專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特備涉及具有柵極電極的半 導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在家電制品和產(chǎn)業(yè)用電力裝置等領(lǐng)域中使用逆變器
(inverter)裝置。逆變器裝置通常具有用于進(jìn)行正變換的變流器部分 (converter portion );和用于進(jìn)4亍逆變才灸的逆變器部分(inverter portion )。 在正變換中，從商用電源等得到的交流電壓被變換為直流電壓。該直流 電壓通過(guò)逆變換被變換為所希望的交流電壓。
優(yōu)選逆變器部分的主電源元件具有快的開(kāi)關(guān)速度。因此，主要使用 通過(guò)柵極電極進(jìn)行控制的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)，而不是雙極晶體管。為了 使開(kāi)關(guān)進(jìn) 一 步高速化，例如在文獻(xiàn)B丄Baliga, "Switching Speed Enhancement in Insulated Gate Transistors by Electron Irradiation", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-31， No.l2(1984), pp.1790 -1795中公開(kāi)的那樣，有時(shí)進(jìn)行電子束照射。
與MOSFET相比，IGBT能夠抑制導(dǎo)通電阻。由此，IGBT能夠用 于更大容量的逆變器裝置。為了得到該特征，例如在日本專利申請(qǐng)2008 -053752號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的那樣，IGBT具有將MOSFET和雙極晶體管復(fù) 合化了的結(jié)構(gòu)。
雖然如上述那樣IGBT與MOSFET相比能夠抑制導(dǎo)通電阻，但是存 在具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種柵極電極 型的、并且通過(guò)簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)就能夠抑制導(dǎo)通電阻的半導(dǎo)體裝置，以及其 制造方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有第一和笫二n型區(qū)域；p型區(qū)域；柵極 電極；以及第一和第二電極。p型區(qū)域設(shè)置在第一 n型區(qū)域上。第二n 型區(qū)域通過(guò)p型區(qū)域與第一n型區(qū)域隔開(kāi)，設(shè)置在p型區(qū)域上。柵極電 極隔著柵極絕緣膜設(shè)置在p型區(qū)域上。柵極電極用于在第一和第二n型 區(qū)域之間形成n溝道。第一電極與p型區(qū)域和第二n型區(qū)域的每一個(gè)電 連接。第二電極以通過(guò)第一n型區(qū)域與p型區(qū)域隔開(kāi)，并且至少一部分 與第一n型區(qū)域相接的方式設(shè)置在第一n型區(qū)域上。第二電極由金屬或 合金的任何一種構(gòu)成，用于向第一n型區(qū)域注入空穴。 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，具備以下工序。 首先，準(zhǔn)備具有第一n型區(qū)域的半導(dǎo)體襯底。在第一n型區(qū)域上形 成p型區(qū)域。以通過(guò)p型區(qū)域與第一n型區(qū)域隔開(kāi)的方式，在p型區(qū)域 上形成第二n型區(qū)域。隔著柵極絕緣膜，在p型區(qū)域上形成用于在第一 和第二n型區(qū)域之間形成n溝道的柵極電極。以與p型區(qū)域和第二n型 區(qū)域的每一個(gè)電連接的方式形成第一電極。將由金屬和合金的任何一種 構(gòu)成的、用于向第一n型區(qū)域注入空穴的第二電極，以通過(guò)第一n型區(qū) 域與p型區(qū)域隔開(kāi)、并且至少一部分與第一n型區(qū)域相接的方式在第一 n型區(qū)域上形成。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，即使不設(shè)置用于注入空穴 的p型區(qū)域，也能夠通過(guò)第二電極向第一n型區(qū)域注入空穴。由此，能 夠通過(guò)簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)抑制導(dǎo)通電阻。
