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      半導(dǎo)體裝置及其制造方法

      文檔序號:7041766閱讀:85來源:國知局
      半導(dǎo)體裝置及其制造方法
      【專利摘要】本發(fā)明提供一種能使用溝槽充填法來改善Eoff和關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡(trade-off)關(guān)系的低成本半導(dǎo)體裝置及其制造方法。利用溝槽充填法來形成超接合即并列pn層(20),在其上部的n型半導(dǎo)體層(2)(n型柱)中利用離子注入法來形成高濃度n型半導(dǎo)體區(qū)域(11),從而與利用外延層形成高濃度n型半導(dǎo)體層的情況相比,能改善Eoff和關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。由于無需再如現(xiàn)有的利用多級外延法來形成超接合的情況那樣、重復(fù)冗長的工序,因而能縮短工序并降低成本。
      【專利說明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及MOSFET等功率半導(dǎo)體裝置,特別涉及具有以下超接合結(jié)構(gòu)((并列pn柱結(jié)構(gòu):并列Pn層結(jié)構(gòu)):也稱為超接合)的半導(dǎo)體裝置及其制造方法:即,作為漂移層、將沿與半導(dǎo)體基板的主面相垂直的方向延伸的η型柱及P型柱交替地相鄰配置。
      【背景技術(shù)】
      [0002]一般而言,半導(dǎo)體裝置可以分類為將電極形成在半導(dǎo)體基板的一個面上的橫向元件、及在半導(dǎo)體基板的兩個面上都具有電極的縱向元件??v向半導(dǎo)體裝置中,導(dǎo)通狀態(tài)下漂移電流的流動方向與關(guān)斷狀態(tài)下因反向偏置電壓而導(dǎo)致耗盡層變寬的方向相同。常用的平面型η溝道縱向MOSFET中,高電阻的η_漂移層的部分在導(dǎo)通狀態(tài)下,會作為在縱向上流過漂移電流的區(qū)域而工作。因而,若縮短該η—漂移層的電流路徑,則漂移電阻減小,因而能獲得降低MOSFET的實(shí)際的導(dǎo)通電阻的效果。
      [0003]另一方面,高電阻的η—漂移層的部分會在關(guān)斷狀態(tài)下耗盡而提高耐壓。因而,若η—漂移層變薄,則從P基極區(qū)域和η-漂移層之間的pn接合起進(jìn)行的漏極-基極間耗盡層的擴(kuò)展寬度會變窄,因而耐壓降低。相反,在耐壓較高的半導(dǎo)體裝置中,由于η—漂移層較厚,因而導(dǎo)通電阻增大,導(dǎo)通損耗增加。由此,在導(dǎo)通電阻與耐壓之間存在權(quán)衡關(guān)系。
      [0004]已知該權(quán)衡關(guān)系在IGBT、雙極晶體管、二極管等半導(dǎo)體裝置中也同樣成立。
      作為解決上述權(quán)衡關(guān)系所引起的問題的解決方法,提出具有以下結(jié)構(gòu)的超接合結(jié)構(gòu)的
      半導(dǎo)體裝置:即,使漂移層為將提高了雜質(zhì)濃度的η型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層交替反復(fù)地接合而構(gòu)成的并列pn層。
      [0005]圖16是表示現(xiàn)有的超接合半導(dǎo)體裝置500的主要部分的剖視圖。該圖16的半導(dǎo)體裝置是具有超接合(SuperJunction超接合:SJ)結(jié)構(gòu)的SJ-M0SFET。該SJ-M0SFET中,具有配置在η型半導(dǎo)體基板101 (η+漏極區(qū)域)上的并列pn層120,該并列pn層120由η型半導(dǎo)體層210和P型半導(dǎo)體層209構(gòu)成。該并列pn層120的上部具有元件表面結(jié)構(gòu)104。該元件表面結(jié)構(gòu)104包括:p基極區(qū)域103、配置于P基極區(qū)域103的表面層的p+接觸區(qū)域105及n+源極區(qū)域106。另外,還包括:配置在夾持于n+源極區(qū)域106與并列pn層120的η型半導(dǎo)體層210之間的P基極區(qū)域103上的柵極絕緣膜107 ;配置在該柵極絕緣膜107上的柵極電極108 ;對柵極絕緣膜107和柵極電極108進(jìn)行覆蓋的層間絕緣膜109 ;及將P+接觸區(qū)域105與η+源極區(qū)域106電連接的源極電極110。η型半導(dǎo)體基板101的背面?zhèn)染哂新O電極112。上述并列pn層120采用使p型半導(dǎo)體層209和η型半導(dǎo)體層210相互相接且交替配置的結(jié)構(gòu)。
      [0006]在該超接合半導(dǎo)體裝置500中,即使并列pn層120的雜質(zhì)濃度較高,但是在關(guān)斷狀態(tài)下耗盡層會從在并列Pn層120的縱向上延伸的各pn接合起向橫向擴(kuò)展,使漂移層整體耗盡,因而能實(shí)現(xiàn)高耐壓化。另一方面,能使構(gòu)成漂移層的η型半導(dǎo)體層210具有高濃度,因而能降低導(dǎo)通電阻。
      [0007]圖17?圖19表示圖16所示的超接合半導(dǎo)體裝置的制造方法,是按照工序順序而示出的主要部分制造工序剖視圖。
      (1)首先,如圖17所示,在η型半導(dǎo)體基板101上外延生長高電阻的η型半導(dǎo)體層201。對該外延層即η型半導(dǎo)體層201進(jìn)行圖案形成及離子注入,從而形成P型離子注入層207和η型離子注入層208。
      (2)接著,如圖18所示,通過重復(fù)(I)的工序來層疊多層具有P型離子注入層207和η型離子注入層208的半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體層201?205)。
      (3)接著,如圖19所示,利用熱處理(drive:主擴(kuò)散)來使P型離子注入層207和η型離子注入層208中各自的雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散,則各半導(dǎo)體層的離子注入層會因雜質(zhì)擴(kuò)散而上下相連,從而形成具有P型半導(dǎo)體層209和η型半導(dǎo)體層201的并列pn層120,即超接合。上述是被稱為多級外延法的并列pn層120的形成方法。
      [0008]在該超接合即并列pn層120的上部形成有P基極區(qū)域103、p+接觸區(qū)域105、n+源極區(qū)域106、柵極絕緣膜107、柵極電極108、層間絕緣膜109、及源極電極110,并在該并列pn層120的下方的η型半導(dǎo)體基板101的背面上形成漏極電極112,從而完成超接合半導(dǎo)體裝置500。也可以在并列pn層120的上部配置η型層,并在該η型層上形成上述各區(qū)域。
      [0009]在形成上述超接合即并列pn層120的方法中,除了上述多級外延法之外,還存在溝槽充填法。盡管未圖示出該溝槽充填法,但是在半導(dǎo)體基板上形成外延層,并在該外延層中形成溝槽。溝槽充填法是在該溝槽中充填與外延層具有相反導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層的方法。
      [0010]在專利文獻(xiàn)I中,揭示了利用與上述方法相同的方法來重復(fù)外延生長和離子注入,從而形成超接合的并列pn層的多級外延法。
      [0011]另外,在專利文獻(xiàn)2中揭示了以下溝道充填法:即,在η+基板上對η型層進(jìn)行外延生長,對其挖出溝道,并在該溝道內(nèi)部對P型層進(jìn)行外延生長,從而形成超接合結(jié)構(gòu)的并列pn層。
