專利名稱：具有溝道結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里說明的實(shí)施方式涉及一種具有溝道結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
在二極管、功率MOS 晶體管、IGBT (insulated gate bipolar transisto r :絕緣柵雙極型晶體管)等的功率器件中，為了確保耐壓在器件形成區(qū)域的外側(cè)需要包括保護(hù)環(huán)層、降低表面電場(chǎng)(RESURF)層等的器件終端部(device termination portion)。在器件終端部設(shè)置了保護(hù)環(huán)層、降低表面電場(chǎng)層的情況下，存在難以縮短器件終端部的寬度這樣的問題點(diǎn)。另外，當(dāng)在器件終端部設(shè)置與器件形成區(qū)域不同的半導(dǎo)體層時(shí)，存在制造工序變長(zhǎng)這樣的問題點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠滿足高的耐壓特性、縮短器件終端部的寬度的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，半導(dǎo)體裝置設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體和第2半導(dǎo)體層。溝道結(jié)構(gòu)體(trench structure)在具有器件部和器件終端部的第I導(dǎo)電型的第I半導(dǎo)體層的、器件終端部表面設(shè)置有槽，并埋設(shè)絕緣物以覆蓋槽。第2半導(dǎo)體層具有第2導(dǎo)電型，設(shè)置在第I半導(dǎo)體層表面，與槽的至少器件部側(cè)相接，深度比槽淺。所述絕緣物與半導(dǎo)體裝置的表面保護(hù)膜是相同的材質(zhì)。本發(fā)明能夠滿足半導(dǎo)體裝置的高的耐壓特性、且縮短器件終端部的寬度。


圖1是表不第
圖2是表第
圖3是表第
圖4是表不第
圖5是表第
圖6是表第
圖7是表不第
圖8是表第
圖9是表第
I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。I變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖10是表示第2變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖11是表示第3變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖12是表示第4變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖13是表示第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖14是表示第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖15是表示第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。圖16是表示第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。圖17是表示第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖18是表示第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。圖19是表示第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。圖20是表示變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖進(jìn)一步說明多個(gè)實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或者 類似部分。參照

第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。圖1是表示半導(dǎo)體裝置 的剖面圖。在本實(shí)施方式中，在溝道型功率M0S晶體管的器件終端部(device termination portion)設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體，該溝道結(jié)構(gòu)體在槽中埋設(shè)了絕緣物。如圖1所示，半導(dǎo)體裝置90是作為深溝道的溝道結(jié)構(gòu)體11設(shè)置在器件終端部的 Nch溝道功率M0S晶體管。半導(dǎo)體裝置90適用于移動(dòng)體終端、個(gè)人計(jì)算機(jī)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等。在N—漂移層1的第1主面(表面)設(shè)置有P基底層3。在N—漂移層1的與第1主 面(表面)相對(duì)置的第2主面(背面)設(shè)置有雜質(zhì)濃度比N—漂移層1高的N+漏極層2。在本 實(shí)施方式中，在N—漂移層1中使用了半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板的背面使用了作為擴(kuò)散層 的礦漏極層2。此外，在N+漏極層2中使用了半導(dǎo)體基板的情況下，N—漂移層1成為外延 層。在P基底層3中設(shè)置有貫通P基底層3而到達(dá)N —漂移層1的槽21。在槽21的 底面以及側(cè)面設(shè)置有柵極絕緣膜5，隔著柵極絕緣膜5以覆蓋槽21的方式埋設(shè)柵極電極6。 柵極絕緣膜5以及柵極電極6構(gòu)成溝道柵極，捆成柵極。在與槽21相接的P基底層表面設(shè)
