溝槽型絕緣柵雙極晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件及半導(dǎo)體元件的制造方法，尤其涉及功率轉(zhuǎn)換裝置所使用的絕緣柵型雙極晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率轉(zhuǎn)換裝置的低功耗化的進(jìn)程中，對(duì)于該功率轉(zhuǎn)換裝置所使用的功率器件本身的低功耗化抱有很大的期望。在該功率器件中，也固定會(huì)使用能夠利用電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電壓、并能利用電壓進(jìn)行柵極控制的絕緣柵型雙極晶體管(以下，稱為IGBT)。近年來(lái)，與在晶片表面設(shè)置柵電極的所謂的平面型IGBT相比，溝槽型IGBT的應(yīng)用逐漸增加，在該溝槽型IGBT中，從晶片表面起形成溝槽結(jié)構(gòu)，并經(jīng)由氧化膜在該溝槽結(jié)構(gòu)中埋設(shè)柵電極。
[0003]為了進(jìn)一步減小該溝槽型IGBT的導(dǎo)通電壓，提出了各種各樣的改善方法。例如，在專利文獻(xiàn)1所記載的溝槽型IGBT中，在η漂移層的表面層的一部分形成有p基極區(qū)域(ρ阱區(qū))，并且在發(fā)射極電極側(cè)，降低與發(fā)射極電極相連接的Ρ基極區(qū)域的面積比率。由此，對(duì)從Ρ集電極層注入的空穴(hole)經(jīng)由ρ基極區(qū)域向發(fā)射極電極的流出進(jìn)行抑制，從而促進(jìn)空穴在η漂移層的表面層進(jìn)行蓄積。由此，通過(guò)使發(fā)射極電極側(cè)的蓄積載流子濃度增加，來(lái)提高電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，減小導(dǎo)通電壓。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2000 - 228519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
[0005]然而，在專利文獻(xiàn)1的IGBT的情況下，在η漂移層的表面層中沒有形成ρ基極區(qū)域的區(qū)域，若因?qū)ǘ鲃?dòng)的空穴進(jìn)行蓄積，則由于該蓄積的空穴，會(huì)發(fā)生位移電流向柵電極流動(dòng)的現(xiàn)象。結(jié)果導(dǎo)致在導(dǎo)通時(shí)柵極電壓急劇上升，并且隨著柵極電壓的急劇上升，還存在集電極電流的峰值激增的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明著重于解決上述問(wèn)題，其目的在于提供一種溝槽型絕緣柵雙極晶體管及其制造方法，該溝槽型絕緣柵雙極晶體管能夠?qū)喜坌徒^緣柵雙極晶體管導(dǎo)通時(shí)的集電極電流峰值的激增進(jìn)行抑制。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所涉及的絕緣柵型雙極晶體管的某一方式的特征在于，包括:形成于第1導(dǎo)電型漂移層的表面的溝槽；選擇性地設(shè)置于該溝槽的內(nèi)側(cè)的多個(gè)柵電極；由填充到相鄰的柵電極間的溝槽的內(nèi)側(cè)的絕緣物構(gòu)成的絕緣塊；以及形成在第1導(dǎo)電型漂移層的與溝槽相反一側(cè)的面上的第2導(dǎo)電型集電極區(qū)域。
[0008]本發(fā)明所涉及的絕緣柵型雙極晶體管的制造方法的某一方式的特征在于，包含有:在半導(dǎo)體區(qū)域的表面層的一部分所形成的溝槽的內(nèi)側(cè)填充絕緣物的工序；去除所填充的絕緣物的一部分，選擇性地使溝槽的內(nèi)側(cè)露出的工序、以及在選擇性地露出的溝槽的內(nèi)側(cè)形成柵電極的工序。
發(fā)明效果
[0009]因此，根據(jù)本發(fā)明所涉及的絕緣柵型雙極晶體管，能夠?qū)?dǎo)通時(shí)集電極電流峰值的激增進(jìn)行抑制。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是示意性地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的剖視圖。
圖2是示意性地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的俯視圖。
圖3是從圖2中的A-A方向觀察到的剖視圖。
圖4是從圖2中的B-B方向觀察到的剖視圖。
圖5是從圖2中的C-C方向觀察到的剖視圖。
圖6是從圖2中的D-D方向觀察到的剖視圖。
圖7是分析本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的特性的仿真中所使用的電路的結(jié)構(gòu)圖。 圖8是示意性地說(shuō)明比較例所涉及的IGBT的俯視圖。
圖9是表示仿真分析得到的導(dǎo)通時(shí)的集電極電流及集電極一發(fā)射極間電壓的波形的特性圖。
圖10是表示仿真分析得到的柵極電阻和集電極電流的峰值之間關(guān)系的特性圖。
圖11是表示仿真分析得到的集電極電流的峰值與導(dǎo)通損耗之間的相關(guān)性的特性圖。
圖12是表示導(dǎo)通電壓與截止損耗之間的平衡特性的變化的圖。
圖13是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的制造方法的概要的示意性的工序剖視圖(之一)。
圖14是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的制造方法的概要的示意性的工序剖視圖(之二)。
圖15是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的制造方法的概要的示意性的工序剖視圖(之三)。
圖16是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的制造方法的概要的示意性的工序剖視圖(之四)。
圖17是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的IGBT的制造方法的概要的示意性的工序剖視圖(之五)。
圖18是示意性地說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的IGBT的剖視圖(變形例1)。
圖19是示意性地說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的IGBT的剖視圖(變形例2)。
圖20是從圖19中的E-E方向觀察到的剖視圖。
圖21是示意性地說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的IGBT的剖視圖(變形例3)。