      [0012]另外,在專利文獻(xiàn)3中揭示了以下方法:S卩,在利用多級外延法和溝道充填法而分別制造出的超接合半導(dǎo)體裝置(此處舉出SJ-M0SFET為例)中,能改善Eoff和關(guān)斷(turn-off) dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。此外,所謂Eoff是指MOSFET關(guān)斷時所發(fā)生的關(guān)斷損耗,所謂關(guān)斷dV/dt是指關(guān)斷時施加到MOSFET上的再施加電壓的上升率。進(jìn)一步具體說明。
      [0013]在利用多級外延法制造的超接合半導(dǎo)體裝置中,將構(gòu)成并列pn層的η型半導(dǎo)體層(η型柱)的上部的雜質(zhì)濃度增加1.5?2.0倍左右,使關(guān)斷動作時的耗盡層不易擴(kuò)展,從而改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。
      [0014]另外,在利用溝槽充填法制造出的超接合半導(dǎo)體裝置中,提高從表面起算的溝槽深度的1/1.5?1/3的區(qū)域中的P型半導(dǎo)體層(P型柱)的雜質(zhì)濃度。另一方面,獲得使得η型柱的表面層的雜質(zhì)濃度為下部的低濃度的雜質(zhì)濃度的1.2倍以上3倍以下的高濃度的外延層。而且,利用溝槽充填法來形成超接合的并列pn層。由此,專利文獻(xiàn)3記載有能改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。
      [0015]專利文獻(xiàn)4中記載了以下方法:S卩,在縱橫比為8以上的較大的溝槽中,利用溝槽充填法來形成超接合的并列pn層。下面詳細(xì)說明。
      在該專利文獻(xiàn)4中,在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上形成錐形的溝槽,并將第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子注入到所述錐形中。之后,利用第二導(dǎo)電型的外延層來填充溝槽。由此形成并列pn層,在表面層上形成第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層,在該半導(dǎo)體層的表面層形成發(fā)射層(或源極層)、柵極電極。
      [0016]通過設(shè)置錐形從而使得以傾斜離子注入方式打入到該部位的雜質(zhì)含量會增多,因而通過錐形來修正體積減少的量相對應(yīng)的雜質(zhì)含量,從而能獲得錐形部分的并列pn層的電荷平衡,并防止耐壓降低。
      [0017]另外,在專利文獻(xiàn)5中,揭示了以下內(nèi)容:即,形成溝槽并對該溝槽的側(cè)壁改變傾斜角來多次進(jìn)行離子注入,以調(diào)整η型半導(dǎo)體層(η型柱)的雜質(zhì)濃度。
      [0018]圖20是說明Eoff與關(guān)斷dV/dt的權(quán)衡關(guān)系的不意圖。在不出權(quán)衡關(guān)系的曲線Z向著值較小的箭頭方向移動的情況下,表示權(quán)衡關(guān)系得到了改善。
      現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
      [0019]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2001-119022號公報 專利文獻(xiàn)2:USP5216275
      專利文獻(xiàn)3:W02011-0093473號刊物 專利文獻(xiàn)4:日本專利特開2010-225831號公報 專利文獻(xiàn)5:日本專利特開2007-235080號公報

      【發(fā)明內(nèi)容】

      發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
      [0020]但是,為了形成圖16所示的利用多級外延法而形成的超接合半導(dǎo)體裝置500 (專利文獻(xiàn)3中也有記載),需要重復(fù)5?6次以下工序:即,外延生長工序、離子注入工序(例如,離子注入η型雜質(zhì))、光刻工序、及離子注入工序(例如離子注入P型雜質(zhì)),因此工序變長,且成本變高。
      [0021]另外,在專利文獻(xiàn)3所揭示的溝槽充填法中,在形成溝槽之前,例如在低濃度的η型外延層上形成高濃度的η型外延層。為了形成高濃度η型半導(dǎo)體層而使用外延法,因而成本上升。
      [0022]另外,在專利文獻(xiàn)4中,形成高濃度η型半導(dǎo)體層的目的在于獲得錐形部分的電荷平衡。另外,由于在該錐形部分形成有P基極層,因而位于P基極層下方的η型柱的雜質(zhì)濃度均勻,因此對于改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系的效果不大。
      [0023]另外,在專利文獻(xiàn)I?5中未揭示以下內(nèi)容:即,使用溝槽充填法來形成超接合的并列pn層時,利用離子注入法來使構(gòu)成并列pn層的η型半導(dǎo)體層(η型柱)上部高濃度化。另外,在專利文獻(xiàn)I?5中也未記載以下內(nèi)容:S卩,使用離子注入來在η型半導(dǎo)體層(η型柱)上部形成高濃度η型半導(dǎo)體層,從而能改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。
      [0024]為了解決上述問題,本發(fā)明的目的在于提供一種能利用溝槽充填法,來改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系的低成本的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
      解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
      [0025]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求1所記載的發(fā)明,半導(dǎo)體裝置具有超接合結(jié)構(gòu),其包括:多個溝槽,該多個溝槽配置于配置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中;第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層,該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填該溝槽;及并列pn層,該并列pn層中,所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層在與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的水平方向上交替地進(jìn)行配置,所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相接,所述半導(dǎo)體裝置的特征在于,
      在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的上部,存在比該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的下部的雜質(zhì)濃度要高、且與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相接的高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域,在所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的方向上,所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度在與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層接觸的一側(cè)要高于中央側(cè),所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的平均厚度為從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面起到所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的底面為止的距離的1/2以下。