置有N+源極層4。在N—漂移層1、P基底層3、N+源極層4、以及溝道柵極上設(shè)置有絕緣膜7。P基底 層3以及N+源極層4上的絕緣膜7被蝕刻而使未圖示的第1開口部設(shè)置在器件部。在通 過第1開口部暴露的P基底層3以及礦源極層4、絕緣膜7上設(shè)置有源極電極8。N—漂移層1上的絕緣膜7被蝕刻而使未圖示的第2開口部設(shè)置在器件終端部。第 2開口部的一端(器件部側(cè))與P基底層3相接。在器件終端部之下的N—漂移層1表面設(shè) 置具有寬度W1、深度D1的溝道結(jié)構(gòu)體11。溝道結(jié)構(gòu)體11包括槽22、以及埋設(shè)在槽內(nèi)以覆 蓋槽22的絕緣物23。深度D1設(shè)定為比P基底層3的深度還深。這里，槽22沒有到達(dá)N+ 漏極層2，但是也可以形成為到達(dá)N+漏極層2。寬度W1被適當(dāng)設(shè)定以使得與半導(dǎo)體裝置90 要求的耐壓特性相對(duì)應(yīng)，設(shè)定為比溝道柵極寬度還寬。在第2開口部、絕緣膜7、以及源極電極8上設(shè)置有絕緣膜9。絕緣膜9作為表面保護(hù)膜而發(fā)揮功能，該表面保護(hù)膜防護(hù)半導(dǎo)體裝置90以避免從外部侵入污染物、水分等。溝道結(jié)構(gòu)體11的絕緣物23成為上部直接與絕緣膜9相接的結(jié)構(gòu)。這里,絕緣物23與絕緣膜 9使用了相同的材質(zhì)，但是也可以設(shè)為不同的材質(zhì)。另外，絕緣膜9也可以層疊多層同種的相同或者不同的材料而形成。在N+漏極層2的與第I主面(與N—漂移層I相接的面)相對(duì)置的第2主面(背面)設(shè)置有漏極電極10。
這里絕緣物23、絕緣膜9例如使用了聚酰亞胺(PI)膜。聚酰亞胺(PI)膜與氧化硅膜相比介電常數(shù)低到3. 2^3. 5，能夠獲得比當(dāng)絕緣膜9設(shè)為氧化膜時(shí)更高的耐壓。例如， 通過以30(T40(TC進(jìn)行固化(亞胺化)來使得絕緣性優(yōu)良，作為有機(jī)材料是耐熱性高的材料。 此外，代替聚酰亞胺(PI)，也可以使用聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑(ΡΒ0)、聚苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚氟碳(*。丨J 7 π π力一術(shù) >)、或者聚芳醚(PAE)等。
當(dāng)將埋設(shè)了絕緣物23的溝道結(jié)構(gòu)體11設(shè)置在器件終端部時(shí)，與最后在器件終端部設(shè)置保護(hù)環(huán)層、降低表面電場(chǎng)層的情況相比能夠縮短器件終端部的寬度。另外，不需要在器件終端部設(shè)置與器件部不同的各種半導(dǎo)體層，能夠縮短半導(dǎo)體裝置90的制造工序。
接著，參照?qǐng)D2至4說明半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖2至4是表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
如圖2所示，在N—漂移層I表面形成P基底層3、溝道柵極、N+源極層4、以及絕緣膜7，在N—漂移層I背面形成N+漏極層2。對(duì)器件部的N—漂移層I上的絕緣膜7進(jìn)行蝕刻來形成未圖示的開口部。在通過開口部暴露的P基底層3以及N+源極層4、絕緣膜7上形成源極電極8。以上的工序是使用公知的技術(shù)來進(jìn)行的。
接著，如圖3所示，對(duì)于器件終端部的絕緣膜7，以未圖示的抗蝕膜為掩模，例如使用RIE (reactive ion etching :反應(yīng)離子刻蝕)法來蝕刻絕緣膜7而形成開口部。變更氣體種類，以抗蝕膜為掩模，對(duì)于開口部之下的N—漂移層I，使用Deep RIE法來蝕刻開口部之下的N—漂移層1，形成具有寬度Wl以及深度Dl的槽22。為了表面的平滑化而對(duì)暴露的硅表面進(jìn)行化學(xué)蝕刻，消除了抗蝕膜之后，對(duì)槽22的底面以及側(cè)面進(jìn)行藥液處理。
接著，如圖4所示，埋設(shè)絕緣物23以覆蓋槽22。對(duì)作為聚酰亞胺的絕緣物23進(jìn)行圖案形成并以較低溫度(例如，30(T400°C )進(jìn)行亞胺化。
在絕緣物23、絕緣膜7、以及源極電極8上形成絕緣膜9。在N+漏極層2的背面形成漏極電極10來完成半導(dǎo)體裝置90。
如上述那樣，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，包括槽22以及埋設(shè)在槽22的絕緣物23的溝道結(jié)構(gòu)體11設(shè)置在器件終端部。溝道結(jié)構(gòu)體11的一端與P基底層 3相接，比溝道柵極以及P基底層3深，具有寬度Wl以及深度Dl。
因此，與設(shè)置了保護(hù)環(huán)層、降低表面電場(chǎng)層的情況相比，能夠縮短器件終端部的寬度。另外，能夠縮短半導(dǎo)體裝置90的制造工序。