本發(fā)明的上述和其它的目的、特征、方面、以及優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)與附圖 相關(guān)地理解的關(guān)于本發(fā)明的下面的詳細(xì)的說(shuō)明就能清楚了。


圖1是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的部分 剖面圖。
圖2是表示使用圖1的半導(dǎo)體裝置的逆變器電路的例子的圖。 圖3是概略地表示比較例的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。 圖4是示意地表示比較例的半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通電壓和斷開(kāi)速度的關(guān) 系的圖。
圖5是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖6 ~圖16是以工序順序概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的半導(dǎo) 體裝置的制造工序的第一-第十一工序的剖面圖。
圖17是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的集電極/發(fā)射極間電 壓和集電極電流密度的關(guān)系的圖。
圖18是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中功函數(shù)WF為5.2eV的情況 下的集電極電流與集電極/發(fā)射極間電壓的各自的斷開(kāi)波形的圖。
圖19是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中功函數(shù)WF為5.0eV的情況 下的集電極電流與集電極/發(fā)射極間電壓的各自的斷開(kāi)波形的圖。
圖20是概略地表示在比較例中在載流子壽命在從10ps到0.2ns的 范圍中變更的情況下的集電極/發(fā)射極間電壓和集電極電流密度的關(guān)系 的圖。
圖21是概略地表示在比較例中載流子壽命為10ps的情況下的集電 極電流與集電極/發(fā)射極間電壓的各自的斷開(kāi)波形的圖。
圖22是概略地表示在比較例中栽流子壽命為.2ns的情況下的集電 極電流與集電極/發(fā)射極間電壓的各自的斷開(kāi)波形的圖。
圖23是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中，在功函數(shù)為5.2eV的情 況下的載流子狀態(tài)的圖。
圖24是圖23的右端的擴(kuò)大圖。
圖25是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中，在功函數(shù)為5.1eV的情 況下的栽流子狀態(tài)的圖。
圖26是圖25的右端的擴(kuò)大圖。
圖27是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中，在功函數(shù)為5.0eV的情 況下的載流子狀態(tài)的圖。
圖28是圖27的右端的擴(kuò)大圖。
圖29是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中，在功函數(shù)為4.9eV的情 況下的載流子狀態(tài)的圖。
圖30是圖29的右端的擴(kuò)大圖。
圖31是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中，在功函數(shù)為4.8eV的情 況下的栽流子狀態(tài)的圖。
圖32是圖31的右端的擴(kuò)大圖。
圖33是概略地表示在本發(fā)明的實(shí)施例中，在功函數(shù)為4.7eV的情 況下的載流子狀態(tài)的圖。
7圖34是圖33的右端的擴(kuò)大圖。
圖35是概略地表示用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的現(xiàn)象進(jìn)行研究而使用 的二極管的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖36是概略地表示在為了研究本發(fā)明的實(shí)施例中的現(xiàn)象而使用的 二級(jí)管中，在功函數(shù)為5.2eV、 5.1eV、 5.0eV、 4.9eV、 4.8eV、及4.7eV 的情況下的陽(yáng)極電壓和陽(yáng)極電流的關(guān)系的圖。