      [0026]另外,根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求2所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求1所記載的發(fā)明中,所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)濃度分布在與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的水平方向上呈誤差函數(shù)分布。
      [0027]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求3所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所記載的發(fā)明中,所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的平均厚度可以為從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面到所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的底面為止的距離的1/4以下。
      [0028]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求4所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所記載的發(fā)明中,所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的底面可以為波形。
      [0029]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求5所記載的發(fā)明,是一種半導(dǎo)體裝置的制造方法,該半導(dǎo)體裝置的制造方法所制造出的半導(dǎo)體裝置中,具有超接合結(jié)構(gòu),其包括:多個溝槽,該多個溝槽配置于配置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中;第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層,該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填該溝槽;及并列Pn層,該并列pn層中,所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層在與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的水平方向上交替地進(jìn)行配置,所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相接,所述半導(dǎo)體裝置中還具有高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域,該高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域配置在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的上部,其雜質(zhì)濃度高于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層,所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于,包括:在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層形成溝槽的工序;利用傾斜離子注入,對所述溝槽的側(cè)壁上部離子注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的工序;以所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填所述溝槽的工序;以及利用熱處理來形成所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的工序。
      [0030]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求6所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求5所記載的發(fā)明中,對于所述熱處理,在形成所述離子注入層之后、且在將所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填所述溝槽之前,進(jìn)行所述熱處理。
      [0031]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求7所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求5所記載的發(fā)明中,對于所述熱處理,在形成所述離子注入層之后、且在將所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填所述溝槽之后,進(jìn)行所述熱處理。
      [0032]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求8所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求5至7的任一項(xiàng)所記載的發(fā)明中,在將相對于所述半導(dǎo)體基板表面的所述離子注入角度設(shè)為Θ (° ),將所述溝槽的開口部寬度設(shè)為W( μ m),將所述溝槽深度設(shè)為L( μ m)時,也可設(shè)為Θ≤tar^L/QW)。
      [0033]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求9所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所記載的發(fā)明中,所述高濃 度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面起算的厚度為所述溝槽深度的1/2以下。
      [0034]根據(jù)權(quán)利要求書的權(quán)利要求10所記載的發(fā)明,在權(quán)利要求9所記載的發(fā)明中,所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面起算的厚度為所述溝槽深度的1/4以下。
      發(fā)明效果
      [0035]本發(fā)明能夠提供一種半導(dǎo)體裝置,該半導(dǎo)體裝置中,通過在并列pn層的η層上部形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域,該高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域在P層側(cè)的雜質(zhì)濃度高于中央側(cè)的雜質(zhì)濃度,從而能改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。
      [0036]另外,能夠提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法,該制造方法所制作出的半導(dǎo)體裝置中,利用溝槽充填法來形成超接合即并列pn層,并在其上部的η型半導(dǎo)體區(qū)域(η型柱)中利用離子注入來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域,從而能改善EofT與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系.[0037]由于無需再如現(xiàn)有的利用多級外延法來形成超接合的情況那樣、重復(fù)冗長的工序,因而能縮短工序并減低成本。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0038]圖1是說明本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置100的圖,圖1 (a)是主要部分的剖視圖,圖1(b)是圖1(a)的X-X線上的雜質(zhì)濃度的曲線圖。
