本說明書公開的技術(shù)涉及一種半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

如圖11所示，專利文獻(xiàn)1(日本特開2013-048230號公報(bào))所公開的半導(dǎo)體裝置101具備半導(dǎo)體基板102、被形成在半導(dǎo)體基板102的表面150上的表面電極105、被形成在半導(dǎo)體基板102的背面160上的背面電極106。在同一半導(dǎo)體基板102上形成有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極性晶體管)區(qū)103和二極管區(qū)104。

IGBT區(qū)103具備：n型的漂移區(qū)113；n型的勢壘區(qū)115，其被形成于漂移區(qū)113的表面?zhèn)?；p型的體區(qū)116，其被形成于勢壘區(qū)115的表面?zhèn)?；n型的發(fā)射區(qū)117，其被形成于體區(qū)116的表面?zhèn)?，且與表面電極105導(dǎo)通；p型的體接觸區(qū)118，其被形成于體區(qū)116的表面?zhèn)惹遗c發(fā)射區(qū)117不同的位置處，并且與體區(qū)116相比雜質(zhì)濃度較高，且與表面電極105導(dǎo)通。此外，IGBT區(qū)103具備多個(gè)柵極溝槽130，所述柵極溝槽130從半導(dǎo)體基板102的表面150起貫穿發(fā)射區(qū)117、體區(qū)116和勢壘區(qū)115并延伸至到達(dá)漂移區(qū)113的深度為止。此外，IGBT區(qū)103具備n型的柱區(qū)120，所述n型的柱區(qū)120在柵極溝槽130與柵極溝槽130之間從半導(dǎo)體基板102的表面150起貫穿體區(qū)116并延伸至到達(dá)勢壘區(qū)115的深度為止，且與表面電極105和勢壘區(qū)115導(dǎo)通。

二極管區(qū)104具備：n型的漂移區(qū)113；n型的勢壘區(qū)125，其被形成于漂移區(qū)113的表面?zhèn)?；p型的陽極區(qū)123，其被形成于勢壘區(qū)125的表面?zhèn)?；p型的陽極接觸區(qū)124，其被形成于陽極區(qū)123的表面?zhèn)?，并且與陽極區(qū)123相比雜質(zhì)濃度較高，且與表面電極105導(dǎo)通。此外，二極管區(qū)104具備多個(gè)柵極溝槽130，所述柵極溝槽130從半導(dǎo)體基板102的表面150起貫穿陽極接觸區(qū)124、陽極區(qū)123和勢壘區(qū)125并延伸至到達(dá)漂移區(qū)113的深度為止。此外，二極管區(qū)104具備n型的柱區(qū)120，所述n型的柱區(qū)120在柵極溝槽 130與柵極溝槽130之間從半導(dǎo)體基板102的表面150起貫穿陽極區(qū)123并延伸至到達(dá)勢壘區(qū)125的深度為止，且與表面電極105和勢壘區(qū)125導(dǎo)通。在該半導(dǎo)體裝置101中，陽極接觸區(qū)124與柱區(qū)120分離開來。

另外，在漂移區(qū)113的背面?zhèn)刃纬捎衝型的緩沖區(qū)112。IGBT區(qū)103具備被形成于緩沖區(qū)112的背面?zhèn)鹊膒型的集電區(qū)111。二極管區(qū)104具備被形成于緩沖區(qū)112的背面?zhèn)鹊膎型的陰極區(qū)121。在柵極溝槽130的內(nèi)部形成有柵極電極132和柵極絕緣膜131。在柵極電極132之上配置有層間絕緣膜133。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

在上述的半導(dǎo)體裝置101中，為了使電流容易流向IGBT區(qū)103，而考慮到提高沿著IGBT區(qū)103的柵極溝槽130而形成的通道的密度(IGBT區(qū)103的每單位面積的通道的數(shù)量)。為此，考慮到使IGBT區(qū)103中的柵極溝槽130與柵極溝槽130之間的間隔縮窄，并增加半導(dǎo)體基板102的每單位面積的柵極溝槽130的數(shù)量從而提高柵極溝槽130的密度。

在形成多個(gè)柵極溝槽130時(shí)，由于通常以相同的工序來形成IGBT區(qū)103中的柵極溝槽130與二極管區(qū)104中的柵極溝槽130，因此在提高IGBT區(qū)103的柵極溝槽130的密度時(shí)，如果未隨之也提高二極管區(qū)104的柵極溝槽130的密度，則二極管區(qū)104的耐壓將下降。當(dāng)二極管區(qū)104的柵極溝槽130的密度提高時(shí)，二極管區(qū)104中的柵極溝槽130與柵極溝槽130之間的間隔將變窄。

當(dāng)二極管區(qū)104中的柵極溝槽130與柵極溝槽130之間的間隔變窄時(shí)，用于在該柵極溝槽130與柵極溝槽130之間形成柱區(qū)120的區(qū)域?qū)⒆冋４送?，用于形成陽極接觸區(qū)124的區(qū)域也將變窄。其結(jié)果為，在二極管區(qū)104中形成陽極接觸區(qū)124與柱區(qū)120時(shí)，陽極接觸區(qū)124與柱區(qū)120之間的間隔變密，從而考慮到陽極接觸區(qū)124與柱區(qū)120重疊而使兩者發(fā)生接觸的情況。當(dāng)p型的陽極接觸區(qū)124與n型的柱區(qū)120發(fā)生接觸時(shí)，通過陽極接觸區(qū)124與柱區(qū)120而形成了pn結(jié)二極管。

在這種半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)將二極管接通時(shí)(當(dāng)施加相對于二極管區(qū)104的正向電壓時(shí))，空穴將從通過接觸而形成pn結(jié)二極管的陽極接觸區(qū)124流入到柱區(qū)120中，并且多余的空穴被蓄積于半導(dǎo)體基板102中。如果這樣， 則在恢復(fù)二極管時(shí)(在施加了相對于二極管區(qū)104的反向電壓時(shí))，在被蓄積于半導(dǎo)體基板102中的空穴被噴出到表面電極105上之前需要時(shí)間，從而有時(shí)會使開關(guān)速度變慢。

