半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為工業(yè)用設(shè)備、汽車(chē)、家用電器等使用的功率半導(dǎo)體裝置，已知有IGBT(Insulated GateBipolar Transistor:絕緣柵雙極晶體管)。功率半導(dǎo)體裝置中，特別是IGBT具有良好的柵極控制性，且由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)而能實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電壓。此外，作為功率半導(dǎo)體裝置的M0S柵(由金屬-氧化物-半導(dǎo)體構(gòu)成的絕緣柵)結(jié)構(gòu)，廣泛已知有在半導(dǎo)體基板上呈平板狀地設(shè)置M0S柵的平面柵結(jié)構(gòu)、以及在形成在半導(dǎo)體基板上的溝槽內(nèi)填入M0S柵的槽柵結(jié)構(gòu)這兩種結(jié)構(gòu)。
[0003]槽柵結(jié)構(gòu)能形成得比平面柵結(jié)構(gòu)更精細(xì)的單元結(jié)構(gòu)。此外，槽柵結(jié)構(gòu)中不存在平面柵結(jié)構(gòu)所特有的JFET區(qū)(在由相鄰的p型基極區(qū)所夾的區(qū)域中、電流集中的部分)。因此，在槽柵結(jié)構(gòu)中，能使導(dǎo)通電壓比平面柵結(jié)構(gòu)更低。此外，在IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，成為導(dǎo)通損耗的導(dǎo)通電壓的壓降的大半部分是漂移層上的電壓降。因此，通過(guò)盡可能地將載流子(電子、空穴)限制在漂移層、即增強(qiáng)所謂的IE(Inject1n Enhancement:注入增強(qiáng))效果，也能降低導(dǎo)通電壓。
[0004]在具有該IE效果的表面結(jié)構(gòu)中具有如下結(jié)構(gòu)(下面設(shè)為第一現(xiàn)有結(jié)構(gòu)):例如在條狀的平面布局內(nèi)以狹小間距配置多個(gè)溝槽，在P-型基極區(qū)的、夾在相鄰溝槽間的區(qū)域(以下設(shè)為臺(tái)面部)中，在溝槽呈條狀延伸的第一方向上以一定間隔交替重復(fù)地配置Π+型發(fā)射極區(qū)域和P++型接觸區(qū)域(contact reg1n)(以下設(shè)為第一現(xiàn)有結(jié)構(gòu))。通過(guò)采用第一現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，從而能在維持臺(tái)面部上的n+型發(fā)射極區(qū)域的占有面積的狀態(tài)下使臺(tái)面部精細(xì)化(縮小臺(tái)面部的、與第一方向正交的第二方向的寬度(溝槽間的距離))，從而能在維持導(dǎo)通電壓Von的同時(shí)提高IE效果。
[0005]此外，在臺(tái)面部的中央部以沿第一方向延伸的直線狀的平面布局配置p++型接觸區(qū)域并在P++型接觸區(qū)域與溝槽之間配置n+型發(fā)射極區(qū)域的結(jié)構(gòu)(以下設(shè)為第二現(xiàn)有結(jié)構(gòu))中，P++型接觸區(qū)域向溝道部的回流會(huì)導(dǎo)致閾值電壓Vth上升，因此臺(tái)面部的精細(xì)化存在著限制。P++型接觸區(qū)域向溝道部的回流是指，P++型接觸區(qū)域向P-型基極區(qū)域的、夾在n+型發(fā)射極區(qū)域與η-型漂移層之間的部分(ρ-型基極區(qū)域的、形成溝道(η型反轉(zhuǎn)層)的溝槽側(cè)壁附近)擴(kuò)散。通過(guò)采用上述第一現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，從而即使在產(chǎn)生Ρ++型接觸區(qū)域向溝道部的回流的情況下，也能抑制閾值電壓Vth的上升，并能使臺(tái)面部精細(xì)化。
[0006]接著，以第一現(xiàn)有結(jié)構(gòu)為例，對(duì)具有IE效果的現(xiàn)有的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖17是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的槽柵結(jié)構(gòu)的平面布局的俯視圖。圖18是表示圖17的切割線AA-AA’處的剖面結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖19是表示圖17的切割線處的剖面結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖20是表示圖17的切割線CC-CC’處的剖面結(jié)構(gòu)的剖視圖。切斷線AA-AA’通過(guò)溝槽103以及p++型接觸區(qū)域107。切斷線通過(guò)溝槽103以及n+型發(fā)射極區(qū)域106。切斷線CC-CC’通過(guò)n+型發(fā)射極區(qū)域106以及P++型接觸區(qū)域107。圖17中省略了柵極絕緣膜、層間絕緣膜、源極電極以及鈍化膜的圖示。
[0007]如圖17?20所示，設(shè)置有多個(gè)貫穿p-型基極區(qū)域102并到達(dá)η-型漂移層101的溝槽103。多個(gè)溝槽103配置在條狀的平面布局區(qū)中。在溝槽103的內(nèi)部，隔著柵極絕緣膜104填入柵極電極105。在夾在相鄰的溝槽103之間的臺(tái)面部上，以規(guī)定的間隔在溝槽103呈條狀延伸的第一方向上交替重復(fù)配置η+型發(fā)射極區(qū)域106和ρ++型接觸區(qū)域107。η+型發(fā)射極區(qū)域106以及ρ++型接觸區(qū)域107均在與第一方向正交的第二方向上具有到達(dá)兩側(cè)的溝槽103側(cè)壁的寬度。