      圖2是說明本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置200的圖,圖2 (a)是主要部分的剖視圖,圖2(b)是高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域在橫向上的雜質(zhì)濃度的曲線圖。
      圖3是本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖4是接著圖3的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖5是接著圖4的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖6是接著圖5的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖7是接著圖6的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖8是接著圖7的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖9是接著圖8的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖10是接著圖9的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖11是接著圖10的、本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的制造工序的剖視圖。
      圖12是表示離子注入時的注入部位的主要部分的俯視圖。
      圖13是說明η型半導(dǎo)體層2 (η型柱)的耗盡層30的擴(kuò)展的圖,圖13(a)是表示不具有高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況下的圖,圖13(b)是表示具有利用離子注入法形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況下的圖。
      圖14是說明在η型半導(dǎo)體層2的上部利用離子注入法而形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的雜質(zhì)濃度的曲線的圖,圖14(a)是表示圖6的Y-Y線上的雜質(zhì)濃度的曲線圖,圖14(b)是表示圖6的X-X線上的雜質(zhì)濃度的曲線圖。
      圖15是表示基于模擬結(jié)果的,高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D與溝槽深度L之間的比例、和耐壓的關(guān)系的圖。
      圖16是表示現(xiàn)有的超接合半導(dǎo)體裝置500的主要部分的剖視圖。
      圖17是表示形成圖16所示的超接合半導(dǎo)體裝置的并列pn層120時的主要部分制造工序的剖視圖。
      圖18是接著圖17的、表示形成圖16所示的超接合半導(dǎo)體裝置的并列pn層120時的主要部分制造工序的剖視圖。
      圖19是接著圖18的、表示形成圖16所示的超接合半導(dǎo)體裝置的并列pn層120時的主要部分制造工序的剖視圖。
      圖20是說明Eoff與關(guān)斷dV/dt的權(quán)衡關(guān)系的不意圖。
      附圖標(biāo)記 【0072】
      1η型半導(dǎo)體基板
      2η型半導(dǎo)體層(溝槽形成后:η型柱)
      2a η型半導(dǎo)體層(溝槽形成前)
      3氧化膜(開口部4a形成后)
      3a氧化膜(開口部4a形成后)
      4開口部(形成于η型半導(dǎo)體層2a)
      4a開口部(形成于氧化膜3a)
      5溝槽
      5a溝槽的底面
      6側(cè)壁
      7磷雜質(zhì)
      8傾斜離子注入
      9溝槽的肩
      10離子注入層
      11高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域
      Ila高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的底面
      12 P型半導(dǎo)體層(P型柱)
      20并列pn層 30耗盡層
      W 溝槽的開口部寬度 L 溝槽深度 Q 離子注入層10的長度 T 溝槽的間距 K 柱部
      M 成為平均的平面 100,200 半導(dǎo)體裝置
      【具體實(shí)施方式】
      [0039]利用以下實(shí)施例來說明實(shí)施方式。
      [實(shí)施例1]
      [0040]圖1是說明本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置100的圖,圖1 (a)是主要部分的剖視圖,圖1(b)是高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域在橫向上的雜質(zhì)濃度的曲線圖。圖1的半導(dǎo)體裝置以SJ(超接合)-MOSFET為例。圖1(b)的縱軸是以對數(shù)方式表示的雜質(zhì)濃度。
      [0041]該半導(dǎo)體裝置100的第一主面(并列pn層20的上表面)上的元件表面結(jié)構(gòu)104具有以下結(jié)構(gòu)。
      包括P基極區(qū)域103、P+接觸區(qū)域105、及n+源極區(qū)域106。另外,在η型半導(dǎo)體層2與η+源極區(qū)域106之間的P基極區(qū)域103的表面上,隔著柵極絕緣膜107而形成有柵極電極
      108。而且,以覆蓋柵極電極108的方式形成層間絕緣膜109,具有與η+源極區(qū)域106和ρ+接觸區(qū)域105相接的源極電極110。
      [0042]在半導(dǎo)體裝置100的第二主面(η型半導(dǎo)體基板I的背面)上具有漏極電極112。 并列pn層20設(shè)置在元件表面結(jié)構(gòu)104與η型半導(dǎo)體基板I之間,在并列pn層20的
      η型半導(dǎo)體層2 (η型柱)的上部形成有利用離子注入而形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11。
      [0043]如圖1(b)所示,對于本發(fā)明的利用離子注入法所形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11在橫向(X方向)上的雜質(zhì)濃度的分布(雜質(zhì)濃度曲線圖),由于向側(cè)壁6進(jìn)行離子注入的雜質(zhì)會因熱處理而擴(kuò)散形成雜質(zhì)的分布,因而不同于利用外延法來進(jìn)行形成的情況下(以虛線表示)的平坦形狀,而呈誤差函數(shù)。通過這樣的雜質(zhì)濃度曲線,從而溝槽5的側(cè)壁6附近的雜質(zhì)濃度較高,且隨著沿橫向進(jìn)行移動(向高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的中央移動)該雜質(zhì)濃度降低。因此,如圖1(a)所示那樣,高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的底面Ila成為在中央處向上方呈凹狀的波形。另一方面,在代替高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11而利用外延法來形成總雜質(zhì)含量相同的高濃度η型半導(dǎo)體層的情況下,X方向上的雜質(zhì)濃度曲線(圖1(b)的虛線所示)保持在固定值。此處,與總雜質(zhì)含量相同的外延生長層進(jìn)行比較的理由在于,要使得SJ-M0SFET的耐壓相同。另外,虛線表示利用離子注入法所形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均雜質(zhì)濃度。