此外，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選是，以使加工控制簡(jiǎn)易為目的，將溝道形狀設(shè)為直線形狀、或者如圖20所示那樣，以提高電特性為目的，將溝道形狀設(shè)為溝道寬度朝向下側(cè)變寬的倒錐形形狀。具體地說，在變形例的半導(dǎo)體裝置90a的溝道結(jié)構(gòu)體Ilb中，槽22b的底面部的寬度Wll形 成得比上面部的寬度Wl還寬。在倒錐形形狀的溝道的情況下，溝道端部的沿面距離變長(zhǎng)，因此電壓施加時(shí)的等電位寬度變寬，能夠緩和電場(chǎng)集中。因此，能夠提高耐壓。另外，在本實(shí)施方式中，適用于Nch溝道功率MOS晶體管，但是也能夠適用于Pch溝道功率MOS晶體管。
參照

第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。圖5是表示半導(dǎo)體裝置的剖面圖。在本實(shí)施方式中，在溝道型功率MOS晶體管的器件終端部設(shè)置有第I溝道結(jié)構(gòu)體，該第I溝道結(jié)構(gòu)體與P基底層3相接，并且包括第I槽、氧化硅膜、以及絕緣膜，與第I 溝道結(jié)構(gòu)體相接而設(shè)置有包括第2槽以及絕緣物的第2溝道結(jié)構(gòu)體。
下面，對(duì)與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)部分附加相同附圖標(biāo)記，并省略該部分的說明，只說明不同的部分。
如圖5所示，半導(dǎo)體裝置91是如下的Nch溝道功率MOS晶體管作為深溝道的溝道結(jié)構(gòu)體11設(shè)置在器件終端部，在溝道結(jié)構(gòu)體11與P基底層3之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12。 半導(dǎo)體裝置91適用于移動(dòng)體終端、個(gè)人計(jì)算機(jī)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等。
在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間的N—漂移層I表面設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12(第 I溝道結(jié)構(gòu)體)。溝道結(jié)構(gòu)體12具有寬度W2以及深度D2。寬度W2比溝道結(jié)構(gòu)體11 (第 2溝道結(jié)構(gòu)體)的寬度Wl窄。深度D2比P基底層3的深度深、比溝道結(jié)構(gòu)體11的深度 Dl淺。溝道結(jié)構(gòu)體12包括槽31、形成在槽31的底部以及側(cè)面的由熱氧化硅膜(silicon thermally 一 oxidized film) (SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32、以及隔著絕緣膜32以覆蓋槽31 的方式埋設(shè)的絕緣膜33。
如果將以較高溫度對(duì)N—漂移層I表面進(jìn)行高溫?zé)嵫趸纬傻臒嵫趸枘?SiO2 膜)用于絕緣膜32，則能夠抑制流過PN結(jié)端部的泄漏電流。
接著，說明半導(dǎo)體裝置(Nch溝道功率MOS晶體管)的PN結(jié)端部中的泄漏電流特性。
在第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置90 (參照?qǐng)D1)中，P基底層3的側(cè)面與溝道結(jié)構(gòu)體 11的絕緣物23的上部側(cè)面相接。
另一方面，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置91 (參照?qǐng)D5)中，在溝道結(jié)構(gòu)體11與P基底層3之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12。P基底層3的側(cè)面與設(shè)置在溝道結(jié)構(gòu)體12的槽31的側(cè)面的絕緣膜32 (熱氧化硅膜(SiO2膜))相接。另外，溝道結(jié)構(gòu)體12之下的N_漂移層I表面與設(shè)置在溝道結(jié)構(gòu)體12的槽31的底面的絕緣膜32 (熱氧化硅膜(SiO2膜))相接。
因此，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置91中，通過設(shè)置由該熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32，從而與第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置90相比，更能夠抑制流過器件終端部中的 PN結(jié)端部的泄漏電流，能夠提高半導(dǎo)可靠性。
接著，參照?qǐng)D6至8說明半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖6至8是表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
如圖6所示，在形成溝道柵極、N+源極層4、以及絕緣膜7之后，對(duì)于器件終端部的絕緣膜7，以未圖示的抗蝕膜為掩模，例如使用RIE法來蝕刻絕緣膜7而形成開口部。變更氣體種類，使用RIE法，以抗蝕膜為掩模來蝕刻開口部之下的N—漂移層1，形成具有寬度W2 以及深度D2的槽31。N—漂移層I的蝕刻例如使用與溝道柵極的槽21的形成相同的RIE 條件。消除了抗蝕膜之后，進(jìn)行RIE后處理來凈化槽31的底面以及側(cè)面。