因此，在本說明書中，提供一種即使提高了柵極溝槽的密度，也能夠抑制從陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量的技術(shù)。

用于解決課題的方法

在本說明書所公開的半導(dǎo)體裝置中，在同一半導(dǎo)體基板上形成有IGBT區(qū)和二極管區(qū)，且在半導(dǎo)體基板的表面上形成有表面電極。所述半導(dǎo)體裝置的特征在于，IGBT區(qū)具備：n型的漂移區(qū)；n型的勢壘區(qū)，其被形成于漂移區(qū)的表面?zhèn)?；p型的體區(qū)，其被形成于勢壘區(qū)的表面?zhèn)?；n型的發(fā)射區(qū)，其被形成于體區(qū)的表面?zhèn)龋遗c表面電極導(dǎo)通；p型的體接觸區(qū)，其被形成于體區(qū)的表面?zhèn)惹遗c發(fā)射區(qū)不同的位置處，并且與體區(qū)相比雜質(zhì)濃度較高，且與表面電極導(dǎo)通。此外，IGBT區(qū)具備：多個(gè)柵極溝槽，其從半導(dǎo)體基板的表面起貫穿發(fā)射區(qū)、體區(qū)和勢壘區(qū)并延伸至到達(dá)漂移區(qū)的深度為止；n型的柱區(qū)，其在柵極溝槽與柵極溝槽之間從半導(dǎo)體基板的表面起貫穿體區(qū)并延伸至到達(dá)勢壘區(qū)的深度為止，且與表面電極和勢壘區(qū)導(dǎo)通。二極管區(qū)具備：n型的漂移區(qū)；n型的勢壘區(qū)，其被形成于漂移區(qū)的表面?zhèn)?；p型的陽極區(qū)，其被形成于勢壘區(qū)的表面?zhèn)?；p型的陽極接觸區(qū)，其被形成于陽極區(qū)的表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚?，并且與陽極區(qū)相比雜質(zhì)濃度較高，且與表面電極導(dǎo)通。此外，二極管區(qū)具備：多個(gè)柵極溝槽，其從半導(dǎo)體基板的表面起至少貫穿陽極區(qū)和勢壘區(qū)并延伸至到達(dá)漂移區(qū)的深度為止；n型的柱區(qū)，其在柵極溝槽與柵極溝槽之間從半導(dǎo)體基板的表面起貫穿陽極接觸區(qū)與陽極區(qū)并延伸至到達(dá)勢壘區(qū)的深度為止，且與表面電極和勢壘區(qū)導(dǎo)通。在對半導(dǎo)體基板進(jìn)行俯視觀察時(shí)，存在如下范圍，即，柱區(qū)露出于半導(dǎo)體基板的表面的柱露出范圍、柱區(qū)與陽極接觸區(qū)的深部側(cè)相接的柱接觸范圍、陽極區(qū)與陽極接觸區(qū)的深部側(cè)相接的陽極接觸范圍。在柱接觸范圍與陽極接觸范圍所并排的方向上的柱接觸范圍的寬度與所述陽極接觸范圍的寬度相比而較窄。

在該半導(dǎo)體裝置中，還可以為，在二極管區(qū)中，陽極接觸區(qū)的一端部與柱區(qū)相接，另一端部延伸至柵極溝槽為止。即，陽極接觸區(qū)可以以跨及陽極區(qū)的表面?zhèn)鹊恼麄€(gè)寬度的方式而被形成。

在上述的半導(dǎo)體裝置中，由于容許陽極接觸區(qū)與柱區(qū)相接，因此能夠使用于形成陽極接觸區(qū)與柱區(qū)的柵極溝槽與柵極溝槽之間的區(qū)域縮窄。因此，能夠使柵極溝槽的數(shù)量增加，從而提高柵極溝槽的密度。

此外，在上述的半導(dǎo)體裝置中，通過p型的陽極接觸區(qū)與n型的柱區(qū)相接，從而形成了pn結(jié)二極管。在該半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)使二極管接通時(shí)(當(dāng)施加了相對于二極管區(qū)的正向電壓時(shí))，空穴將從形成pn結(jié)二極管的陽極接觸區(qū)流入柱區(qū)。此時(shí)，根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，由于在陽極接觸區(qū)的深部側(cè)柱區(qū)所接觸的柱接觸范圍的寬度窄于在陽極接觸區(qū)的深部側(cè)陽極區(qū)所接觸的陽極接觸范圍的寬度，因此能夠縮小陽極接觸區(qū)與柱區(qū)的接觸面積。由此，能夠抑制從陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量。根據(jù)上述的半導(dǎo)體裝置，即使提高了柵極溝槽的密度，也能夠抑制從陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量。

其結(jié)果為，由于在半導(dǎo)體基板上未蓄積有多余的空穴，且在恢復(fù)二極管時(shí)(在施加了相對于二極管區(qū)的反向電壓時(shí))，至被存儲于半導(dǎo)體基板上的空穴被噴出到表面電極上為止的時(shí)間變短，因此能夠加快開關(guān)速度。

附圖說明

圖1為第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖2為圖1的主要部分Ⅱ的剖視圖。

圖3為表示圖2的Ⅲ-Ⅲ剖面的雜質(zhì)濃度的分布的圖。

圖4為對圖2所記載的半導(dǎo)體基板進(jìn)行俯視觀察時(shí)的圖。

圖5為圖2的主要部分V的剖視圖。

圖6為表示圖2的VI-VI剖面的雜質(zhì)濃度的分布的圖。

圖7為第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖8為第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的主要部分的剖視圖。