      [0044]隨著雜質(zhì)濃度的升高,耗盡層的擴(kuò)展變難。若利用離子注入來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,則雜質(zhì)濃度的曲線(分布)呈誤差函數(shù),因此在溝槽5的側(cè)壁6附近的雜質(zhì)濃度升高。因此,從溝槽5的側(cè)壁6開始擴(kuò)展的耗盡層不易在該雜質(zhì)濃度較高的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展。其結(jié)果是,耗盡整個并列pn層20的時間比高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11中總雜質(zhì)含量相同但采用外延生長層的情況下所需的時間要長,而關(guān)斷dV/dt會變平緩。另一方面,與SJ-M0SFET的柵極相連接的外部的柵極電阻不發(fā)生變化,因此Eoff也幾乎不發(fā)生變化。因此,能改善Eoff與關(guān)斷dV/dt的權(quán)衡關(guān)系。利用實(shí)驗(yàn)可知,在相同的Eoff下,能將關(guān)斷dV/dt的大小減小一半。另外,在相同的關(guān)斷dV/dt下,能減小Eoff,因此能降低SJ-M0SFET所發(fā)生的損耗。
      [0045]另外,在利用外延生長來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域的情況下,需要在考慮外延生長工序中雜質(zhì)濃度的偏差會增大這一情況的基礎(chǔ)上來進(jìn)行設(shè)計。該設(shè)計會導(dǎo)致成本上升,因而會極大地減小對于現(xiàn)有的SJ-M0SFET而言所具有的成本降低效果。另一方面,若如本發(fā)明那樣利用離子注入來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,則濃度的偏差最多也只有幾%,與利用外延生長的情況相比,能力圖實(shí)現(xiàn)成本的降低并能實(shí)現(xiàn)高精度化。
      [0046]另外,為了改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系,可以將從并列pn層20表面起算的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D設(shè)為溝槽深度L的1/2以下。如圖15所示,若超過D / L=I / 2,則并列pn層20中的電荷平衡惡化并會導(dǎo)致耐壓降低。另外,若將該值設(shè)為1/4以下,則能提高電荷平衡,從而能抑制耐壓的降低。但是,若平均厚度D過薄,則會影響dV/dt降低效果,因此優(yōu)選將其設(shè)為1/8以上。
      [實(shí)施例2]
      [0047]圖2是說明本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置200的圖,圖2(a)是主要部分的剖視圖,圖2(b)是高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域在橫向上的雜質(zhì)濃度的曲線圖。圖2(b)的縱軸是以對數(shù)表示的雜質(zhì)濃度。
      [0048]與圖1的不同點(diǎn)在于,高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11并未形成在中央。但是在這種情況下也能獲得與上述第一實(shí)施例相同的效果。在這種情況下,用于形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的熱處理工序也可以在完成對P型半導(dǎo)體層12的溝槽5的充填之后再進(jìn)行。例如,也能兼用最后階段的圖11的工序(9)中的形成P基極區(qū)域103、η+源極區(qū)域106時的熱處理。即使離子注入的磷雜質(zhì)7(圖5)向P型半導(dǎo)體層12進(jìn)行擴(kuò)散,但是擴(kuò)散至P型半導(dǎo)體層12的上部的磷雜質(zhì)7也不會在P型半導(dǎo)體層12的上部的整個橫向?qū)挾壬线M(jìn)行擴(kuò)散,因此能抑制耐壓的降低。
      [實(shí)施例3]
      [0049]圖3?圖11是本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法,是按照工序順序示出的主要部分的制造工序剖視圖。
      (1)如圖3所示,在高濃度的η漏極層所構(gòu)成的η型半導(dǎo)體基板I(S1:硅)上,例如在外延生長了 45 μ m左右的η型半導(dǎo)體層2a(Si)之后,對氧化膜3a(SiO2)進(jìn)行成膜。
      (2)如圖4所示,利用光刻法等對氧化膜3a進(jìn)行圖案形成,來形成具有開口部4a的氧化膜3。作為圖案形成的平面形狀,此處舉出以下這個例子,即,開口部寬度W為6 μ m、重復(fù)間距T(SJ間距)為12μπι的線寬/間隔(line and space)形狀。此外,所謂線寬/間隔形狀,是指如圖12所示的由條狀的溝槽5、及由該溝槽5所夾持的條狀的柱部K所構(gòu)成的形狀。之后,根據(jù)干蝕刻法(ICP:1n chemical Polishing離子化學(xué)拋光),對具有開口部4a的氧化膜3使用掩膜,以對從開口部4a露出的η型半導(dǎo)體層2a進(jìn)行蝕刻,從而形成從η型半導(dǎo)體層2a的表面起算例如具有深度L為40 μ m左右的開口部4(開口部寬度=6 μ m)的溝槽5。η型半導(dǎo)體基板I與溝槽5的底面5a之間的F中殘留有5 μ m左右的η型半導(dǎo)體層2a。該溝槽5的縱橫比是40μηι/ 6μηι?7左右。形成溝槽5之后的η型半導(dǎo)體層2a是η型半導(dǎo)體層2,該η型半導(dǎo)體層2中除了 F部就是η型柱G。
      (3)如圖5所示,使用傾斜離子注入法來向著溝槽5的側(cè)壁6的上部傾斜地離子注入磷雜質(zhì)7。對于η型半導(dǎo)體層2的表面2b (=氧化膜3的表面),例如以49°這一角度Θ來進(jìn)行傾斜離子注入8(也能簡稱為離子注入8)。利用溝槽5的肩部9(開口部4上端)的遮擋效果(掩膜效果),向溝槽5的側(cè)壁6來離子注入η型雜質(zhì)即磷雜質(zhì)7直至7 μ m深度,從而在溝槽5上部側(cè)壁形成離子注入層10。由于形成有該離子注入層10的部位的長度(離子注入層的長度Q)為7 μ m,因此為溝槽深度L的7 / 40=0.18倍。
      [0050]另外,幾乎沒有離子注入到比所述離子注入層10的長度Q(=7ym)更深的部位的溝槽5的側(cè)壁6。圖12是表示離子注入時的注入部位的主要部分的俯視圖。利用傾斜離子注入8使得磷雜質(zhì)7打入到開口部4的側(cè)壁6的上部,離子注入層10形成于溝槽5的開口部4的長邊方向上的側(cè)壁6。該磷雜質(zhì)7不會打入到溝槽5的側(cè)壁6的下部及底面5a。另外,盡管該磷雜質(zhì)7不會打入到開口部4的長邊方向上的端部,但是利用離子注入后的熱處理來使磷雜質(zhì)7在橫向上進(jìn)行擴(kuò)散,因而高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11會形成在溝槽5的側(cè)壁6的上部周圍的整個區(qū)域。即使存在未形成有高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的部位,但是該部位的體積遠(yuǎn)小于長邊方向上的體積,因而不會對電荷平衡帶來太大的影響。