圖37是概略地表示在為了研究本發(fā)明的實(shí)施例中的現(xiàn)象而使用的 二極管的肖特基電極的功函數(shù)為5.2eV的情況下的載流子狀態(tài)的圖。
圖38是圖37的左端的擴(kuò)大圖。
圖39是概略地表示在為了研究本發(fā)明的實(shí)施例中的現(xiàn)象而使用的 二極管的肖特基電極的功函數(shù)為5. leV的情況下的栽流子狀態(tài)的圖。 圖40是圖39的左端的擴(kuò)大圖。
圖41是概略地表示在為了研究本發(fā)明的實(shí)施例中的現(xiàn)象而使用的 二極管的肖特基電極的功函數(shù)為5.0 e V的情況下的栽流子狀態(tài)的圖。 圖42是圖41的左端的擴(kuò)大圖。
圖43是概略地表示在為了研究本發(fā)明的實(shí)施例中的現(xiàn)象而使用的 二極管的肖特基電極的功函數(shù)為4. 9eV的情況下的栽流子狀態(tài)的圖。 圖44是圖43的左端的擴(kuò)大圖。
圖45是概略地表示在為了研究本發(fā)明的實(shí)施例中的現(xiàn)象而使用的 二極管的肖特基電極的功函數(shù)為4.8eV的情況下的栽流子狀態(tài)的圖。 圖46是圖45的左端的擴(kuò)大圖。
圖47是概略地表示在為了研究本發(fā)明的實(shí)施例中的現(xiàn)象而使用的 二極管的肖特基電極的功函數(shù)為4.7 e V.的情況下的栽流子狀態(tài)的圖。 圖48是圖47的左端的擴(kuò)大圖。
具體實(shí)施例方式
下面，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 實(shí)施方式1
參照?qǐng)D1,本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置是絕緣柵型晶體管TR。絕緣柵 型晶體管TR具有n-區(qū)域1 (第一n型區(qū)域)；n型發(fā)射極區(qū)域3 (第 二n型區(qū)域)；p基區(qū)2;緣膜5。
n-區(qū)城1是n型硅襯底。不對(duì)該n-區(qū)域1進(jìn)行用于降低栽流子壽 命的電子束照射。
由p基區(qū)2和p+接觸區(qū)域4構(gòu)成的p型區(qū)域設(shè)置在n-區(qū)域1上。 在該p型區(qū)域中，p基區(qū)2和p+接觸區(qū)域4分別位于n-區(qū)域1 一側(cè)和 發(fā)射極電極6—側(cè)。P+接觸區(qū)域4是比p基區(qū)2濃度高的雜質(zhì)區(qū)域。
n型發(fā)射極區(qū)域3通過(guò)p基區(qū)2與n -區(qū)域1隔開(kāi)，設(shè)置在p基區(qū)2上。
柵極電極8以能夠在n-區(qū)域1和n型發(fā)射極區(qū)域3之間形成n溝 道的方式，隔著柵極絕緣膜7設(shè)置在11-區(qū)域l、 p基區(qū)2、和n型發(fā)射 極區(qū)域3上。柵極電極8例如由多晶硅構(gòu)成。此外，本實(shí)施方式的柵極 電極具有溝槽柵極(trench gate)結(jié)構(gòu)。即，柵極電極8隔著柵極絕緣 膜7在溝槽內(nèi)形成。該溝槽貫通n型發(fā)射極區(qū)域3和p基區(qū)2到達(dá)n-區(qū)域1。
發(fā)射極電極6與p+接觸區(qū)域4和n型發(fā)射極區(qū)域3的每一個(gè)電連接。
集電極電極U以通過(guò)n-區(qū)域1與p基區(qū)2隔開(kāi)、并且至少一部分 與n-區(qū)域l相接的方式，設(shè)置在n-區(qū)域1上。優(yōu)選在集電極電極ll 和n -區(qū)域1之間不設(shè)置由p型半導(dǎo)體構(gòu)成的區(qū)域。
集電極電極11由金屬或合金的任何一種構(gòu)成，具有向n-區(qū)域1注 入空穴的功能。為了充分地進(jìn)行空穴的注入，集電極電極11具有4.8eV 以上的功函數(shù)。此外，優(yōu)選集電極電極11具有不足5.3eV的功函數(shù)。
作為具有4.8eV以上且不足5.3eV的功函數(shù)的材料，例如能夠使用 硅化鉑(PtSi)。再有，在n -區(qū)域1上設(shè)置硅化鉑層，進(jìn)而在該硅化 鉑層上設(shè)置其他的層也可。作為這樣的層的材料，例如有Ti/Ni/Au等的 層疊材料等。
層間絕緣膜5對(duì)發(fā)射極電極6和柵極電極8之間進(jìn)行絕緣。 再有，在絕緣柵型晶體管TR中，作為用于分別得到p型和n型的 導(dǎo)電型的雜質(zhì)，例如能夠使用硼和砷。