圖22是示意性地說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的IGBT的俯視圖(變形例4)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在下述附圖的記載中，對(duì)于相同或類似的部分標(biāo)注相同或類似的標(biāo)號(hào)。其中，應(yīng)當(dāng)注意的是附圖僅僅是示意圖，厚度與平面尺寸間的關(guān)系、各層、布線的厚度的比率等與實(shí)際的情況是不同的。因此，對(duì)于具體的厚度或尺寸，應(yīng)該參考下述說(shuō)明來(lái)進(jìn)行判斷。并且，附圖相互之間當(dāng)然也包含有彼此的尺寸關(guān)系、比率不同的部分。此外，下述說(shuō)明中的“左右”、“上下”的方向是為了便于說(shuō)明而定義的，并不是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的限定。因此，例如，若將紙面旋轉(zhuǎn)90度，則當(dāng)然要將“左右”和“上下”交換來(lái)進(jìn)行閱讀，若將紙面旋轉(zhuǎn)180度，則當(dāng)然“左”就成為“右”，“右”就成為“左”。
[0012]此外，在以下的本發(fā)明實(shí)施方式的說(shuō)明中，舉例示出第1導(dǎo)電型為η型，第2導(dǎo)電型為Ρ型的情況來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，但也能以相反的關(guān)系來(lái)選擇導(dǎo)電型，將第1導(dǎo)電型設(shè)為Ρ型，第2導(dǎo)電型設(shè)為η型。在本說(shuō)明書以及附圖中，標(biāo)記有η或ρ的區(qū)域、層分別表示電子或空穴是多數(shù)載流子。此外，η、ρ上所附加的+或一表示該區(qū)域與沒有標(biāo)記+和一的半導(dǎo)體區(qū)域相比，分別是雜質(zhì)濃度相對(duì)較高或較低的半導(dǎo)體區(qū)域。在附圖中，為了附圖的清晰度，省略了一部分層的陰影的圖示。
[0013](IGBT 的結(jié)構(gòu))
本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的溝槽型絕緣柵雙極晶體管(IGBT)如圖1和圖2所示，具備:在第1導(dǎo)電型漂移層1的表面層的一部分所形成的多個(gè)第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、...；以及在第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、...的內(nèi)部所分別形成的多個(gè)第1導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域 4al、4a2、4bl、...4e2、...。
[0014]IGBT還具備從該多個(gè)第1導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域4al、4a2、4bl、...4e2、..?的表面起到第1導(dǎo)電型漂移層1為止所形成的多個(gè)溝槽10a、10b、...10e、...；以及多個(gè)柵電極 lla、llb、...lie、...、12a、12b、...12e、...，該多個(gè)柵電極 11a、lib、...lie、...、12a、12b、...12e、...分別隔著絕緣膜 15a、15b、...15e、...、16a、16b、...、16e、...以與多個(gè)第 2 導(dǎo)電型基極區(qū)域 2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、...相對(duì)的方式選擇性地設(shè)置于上述多個(gè)溝槽10a、10b、...10e、.??的內(nèi)側(cè)。
[0015]IGBT中，如圖2和圖3所示，在溝槽10a、10b、...10e、..?各自的內(nèi)側(cè)的空間具備多個(gè)絕緣塊13a、13b、...13e、...，該多個(gè)絕緣塊13a、13b、...13e、...設(shè)置在設(shè)有柵電極 11a、11b、...lie、...、12a、12b、...12e、...的區(qū)域以外的區(qū)域。IGBT中，在絕緣塊13a、13b、...13e、..?上具備將相鄰的柵電極11a、lib、...lie、...、12a、12b、...12e、..?彼此電連接的多個(gè)柵極連結(jié)部9a、9b、...9e、...。IGBT中，具備多個(gè)壁間層14a、14b、...14e、...，該多個(gè)壁間層14a、14b、...14e、.??形成在第1導(dǎo)電型漂移層1的表面層的絕緣塊13a、13b、...13θ、..?所接觸的區(qū)域上。此外，IGBT具備絕緣層8，該絕緣層8共通地層疊在第1導(dǎo)電型漂移層1的表面、壁間層14a、14b、...14e、...、以及柵極連結(jié)部 9a、9b、...9e、...上。
[0016]IGBT在絕緣層8上，具備發(fā)射極電極5和第1導(dǎo)電型緩沖層18，該發(fā)射極電極5設(shè)置為同時(shí)與第1導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域4al、4a2、4bl、...4e2、...的表面及第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、...的表面相接觸，該第1導(dǎo)電型緩沖層18形成在第1導(dǎo)電型漂移層1的與第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、...相反一側(cè)(圖1的下側(cè))的面上。發(fā)射極電極5經(jīng)由形成于絕緣層8的多個(gè)接觸孔(Contact hole) CU C2...與第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b...2d、...、3a、3b、...3d、...的表面相接觸。
[0017]IGBT具備在該第1導(dǎo)電型緩沖層18的與溝槽10a、10b、...10e、...相反一側(cè)的面上所形成的第2導(dǎo)電型集電極區(qū)域6、以及在該第2導(dǎo)電型集電極區(qū)域6的與第1導(dǎo)電型緩沖層18相反一側(cè)的面上所設(shè)置的集電極電極7。此外，在圖1中，為了進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)IGBT的各層和各電極等的一部分進(jìn)行了剖面，并省略了圖示。
[0018]第2 導(dǎo)電型基極區(qū)域 2a、2b...2d、...、3a、3b、...3d、...如圖 2 所示，分別設(shè)置于溝槽10a、10b、...10θ、..?之間。在對(duì)IGBT進(jìn)行俯視時(shí)，第2導(dǎo)電型基極區(qū)域 2a、2b...2d、...、3a、3b、...3d、...經(jīng)由溝槽 10