      [0051]此外,在上述說明中,將離子注入8的入射角(角度Θ)設(shè)為49°。但是,本發(fā)明中,利用傾斜入射從開口部4的端部向著溝槽的底面,來對溝槽5的側(cè)壁6的1/2以下的部位Q進(jìn)行離子注入。
      [0052]上述的進(jìn)行離子注入的角度Θ (以半導(dǎo)體基板表面為基準(zhǔn)的角度)能利用簡單的幾何學(xué)計算而得出。若將溝槽的開口部寬度設(shè)為W( μ m),將溝槽深度設(shè)為L ( μ m),則只要以滿足下式(I)的關(guān)系的角度Θ來進(jìn)行入射,就能使得離子注入層10的長度Q在溝槽深度L的1/2以下。
      [0053]Θ ≤ tarT1 (L/(2W))(I)
      在上述式(I)中,盡管例 如已如上述說明的那樣將開口部寬度W(=溝槽寬度)設(shè)為6 μ m,但是若進(jìn)一步減小開口部寬度W與溝槽5之間的間距T,則能改善耐壓和導(dǎo)通電阻之間的權(quán)衡關(guān)系。在將開口部寬度W設(shè)為4 μ m的情況下,若保持溝槽深度L不變(L=40),則優(yōu)選將進(jìn)行離子注入的角度Θ設(shè)為Θ <78.6°。在將上述開口部寬度W設(shè)為一定的情況下,若溝槽深度L增大,則角度Θ增大。此處,實(shí)際上還應(yīng)加上掩膜材料的厚度d,但是在溝槽深度L為40 μ m時,掩膜材料的厚度d為I μ m,因而即使近似為tarT1 ((L+d) / (2W)) N tarT1 (L/(2W)),也不存在太大的差異。
      (4)如圖6所示,之后,作為熱處理,離子注入層10的磷雜質(zhì)7發(fā)生擴(kuò)散而形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11。該高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D大致與離子注入層10的長度Q相等,因此成為溝槽深度L的1/6 (=7 μ m/40 μ m)左右。本發(fā)明的目標(biāo)在于,以離子注入方式在η型半導(dǎo)體層2的上部形成該高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,使得高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D為溝槽深度L的1/2以下。在滿足該條件的范圍內(nèi)(所述的1/2以下)調(diào)整入射角度(角度Θ),從而調(diào)整高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D。
      [0054]盡管將高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D相對于溝槽深度L的比例如上述那樣設(shè)置為1/2以下的范圍內(nèi),但優(yōu)選為1/4以下。另外,即使在如圖2所示那樣的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11未形成在η型半導(dǎo)體層2 (或圖4所示的η型柱G)的中央的情況下,也具有緩和關(guān)斷dV/dt的效果。此外,所謂高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D,是指從高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的表面、到成為高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的波形底面Ila的雜質(zhì)濃度的平均的平面M之間的距離。該平均厚度D大致與離子注入層10的長度Q相等。圖6中的T是溝槽5的間距。
      (5)如圖7所示,在溝槽5內(nèi)利用外延生長法來以均勻的雜質(zhì)濃度充填P型半導(dǎo)體層12 (P型柱)。該P(yáng)型半導(dǎo)體層12的雜質(zhì)濃度是均勻的,并將其設(shè)為能獲得與η型半導(dǎo)體層2(η型柱)之間的電荷平衡的雜質(zhì)濃度。所謂能獲得電荷平衡,是指整個η型半導(dǎo)體層2與整個P型半導(dǎo)體層12幾乎同時耗盡。在該形成過程中,溝槽5完全被P型半導(dǎo)體層12掩埋,如圖7所示那樣,在包含氧化膜3上的整個表面上形成該P(yáng)型半導(dǎo)體層12。
      (6)如圖8所示,利用CMP(ChemicalMechanical Polishing:化學(xué)機(jī)械研磨)法來削去P型半導(dǎo)體層12,直至氧化膜3露出。
      (7)如圖9所示,對P型半導(dǎo)體層12的上部進(jìn)行回蝕(etch-back),使得η型半導(dǎo)體層2與P型半導(dǎo)體層12的高度一致。
      (8)如圖10所示,利用HF(氫氟酸)溶液等來去除氧化膜3。利用上述工序來形成具有高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的并列pn層20。
      [0055]使用上述溝槽充填法來形成并列pn層20,從而無需依次進(jìn)行圖18所示的外延生長工序、離子注入工序、光刻工序、及離子注入工序,無需重復(fù)圖17所示的工序,因而能縮短制造工序,從而能力圖降低成本。
      [0056](9)如圖11所示,利用與現(xiàn)有的MOSFET相同的工序來在并列pn層20的表面?zhèn)?第一主面)上形成表面結(jié)構(gòu)104。作為表面結(jié)構(gòu)104的形成,首先形成P基極區(qū)域103、p+接觸區(qū)域105、及n+源極區(qū)域106。并且還形成柵極絕緣膜107、柵極電極108、層間絕緣膜
      109、及源極電極110等。在η型半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)?第二主面)上形成與該基板I相接的漏電極112,由此完成SJ-M0SFET。
      [0057]此外,對于利用上述(3)所示工序中的圖8示出的傾斜離子注入8而形成于溝槽5的側(cè)壁6附近的離子注入層10,利用(4)所示工序中的熱處理工序(drive:主擴(kuò)散)在η型半導(dǎo)體層2的內(nèi)側(cè)進(jìn)行擴(kuò)散并在中央處相互連接,從而形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11。根據(jù)熱處理?xiàng)l件的不同也能形成圖2所示那樣的相互不連接的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11。在這種情況下,也具有改善EofT與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系的效果。隨著高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11相對于η型柱即η型半導(dǎo)體層2的比例增大,則具有降低關(guān)斷dV/dt的效果,但是同時會使得電荷平衡降低并導(dǎo)致耐壓降低。因此,優(yōu)選高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D為溝槽深度L的一半以下。更優(yōu)選為1/4以下。
      [0058]另外,也可以在將P型半導(dǎo)體層12充填至溝槽5之后進(jìn)行離子注入后的熱處理。例如,能在(9)所示工序中的P基極區(qū)域103、η+源極區(qū)域106形成時進(jìn)行熱處理。
      [0059]根據(jù)本發(fā)明,能通過形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11來減小并緩和現(xiàn)有的SJ-M0SFET中所存在的問題,即,減小并緩和會導(dǎo)致產(chǎn)生電磁噪音的急劇的關(guān)斷dV/dt。