接著，對(duì)絕緣柵型晶體管TR的基本工作進(jìn)行說(shuō)明。 第一，對(duì)接通(turn on)工作進(jìn)4亍說(shuō)明。以集電極電極11的電位 變得比發(fā)射極電極6的電位高的方式，對(duì)發(fā)射極電極6和集電極電極11 之間施加規(guī)定的電壓。在該狀態(tài)下，柵極電極8被施加閾值以上的正偏壓。由此，絕緣柵型晶體管TR向正方向?qū)ā?br> 第二，對(duì)斷開(kāi)工作進(jìn)行說(shuō)明。柵極電極8被施加負(fù)偏壓。于是耗盡 層從p基區(qū)2向n-區(qū)域延伸，由此保持耐受電壓。
參照?qǐng)D2,該逆變器電路是全橋電路，具有絕緣柵型晶體管TR和 續(xù)流二極管DD和電感性負(fù)栽LD。電感性負(fù)載LD連接在上下臂(arm ) 的中間電位點(diǎn)，在正方向和負(fù)方向這兩個(gè)方向上流過(guò)電流。因此，流到 電感性負(fù)載LD的電流從負(fù)栽連接端起，或返回高電位的電源側(cè)，或流 到接地側(cè)。由此，連接有用于使流到電感性負(fù)載LD的大電流在電感性 負(fù)載LD和臂的閉合電路回流的續(xù)流二極管DD。
參照?qǐng)D3，本比較例的半導(dǎo)體裝置是絕緣柵型雙極晶體管TRZ。絕 緣柵型雙極晶體管TRZ在n-區(qū)域1上具有n型的緩沖區(qū)域91; p型 的集電極區(qū)域92;集電極電極UZ。 p型集電極區(qū)域92具有作為向n-區(qū)域的空穴的供給源的功能。
參照?qǐng)D4,導(dǎo)通電壓Vce(sat)和斷開(kāi)速度Tf是大約反比例的關(guān)系。 為了抑制絕緣柵型雙極晶體管TRZ的斷開(kāi)速度Tf，例如進(jìn)行用于降低 載流子壽命的向n-區(qū)域1的電子束照射。
根據(jù)本實(shí)施方式，絕緣柵型晶體管TR (圖1 )與絕緣柵型雙極晶體 管TRZ(圖3)不同，不需要設(shè)置p型的集電極區(qū)域92 (圖3)。由此 結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)潔化。
此外在接通中，為了 n-區(qū)域l的電導(dǎo)率調(diào)制，從集電極電極ll(圖 1 )向n-區(qū)域1注入空穴。由此，n-區(qū)域l的電阻降低，因此能夠抑 制絕緣柵型晶體管TR的導(dǎo)通電阻。
此外，因?yàn)榧姌O電極11具有4.8eV以上的功函數(shù)，所以能夠充 分地進(jìn)行向n-區(qū)域1的空穴的注入。由此，能夠充分地抑制絕緣柵型 晶體管TR的導(dǎo)通電阻。
此外，集電極電極11具有不足5.3eV的功函數(shù)。由此，即使不進(jìn) 行用于降低載流子壽命的向n-區(qū)域1的電子束照射，也能夠使斷開(kāi)速 度變快。即，能夠高速地進(jìn)行斷開(kāi)工作。由此，不進(jìn)行電子束照射的量 的工序被簡(jiǎn)潔化。
此外，作為集電極電極11的材料使用硅化柏。由此能夠形成具有 4.8eV以上且不足5.3eV的功函數(shù)的集電極電極11。
此外，因?yàn)闁艠O電極8具有溝槽柵極結(jié)構(gòu)，所以與平面柵極結(jié)構(gòu)相比能夠降低導(dǎo)通電阻。
此外，在發(fā)射極電極6和p基區(qū)2之間，設(shè)置有比p基區(qū)2濃度高 的p+接觸區(qū)域4。由此，發(fā)射極電極6的接觸電阻變低，因此能夠降低 導(dǎo)通電阻。
此外，優(yōu)選在集電極電極11和n-區(qū)域1之間不設(shè)置由p型半導(dǎo)體 構(gòu)成的區(qū)域。由此，不需要在n-區(qū)域1上的集電極電極11 一側(cè)形成由 p型半導(dǎo)體構(gòu)成的區(qū)域的工序。由此，不需要在n-區(qū)域1的集電極電 極11 一側(cè)對(duì)p型的導(dǎo)電型雜質(zhì)進(jìn)行注入/擴(kuò)散的工序，因此能夠使制造 工序簡(jiǎn)潔化。
實(shí)施方式2
參照?qǐng)D5，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置是絕緣柵型晶體管TRV,具有 與實(shí)施方式1的絕緣柵型晶體管TR (圖1 )幾乎同樣的結(jié)構(gòu)。此外，絕 緣柵型晶體管TRV具有絕緣膜77V和層間絕緣膜55v的層疊膜。該層 疊膜使n -區(qū)域1和發(fā)射極電極6絕緣。
再有，關(guān)于上述之外的結(jié)構(gòu)，由于與上述的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)大致 相同，所以對(duì)相同或?qū)?yīng)的要素賦予相同的標(biāo)號(hào)，不重復(fù)其說(shuō)明。
