半导体装置的制作方法

本实用新型涉及半导体装置，特别是，涉及提高了可靠性的半导体装置。

背景技术：

在专利文献1的图1中公开了在外周部6具备沟槽26并实现高耐压的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)。在此，多个第二沟槽导电体 27通过电容耦合导电体层29而相互耦合，当改变该电容耦合导电体层29的位置、尺寸时，第二沟槽导电体27的电位发生变化。因为设有可调整尺寸及位置的电容耦合导电体层29，因此能够获得用于提高耐压的理想的耗尽层及电场分布，容易进行 IGBT的设计及制造(该文献的第0043段)。

专利文献1：日本专利公开公报特开2007-59766

但是，在专利文献1中公开的半导体装置的情况下，有时从衬底的外部向衬底内部侵入离子性物质等。该离子性的物质等的侵入成为半导体装置的动作不良、故障的原因，有时导致半导体装置缺乏可靠性。

技术实现要素：

本申请的实用新型是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种提高了可靠性的半导体装置。

为了解决上述课题，1个或多个实施方式的半导体装置包括单元区和配置在所述单元区的周围的终端区，该半导体装置的特征在于，其包括：衬底；第一导电型的第一半导体区，其配置在所述衬底的第一表面侧的所述单元区；第二导电型的第二半导体区，其配置在所述衬底的第一表面侧的所述单元区；沟道截断电极，其配置在所述衬底的第一表面侧的终端区；第一电极，其配置在所述衬底的第一表面上，且与所述第二半导体区电连接；绝缘膜，其配置在所述沟道截断电极与所述第一电极之间的所述衬底的终端区上；多个第一导电体部，它们配置在所述绝缘膜上；多个第二导电体部，它们在所述第一导电体部上从所述第一导电体部分离而配置；第二电极，其配置在所述衬底的第二表面侧，所述第一电极侧的所述第一导电体部与所述第二导电体部在高度方向上的重叠部分的宽度大于所述沟道截断电极侧的所述第一导电体部与所述第二导电体部在高度方向上的重叠部分的宽度。

实用新型效果

根据本申请的实用新型，提供一种提高了可靠性的半导体装置。

附图说明

图1是示出1个或多个半导体装置的实施方式的俯视图。

图2是示出沿着图1的II-II线的1个或多个半导体装置1的实施方式的截面图。

图3是将图2的一部分放大的截面图。

图4是示出沿着图1的II-II线的1个或多个半导体装置2的实施方式的截面图。

图5是示出终端区中的电位分布的图。

图6是示出终端区中的电位分布的图。

标号说明

1、2：半导体装置

100、200：衬底

101、201：集电极

103、203：集电极层

105、205：电场阻断(Field Stop)层

107、207：漂移层

109、209：基区

111、211：降低表面电场层

113、213：沟道截断(channel stopper)区

115、215：第一绝缘膜

117、217：配线

119、219：第二绝缘膜

121a、121b、121c、121d、221a、221b、221c、221d：第一导电体部

123、223：第一层间绝缘膜

125a、125b、125c、125d、225a、225b、225c、225d：第二导电体部

127、227：发射极

129、229：沟道截断电极

241：第三层间绝缘膜

243：第二层间绝缘膜

131、231：配线

151、251：保护膜(PIF)

300：单元区(cell region)

400：终端区

具体实施方式

下面，参照附图，对实施例进行详细说明。在以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分赋予相同或类似的标号。但是，附图为概略性的结构，厚度和尺寸的关系、各层的厚度的比率等为一例，对实用新型的技术思想不作限定。另外，在附图相互之间有时彼此的尺寸的关系、比率不同。在以下的实施方式中，对第一导电型为n型、第二导电型为p型的情况进行例示性的说明，但有时将导电型选择为相反的关系，将第一导电型为p型，将第二导电型为n型。在以下的说明中，“上侧”、“下侧”、“右侧”、“左侧”等基于所参照的附图根据需要而使用，但并不是限定实用新型的技术思想。另外，在对方向进行说明时，有时利用图示的X轴、Y轴。在此，主要在截面图中，有时“横向”、“长度方向”是指图示的X方向或与X方向相反的方向。另外，有时“深度方向”表示图示的Y方向，“高度方向”表示与Y方向相反的方向。