      [0060]而且,利用離子注入法來形成該高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,從而與專利文獻(xiàn)3所記載的利用外延層來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況相比,能減小關(guān)斷dV/dt。其結(jié)果是,能力圖改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。
      [0061]另外,如上所述,由于無需如現(xiàn)有的利用多級外延法進(jìn)行制造的情況那樣、重復(fù)冗長的工序,因此,能縮短制造工序并降低成本。
      [0062]其結(jié)果是,能夠提供一種能改善EofT與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系的低成本的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。 圖13是說明η型半導(dǎo)體層2 (η型柱)的耗盡層30的擴(kuò)展的圖,圖13 (a)是表示不具有高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況下的圖,圖13(b)是表示具有利用離子注入法形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況下的圖。箭頭表示耗盡層30的擴(kuò)展方向。
      [0063]如圖13(a)所示,在η型半導(dǎo)體層2的上部未形成有高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況下,若將漏極施加正電壓并向源極施加負(fù)電壓,則耗盡層30會從P基極區(qū)域103及P型半導(dǎo)體層12 (P型柱)和η型半導(dǎo)體層2 (η型柱)之間的接合21向著η型半導(dǎo)體層2和P型半導(dǎo)體層12延伸。該耗盡層30擴(kuò)展到整個并列pn層20的時間較短,因而關(guān)斷dV/dt較為陡峭。
      [0064]另一方面,如圖13 (b)所示,對于在η型半導(dǎo)體層2的上部利用離子注入法形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,該溝槽5的側(cè)壁6附近的雜質(zhì)濃度較高。因此,相比利用外延層(雜質(zhì)濃度均勻)來形成的情況,耗盡層30不易在溝槽5的側(cè)壁6附近擴(kuò)展,因而延長了整個并列pn層20都耗盡所需的時間,緩和了關(guān)斷dV/dt。通過形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,從而即使整個P型半導(dǎo)體層12都耗盡,但是高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的一部分中仍然存在未耗盡的部位(以斜線示出的A部)。
      [0065]盡管未進(jìn)行圖示,但是對于使得總雜質(zhì)量與圖13(b)的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11相同,并利用外延層來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況,其關(guān)斷dV/dt的平緩度位于未形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況(圖13 (a))、與利用離子注入來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的情況(圖13(b))的中間。
      [0066]另外,由于與SJ-M0SFET的柵極相連接的柵極電阻不發(fā)生變化,因而Eoff不發(fā)生變化。因此,相比利用外延層的情況能進(jìn)一步改善Eoff與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。
      [0067]另外,通過利用離子注入來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,從而與利用外延生長來形成的情況相比,能高精度地控制雜質(zhì)濃度及厚度。其結(jié)果是,能減小受工序偏差影響的邊緣,能對SJ-M0SFET進(jìn)行極限設(shè)計,能改善耐壓-導(dǎo)通電阻(RonA)的權(quán)衡關(guān)系,并改善量產(chǎn)性(提高合格率)。
      [0068]圖14是說明在η型半導(dǎo)體層2的上部利用離子注入法而形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的雜質(zhì)濃度的曲線的圖,圖14(a)是表示圖6的Y-Y線上的雜質(zhì)濃度的曲線圖,圖14(b)是表示圖6的X-X線上的雜質(zhì)濃度的曲線圖。圖14(a)及圖14(b)的縱軸是以對數(shù)表示的雜質(zhì)濃度。
      [0069]在圖6及圖14中,沿著溝槽5的側(cè)壁6的Y方向上的雜質(zhì)濃度保持固定。但是,在高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11和η型半導(dǎo)體層2的邊界附近,從高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的雜質(zhì)濃度向η型半導(dǎo)體層2的雜質(zhì)濃度轉(zhuǎn)移。另一方面,沿著與溝槽5的側(cè)壁6呈直角的方向,即沿著作為與η型半導(dǎo)體基板I的表面平行的方向的橫向(X方向)的雜質(zhì)濃度會隨著遠(yuǎn)離溝槽5的側(cè)壁6而降低。該雜質(zhì)濃度的曲線呈誤差函數(shù)。
      [0070]即,溝槽5的側(cè)壁6附近的雜質(zhì)濃度較高,并隨著接近高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的中央而降低。耗盡層30的擴(kuò)展與雜質(zhì)濃度的平方根成反比地減小。因此,在溝槽5的側(cè)壁6附近的耗盡層30的擴(kuò)展速度比在利用外延生長而形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域中耗盡層的擴(kuò)展速度要慢,因此耗盡整個并列pn層20所需的時間變長。因而,相比利用外延生長來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域的情況,利用離子注入來形成時的關(guān)斷dV/dt較為平緩。其結(jié)果是,相比利用外延層來形成高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域的情況,能改善EofT與關(guān)斷dV/dt之間的權(quán)衡關(guān)系。
      [0071]圖15是表示利用詳細(xì)的模擬求出的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D與溝槽深度L之間的比例、和耐壓的關(guān)系的圖。
      對于使用上述溝槽充填法和離子注入法形成的高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11,若高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D超過溝槽深度L的1/2,則電荷平衡增大,會導(dǎo)致圖示那樣的耐壓降低。因此,優(yōu)選高濃度η型半導(dǎo)體區(qū)域11的平均厚度D為溝槽深度L的1/2以下。另外,若為溝槽深度L的1/4以下,則能改善電荷平衡,因而就耐壓性而言是優(yōu)選的。
      【權(quán)利要求】