接著對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造工序進(jìn)行說(shuō)明。參 照?qǐng)D6，準(zhǔn)備具有n-區(qū)域1的n型硅襯底。
參照?qǐng)D7，在n-區(qū)域1上形成抗蝕劑圖案21。通過(guò)將抗蝕劑圖案 21作為掩膜而使用的雜質(zhì)注入II,有選擇地將p型的導(dǎo)電型雜質(zhì)(圖中 X)注入到n-區(qū)域l上。該雜質(zhì)例如是硼(B)。接著除去抗蝕劑圖案 21。
參照?qǐng)D8，通過(guò)上述雜質(zhì)擴(kuò)散，在n-區(qū)域1上形成p基區(qū)2。 參照?qǐng)D9，在n-區(qū)域l和p基區(qū)2上形成抗蝕劑圖案22。通過(guò)將
抗蝕劑圖案22作為掩膜而使用的雜質(zhì)注入12，有選擇地將n型的導(dǎo)電
型雜質(zhì)(圖中X)注入到p基區(qū)2上。該雜質(zhì)例如是砷(As)。接著除
去抗蝕劑圖案22。
參照?qǐng)D10，通過(guò)擴(kuò)散和激活上述雜質(zhì)，在p基區(qū)2上形成n型的發(fā)
射極區(qū)域3。
參照?qǐng)D11,在包括n-區(qū)域l和p基區(qū)2和n型發(fā)射極區(qū)域3的表 面25上，形成貫通p基區(qū)2和n型發(fā)射極區(qū)域3的每一個(gè)并到達(dá)n-區(qū)
ii域l的溝槽。接著形成對(duì)該表面和溝槽內(nèi)面進(jìn)行覆蓋的絕緣膜77。
參照?qǐng)D12，通過(guò)隔著絕緣膜77在溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電體的多晶硅，形 成柵極電極8。接著形成層間絕緣膜(在圖12中未圖示)。該層間絕緣 膜和絕緣膜77的層疊膜被構(gòu)圖。
參照?qǐng)D13，通過(guò)上述構(gòu)圖，使p基區(qū)2和n型發(fā)射極區(qū)域3露出， 并且形成覆蓋柵極電極8的層間絕緣膜55v。此外從絕緣膜77形成柵極 絕緣膜7、和絕緣膜77v。
參照?qǐng)D14，通過(guò)將使p基區(qū)2露出的抗蝕劑圖案23作為掩膜而使 用的雜質(zhì)注入I3，有選擇地將p型的導(dǎo)電型雜質(zhì)(圖中X)注入到p基 區(qū)2上。該雜質(zhì)例如是硼(B)。接著除去抗蝕劑圖案23。
參照?qǐng)D15,通過(guò)使上述雜質(zhì)激活，在p基區(qū)2上形成p+接觸區(qū)域4。
參照?qǐng)D16，以電連接n型發(fā)射極區(qū)域3和p+接觸區(qū)域4的每一個(gè) 的方式，形成發(fā)射極電極6。
再次參照?qǐng)D5,以通過(guò)n-區(qū)域1與p基區(qū)2隔開(kāi)的方式形成集電 極電極ll。具體地，首先通過(guò)濺射法在n-區(qū)域1上形成鉑(Pt)層。 接著進(jìn)行熱處理，從而以通過(guò)濺射法形成的鉑和n-區(qū)域1包含的硅發(fā) 生硅化，形成硅化鈾層。
再有，代替上述那樣通過(guò)熱處理進(jìn)行硅化的方法，能夠通過(guò)濺射法 或蒸鍍法直接成膜硅化鉑層。
通過(guò)以上方式得到本實(shí)施方式的絕緣柵型晶體管TRV。
實(shí)施例
以下，舉出實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。本發(fā)明并不被限定 于此。
作為本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)絕緣柵型晶體管TR(圖l)的集電極電極 11的功函數(shù)WF是4.8 5.2eV的情況下的模擬結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。此外，作 為比較例，對(duì)絕緣柵型晶體管TR(圖1)的集電極電極11的功函數(shù) WF是4.2 ~ 4.6eV的情況、以及絕緣柵型雙極晶體管TRZ (圖3 )的情 況的模擬結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