图1是示出1个或多个半导体装置的实施方式的俯视图。该半导体装置包括：单元区(有源区)300，其位于中央；发射极127，其配置在单元区300上及向其外侧延伸而配置；第一层间绝缘膜123，其配置于发射极127的外周部；及沟道截断电极 129，其配置于第一层间绝缘膜123的外周部。在此，单元区300例如可以包括IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)的主要部分，但不限于此，例如在二极管、肖特基势垒二极管(SBD：Schottky Barrier Diode)、MOSFET (Metal-Oxide-semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等中也可实施。第一层间绝缘膜123及沟道截断电极129以包围单元区300的方式配置。有时将包括从这些单元区300上向外侧延伸的发射极127的一部分、第一层间绝缘膜123及沟道截断电极129的结构称为终端区。在图1的实施方式中，单元区 300为长方形，但不限于此，也可以是正方形、圆形、椭圆形等。另外，在图1的实施方式中，终端区的长方形四角为直角，但不限于此，例如也可以是如四分之一圆这样的倒角的形状。此外，为了便于说明，图1中未图示保护膜(未图示)，但可以将单元区300的至少一部分及终端区覆盖的方式配置保护膜。

图2是示出沿着图1的II-II线的1个或多个半导体装置1的实施方式的截面图。在该截面图中示出IGBT的单元区300和终端区400的截面部分。在图2的实施方式中，与图1相比，示出发射极127的一部分、第一层间绝缘膜123及沟道截断电极 129被保护膜151覆盖的结构。图2所示的半导体装置1具备：集电极101，其配置于衬底100的第二表面侧；第二导电型的集电极层103，其在衬底100上配置在集电极101上；第一导电型的电场阻断(Field Stop)层105，其配置在集电极层103上；第一导电型的漂移层107，其配置在电场阻断层105上且杂质浓度比电场阻断层105 低；第二导电型的基区109，其在漂移层107上设置在单元区300侧；第二导电型的降低表面电场(Reduced Surface)区111，其在漂移层107上，以与基区109相接的方式配置于衬底100的端部侧(终端区400)且杂质浓度比基区109低；及第一导电型的沟道截断区113，其在漂移层107上设置于衬底100的端部侧(终端区400)。作为包括这些集电极层103、电场阻断层105、漂移层107、基区109、降低表面电场区 111、沟道截断区113的概念，有时简称为衬底100。在单元区300具有贯穿基区109 而到达漂移区107的槽、在槽的内侧经由绝缘膜108而设置的栅电极112、与沟相邻而设置在基区109上的第一导电型的发射区110。另外，在发射极127与沟道截断电极129之间的半导体装置1的终端区400具备：第一绝缘膜115，其配置在基区109、降低表面电场区111上、沟道截断区113上及降低表面电场区111与沟道截断区113 之间的漂移层107上；第一导电体部121，其配置在第一绝缘膜115上且包括彼此分离的第一导电体部121a、121b、121c、121d及121e；第二绝缘膜119，其以覆盖第一导电体部121的方式配置；第二导电体部125，其配置在第二绝缘膜119上且包括彼此分离的第二导电体部125a、125b、125c、125d及125e；配线131，其与沟道截断电极129侧的第二导电体部125e电连接；第一层间绝缘膜123，其以覆盖第二导电体部125a的一部分、125b、125c及125d等的方式配置；发射极127，其在基区109上，以与发射极127侧的第二导电体部125a相接的方式设置；配线117，其与配线131电连接；沟道截断电极129，其以与配线117及沟道截断区113相接的方式设置；保护膜151，其以覆盖发射极127的至少一部分、第一层间绝缘膜123及沟道截断电极129的方式设置。

集电极101与集电极层103电连接。发射极127与发射区110或发射区110和基区109电连接。作为第一层间绝缘膜123，可以使用NSG(Non-doped Silicate Glass：非掺杂硅酸盐玻璃)、BPSG(Boron Phosphor Silicate Glass：硼磷酸盐玻璃)或它们的组合。