圖9為表示雜質(zhì)濃度的分布的一個(gè)示例的圖。

圖10為其他實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖11為現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置1具備半導(dǎo)體基板2、被形成在半導(dǎo)體基板2的表面50上的表面電極5、和被形成在半導(dǎo)體基板2的背面60上的背面電極6。

半導(dǎo)體基板2具備IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4。IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4以鄰接的方式而被形成。在同一半導(dǎo)體基板2上，形成有IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4。IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4在橫向(x方向)上并排形成。在半導(dǎo)體基板2上形成有半導(dǎo)體元件。在半導(dǎo)體基板2的IGBT區(qū)3中，形成有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極性晶體管)。在半導(dǎo)體基板2的二極管區(qū)4中，形成有FWD(Free Wheeling Diode：續(xù)流二極管)。IGBT與FWD以反并列的狀態(tài)而被形成。由此，形成了RC-ICBT(Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor：反向?qū)ń^緣柵雙極性晶體管)。

表面電極5與背面電極6例如使用一個(gè)或多個(gè)鋁(Al)、鋁硅(AlSi)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、以及金(Au)等的金屬而被形成。表面電極5覆蓋了半導(dǎo)體基板2的表面50。背面電極6覆蓋了半導(dǎo)體基板2的背面60。表面電極5與背面電極6分別以跨及半導(dǎo)體基板2的IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4的方式而被形成。

在半導(dǎo)體基板2的IGBT區(qū)3上，以從背面60側(cè)朝向表面50側(cè)的順序，依次形成有集電區(qū)11、緩沖區(qū)12、漂移區(qū)13、勢壘區(qū)15、體區(qū)16、發(fā)射區(qū)17、以及體接觸區(qū)18。此外，在半導(dǎo)體基板2的二極管區(qū)4上，以從背面60側(cè)朝向表面50側(cè)的順序，依次形成有陰極區(qū)21、緩沖區(qū)12、漂移區(qū)13、勢壘區(qū)25、陽極區(qū)23、以及陽極接觸區(qū)24。緩沖區(qū)12與漂移區(qū)13以在IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4中共同的方式而被形成。此外，在半導(dǎo)體基板2上形成有多個(gè)柱區(qū)20。此外，在半導(dǎo)體基板2上形成有多個(gè)柵極溝槽30。

IGBT區(qū)3

集電區(qū)11為p型區(qū)域。在集電區(qū)11中，雜質(zhì)濃度較高。集電區(qū)11被形成于緩沖區(qū)12的背面?zhèn)?。集電區(qū)11被形成在露出于半導(dǎo)體基板2的背面60的范圍內(nèi)。集電區(qū)11與背面電極6歐姆接觸。集電區(qū)11與背面電極6導(dǎo)通。

緩沖區(qū)12為n型區(qū)域。緩沖區(qū)12被形成于集電區(qū)11的表面?zhèn)?。緩沖區(qū)12被形成于集電區(qū)11與漂移區(qū)13之間。

漂移區(qū)13為n型區(qū)域。漂移區(qū)13的雜質(zhì)濃度低于緩沖區(qū)12的雜質(zhì)濃度。漂移區(qū)13被形成于緩沖區(qū)12的表面?zhèn)?。漂移區(qū)13被形成于緩沖區(qū)12與勢壘區(qū)15之間。

勢壘區(qū)15為n型區(qū)域。勢壘區(qū)15的雜質(zhì)濃度高于漂移區(qū)13的雜質(zhì)濃度。勢壘區(qū)15被形成于漂移區(qū)13的表面?zhèn)取輭緟^(qū)15被形成于漂移區(qū)13與體區(qū)16之間。勢壘區(qū)15的橫向(x方向)的端部與柵極溝槽30相接。

體區(qū)16為p型區(qū)域。體區(qū)16的雜質(zhì)濃度低于集電區(qū)11的雜質(zhì)濃度。體區(qū)16被形成于勢壘區(qū)15的表面?zhèn)?。體區(qū)16被形成于勢壘區(qū)15、發(fā)射區(qū)17以及體接觸區(qū)18之間。體區(qū)16被形成在與柵極溝槽30相接的范圍內(nèi)。當(dāng)柵極溝槽30內(nèi)的柵極電極32成為導(dǎo)通電位時(shí)，在與柵極溝槽30相接的體區(qū)16內(nèi)將形成有通道(channel)。

發(fā)射區(qū)17為n型區(qū)域。發(fā)射區(qū)17的雜質(zhì)濃度高于勢壘區(qū)15的雜質(zhì)濃度。發(fā)射區(qū)17被形成于體區(qū)16的表面?zhèn)?。發(fā)射區(qū)17被形成在與柵極溝槽30相接的范圍內(nèi)。發(fā)射區(qū)17在露出于半導(dǎo)體基板2的表面50的范圍內(nèi)被形成為島狀。發(fā)射區(qū)17與表面電極5歐姆接觸。發(fā)射區(qū)17與表面電極5導(dǎo)通。

體接觸區(qū)18為p型區(qū)域。體接觸區(qū)18的雜質(zhì)濃度高于體區(qū)16的雜質(zhì)濃度。體接觸區(qū)18被形成于體區(qū)16的表面?zhèn)?。體接觸區(qū)18被形成于與發(fā)射區(qū)17不同的位置處。體接觸區(qū)18在露出于半導(dǎo)體基板2的表面50的范圍內(nèi)被形成為島狀。體接觸區(qū)18與表面電極5歐姆接觸。體接觸區(qū)18與表面電極5導(dǎo)通。

二極管區(qū)4

陰極區(qū)21為n型區(qū)域。陰極區(qū)21的雜質(zhì)濃度高于緩沖區(qū)12的雜質(zhì)濃度。陰極區(qū)21被形成于緩沖區(qū)12的背面?zhèn)?。陰極區(qū)21被形成在露出于半導(dǎo)體基板2的背面60的范圍內(nèi)。陰極區(qū)21與背面電極6歐姆接觸。陰極區(qū)21與背面電極6導(dǎo)通。