參照?qǐng)D17,對(duì)于在絕緣柵型晶體管TR (圖1)的集電極電極ll的 功函數(shù)WF在4.8 ~ 5.2eV的范圍中變更的情況下，集電極/發(fā)射極間電壓 Vc和集電極電流密度Jc的關(guān)系進(jìn)行了模擬。在功函數(shù)WF從4.2eV增加到4.6eV的情況下，沒(méi)有觀察到集電極電流密度Jc的變化。在功函數(shù) WF從4.6eV增加到4.8eV的情況下，觀察到集電極電流密度Jc顯著地 增大。在功函數(shù)WF從4.8eV增加到4.9eV的情況下，觀察到集電極電 流密度Jc更顯著地增大。進(jìn)而隨著使功函數(shù)WF增大到5.2eV,集電極 電流密度Jc增大。即，通過(guò)使功函數(shù)WF為4.8eV以上，絕緣柵型晶體 管TR的導(dǎo)通電阻被顯著地抑制，在4.9eV以上被更顯著地抑制。參照?qǐng)D18及圖19，分別在功函數(shù)WF為5.2eV (圖18)和5.0eV (圖19)的情況下，在栽流子壽命為l(His的設(shè)定下進(jìn)行了斷開(kāi)時(shí)間的 模擬。通過(guò)將栽流子壽命設(shè)定為10網(wǎng)，假設(shè)不進(jìn)行電子束照射那樣的載 流子壽命控制的情況。根據(jù)模擬的結(jié)果，在功函數(shù)WF為5.2eV和5.0eV 的情況下，斷開(kāi)時(shí)間分別為2ilis和0.2ps。主要參照?qǐng)D20,對(duì)于作為比較例的絕緣柵型雙極晶體管TRZ(圖3) 的n -區(qū)域1的載流子壽命在10ms~0.2hs的范圍中變更的情況，對(duì)集電 極/發(fā)射極間電壓Vc和集電極電流密度Jc的關(guān)系進(jìn)行了模擬。當(dāng)通過(guò)電 子束照射等，栽流子壽命從10ps下降到0.2ns時(shí)，集電極電流密度Jc 下降。參照?qǐng)D20-圖22,對(duì)于作為比較例的絕緣柵型雙極晶體管TRZ(圖 3)的載流子壽命分別為l(His(圖21)和0.2ps (圖22)的情況，進(jìn)行斷開(kāi) 時(shí)間的模擬。根椐模擬的結(jié)果，在載流子壽命為10ps的情況下，集電 極電流密度Jc^00A/平方cm，由此集電極/發(fā)射極間電壓Vc-0.8V左右 (圖20),斷開(kāi)時(shí)間為5ps左右(圖21)。此外，在通過(guò)電子束照射 等，載流子壽命從10ns下降到0.2ps的情況下，集電極電流密度Jc=100A/ 平方cm，由此集電極/發(fā)射極間電壓Vc-2.7V左右(圖20)，斷開(kāi)時(shí)間 為0.2ps左右(圖22)。由此，在不進(jìn)行通過(guò)電子束照射等的栽流子壽命的抑制處理的情況 下，比較例的絕緣柵型雙極晶體管TRZ (圖3)的斷開(kāi)時(shí)間是5ps (圖 21)，與本實(shí)施例相比斷開(kāi)需要較長(zhǎng)時(shí)間。因此，為了在絕緣柵型雙極 晶體管TRZ (圖3)實(shí)現(xiàn)與本實(shí)施例的斷開(kāi)時(shí)間相同程度的斷開(kāi)時(shí)間， 在其制造工序中需要栽流子壽命的抑制處理。由于該處理，制造工序變 得更復(fù)雜。接著，使用圖23~24，對(duì)絕緣柵型晶體管TR (圖1 )的功函數(shù)WF 和栽流子分布的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。圖中，界面S1和界面S2分別表示與絕緣柵型晶體管TR(圖l)的 半導(dǎo)體區(qū)域的發(fā)射極電極6的界面位置、和與集電極電極11的界面位 置。此外，縱軸的log n以對(duì)數(shù)刻度分別表示空穴濃度、電子濃度、以 及雜質(zhì)濃度。在圖中，空穴濃度、電子濃度、以及雜質(zhì)濃度分別以實(shí)線、 虛線、以及點(diǎn)劃線表示。參照?qǐng)D23 圖32,在本實(shí)施例的情況下，即功函數(shù)WF為4.8eV~ 5.2eV的情況下，從界面S2到n-區(qū)域1的內(nèi)部發(fā)生了空穴(圖中實(shí)線 h)?？梢哉J(rèn)為該空穴對(duì)n-區(qū)域1的電導(dǎo)率調(diào)制進(jìn)行了賦予。參照?qǐng)D33和圖34，在比較例的情況下，即功函數(shù)WF為4.7eV的 情況下，從界面S2到n-區(qū)域l的內(nèi)部沒(méi)有發(fā)生空穴(圖中實(shí)線h)。 由此可以認(rèn)為在n-區(qū)域l中沒(méi)有產(chǎn)生電導(dǎo)率調(diào)制。根據(jù)上述的絕緣柵型晶體管TR的栽流子分布的模擬結(jié)果，可知功 函數(shù)WF-4.8eV的值是在n-區(qū)域1內(nèi)是否存在空穴的臨界點(diǎn)。換句話 說(shuō)，可知功函數(shù)WF-4.8eV是在絕緣柵型晶體管TR將空穴作為載流子 利用的情況下，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻的臨界點(diǎn)。接著，為了理解本實(shí)施例的現(xiàn)象，對(duì)關(guān)于具有比絕緣柵型晶體管 TR簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)的二極管進(jìn)行的模擬的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。