接著，如圖7所示，例如在溫度1000°C、氧(O2)氣氛中對(duì)暴露在槽31的底面以及側(cè)面的N—漂移層I表面進(jìn)行氧化，形成由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32。此外，也可以添加氯系的氣體來進(jìn)行熱氧化。隔著絕緣膜32來埋設(shè)絕緣膜33以覆蓋槽31。此時(shí)， 絕緣膜33堵住溝道上部即可，沒有必要一定完全地埋入內(nèi)部。在埋設(shè)溝道結(jié)構(gòu)體12的絕緣膜33之后,例如使用CMP (chemical mechanical polishing :化學(xué)機(jī)械拋光)法研磨絕緣膜33來平坦化。其結(jié)果是形成包括槽31、絕緣膜32、以及絕緣膜33的溝道結(jié)構(gòu)體12。
接著，如圖8所示，對(duì)于器件終端部的絕緣膜7，以未圖示的抗蝕膜為掩模，例如使用RIE (reactive ion etching :反應(yīng)離子蝕刻)法來蝕刻絕緣膜7而形成開口部。該開口部的一端(器件部側(cè))與溝道結(jié)構(gòu)體12相接。變更氣體種類，以抗蝕膜為掩模，對(duì)于開口部之下的N_漂移層I，使用Deep RIE法來蝕刻開口部之下的N—漂移層I，形成具有寬度Wl以及深度Dl的槽22。這以后的工序與第I實(shí)施方式相同，因此省略說明。
如上述那樣，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，包括槽22以及埋設(shè)在槽22的絕緣物23的溝道結(jié)構(gòu)體11設(shè)置在器件終端部。在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12。溝道結(jié)構(gòu)體12具有寬度W2以及深度D2。溝道結(jié)構(gòu)體12包括槽 31、形成在槽31的底部以及側(cè)面的由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32、以及隔著絕緣膜32來埋設(shè)在槽31的絕緣膜33。
因此，除了第I實(shí)施方式的效果之外，與第I實(shí)施方式相比，更能夠降低包括器件終端部的P基底層3和N—漂移層I的PN 二極管的逆向泄漏電流。
此外，在本實(shí)施方式中，溝道結(jié)構(gòu)體11被設(shè)定為深度D1，但是并不一定限定于此。 例如也可以如圖9所示的第I變形例的半導(dǎo)體裝置91a那樣，將槽22形成為貫通N—漂移層I而到達(dá)N+漏極層2，將溝道結(jié)構(gòu)體11設(shè)定為深度Dla。
另外，在本實(shí)施方式中，將溝道結(jié)構(gòu)體12的剖面設(shè)定為矩形形狀，但是并不一定限定于此。例如也可以如圖10所示的第2變形例的半導(dǎo)體裝置91b那樣，設(shè)為剖面具有倒梯形的溝道結(jié)構(gòu)體12a等。
另外，在本實(shí)施方式中，將溝道結(jié)構(gòu)體12設(shè)置在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間， 但是并不一定限定于此。例如也可以如圖11所示的第3變形例的半導(dǎo)體裝置91c那樣，在 P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間設(shè)置嵌入氧化膜61。具體地說，將嵌入氧化膜6的深度D2 形成得比P 基底層3深。嵌入氧化膜61是由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的嵌入型LOCOS結(jié)構(gòu)體。這里，嵌入氧化膜61是在形成溝道結(jié)構(gòu)體11之前形成。
另外，在本實(shí)施方式中，將溝道結(jié)構(gòu)體12設(shè)置在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間， 但是并不一定限定于此。例如也可以如圖12所示的第4變形例的半導(dǎo)體裝置91d那樣，在 P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間設(shè)置氧化硅膜42。具體地說，將氧化硅膜42的深度D2形成得比P基底層3深。氧化硅膜42是由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的LOCOS結(jié)構(gòu)體。這里， 氧化硅膜42是在形成溝道結(jié)構(gòu)體11之前形成。
另外，在本實(shí)施方式中，在槽31的側(cè)面以及底面設(shè)置由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32，但是并不一定限定于此。只要至少在槽31的器件部側(cè)的側(cè)面以及器件部側(cè)的底面設(shè)置由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32即可。
參照

第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。圖13是表示半導(dǎo)體裝置的剖面圖。在本實(shí)施方式中，在第I槽的底面以及側(cè)面設(shè)置有熱氧化硅膜的第I溝道結(jié)構(gòu)體的深度D3形成得比絕緣物埋設(shè)在第2槽的第2溝道結(jié)構(gòu)體的深度Dl深，從而改善泄漏電流。
下面，對(duì)與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)部分附加相同附圖標(biāo)記，并省略該部分的說明，只說明不同的部分。