      1.一種半導(dǎo)體裝置, 該半導(dǎo)體裝置具有超接合結(jié)構(gòu),其包括:多個溝槽,該多個溝槽配置于配置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中;第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層,該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填該溝槽;及并列Pn層,該并列pn層中,所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層在與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的水平方向上交替地進(jìn)行配置,所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相接,所述半導(dǎo)體裝置的特征在于, 在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的上部,存在比該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的下部的雜質(zhì)濃度要高、且與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相接的高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域,在所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的方向上,所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度在與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層接觸的一側(cè)要高于中央側(cè),所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的平均厚度為從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面起到所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的底面為止的距離的1/2以下。
      2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于, 所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)濃度分布在與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的水平方向上呈誤差函數(shù)分布。
      3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于, 從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面起算的所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的平均厚度為從所述半導(dǎo)體基板 的表面到所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的底面為止的距離的1/4以下。
      4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于, 所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的底面為波形。
      5.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法,該半導(dǎo)體裝置的制造方法所制造出的半導(dǎo)體裝置中, 具有超接合結(jié)構(gòu),其包括:多個溝槽,該多個溝槽配置于配置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中;第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層,該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填該溝槽;及并列Pn層,該并列pn層中,所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層在與所述半導(dǎo)體基板的表面平行的水平方向上交替地進(jìn)行配置,所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相接,所述半導(dǎo)體裝置中還具有高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域,該高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域配置在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的上部,其雜質(zhì)濃度高于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層,所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于,包括: 在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層形成溝槽的工序; 利用傾斜離子注入,對所述溝槽的側(cè)壁上部離子注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的工序; 以所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填所述溝槽的工序;以及 利用熱處理來形成所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的工序。
      6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于, 對于所述熱處理,在形成所述離子注入層之后、且在將所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填所述溝槽之前,進(jìn)行所述熱處理。
      7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于, 對于所述熱處理,在形成所述離子注入層之后、且在將所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層充填所述溝槽之后,進(jìn)行所述熱處理。
      8.如權(quán)利要求5至7的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于,在將相對于所述半導(dǎo)體基板表面的所述離子注入角度設(shè)為θ(° ),將所述溝槽的開口部寬度設(shè)為w( μ m),將所述溝槽深度設(shè)為L (μ m )時,滿足Θ ≤tarTV (2W)。
      9.如權(quán)利要求5至7的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于, 所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面起算的厚度為所述溝槽深度的1/2以下。
      10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其特征在于, 所述高濃度第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的從所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面起算的厚度為所述溝槽深 度的1/4以下。
      【文檔編號】H01L29/78GK103996712SQ201410052003
      【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月14日
      【發(fā)明者】北村睦美, 山田三千矢, 藤平龍彥 申請人:富士電機(jī)株式會社
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