緩沖區(qū)12為n型區(qū)域。緩沖區(qū)12被形成于陰極區(qū)21的表面?zhèn)?。緩沖區(qū)12被形成于陰極區(qū)21與漂移區(qū)13之間。漂移區(qū)13被形成于緩沖區(qū)12與勢壘區(qū)25之間。緩沖區(qū)12與漂移區(qū)13以跨及IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4的方式而被形成。

勢壘區(qū)25為n型區(qū)域。勢壘區(qū)25的雜質(zhì)濃度高于漂移區(qū)13的雜質(zhì)濃度。勢壘區(qū)25被形成于漂移區(qū)13的表面?zhèn)取Ｔ诰彌_區(qū)12與勢壘區(qū)25之間形成 有漂移區(qū)13。勢壘區(qū)25被形成于漂移區(qū)13與陽極區(qū)23之間。勢壘區(qū)25的橫向(x方向)的端部與柵極溝槽30相接。

陽極區(qū)23為p型區(qū)域。陽極區(qū)23的雜質(zhì)濃度與體區(qū)16的雜質(zhì)濃度相等。陽極區(qū)23被形成于勢壘區(qū)25的表面?zhèn)?。陽極區(qū)23被形成于勢壘區(qū)25與陽極接觸區(qū)24之間。陽極區(qū)23被形成在與柵極溝槽30相接的范圍內(nèi)。

陽極接觸區(qū)24為p型區(qū)域。陽極接觸區(qū)24的雜質(zhì)濃度高于陽極區(qū)23的雜質(zhì)濃度。陽極接觸區(qū)24被形成于陽極區(qū)23的表面?zhèn)?。陽極接觸區(qū)24在露出于半導(dǎo)體基板2的表面50的范圍內(nèi)被形成為島狀。陽極接觸區(qū)24與表面電極5歐姆接觸。陽極接觸區(qū)24與表面電極5導(dǎo)通。

如圖2所示，陽極接觸區(qū)24被形成為，IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4所并排的方向(x方向)上的寬度隨著從半導(dǎo)體基板2的表面50向半導(dǎo)體基板2的深度方向(z方向)遠(yuǎn)離而減小。陽極接觸區(qū)24的下端部242的x方向上的寬度與上端部241的x方向上的寬度相比而較窄。

如圖3所示，陽極接觸區(qū)24的雜質(zhì)濃度沿著半導(dǎo)體基板2的深度方向(z方向)而連續(xù)地變化。陽極接觸區(qū)24的雜質(zhì)濃度隨著從半導(dǎo)體基板2的表面50向半導(dǎo)體基板2的深度方向(z方向)遠(yuǎn)離而連續(xù)地降低。陽極接觸區(qū)24的下端部242的雜質(zhì)濃度低于陽極接觸區(qū)24的上端部241的雜質(zhì)濃度。但是，陽極接觸區(qū)24的下端部242的雜質(zhì)濃度高于陽極接觸區(qū)24的上端部241的雜質(zhì)濃度的1/2。

如圖1所示，多個(gè)柵極溝槽30在x方向上以等間隔的方式而被形成。柵極溝槽30從半導(dǎo)體基板2的表面50向背面60側(cè)(z方向)延伸。在IGBT區(qū)3中，柵極溝槽30從半導(dǎo)體基板2的表面50起貫穿發(fā)射區(qū)17、體區(qū)16和勢壘區(qū)15并延伸至到達(dá)漂移區(qū)13的深度為止。在二極管區(qū)4中，柵極溝槽30從半導(dǎo)體基板2的表面50起貫穿陽極區(qū)23和勢壘區(qū)25并延伸至到達(dá)漂移區(qū)13的深度為止。在柵極溝槽30的內(nèi)部形成有柵極電極32與柵極絕緣膜31。

柵極電極32被收納于柵極溝槽30的內(nèi)部。柵極電極32被收納于與柵極絕緣膜31相比靠內(nèi)側(cè)處。柵極電極32例如由鋁(Al)或多晶硅(Poly Si)形成。在柵極電極32之上配置有層間絕緣膜33。層間絕緣膜33使柵極電極32與表面電極5絕緣。

柵極絕緣膜31例如由二氧化硅(SiO₂)形成。柵極絕緣膜31覆蓋了柵極溝槽30的內(nèi)表面。柵極絕緣膜31被配置于柵極電極32與半導(dǎo)體基板2之間。柵極絕緣膜31使柵極電極32與半導(dǎo)體基板2絕緣。

柱區(qū)20被形成于柵極溝槽30與柵極溝槽30之間。柱區(qū)20為n型區(qū)域。柱區(qū)20的雜質(zhì)濃度與勢壘區(qū)15、25的雜質(zhì)濃度相等。柱區(qū)20的雜質(zhì)濃度高于漂移區(qū)13的雜質(zhì)濃度。在IGBT區(qū)3中，柱區(qū)20從半導(dǎo)體基板2的表面50起貫穿體接觸區(qū)18和體區(qū)16并延伸至到達(dá)勢壘區(qū)15的位置為止。在二極管區(qū)4中，柱區(qū)20從半導(dǎo)體基板2的表面50起貫穿陽極接觸區(qū)24與陽極區(qū)23并延伸至到達(dá)勢壘區(qū)25的位置為止。柱區(qū)20與表面電極5和勢壘區(qū)15或25連接。柱區(qū)20與表面電極5肖特基接觸。柱區(qū)20與表面電極5和勢壘區(qū)15或25導(dǎo)通。