如圖13所示，半導(dǎo)體裝置92是如下的Nch溝道功率MOS晶體管作為深溝道的溝道結(jié)構(gòu)體11 (第2溝道結(jié)構(gòu)體)設(shè)置在器件終端部，在溝道結(jié)構(gòu)體11與P基底層3之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12b (第I溝道結(jié)構(gòu)體)。半導(dǎo)體裝置92適用于移動(dòng)體終端、個(gè)人計(jì)算機(jī)、 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等。
在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間的N—漂移層I表面設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12b。 溝道結(jié)構(gòu)體12b具有寬度W2以及深度D3。深度D3比溝道結(jié)構(gòu)體11的深度Dl深。溝道結(jié)構(gòu)體12b包括槽31b、形成在槽31b的底部以及側(cè)面的由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32、以及隔著絕緣膜32以覆蓋槽31b的方式埋設(shè)的絕緣膜33。此時(shí)，絕緣膜33只要堵住溝道上部即可，沒有必要一定完全地埋入內(nèi)部。另外，絕緣膜32、絕緣膜33的上部也可以在溝道結(jié)構(gòu)體11形成工序中進(jìn)行蝕刻。
接著，說明半導(dǎo)體裝置(Nch溝道功率MOS晶體管)的PN結(jié)端部中的泄·漏電流特性。
在第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置91 (參照?qǐng)D5)中，在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11 之間，設(shè)置比P基底層3深、比溝道結(jié)構(gòu)體11淺的溝道結(jié)構(gòu)體12。
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置92 (參照?qǐng)D13)中，在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間，設(shè)置比P基底層3以及溝道結(jié)構(gòu)體11深的溝道結(jié)構(gòu)體12b。P基底層3的側(cè)面以及P 基底層3之下的N—漂移層I的側(cè)面與設(shè)置在溝道結(jié)構(gòu)體12b的槽31b的側(cè)面的由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32相接。溝道結(jié)構(gòu)體12b之下的N—漂移層I的表面與設(shè)置在溝道結(jié)構(gòu)體12b的槽31b的底面的由熱氧化硅膜(SiO2膜)構(gòu)成的絕緣膜32相接。
另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置92中，溝道結(jié)構(gòu)體12b的溝道31b的側(cè)面以及底面全部被熱氧化硅膜覆蓋，因此形成始終穩(wěn)定的界面，成品率穩(wěn)定。另外，與第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置91相比，更能夠降低包括器件終端部中的P基底層3和N—漂移層I的PN 二極管的逆向泄漏電流。
如上述那樣，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，包括槽22以及埋設(shè)在槽22的絕緣物23的溝道結(jié)構(gòu)體11設(shè)置在器件終端部。在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12b。溝道結(jié)構(gòu)體12b的深度D3比溝道結(jié)構(gòu)體11的深度Dl深。
因此，除了第I實(shí)施方式的效果之外，與第2實(shí)施方式相比，更能夠降低包括器件終端部的P基底層3和N—漂移層I的PN 二極管的逆向泄漏電流。
此外，在本實(shí)施方式中，將溝道結(jié)構(gòu)體12b設(shè)定為深度D3，但是并不一定限定于此。也可以將溝道結(jié)構(gòu)體12b形成為貫通N—漂移層I而到達(dá)N+漏極層2。
參照

第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。圖14是表示半導(dǎo)體裝置的剖面圖。在本實(shí)施方式中，變更第2溝道結(jié)構(gòu)體的第2槽的形狀來改善了耐壓。
下面，對(duì)與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)部分附加相同附圖標(biāo)記，并省略該部分的說明，只說明不同的部分。
如圖14所示，半導(dǎo)體裝置93是如下的Nch溝道功率MOS晶體管作為深溝道的溝道結(jié)構(gòu)體Ila (第2溝道結(jié)構(gòu)體)設(shè)置在器件終端部，在溝道結(jié)構(gòu)體Ila與P基底層3之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12 (第I溝道結(jié)構(gòu)體)。半導(dǎo)體裝置93適用于移動(dòng)體終端、個(gè)人計(jì)算機(jī)、 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等。
溝道結(jié)構(gòu)體Ila包括槽22a以及埋設(shè)在槽22a的絕緣物23。槽22a的一端(器件部側(cè))的上部與溝道結(jié)構(gòu)體12的側(cè)面以及底面相接。作為區(qū)域A而表示的溝道結(jié)構(gòu)體12之下的槽22a的上部成為錐形形狀(隨著變深而延伸在器件部側(cè))。區(qū)域A不只限于上部， 也可以涉及在溝道結(jié)構(gòu)體Ila的側(cè)面全部區(qū)域。
