发射极层、在该发射极层下形成并与该栅极氧化膜相接触的第2导电型的基极层、以及在该第2主面侧形成的第2导电型的集电极层;二极管，其在该晶体管的旁边形成，具有在该第I主面侧形成的第2导电型的阳极层、在该第I主面侧形成且与该阳极层相比杂质浓度高的第2导电型的高浓度阳极层、以及在该第2主面侧形成的第I导电型的阴极层;层间膜，其在该第I主面上形成，具有避开该栅极电极的正上方并与该栅极电极平行地延伸的贯通槽;阻挡金属层，其以与该阳极层和该高浓度阳极层相接触的方式形成在该贯通槽中；钨插塞，其与阻挡金属层相接触，掩埋该贯通槽；以及发射极电极，其与该钨插塞相接触，该高浓度阳极层的宽度大于该阻挡金属层与该高浓度阳极层之间的接触宽度。
[0008]发明的效果
[0009]根据本发明，由于相比于阻挡金属层与高浓度阳极层之间的接触宽度而增大了高浓度阳极层的宽度，因此，能够将阻挡金属层与高浓度阳极层之间的接触面积固定。
【附图说明】
[0010]图1是实施方式I所涉及的反向导通型半导体装置的斜视图。
[0011]图2是图1的由虚线框II所包围的阳极单元的俯视图。
[0012]图3是二极管的反向恢复时的电流波形。
[0013]图4是表示FOM的TCAD模拟结果的图表。
[0014]图5是表示Irr与Vf之间的折衷曲线(trade-off curve)的图表。
[0015]图6是实施方式2所涉及的反向导通型半导体装置的斜视图。
[0016]标号的说明
[0017]10反向导通型半导体装置，12晶体管，14 二极管，16半导体衬底，16a第I主面，16b第2主面，18沟槽，20栅极氧化膜，22栅极电极，40阳极层，42高浓度阳极层，50层间膜，50a贯通槽，52阻挡金属层，54钨插塞，56发射极电极，100高浓度阳极层
【具体实施方式】
[0018]参照附图，对本发明的实施方式所涉及的反向导通型半导体装置进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
[0019]实施方式I
[0020]图1是本发明的实施方式I所涉及的反向导通型半导体装置10的斜视图。反向导通型半导体装置10具有晶体管12、以及在晶体管12的旁边形成的二极管14。晶体管12和二极管14形成在半导体衬底16。半导体衬底16是具有第I主面16a和第2主面16b的第I导电型(η型)的衬底。
[0021]在第I主面16a呈条带状地设置有多个沟槽18。在该沟槽18的内壁形成有栅极氧化膜20。而且，沟槽18被与栅极氧化膜20相接触地形成的栅极电极22掩埋。栅极电极22例如由多晶硅形成。沟槽18、栅极氧化膜20以及栅极电极22在晶体管12和二极管14两者处形成。
[0022]晶体管12具有在第I主面16a侧形成的发射极层30。发射极层30具有η+发射极层30a和ρ+发射极层30b。在发射极层30下，设置有与栅极氧化膜20相接触的第2导电型(P型)的基极层32。在第2主面16b侧，形成有第I导电型(η型)的缓冲层34和第2导电型(P型)的集电极层36。集电极层36与集电极电极38相接触。此外，集电极电极38可以采用AlS1-T1-N1-Au的4层构造，或者T1-N1-Au的3层构造。
[0023]二极管14在第I主面16a侧具有第2导电型(ρ型)的阳极层40、和第2导电型(ρ+型)的高浓度阳极层42。高浓度阳极层42与阳极层40相比杂质浓度高。在二极管14中的第I主面16a，露出阳极层40和高浓度阳极层42这两者。优选上述的ρ+发射极层30b和高浓度阳极层42同时地形成。在第2主面16b侧形成有第I导电型(η型)的缓冲层34和第I导电型(η+型)的阴极层44 ο阴极层44与集电极电极38相接触。
[0024]在第I主面16a上，由S12等绝缘体形成有层间膜50。层间膜50具有避开栅极电极22的正上方并与栅极电极22平行地延伸的贯通槽50a。贯通槽50a在二极管14处形成在阳极层40及高浓度阳极层42之上，在晶体管12处形成在发射极层30之上。
[0025]在层间膜50上和贯通槽50a中形成有阻挡金属层52。阻挡金属层52在二极管14处与阳极层40和高浓度阳极层42相接触，在晶体管12处与发射极层30相接触。此外，阻挡金属层52的材料例如是T1、TiS1、TiN、Co、CoSi或者Ni。
[0026]高浓度阳极层42的宽度xl比阻挡金属层52与高浓度阳极层42之间的接触宽度x2大。因此，即使因为制造波动导致阻挡金属层52的位置向X正负方向发生了偏离，阻挡金属层52与高浓度阳极层42之间的接触面积也不会变化。
[0027]贯通槽50a被与阻挡金属层52相接触的妈插塞54所掩埋。妈插塞54与半导体衬底16之间的相互扩散被阻挡金属层52抑制。妈插塞54与发射极电极56相接触。发射极电极56例如由AlSi形成。
[0028]另外，在图1中为了方便说明而使第I主面16a的一部分露出。在实际的反向导通型半导体装置中，由层间膜50和阻挡金属层52将第I主面16a覆盖。
[0029]图2是图1的由虚线框II所包围的阳极单元的俯视图。所谓阳极单元，是阳极层40和高浓度阳极层42的重复图案(pattern)的单位。阻挡金属层与高浓度阳极层42之间的接触宽度是x2(下面，有时简称为接触宽度x2)。接触面积SI是每个阳极单元的高浓度阳极层42与阻挡金属层之间的接触面积。接触面积SI是由右侧粗框所包围的部分的面积。接触面积S2是每个阳极单元的阳极层40与阻挡金属层之间的接触面积。接触面积S2是由左侧粗框所包围的部分的面积。从图2明确可知，接触面积SI比接触面积S2小。
[0030]图3是将二极管从导通状态变为截止状态后的情况下的