如圖2所示，柱區(qū)20的一部分與陽極接觸區(qū)24相接，柱區(qū)20的另一部分與陽極區(qū)23相接。此外，陽極接觸區(qū)24的一部分與柱區(qū)20接觸，陽極接觸區(qū)24的另一部分與陽極區(qū)23接觸。陽極接觸區(qū)24的一部分伸出到柱區(qū)20側(cè)，陽極接觸區(qū)24的另一部分伸出到陽極區(qū)23中。陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的邊界面71彎曲。邊界面71主要向半導(dǎo)體基板2的深度方向(縱向)延伸。

如圖4所示，在對半導(dǎo)體基板2進(jìn)行俯視觀察時(shí)存在如下范圍，即，柱區(qū)20到達(dá)半導(dǎo)體基板2的表面50的柱露出范圍41、柱區(qū)20與陽極接觸區(qū)24的深部側(cè)相接的柱接觸范圍42、陽極區(qū)23與陽極接觸區(qū)24的深部側(cè)相接的陽極接觸范圍43。柱露出范圍41、柱接觸范圍42和陽極接觸范圍43在多個(gè)柵極溝槽30所并排的方向(x方向)上并排。在x方向上，柱露出范圍41與柱接觸范圍42鄰接，柱接觸范圍42與陽極接觸范圍43鄰接。

在對半導(dǎo)體基板2的表面50進(jìn)行觀察時(shí)，柱露出范圍41被形成于，與柱區(qū)20和陽極接觸區(qū)24的邊界b1相比靠柱區(qū)20側(cè)處。柱接觸范圍42被形成于，與柱區(qū)20和陽極接觸區(qū)24的邊界b1相比靠陽極接觸區(qū)24側(cè)處。此外，在對深于半導(dǎo)體基板2的表面50的位置進(jìn)行觀察時(shí)，柱接觸范圍42被形成于，與柱區(qū)20和陽極區(qū)23的邊界b2相比靠柱區(qū)20側(cè)處。陽極接觸范圍43被形成于，與柱區(qū)20和陽極區(qū)23的邊界b2相比靠陽極區(qū)23側(cè)處。此外，在對半導(dǎo)體基板2的表面50進(jìn)行觀察時(shí)，陽極接觸范圍43被形成于， 與陽極接觸區(qū)24和陽極區(qū)23的邊界b3相比靠陽極接觸區(qū)24側(cè)處。陽極區(qū)23、陽極接觸區(qū)24、柱區(qū)20、以及柵極溝槽30在y方向上并行地延伸。

在柱露出范圍41、柱接觸范圍42和陽極接觸范圍43所并排的方向(x方向)上，柱接觸范圍42的寬度w42與柱露出范圍41的寬度w41相比而較窄。此外，在x方向上，柱接觸范圍42的寬度w42與陽極接觸范圍43的寬度w43相比而較窄。在對柱露出范圍41的寬度w41、柱接觸范圍42的寬度w42和陽極接觸范圍43的寬度w43進(jìn)行比較時(shí)，能夠?qū)Π雽?dǎo)體基板2的表面50和深于表面50的位置的雙方進(jìn)行觀察從而進(jìn)行比較。

此外，如圖5所示，柱接觸范圍42隨著從半導(dǎo)體基板2的表面50向半導(dǎo)體基板2的深度方向遠(yuǎn)離而減少。在柱接觸范圍42與陽極接觸范圍43所并排的方向(x方向)上的柱接觸范圍42的寬度下降。柱接觸范圍42的下端部422的寬度w422窄于柱接觸范圍42的上端部421的寬度w421。但是，柱接觸范圍42的下端部422的寬度w422大于柱接觸范圍42的上端部421的寬度w421的1/2。

柱區(qū)20具備濃度降低范圍44。濃度降低范圍44被形成在柱區(qū)20的上端部處。濃度降低范圍44被形成在露出于半導(dǎo)體基板2的表面50的范圍內(nèi)。如圖6所示，柱區(qū)20的雜質(zhì)濃度沿著半導(dǎo)體基板2的深度方向(z方向)連續(xù)地變化。在濃度降低范圍44中，柱區(qū)20的雜質(zhì)濃度隨著從半導(dǎo)體基板2的表面50向半導(dǎo)體基板2的深度方向(z方向)遠(yuǎn)離而連續(xù)地降低。柱區(qū)20的雜質(zhì)濃度的峰值的位置存在于與濃度降低范圍44相比而較深的位置處。柱區(qū)20的雜質(zhì)濃度的峰值的位置存在于與陽極接觸區(qū)24的下端部242相比而較深的位置處。

接下來，對具備上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的動作進(jìn)行說明。在使用半導(dǎo)體裝置1時(shí)，向表面電極5與背面電極6之間施加使背面電極6成為正極的電壓(即，相對于IGBT區(qū)3的正向電壓)。此外，在柵極電極32上施加導(dǎo)通電位(在體區(qū)16上形成通道所需的電位以上的電位)。由此，使半導(dǎo)體裝置1的IGBT接通。

在半導(dǎo)體裝置1的IGBT接通時(shí)，在與柵極溝槽30相接的范圍的體區(qū)16中形成有通道。而且，電子從表面電極5起經(jīng)由發(fā)射區(qū)17、體區(qū)16中所形成的通道、以及勢壘區(qū)15而流到漂移區(qū)13中。之后，電子經(jīng)由緩沖區(qū)12以及集電區(qū)11而流到背面電極6上。此外，空穴從背面電極6起經(jīng)由集電區(qū) 11、緩沖區(qū)12、漂移區(qū)13、勢壘區(qū)15、體區(qū)16、以及體接觸區(qū)18而流到表面電極5上。