接著，說明半導(dǎo)體裝置(Nch溝道功率MOS晶體管)的PN結(jié)端部中的特性。
在第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置91 (參照?qǐng)D5)中，在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體11 之間，設(shè)置比P基底層3深、比溝道結(jié)構(gòu)體11淺的溝道結(jié)構(gòu)體12。
另一方面，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置93 (參照?qǐng)D14)中，在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體Ila之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12。溝道結(jié)構(gòu)體12之下的槽22a的上部成為錐形形狀(隨著變深而延伸在器件部側(cè))。
因此，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置93中，當(dāng)施加了電壓時(shí)，在P基底層3之下電場(chǎng)集中被緩和(區(qū)域A中)(與第I實(shí)施方式中的錐形形狀同樣)。因而，與第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置91相比，更能夠改善包括器件終端部中的P基底層3和N—漂移層I的PN 二極管的耐壓。
接著，參照?qǐng)D15以及圖16說明半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖15以及圖16是表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
如圖15所示，在形成了溝道結(jié)構(gòu)體12之后，對(duì)于器件終端部的絕緣膜7，以未圖示的抗蝕膜為掩模，例如使用RIE (reactive ion etching :反應(yīng)離子蝕刻)法來蝕刻絕緣膜 7而形成開口部。該開口部的一端(器件部側(cè))與溝道結(jié)構(gòu)體12相接。
接著，如圖16所示,例如使用⑶E (chemical dry etching :化學(xué)干蝕刻)法來蝕刻側(cè)面以及底面，將槽22a的一端側(cè)(器件部側(cè))的溝道結(jié)構(gòu)體12之下、槽22a的另一端(芯片端側(cè))表面設(shè)為錐形形狀。這以后的工序與第I實(shí)施方式相同，因此省略說明。
如上述那樣，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，包括槽22a以及埋設(shè)在槽22a的絕緣物23的溝道結(jié)構(gòu)體Ila設(shè)置在器件終端部。在P基底層3與溝道結(jié)構(gòu)體 Ila之間設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體12。槽22a的一端(器件部側(cè))的上部與溝道結(jié)構(gòu)體12的底面相接 。溝道結(jié)構(gòu)體12之下的槽22a成為錐形形狀。
因此，除了第I實(shí)施方式的效果之外，與第2實(shí)施方式相比，更能夠改善包括器件終端部的P基底層3和N—漂移層I的PN 二極管的耐壓。
參照

第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。圖17是表示半導(dǎo)體裝置的剖面圖。在本實(shí)施方式中，將通過Kr/02等離子體以低溫度氧化了硅基板的氧化硅膜形成在溝道結(jié)構(gòu)體的側(cè)面以及底面。
下面，對(duì)與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)部分附加相同附圖標(biāo)記，并省略該部分的說明，只說明不同的部分。
如圖17所示，半導(dǎo)體裝置94是如下的Nch溝道功率MOS晶體管作為深溝道的溝道結(jié)構(gòu)體13設(shè)置在器件終端部。半導(dǎo)體裝置94適用于移動(dòng)體終端、個(gè)人計(jì)算機(jī)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)坐寸ο
溝道結(jié)構(gòu)體13包括槽22、氧化硅膜51、以及絕緣物(聚酰亞胺)52。氧化硅膜51 以及絕緣膜52層疊形成以覆蓋槽22。氧化硅膜51設(shè)置在槽22的側(cè)面以及底面。絕緣膜 52隔著氧化硅膜51埋設(shè)以覆蓋槽22。氧化硅膜51通過Kr/02等離子體以低溫度氧化硅基板(N—漂移層I以及P基底層3)而形成。在溝道結(jié)構(gòu)體13上設(shè)置絕緣膜9。
氧化硅膜51是膜質(zhì)與以900°C以上的溫度氧化硅基板而形成的熱氧化硅膜相同的氧化膜。具體地說，泄漏電流、TDDB、界面能級(jí)密度等與熱氧化硅膜同等的水平。氧化硅膜51以較低溫度形成，因此不會(huì)劣化器件部(Nch溝道功率MOS晶體管)的特性。通過將氧化硅膜51適用于溝道終端部的溝道結(jié)構(gòu)體13，相比于第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置90的硅基板(N—漂移層I以及P基底層3)與絕緣膜23的界面狀態(tài)，通過硅與氧結(jié)合而獲得始終穩(wěn)定的界面，因此特性偏差變少。因而，能夠使半導(dǎo)體裝置94高可靠性化。