关于多个第一导电体部121a、121b、121c及121d在长度方向(X方向)上的尺寸(宽度)，从单元区300侧到半导体装置1的端部侧逐渐变小，可将第一导电体部 121e的宽度设为相同。另外，关于第一导电体部的宽度，从单元区300侧计数，例如直到第2个、第3个、第4个、第5个、第6个、第7个、第8个、第9个等为止逐渐变小，之后的第一导电体部121的宽度可以相同。进而，从上方观察时(从Y 方向观察时)，比降低表面电场区111的半导体装置1的端部侧的端部上方更靠近单元区侧的多个第一导电体部121a、121b、121c等在长度方向上的尺寸从单元区300 侧到降低表面电场层111的端部侧逐渐变小，之后，即、从Y方向观察时，降低表面电场层111的端部侧的上方及比其更靠近半导体装置1的端部侧的第二导电体部 125在长度方向上的尺寸相同。作为第一导电体部121a在长度方向(X方向)上的尺寸，优选为19μm至35μm程度，更优选为14μm至30μm程度，进一步优选为27μm 程度。作为第一导电体部121b在长度方向(X方向)上的尺寸，优选为14μm至30μm 程度，更优选为9μm至25μm程度，进一步优选为22μm程度。作为第一导电体部 121c在长度方向(X方向)上的尺寸，优选为4μm至20μm程度，更优选为4μm至 18μm程度，进一步优选为12μm程度。在此，第一导电体部121可以包括第一导电型的多晶硅。在第一导电体部121使用第一导电型的多晶硅的情况下，其杂质浓度可以为1×10¹⁷至1×10¹⁹[/cm^-3]程度。多个第一导电体部121等的杂质浓度既可以相同，也可以不同。

在此，关于第二导电体部125a、125b、125c及125d在长度方向(X方向)上的尺寸，从单元区300侧到端部侧逐渐变小。另外，关于第二导电体部125在长度方向 (X方向)上的尺寸，从单元区300侧计数，例如直到第2个、第3个、第4个、第5个、第6个、第7个、第8个、第9个等为止逐渐变小，之后的第二导电体部125 在X方向上的尺寸(远离单元区300的方向)相同。进而，从Y方向观察时，比降低表面电场层111的端部更靠近内侧(单元区300侧)的多个第二导电体部125a、 125b、125c等在长度方向上的尺寸从单元区300侧到降低表面电场层111的端部侧逐渐变小，之后，即、从Y方向观察时，使得比降低表面电场层111的端部侧更靠近衬底的端部侧的第二导电体部125在长度方向上的尺寸相同。

作为第二导电体部125a在长度方向(X方向)上的尺寸，优选为36μm至56μm 程度，进一步优选为46μm程度。作为第二导电体部125b在长度方向(X方向)上的尺寸，优选为17μm至37μm程度，进一步优选为27μm程度。作为第二导电体部 125c在长度方向(X方向)上的尺寸，优选为7μm至27μm程度，进一步优选为17μm 程度。在此，第二导电体部125可以是第一导电型的多晶硅。

在此，第一导电体部121可以使用金属等各种导电体。另外，通过将第一导电体部121形成为p型多晶硅，能够防止钠离子等外部离子侵入到第一导电体部121与衬底100之间。作为p型多晶硅的杂质，可以是硼(B)、铝(Al)，作为其杂质浓度，优选为1×10¹⁷/cm³至1×10¹⁹/cm³程度，进一步优选为5×10¹⁷/cm³至1×10¹⁸/cm³程度。多个第一导电体部121的各自的杂质浓度既可以相同，也可以不同。

另外，关于第二导电体部125，可以使用金属等各种导电体。另外，第二导电体部125可以包含n型多晶硅。通过作为第二导电体部125使用n型多晶硅，能够防止钠离子等外部离子侵入到比第二导电体部125更靠近半导体装置1的内部的位置。作为n型多晶硅的杂质，可以是磷(P)、砷(As)，作为杂质浓度，优选为1×10¹⁹/cm³至1×10²¹/cm³程度，进一步优选为5×10¹⁹/cm³至1×10²⁰/cm³程度。多个第二导电体部 125各自的杂质浓度既可以相同，也可以不同。在实施方式中，第二导电体部125a 与发射极127电连接。第二导电体部125a的杂质浓度比第一导电体部121a高，能够提高第二导电体部125a和发射极127的电阻性。进而，第一导电体部121的杂质浓度与基区109的杂质浓度几乎相同，第二导电体部125的杂质浓度与发射区110的杂质浓度几乎相同，从而可以将它们分别同时形成，在降低制造成本的同时，通过与比第一导电体部121a更靠近上方的第二导电体部125a、发射极127连接，能够容易地提高可靠性。

图3是将图2的一部分放大的截面图。第一导电体部121与衬底200之间的第一绝缘膜115的厚度d1优选比1导电体部121与第二导电体部125之间的第二绝缘膜 119的厚度d2厚。通过使得第一导电体部121与第二导电体部125之间的间隔比第一导电体部121与衬底200之间的间隔窄，能够抑制异物从外部侵入到衬底200。在此，作为来自外部的异物，包括外部离子，并包括钠离子。例如有时包括在雨水等中的钠离子侵入到半导体装置1的内部，但通过缩小第一导电体部121与第二导电体部 125之间的间隔，能够缓解钠离子从外部侵入到衬底100与第一导电体部121之间。