主要參照?qǐng)D35,該二極管具有n-區(qū)域ls;肖特基電極lis;以 及n+電極3s。肖特基電極lis和n+電極3s分別形成在n-區(qū)域ls的兩 端上。肖特基電極lis由與集電極電極11 (圖1 )相同的材料構(gòu)成，具 有作為陽(yáng)極電極的功能。此外n+層3s具有作為陰極電極的功能。參照?qǐng)D36，對(duì)于肖特基電極lis的功函數(shù)WF在4.7eV~5.2eV的 范圍進(jìn)行變更的情況，對(duì)陽(yáng)極電壓Va和陽(yáng)極電流密度Ja的關(guān)系進(jìn)行了 模擬。在功函數(shù)WF從4.7eV增加到4.8eV的情況下，可以觀察到陽(yáng)極 電流密度Ja顯著地增大。在功函數(shù)WF從4.8eV增加到4.9eV的情況下， 可以觀察到陽(yáng)極電流密度Ja更顯著地增大。進(jìn)而隨著使功函數(shù)WF增加 到5.2eV，陽(yáng)極電流密度Ja增大。即，通過(guò)使功函數(shù)WF為4.8eV以上， 正方向的電壓下降被顯著地抑制，在4.9eV以上被更顯著地抑制?？梢?認(rèn)為該電壓下降的抑制是通過(guò)電導(dǎo)率調(diào)制而產(chǎn)生的。接著，參照?qǐng)D37~圖48,對(duì)上迷二極管的功函數(shù)WF與載流子分 布的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。圖中，位置A和位置B分別對(duì)應(yīng)于二極管(圖35 )的位置A和位參照?qǐng)D37~圖46，在功函數(shù)WF為4.8eV 5.2eV的情況下，在肖 特基電極lls的肖特基勢(shì)壘的位置，n-區(qū)域ls從n型反轉(zhuǎn)為p型，從 位置A到n -區(qū)域ls的內(nèi)部發(fā)生空穴(圖中實(shí)線h)?？梢哉J(rèn)為該空穴 對(duì)電導(dǎo)率調(diào)制進(jìn)行了賦予。參照?qǐng)D47和圖48,在功函數(shù)WF為4.7eV的情況下，從位置A到 n-區(qū)域Is的內(nèi)部沒(méi)有發(fā)生空穴(圖中實(shí)線h)。由此可以認(rèn)為在n-區(qū) 域Is中沒(méi)有產(chǎn)生電導(dǎo)率調(diào)制。對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但這不過(guò)僅是用于例示，并不是限定， 可以很明顯地理解本發(fā)明的范圍是通過(guò)本技術(shù)方案所要求的范圍來(lái)解 釋的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，具備第一n型區(qū)域；p型區(qū)域，設(shè)置在所述第一n型區(qū)域上；第二n型區(qū)域，通過(guò)所述p型區(qū)域與所述第一n型區(qū)域隔開(kāi)，設(shè)置在所述p型區(qū)域上；柵極電極，隔著柵極絕緣膜設(shè)置在所述p型區(qū)域上，用于在所述第一和第二n型區(qū)域之間形成n溝道；第一電極，與所述p型區(qū)域和所述第二n型區(qū)域的每一個(gè)電連接；以及第二電極，以通過(guò)所述第一n型區(qū)域與所述p型區(qū)域隔開(kāi)，并且至少一部分與所述第一n型區(qū)域相接的方式設(shè)置在所述第一n型區(qū)域上，由金屬和合金的任何一種構(gòu)成，用于對(duì)所述第一n型區(qū)域注入空穴。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第二電極具有 4.8eV以上的功函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第二電極包含硅 化鈾層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，在所述第二電極和所 述第一 n型區(qū)域之間沒(méi)有設(shè)置p型半導(dǎo)體構(gòu)成的區(qū)域。
5. 根椐權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述柵極電極具有溝 槽柵極結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述p型區(qū)域包含 第一p型區(qū)域，位于所述第一n型區(qū)域側(cè)；以及 第二p型區(qū)域，位于所述第一電極側(cè)，并且比所述第一p型區(qū)域濃度高。
7. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，具備 準(zhǔn)備具有第一 n型區(qū)域的半導(dǎo)體襯底的工序； 在所述第一 n型區(qū)域上形成p型區(qū)域的工序；以通過(guò)所述p型區(qū)域與所迷第一n型區(qū)域隔開(kāi)的方式，在所述p型 區(qū)域上形成第二 n型區(qū)域的工序；隔著柵極絕緣膜，在所述p型區(qū)域上形成用于在所述第一和第二 n 型區(qū)域之間形成n溝道的柵極電極的工序；以與所述p型區(qū)域和所述第二n型區(qū)域的每一個(gè)電連接的方式形成 第一電極的工序；以及將由金屬和合金的任何一種構(gòu)成的、用于向所述第一 n型區(qū)域注入 空穴的第二電極，以通過(guò)所述第一n型區(qū)域與所述p型區(qū)域隔開(kāi)、并且 至少一部分與所述第一n型區(qū)域相接的方式在所述第一n型區(qū)域上形成 的工序。
8. 根椐權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第二 電極具有4.8eV以上的功函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第二 電極包含柏化硅層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述第一n型區(qū)域包含硅，所述形成第二電極的工序包含在所述第一n型區(qū)域上形成包含鉑 的金屬層的工序；以及通過(guò)使所述金屬層包含的鉑與所述n型區(qū)域包含 的硅反應(yīng)，從而形成所述柏化硅層的工序。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述形成第二電極的工序包含通過(guò)蒸鍍法和濺射法的任何一種，在所述第一 n型區(qū)域上成膜所述硅化鉑層的工序。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 在所述第二電極和所述第一n型區(qū)域之間不形成p型半導(dǎo)體構(gòu)成的區(qū)域。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述形成柵極電極的工序包含形成溝槽的工序，其中，該溝槽具有使所述第一和第二n型區(qū)域和 所述p型區(qū)域的每一個(gè)露出的內(nèi)面；以覆蓋所迷內(nèi)面的方式形成所述柵極絕緣膜的工序； 在所述柵極絕緣膜上形成所迷柵極電極的工序。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述形成p型區(qū)域的工序包含在所迷第一 n型區(qū)域上形成第一 p型區(qū)域的工序；以及在所述第一 n型區(qū)域上形成比所述第一 p型區(qū)域濃 度高的第二p型區(qū)域的工序，所述形成第 一電極的工序以如下方式進(jìn)行，即以與所述第二 p型區(qū)域和所述第二 n型區(qū)域的每一個(gè)電連接的方式形成所述第一電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法。p型區(qū)域(2，4)設(shè)置在第一n型區(qū)域(1)上。第二n型區(qū)域(3)通過(guò)p型區(qū)域(2，4)與第一n型區(qū)域(1)隔開(kāi)，設(shè)置在p型區(qū)域(2，4)上。柵極電極(8)用于在第一和第二n型區(qū)域(1，3)之間形成n溝道。第一電極(6)與p型區(qū)域(4)和第二n型區(qū)域(3)的每一個(gè)電連接。第二電極(11)以通過(guò)第一n型區(qū)域(1)與p型區(qū)域(2)隔開(kāi)、并且至少一部分與第一n型區(qū)域(1)相接的方式設(shè)置在第一n型區(qū)域(1)上。第二電極(11)由金屬和合金的任一種構(gòu)成，用于向第一n型區(qū)域(1)注入空穴。由此，能夠提供柵極電極型的、通過(guò)簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)能夠抑制導(dǎo)通電阻的半導(dǎo)體裝置、以及其制造方法。
文檔編號(hào)H01L27/07GK101651138SQ20091013546
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者守谷純一, 青野真司 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社