接著，參照?qǐng)D18以及圖19說明半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖18以及圖19是表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
如圖18所示，在器件終端部形成了槽22之后，例如以基板溫度300°C，通過基于微波激勵(lì)的Kr (氪)/O2氣體的組合而產(chǎn)生氧自由基(Kr (氪)/O2等離子體法)。使用產(chǎn)生的氧等離子體，對(duì)槽22的底面以及側(cè)面的硅基板(N—漂移層I以及P基底層3)進(jìn)行氧化而形成氧化硅膜51。這里，使用了 Kr (氪)/O2氣體，但是也可以代之使用O2氣體而使用氧等離子體(O2等離子體法)、光激勵(lì)法等。
接著，如圖19所示，將絕緣物52隔著氧化硅膜51埋入槽22以覆蓋槽22。這里， 作為絕緣物而使用了聚酰亞胺膜，但是也可以代之使用聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑(PBO)膜或者聚苯并環(huán)丁烯(BCB)膜等。這以后的工序與第I實(shí)施方式相同，因此省略說明。
如上述那樣，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，層疊形成的氧化硅膜 51以及絕緣物52埋設(shè)在槽22的溝道結(jié)構(gòu)體13設(shè)置在器件終端部。溝道結(jié)構(gòu)體13的一偵_與P基底層3相接，具有寬度Wl以及深度D1。使用通過Kr (氪)/O2氣體的組合產(chǎn)生的氧自由基，對(duì)硅基板(N—漂移層I以及P基底層3)以較低溫度進(jìn)行氧化而形成氧化硅膜 51。
因此，除了第I實(shí)施方式的效果之外，與第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置90相比，更能夠降低界面能級(jí)密度，與第I實(shí)施方式相比，更能夠降低包括P基底層3和N—漂移層I的 PN 二極管的逆向泄漏電流。另外，能夠抑制器件部(Nch溝道功率MOS晶體管)的特性的劣化。因而，能夠使半導(dǎo)體裝置94高可靠性化。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，也可以在不超出發(fā)明的精神的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。 在第2實(shí)施方式中設(shè)置與溝道結(jié)構(gòu)體11相接的溝道結(jié)構(gòu)體12、12a、在第3實(shí)施方式中設(shè)置與溝道結(jié)構(gòu)體11相接的溝道結(jié)構(gòu)體12b、在第4實(shí)施方式中設(shè)置與溝道結(jié)構(gòu)體Ila相接的溝道結(jié)構(gòu)體12來降低了器件終端部中的PN結(jié)泄漏電流，但是并不一定限定于此。只要為了降低流過N_漂移層I與P基底層3的PN結(jié)端部的結(jié)泄漏電流而形成熱氧化硅膜即可。 另外，溝道結(jié)構(gòu)體12、12a、12b的形成也可以在器件的溝道形成時(shí)進(jìn)行。
在實(shí)施方式中，以Nch溝道功率MOS晶體管為例進(jìn)行了說明，但是還能夠適用于平面型功率MOS晶體管、IGBT、二極管等。
雖然說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式是作為例子來提示的，并沒有意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式能夠以其它的各種方式來實(shí)施，能夠在不超出發(fā)明的精神的范圍內(nèi)進(jìn)行各種的省略、替換、變更。這些實(shí)施方式、其變形包含在發(fā)明的范圍、精神中、并且包含在權(quán)利要求書所記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備溝道結(jié)構(gòu)體，在具有器件部和器件終端部的第I導(dǎo)電型的第I半導(dǎo)體層的、所述器件終端部表面設(shè)置有槽，并埋設(shè)有絕緣物以覆蓋所述槽；以及第2導(dǎo)電型的第2半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第I半導(dǎo)體層表面，與所述槽的至少所述器件部側(cè)相接，深度比所述槽淺，所述絕緣物與半導(dǎo)體裝置的表面保護(hù)膜是相同的材質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述溝道結(jié)構(gòu)體與所述第2半導(dǎo)體層之間，還具備氧化膜，該氧化膜設(shè)置在從所述第2半導(dǎo)體層的表面到比所述第I半導(dǎo)體層與所述第2半導(dǎo)體層的邊界深的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述氧化膜是熱氧化硅膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述絕緣物具有聚酰亞胺膜、聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑(PBO)膜、或者聚苯并環(huán)丁烯(BCB)膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體裝置是MOS晶體管、IGBT、或者二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述溝道結(jié)構(gòu)體具有溝道寬度朝向下側(cè)變寬的倒錐形形狀。