另外，优选为，发射极127侧的第一导电体部121与第二导电体部125在高度方向(与图2的Y方向相反的方向)上的重叠部分的宽度大于沟道截断电极129侧的第一导电体部121与第二导电体部125在高度方向上的重叠部分的宽度。作为具体例，关于第一导电体部121与第二导电体部125在高度方向上的重叠部分，利用图3进行说明。由w1来表示第一导电体部121a与第二导电体部125a在高度方向上的重叠部分的宽度。另外，由w2来表示第一导电体部121a与第二导电体部125b在高度方向上的重叠部分的宽度。在降低表面电场层111上，发射极127侧的第一导电体部121a 与第二导电体部125a的重叠部分的宽度(w1)大于第一导电体部121a与第二导电体部125b的重叠部分的宽度(w2)。另外，第一导电体部121a与第二导电体部125b 的重叠部分的宽度(w2)大于第一导电体部121b与第二导电体部125b的重叠部分的宽度。这样，通过增加发射极127侧的高度方向上的重叠部分的宽度，能够缓解异物从外部侵入到衬底100。在此，作为从外部侵入的异物，包括外部离子，并包括钠离子。

在此，可以使靠近单元区300的第一导电体部121及第二导电体部125在横向(X 方向)上的尺寸变长，使远离单元区300的第一导电体部121及第二导电体部125 的尺寸即靠近端部侧的第一导电体部121及第二导电体部125的尺寸变短。在该情况下，彼此相邻的第一导电体部121的间隔可以相同。另外，彼此相邻的第二导电体部 125的间隔可以相同。

另外，在发射极127与沟道截断电极129之间的至少一部分中，第一导电体部 121及第二导电体部125在高度方向上的重叠部分的宽度可以等于第一导电体部121 及第二导电体部125旁边的第二导电体部125在高度方向上的重叠部分的宽度。另外，在发射极127与沟道截断电极129之间的至少一部分中，第一导电体部121及第二导电体部125在高度方向上的重叠部分的宽度可以等于第一导电体部121旁边的第一导电体部121及第二导电体部125在高度方向上的重叠部分的宽度。即，重叠部分从发射极127侧朝向沟道截断电极129侧，可以具备重叠部分的宽度相同的一部分部位。

例如，在降低表面电场区111的上方，使靠近单元区300的第一导电体部121与第二导电体部125在高度方向上的重叠部分的宽度变大，并随着远离单元区300，该重叠部分的宽度逐渐变小。进一步，可以使比降低表面电场区111的上方更靠近衬底的端部侧的重叠部分的宽度相同。

在此，靠近单元区300的第一导电体部121和第二导电体部125在深度方向上的重叠部分例如优选为8μm至16μm程度，更优选为10μm至14μm，进而优选为12μm 程度。另一方面，远离单元区300的第一导电体部121与第二导电体部125在高度方向上的重叠部分例如优选为1μm至3μm，进而优选为2μm程度。这样，使靠近单元区300的第一导电体121与第二导电体125在高度方向上的重叠部分大于靠近衬底的端部的第一导电体121与第二导电体125在高度方向上的重叠部分，从而能够缓解异物从外部侵入到衬底100。

图4是示出沿着图1的II-II线的1个或多个半导体装置2的实施方式的截面图。本截面图特别示出终端区400的截面部分。在图4的实施方式中，与图1相比，示出发射极227、第一层间绝缘膜223及沟道截断电极229被保护膜251覆盖的结构。图 4所示的半导体装置2的终端区400具备：集电极201；集电极层203，其配置在集电极201上；电场阻断层205，其配置在集电极层203上；漂移层207，其配置在电场阻断层205上；基区209，其在漂移层207上设置在单元区300侧；降低表面电场层211，其在漂移层207上，以与基区209相接的方式配置；及沟道截断区213，其在漂移层207上设置在端部侧。作为包括这些集电极层203、电场阻断层205、漂移层207、基区209、降低表面电场层211、沟道截断区213的概念，有时简称为衬底 200。另外，半导体装置2具备：第一绝缘膜215，其以与基区209、降低表面电场层 211、第一绝缘膜215及沟道截断区213相接的方式配置；第一导电体部221，其包括配置在第一绝缘膜215上的第一导电体部221a、221b、221c、221d及221e；第二绝缘膜219，其以覆盖第一导电体部221的方式配置；第二导电体部225，其包括配置在第二绝缘膜219上的第二导电体部225a、225b、225c、225d及225e；配线231，其与第二导电体部225e电连接；配线217，其与配线231电连接；第一层间绝缘膜 223，其以覆盖第二导电体部225a的一部分、225b、225c及225d等的方式配置；第二层间绝缘膜243，其配置在沟道截断区213上，并以与配线217及第一绝缘膜215 相接的方式配置；沟道截断电极229，其配置在沟道截断区213上，以覆盖第二层间绝缘膜243且与配线217相接的方式设置；第三层间绝缘膜241，其配置在基区209 上；发射极227，其配置在基区209上，且与第二导电体部225a电连接；保护膜251，其以覆盖发射极227、第一层间绝缘膜223及沟道截断电极229的方式设置。图4的单元区300与图1的单元区300相同，因此在此省略说明。