[0008]接著，以形成第一現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的情況為例對(duì)現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖21?23是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程中的狀態(tài)的剖視圖。圖21?23示出了圖17的切斷線CC-CC’處的制造過(guò)程中的剖面結(jié)構(gòu)。首先，如圖21所示，在成為η-型漂移層101的半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)刃纬搔?型基極區(qū)域102、溝槽、柵極絕緣膜、以及柵極電極。接著，在基板表面形成使與η+型發(fā)射極區(qū)域106的形成區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分開(kāi)口的抗蝕劑掩膜(未圖示)。接著，將該抗蝕劑掩膜作為掩膜進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入，在相鄰的溝槽間所夾的臺(tái)面部上以一定間隔在第一方向上選擇性地形成η+型發(fā)射極區(qū)域106。
[0009]接著，如圖22所示，在基板表面形成使與ρ++型接觸區(qū)域107的形成區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分開(kāi)口的抗蝕劑掩膜111。以規(guī)定間隔空出在第一方向上相鄰的η+型發(fā)射極區(qū)域106與Ρ++型接觸區(qū)域107的掩膜上的間隔W101。接著，將抗蝕劑掩膜111作為掩膜來(lái)進(jìn)行ρ型雜質(zhì)的離子注入112。圖22中，ρ-型基極區(qū)域102的表面附近的虛線表示通過(guò)離子注入112注入的ρ型雜質(zhì)。通過(guò)該離子注入112,從而在第一方向上相鄰的各η+型發(fā)射極區(qū)域106之間形成與η+型發(fā)射極區(qū)域106分別隔開(kāi)的ρ++型接觸區(qū)域107。接著，在將抗蝕劑掩膜111去除后，通過(guò)進(jìn)行用于使雜質(zhì)擴(kuò)散的熱處理(熱擴(kuò)散處理)工序、形成構(gòu)成元件結(jié)構(gòu)的其余各部分的工序等，從而完成槽柵型IGBT。
[0010]此外，作為具有ΙΕ效果的其它表面結(jié)構(gòu)，提出了如下這種結(jié)構(gòu):在與虛擬溝槽區(qū)域正交的方向上呈條狀地設(shè)置發(fā)射極層，該虛擬溝槽區(qū)域與和柵極電極相連的有效柵溝槽區(qū)域以及和柵極電極相隔開(kāi)溝槽(例如參照下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，通過(guò)使溝槽間距和發(fā)射極區(qū)域的寬度最優(yōu)化，從而確保RBSOA (Reverse Bias Safe OperatingArea:反向偏置安全工作區(qū))耐量，抑制了飽和電流的偏差。
[〇〇11]此外，作為具有IE效果的其它表面結(jié)構(gòu)，提出了以下結(jié)構(gòu)。在ρ型基極區(qū)域的表面，高雜質(zhì)濃度的η型發(fā)射極區(qū)域以及ρ型接觸區(qū)域與溝槽的側(cè)面相接，并沿著溝槽的長(zhǎng)邊方向(溝道寬度方向)交替形成。Ρ型接觸區(qū)域具有不與η型發(fā)射極區(qū)域的邊緣部分相接的圖案，其中，該η型發(fā)射極區(qū)域與形成溝道的溝道相接(例如參照下述專(zhuān)利文獻(xiàn)2(第0069、0177 段、圖 31))。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0012]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)2009-026797號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利特開(kāi)平11 一 345969號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0013]然而，在上述第一現(xiàn)有結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D17?23)中，若在第一方向上相鄰的n+型發(fā)射極區(qū)域106與p++型接觸區(qū)域107的間隔W102因掩膜的圖案偏差或工藝偏差(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為工藝偏差)而產(chǎn)生偏差，則會(huì)對(duì)元件特性造成較大的不良影響。例如，若在第一方向上相鄰的n+型發(fā)射極區(qū)域106與p++型接觸區(qū)域107的間隔W102因工藝偏差而比設(shè)計(jì)值小，則會(huì)產(chǎn)生P++型接觸區(qū)域107向溝道部回流的情況。因此，存在n+型發(fā)射極區(qū)域106的第一方向的寬度(溝道寬度)減少、閾值電壓Vth、導(dǎo)通電壓Von上升的問(wèn)題。