接下來，當(dāng)將柵極電極32的電位從導(dǎo)通電位切換為斷開電位時(shí)，體區(qū)16中所形成的通道將消失。由此，半導(dǎo)體裝置1的IGBT被關(guān)斷。此外，在表面電極5與背面電極6之間被施加有使表面電極5成為正極的電壓(即，相對于二極管區(qū)4的正向電壓)。由此，半導(dǎo)體裝置1的二極管(FWD)接通。當(dāng)二極管(FWD)接通時(shí)，空穴從表面電極5起經(jīng)由陽極接觸區(qū)24、陽極區(qū)23、勢壘區(qū)25、漂移區(qū)13、緩沖區(qū)12、以及陰極區(qū)21而流到背面電極6上。此外，電子從背面電極6起經(jīng)由陰極區(qū)21、緩沖區(qū)12、漂移區(qū)13、勢壘區(qū)25、陽極區(qū)23、以及陽極接觸區(qū)24而流到表面電極5上。

之后，向表面電極5與背面電極6之間施加使背面電極6成為正極的電壓(即，相對于二極管區(qū)4的反向電壓(相對于IGBT區(qū)3的正向電壓))。由此，半導(dǎo)體裝置1的二極管(FWD)被恢復(fù)。當(dāng)二極管(FWD)被恢復(fù)時(shí)，被蓄積于半導(dǎo)體基板2的二極管區(qū)4中的空穴將被噴出到表面電極5上，而電子則被噴出到背面電極6上。

如根據(jù)上述的說明而明確的那樣，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，在對半導(dǎo)體基板2進(jìn)行俯視觀察時(shí)存在如下范圍，即，柱區(qū)20露出于半導(dǎo)體基板2的表面的柱露出范圍41、柱區(qū)20與陽極接觸區(qū)24的深部側(cè)相接的柱接觸范圍42、陽極區(qū)23與陽極接觸區(qū)24的深部側(cè)相接的陽極接觸范圍43。而且，在柱接觸范圍42與陽極接觸范圍43所并排的方向上的柱接觸范圍42的寬度w42與陽極接觸范圍的寬度w43相比而較窄。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20未分離、兩者相接，因此能夠縮窄用于形成陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的區(qū)域。因此，能夠縮窄柵極溝槽30與柵極溝槽30之間的間隔，從而能夠使被形成在半導(dǎo)體基板2上的柵極溝槽30的數(shù)量增加。因此，能夠使半導(dǎo)體基板2的每單位面積的柵極溝槽30的數(shù)量增加，從而提高柵極溝槽30的密度。

此外，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，通過p型的陽極接觸區(qū)24與n型的柱區(qū)20相接從而形成了pn結(jié)二極管。在該半導(dǎo)體裝置1中，當(dāng)二極管(FWD)接通(施加了相對于二極管區(qū)4的正向電壓)時(shí)，如上文所述那樣，不僅空穴從表面電極5起經(jīng)由陽極接觸區(qū)24、陽極區(qū)23、勢壘區(qū)25、漂移區(qū)13、緩沖區(qū)12、以及陰極區(qū)21而流到背面電極6上，而且空穴還從表面電極5 起經(jīng)由陽極接觸區(qū)24、柱區(qū)20、勢壘區(qū)25、漂移區(qū)13、緩沖區(qū)12、以及陰極區(qū)21而流到背面電極6上。即，當(dāng)二極管(FWD)接通時(shí)，空穴從p型的陽極接觸區(qū)24流入n型的柱區(qū)20。此時(shí)，根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，柱區(qū)20與陽極接觸區(qū)24的深部側(cè)相接的柱接觸范圍42的寬度w42和陽極區(qū)23與陽極接觸區(qū)24的深部側(cè)相接的陽極接觸范圍43的寬度w43相比而較窄。因此，與陽極接觸區(qū)24和陽極區(qū)23的接觸范圍相比，能夠更加抑制陽極接觸區(qū)24和柱區(qū)20的接觸范圍。由此，能夠使從陽極接觸區(qū)24向柱區(qū)20流入的空穴的量與從陽極接觸區(qū)24向陽極區(qū)23流入的空穴的量相比而減少。因此，能夠抑制從陽極接觸區(qū)24向柱區(qū)20流入的空穴的量。以上，根據(jù)上述的半導(dǎo)體裝置1，即使提高了柵極溝槽30的密度，也能夠抑制從陽極接觸區(qū)24向柱區(qū)20流入的空穴的量。

其結(jié)果為，由于在接通二極管(FWD)時(shí)在半導(dǎo)體基板2中并未蓄積有多余的空穴，因此，之后，在對二極管進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，能夠在被蓄積于半導(dǎo)體基板2中的空穴被噴出到表面電極5之前縮短時(shí)間。由此，能夠使開關(guān)速度加快。

此外，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，當(dāng)向表面電極5與背面電極6之間施加電壓時(shí)，將有電壓被施加于半導(dǎo)體基板2的深度方向(縱向)上。此時(shí)，由于當(dāng)陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的邊界面71朝向半導(dǎo)體基板2的深度方向(縱向)時(shí)，電壓的施加方向與邊界面71所朝向的方向一致，因此空穴易于從陽極接觸區(qū)24流入柱區(qū)20。但是，根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，由于柱接觸范圍42的下端部422的寬度w422大于柱接觸范圍42的上端部421的寬度w421的1/2，而使柱接觸范圍42的下端部422的寬度w422與上端部421的寬度w421之差變小，因此陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的邊界面71的斜度變大，從而使邊界面71朝向沿著半導(dǎo)體基板2的表面50的方向(橫向)。因此，即使在半導(dǎo)體基板2的深度方向上被施加有電壓，由于電壓的施加方向與邊界面71所朝向的方向不同，因此空穴也不易從陽極接觸區(qū)24流入柱區(qū)20。由此，能夠進(jìn)一步抑制從陽極接觸區(qū)24向柱區(qū)20流入的空穴的量。

此外，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，陽極接觸區(qū)24的下端部242中的p型雜質(zhì)濃度高于陽極接觸區(qū)24的上端部241中的p型雜質(zhì)濃度的1/2。由此，由于在陽極接觸區(qū)24的下端部242與上端部241處雜質(zhì)濃度之差較小，因此熱擴(kuò)散后的陽極接觸區(qū)24的下端部242的寬度與上端部241的寬度之差較 小。其結(jié)果為，由于陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的邊界面71的傾斜度變大，因此，同樣地，空穴也不易從陽極接觸區(qū)24流入柱區(qū)20。