在此，图4所示的半导体装置2具备第二层间绝缘膜243，沟道截断电极229以在第二层间绝缘膜243上迂回的方式，从与沟道截断区213的接合部与和第二导电体部225e电连接的配线217电连接。在此，沟道截断电极229经由第一层间绝缘膜223 与第二层间绝缘膜243之间的配线而与配线217物理接触而电连接，配线217以与沟道截断区213不进行物理性接触的方式彼此通过第二层间绝缘膜243而分离。另外，沟道截断电极229向与X方向相反的方向(单元侧)延伸而与第二导电体部225e电连接。通过这样的结构，能够抑制钠离子等向沟道截断区213附近移动而对衬底200 表面的电位产生影响。在此，第二导电体部225e在与X方向相反的方向上的端比沟道截断电极229在与X方向相反的方向上的端延伸到单元区300侧为止。在由金属构成沟道截断电极229的情况下，能够抑制半导体装置2的电场集中的部位的偏差。另外，图4所示的半导体装置2具备第三层间绝缘膜241，发射极227以在第三层间绝缘膜241迂回的方式与第二导电体部225a电连接。在此，发射极227经由第一层间绝缘膜223与第三层间绝缘膜241之间的配线而与第二导电体部225a物理接触而电连接。通过这样构成，能够抑制钠离子等向基区209附近的发射极227和第三层间绝缘膜241的接点附近移动而对衬底200表面的电位产生影响。在此，发射极227 在X方向上的端比第二导电体部225a在X方向上的端延伸到单元区300侧为止。在由金属构成沟道截断电极229的情况下，能够抑制半导体装置2的电场集中的部位的偏差。

图5是表示终端区中的电位分布的图。在此，横轴为自基准的横宽，纵轴为自衬底表面的厚度。终端区的单元侧(附图的左侧)的第一导电体部和第二导电体部的尺寸比衬底的端部侧的第一导电体部和第二导电体部的尺寸长，从而电位势能平缓。即，钠离子等难以集中到终端区的单元侧。

图6是示出在图2的半导体装置中从单元侧相对衬底的端部侧的距离的电位分布。该图特别表示将单元侧的第一导电体部和第二导电体部的宽度宽的区域和衬底的端部侧的第一导电体部和第二导电体部的宽度狭窄的区域进行比较的情况。由图可知，在宽度宽的第一导电体部和第二导电体部的区域中，电位缓慢地变化，而在宽度窄的第一导电体部和第二导电体部的区域中，电位急剧地发生变化而在衬底的端部侧变得平缓，并图6的中央附近(宽度狭窄的区域的宽度宽的一侧)与图6的左侧即单元侧相比斜率较大。即，可得知：关于单元侧的电位的斜率，通过使第一导电体的宽度变宽，使单元侧的电位的斜率变小，钠离子等难以聚集到终端区的单元侧。另外，图6的中央附近的电位的斜率优选为图6的右侧的衬底的端部侧的电位的斜率的6 倍(3倍～8倍)程度。由此，钠离子等更难以聚集到终端区的单元侧。

(其他的实施方式)

如上所述，记载了实施方式，但应该理解，构成该公开的一部分的论述及附图对本实用新型不作限定。当然，本领域技术人员显然可从该公开实现各种替换的实施方式、实施例及运用技术。这样，本实用新型显然可包括在此未记载的各种实施方式等。因此，本实用新型的技术范围并不仅限于从上述的说明合理地得出的权利要求书中的实用新型特定事项。

产业上的利用可能性

本实用新型可特别地利用于功率半导体装置的终端区。