7.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備第I溝道結(jié)構(gòu)體，在具有器件部和器件終端部的第I導(dǎo)電型的第I半導(dǎo)體層的所述器件終端部表面設(shè)置有第I槽，在所述第I槽的底面以及側(cè)面設(shè)置有氧化硅膜(SiO2膜)，隔著所述氧化硅膜(SiO2膜)埋設(shè)有第I絕緣物以覆蓋所述第I槽；第2導(dǎo)電型的第2半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第I半導(dǎo)體層表面，與所述第I槽的器件部側(cè)相接，深度比所述第I槽淺；以及第2溝道結(jié)構(gòu)體，相接于所述第I槽的與所述第2半導(dǎo)體層相對(duì)置的側(cè)，在所述第I半導(dǎo)體層表面設(shè)置有寬度比所述第I槽寬的第2槽，并埋設(shè)有第2絕緣物以覆蓋所述第2槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第2槽比所述第I槽深。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第2槽比所述第I槽淺。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第I槽的剖面具有倒梯形形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述第I半導(dǎo)體層的與設(shè)置有所述第2半導(dǎo)體層的第I主面相對(duì)置的第2主面還設(shè)置有雜質(zhì)濃度比所述第I半導(dǎo)體層高的第I導(dǎo)電型的第3半導(dǎo)體層，所述第2槽貫通所述第I半導(dǎo)體層而到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第2槽以覆蓋所述第I槽底部的方式延伸，在所述第I槽底部之下具有向器件部側(cè)傾斜的錐形形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第2絕緣物是與器件的表面保護(hù)膜相同的材質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述氧化硅膜(SiO2膜)是熱氧化硅膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第2絕緣物具有聚酰亞胺膜、聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑(PBO)膜、或者聚苯并環(huán)丁烯 (BCB)膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體裝置是MOS晶體管、IGBT、或者二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第2溝道結(jié)構(gòu)體具有溝道的側(cè)面朝向下側(cè)變寬的倒錐形形狀。
18.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具備在第I導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的器件部形成具有半導(dǎo)體層以及電極的元件之后，對(duì)設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板的器件終端部上的絕緣膜進(jìn)行蝕刻而形成槽的工序；以比使所述半導(dǎo)體層與所述電極之間接觸的熱處理溫度更低的溫度，使用被激勵(lì)的氧等離子體，對(duì)所述槽的底面以及側(cè)面進(jìn)行氧化而形成第I氧化硅膜的工序；以及隔著所述第I氧化硅膜埋設(shè)第I絕緣膜以覆蓋所述槽的工序。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述第I絕緣膜是聚酰亞胺膜、聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑(PBO)膜、或者聚苯并環(huán)丁烯 (BCB)膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有溝道結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，半導(dǎo)體裝置設(shè)置有溝道結(jié)構(gòu)體和第2半導(dǎo)體層。溝道結(jié)構(gòu)體在具有器件部和器件終端部的第1導(dǎo)電型的第1半導(dǎo)體層的、器件終端部表面設(shè)置有槽，埋設(shè)絕緣膜以覆蓋槽。第2半導(dǎo)體層具有第2導(dǎo)電型，設(shè)置在第1半導(dǎo)體層表面，與槽的至少器件部側(cè)相接，深度比槽淺。絕緣物與器件的表面保護(hù)膜是相同的材質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L29/06GK103022088SQ20121016395
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
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