此外，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，柱區(qū)20具備濃度降低范圍44，在所述濃度降低范圍44中，n型雜質(zhì)濃度隨著從半導(dǎo)體基板2的表面50向半導(dǎo)體基板2的深度方向遠(yuǎn)離而連續(xù)地降低。由此，由于半導(dǎo)體基板2的表面50上的柱區(qū)20的n型雜質(zhì)濃度變高，因此能夠阻礙在半導(dǎo)體基板2的表面50上與柱區(qū)20鄰接的陽極接觸區(qū)24向沿著半導(dǎo)體基板2的表面50的方向擴(kuò)散的情況。由此，由于陽極接觸區(qū)24的上端部241不易向沿著半導(dǎo)體基板2的表面50的方向(橫向)擴(kuò)散，因此陽極接觸區(qū)24的上端部241的寬度與下端部242的寬度之差變得更小。其結(jié)果為，由于陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的邊界面71的傾斜度變大，因此，同樣地，空穴也不易從陽極接觸區(qū)24流入柱區(qū)20。

雖然以上對一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但具體的方式并不限定于上述實(shí)施方式。在以下的說明中，對于與上述的說明中的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)記相同的符號并省略說明。

第二實(shí)施例

在第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置1中，如圖7所示，在被形成于二極管區(qū)4中的多個(gè)柱區(qū)20中，最靠近IGBT區(qū)3的柱區(qū)201中的柱接觸范圍42的寬度w42a，與最靠近的柱區(qū)201以外的柱區(qū)20中的柱接觸范圍42的寬度w42b相比而較小。即，在二極管區(qū)4的多個(gè)單元的柱接觸范圍42中，最靠近IGBT區(qū)3的單元中的柱接觸范圍42的寬度w42a最窄。在IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4所鄰接的部分中，在二極管(FWD)接通時(shí)，由于有空穴從IGBT區(qū)3流入二極管區(qū)4，因此空穴容易被蓄積于二極管區(qū)4中。但是，根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，在最靠近IGBT區(qū)3的柱區(qū)201中，陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的接觸范圍被抑制了。由此，在靠近IGBT區(qū)3的二極管區(qū)4中，能夠抑制從陽極接觸區(qū)24流入柱區(qū)20的空穴的量。其結(jié)果為，能夠在使靠近IGBT區(qū)3的部分中的被存儲于半導(dǎo)體基板2的空穴被噴出到表面電極5之前縮短時(shí)間，從而使開關(guān)速度加快。

第三實(shí)施例

此外，雖然在上述實(shí)施例中，陽極接觸區(qū)24僅被形成于陽極區(qū)23的表面?zhèn)鹊囊徊糠种?，但并不限定于該結(jié)構(gòu)。在第三實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置1中，如圖8所示，陽極接觸區(qū)24也可以被形成于陽極區(qū)23的表面?zhèn)鹊娜繀^(qū)域中。柵極溝槽30貫穿陽極接觸區(qū)24并在半導(dǎo)體基板2的深度方向上延伸。

其他實(shí)施例

此外，形成陽極接觸區(qū)24與柱區(qū)20的方法并未被特別限定。例如，作為半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)示例，而使陽極接觸區(qū)24在柵極溝槽30被形成于半導(dǎo)體基板2上之后，形成于半導(dǎo)體基板2上。此外，也使柱區(qū)20在柵極溝槽30被形成于半導(dǎo)體基板2上之后，形成于半導(dǎo)體基板2上。

此外，在形成陽極接觸區(qū)24時(shí)，在向半導(dǎo)體基板2注入雜質(zhì)之后，不通過退火工序來實(shí)施熱擴(kuò)散，而是通過對層間絕緣膜33進(jìn)行回流處理(reflow process)時(shí)的熱來實(shí)施熱擴(kuò)散。此外，同樣地，在形成柱區(qū)20時(shí)，在向半導(dǎo)體基板2注入雜質(zhì)之后，不通過退火工序來實(shí)施熱擴(kuò)散，而是通過對層間絕緣膜33進(jìn)行回流處理時(shí)的熱來實(shí)施熱擴(kuò)散。對層間絕緣膜33進(jìn)行回流處理時(shí)的溫度例如為850℃～1050℃。此外，對層間絕緣膜33進(jìn)行回流處理時(shí)的處理時(shí)間例如為10分～120分。

此外，陽極區(qū)23的雜質(zhì)濃度的峰值的位置并未被特別限定。在圖9所示的示例中，陽極區(qū)23的雜質(zhì)濃度的峰值位于與陽極接觸區(qū)24的下端部242相比而更深的位置處。為了形成陽極區(qū)23而注入了雜質(zhì)的范圍的一部分與為了形成陽極接觸區(qū)24而注入了雜質(zhì)的范圍的一部分重疊。此外，柱區(qū)20的雜質(zhì)濃度的峰值的位置未被特別限定。

此外，半導(dǎo)體基板2的結(jié)構(gòu)并不限定于上述的實(shí)施例。在其他實(shí)施例中，如圖10所示，也可以在半導(dǎo)體基板2的IGBT區(qū)3與二極管區(qū)4中形成電場擴(kuò)展防止區(qū)27。電場擴(kuò)展防止區(qū)27為p型區(qū)域。電場擴(kuò)展防止區(qū)27的雜質(zhì)濃度與體區(qū)16的雜質(zhì)濃度相等。此外，電場擴(kuò)展防止區(qū)27的雜質(zhì)濃度與陽極區(qū)23的雜質(zhì)濃度相等。電場擴(kuò)展防止區(qū)27被形成于漂移區(qū)13的表面?zhèn)?。電場擴(kuò)展防止區(qū)27被形成于勢壘區(qū)15、25的背面?zhèn)?。電場擴(kuò)展防止區(qū)27被形成于漂移區(qū)13與勢壘區(qū)15、25之間。