[0014]另一方面，若在第一方向上相鄰的n+型發(fā)射極區(qū)域106與P++型接觸區(qū)域107的間隔W102因工藝偏差而大于設(shè)計(jì)值，則n+型發(fā)射極區(qū)域106會(huì)向殘留在n+型發(fā)射極區(qū)域106與p++型接觸區(qū)域107之間的p-型基極區(qū)域102擴(kuò)散，n+型發(fā)射極區(qū)域106在第一方向上的寬度會(huì)變大。因此，存在短路耐量、閂鎖耐量(以下統(tǒng)稱(chēng)為破壞耐量)降低的問(wèn)題。此外，在功率半導(dǎo)體裝置中，除了低導(dǎo)通電壓以外，還要求高速開(kāi)關(guān)特性，與低導(dǎo)通電壓Von具有權(quán)衡關(guān)系的高速開(kāi)關(guān)特性的改善(開(kāi)關(guān)損耗EofT的降低)也成為重要的課題。
[0015]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，其目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法，能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化，并維持導(dǎo)通電壓與開(kāi)關(guān)損耗之間良好的權(quán)衡關(guān)系，同時(shí)能防止閾值電壓和導(dǎo)通電壓上升，并能防止破壞耐量降低。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0016]為了解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，該半導(dǎo)體裝置具有槽柵結(jié)構(gòu)，該槽柵結(jié)構(gòu)具備第一導(dǎo)電型的第一、第三半導(dǎo)體區(qū)域以及第二導(dǎo)電型的第二、第四半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體裝置的制造方法具有以下特征。所述第2半導(dǎo)體區(qū)域選擇性地設(shè)置于所述第1半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)面?zhèn)取ＴO(shè)有多個(gè)在深度方向上貫穿所述第二半導(dǎo)體區(qū)域并到達(dá)所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的溝槽溝道。多個(gè)所述溝槽以條狀的平面圖案來(lái)進(jìn)行配置。在所述溝槽內(nèi)部隔著柵極絕緣膜設(shè)有柵極電極。所述第三半導(dǎo)體區(qū)域選擇性地設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的、夾在相鄰的所述溝槽間的臺(tái)面部上。所述第四半導(dǎo)體區(qū)域與所述第三半導(dǎo)體區(qū)域相接地設(shè)置在所述臺(tái)面部上。所述第四半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度比所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高。在制造上述槽柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置時(shí)，首先進(jìn)行在所述臺(tái)面部上以規(guī)定間隔在所述溝槽呈條狀延伸的第一方向上選擇性地形成所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的第一工序。接著進(jìn)行在所述臺(tái)面部的、夾在所述第一方向上相鄰的所述第三半導(dǎo)體區(qū)域之間的整個(gè)部分上形成雜質(zhì)濃度高于所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的第二導(dǎo)電型的第五半導(dǎo)體區(qū)域的第二工序。接著進(jìn)行在所述第五半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)部與所述第三半導(dǎo)體區(qū)域相隔開(kāi)的位置選擇性地形成雜質(zhì)濃度高于所述第五半導(dǎo)體區(qū)域的所述第四半導(dǎo)體區(qū)域的第三工序。接著進(jìn)行在所述第一方向上相鄰的所述第五半導(dǎo)體區(qū)域，使所述第三半導(dǎo)體區(qū)域與所述第四半導(dǎo)體區(qū)域擴(kuò)散并接觸，以使得所述第三半導(dǎo)體區(qū)域與所述第四半導(dǎo)體區(qū)域在所述第一方向上交替重復(fù)地配置的第四工序。。
[0017]此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述第四工序中，在所述第三半導(dǎo)體區(qū)域與所述第四半導(dǎo)體區(qū)域的接合界面的所述第一半導(dǎo)體區(qū)域一側(cè)殘留所述第五半導(dǎo)體區(qū)域。
[0018]此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述第二工序中，以所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的深度以下的深度形成所述第五半導(dǎo)體區(qū)域。
[0019]此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述第二工序中，形成比所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的深度要深且比所述第四半導(dǎo)體區(qū)域的深度要淺的所述