根據(jù)圖10所示的結(jié)構(gòu)，在接通二極管(FWD)時(shí)，電子從背面電極6經(jīng)由半導(dǎo)體基板2而流到表面電極5上。此時(shí)，由于電場擴(kuò)展防止區(qū)27的存在 而能夠抑制向陽極接觸區(qū)24流入的電子的量。伴隨于此，能夠抑制從陽極接觸區(qū)24向柱區(qū)20流入的空穴的量。

雖然以上對本發(fā)明的具體示例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但這些只不過是例示，并非對權(quán)利要求進(jìn)行限定。在權(quán)利要求所記載的技術(shù)中，包括對上文所例示的具體示例進(jìn)行了各種變形、變更的內(nèi)容。本說明書或附圖中所說明的技術(shù)要素單獨(dú)或通過各種組合而發(fā)揮技術(shù)上的有用性，且并不限定于申請時(shí)權(quán)利要求所記載的組合。此外，本說明書或附圖中所例示的技術(shù)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目的，而實(shí)現(xiàn)其中的一個(gè)目的本身就具有技術(shù)上的有用性。

以下對本說明書所公開的技術(shù)要素的一個(gè)示例進(jìn)行說明。另外，下文所記載的技術(shù)要素為分別獨(dú)立的技術(shù)要素，并且以單獨(dú)的方式或通過各種組合而發(fā)揮技術(shù)上的有用性。

1、柱接觸范圍的寬度隨著從半導(dǎo)體基板的表面向半導(dǎo)體基板的深度方向遠(yuǎn)離而減小。優(yōu)選為，柱接觸范圍的下端部的寬度大于柱接觸范圍的上端部的寬度的1/2。

根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于柱接觸范圍的下端部的寬度與上端部的寬度之差較小，因此陽極接觸區(qū)與柱區(qū)的邊界面的傾斜度較大，從而邊界面將朝向沿著半導(dǎo)體基板的表面的方向(橫向)。因此，即使在半導(dǎo)體基板的深度方向(縱向)上被施加有電壓，由于電壓的施加方向與邊界面所朝向的方向不同，因此空穴也不易從陽極接觸區(qū)流入柱區(qū)。由此，能夠抑制從陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量。

2、陽極接觸區(qū)的雜質(zhì)濃度隨著從半導(dǎo)體基板的表面向半導(dǎo)體基板的深度方向遠(yuǎn)離而連續(xù)地降低。優(yōu)選為，陽極接觸區(qū)的下端部的雜質(zhì)濃度大于陽極接觸區(qū)的上端部的雜質(zhì)濃度的1/2。

根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于陽極接觸區(qū)的下端部與上端部的雜質(zhì)濃度之差較小，因此陽極接觸區(qū)的下端部與上端部的擴(kuò)散量之差較小。由此，陽極接觸區(qū)的下端部的寬度與上端部的寬度之差較小。其結(jié)果為，陽極接觸區(qū)與柱區(qū)的邊界面的傾斜度變大，從而使邊界面朝向沿著半導(dǎo)體基板的表面的方向(橫向)。因此，與上文所述相同，即使在半導(dǎo)體基板的深度方向(縱向)上被施加有電壓，由于電壓的施加方向與邊界面所朝向的方向不同，因此空穴也不易從陽極接觸區(qū)流入柱區(qū)。因此，能夠抑制從陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量。

3、優(yōu)選為，柱區(qū)具備濃度降低范圍，在所述濃度降低范圍中，雜質(zhì)濃度隨著從半導(dǎo)體基板的表面向半導(dǎo)體基板的深度方向遠(yuǎn)離而連續(xù)地降低。

根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于半導(dǎo)體基板的表面上的柱區(qū)的n型雜質(zhì)濃度較高，因此能夠阻礙在半導(dǎo)體基板的表面上與柱區(qū)鄰接的陽極接觸區(qū)向沿著半導(dǎo)體基板的表面的方向(橫向)擴(kuò)散的情況。由此，由于陽極接觸區(qū)的上端部不易向沿著半導(dǎo)體基板的表面的方向(橫向)擴(kuò)散，因此陽極接觸區(qū)的上端部的寬度與下端部的寬度之差變得更小。其結(jié)果為，陽極接觸區(qū)與柱區(qū)的邊界面的傾斜度變大，從而使邊界面朝向沿著半導(dǎo)體基板的表面的方向(橫向)。因此，與上文所述相同，即使在半導(dǎo)體基板的深度方向(縱向)上被施加有電壓，由于電壓的施加方向與邊界面所朝向的方向不同，因此空穴也不易從陽極接觸區(qū)流入柱區(qū)。因此，能夠抑制從陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量。

4、優(yōu)選為，在被形成于二極管區(qū)的多個(gè)柱區(qū)中的、最靠近IGBT區(qū)的柱區(qū)中的柱接觸范圍的寬度，與最靠近的柱區(qū)以外的柱區(qū)中的柱接觸范圍的寬度相比而較窄。

在靠近IGBT區(qū)的部分中，由于有空穴從IGBT區(qū)流入二極管區(qū)，因此多余的空穴容易被蓄積于半導(dǎo)體基板中。因此，根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠使從最靠近IGBT區(qū)的陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量與除此以外的從陽極接觸區(qū)向柱區(qū)流入的空穴的量相比而得到抑制。

此外，能夠在使靠近IGBT區(qū)的部分中的、將被蓄積于半導(dǎo)體基板的空穴被噴出到表面電極上之前縮短時(shí)間，從而能夠使開關(guān)速度加快。此外，由于能夠抑制流入到靠近IGBT區(qū)的部分的空穴的量，因此能夠抑制靠近IGBT區(qū)的部分的發(fā)熱。