專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為耐壓功率半導(dǎo)體元件，廣泛使用了絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT:1nsulated Gate Bipolar Transistor)。作為使該IGBT的導(dǎo)通電壓降低的方法之一,可舉出將MOS部的相互電感增大的方法。具體而言，存在將溝道寬度增大、換言之，使發(fā)射層的寬度變寬的方法。但是，如果使發(fā)射層的寬度變寬，則會產(chǎn)生逆向偏壓安全操作區(qū)與短路耐受量的惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種即使在IGBT的導(dǎo)通電壓比較低的情況下，也能夠維持逆向偏壓安全操作區(qū)與短路耐受量雙方的半導(dǎo)體裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個方式，所涉及的半導(dǎo)體裝置具有在具有第I以及第2主面的基板上設(shè)置的第I導(dǎo)電型基底層；在上述第I主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接設(shè)置的第2導(dǎo)電型集電層；設(shè)在上述第I主面上的集電極；在上述第2主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接設(shè)置的第2導(dǎo)電型基底層；在上述第2主面?zhèn)扰c上述第2導(dǎo)電型基底層選擇性相接設(shè)置的第2導(dǎo)電型接觸層；貫通上述第2導(dǎo)電型基底層與上述第2導(dǎo)電型接觸層而到達(dá)上述第I導(dǎo)電型基底層，且被設(shè)成相互平行的多個溝槽；在上述溝槽內(nèi)隔著柵極絕緣膜而設(shè)置的柵電極；在上述第2主面?zhèn)扰c上述溝槽相接設(shè)置的第I導(dǎo)電型發(fā)射層；設(shè)在上述柵電極上的絕緣膜；和沿著上述溝槽的長度方向設(shè)在上述第2主面上，且在與上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層對置的部分的一部分具有非接觸部的發(fā)射電極。根據(jù)本發(fā)明的另一個方式，所涉及的半導(dǎo)體裝置具有在具有第I以及第2主面的基板上設(shè)置的第I導(dǎo)電型基底層；在上述第I主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接設(shè)置的第2導(dǎo)電型集電層；設(shè)在上述第I主面上的集電極；在上述第2主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接設(shè)置的第2導(dǎo)電型基底層；在上述第2主面?zhèn)扰c上述第2導(dǎo)電型基底層選擇性地相接設(shè)置的第2導(dǎo)電型接觸層；貫通上述第2導(dǎo)電型基底層與上述第2導(dǎo)電型接觸層而到達(dá)上述第I導(dǎo)電型基底層，且被設(shè)成相互平行的多個溝槽；在上述溝槽內(nèi)借助柵極絕緣膜而設(shè)置的柵電極；在上述第2主面?zhèn)扰c上述溝槽相接設(shè)置的第I導(dǎo)電型發(fā)射層；設(shè)在上述柵電極上的絕緣膜；和沿著上述溝槽的長度方向設(shè)在上述第2主面上，且被設(shè)成與上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的歐姆接觸和肖特基接觸混合存在的發(fā)射電極。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以提供一種即使在IGBT的導(dǎo)通電壓比較低的情況下，也能夠維持逆向偏壓安全操作區(qū)與短路耐受量雙方的半導(dǎo)體裝置。


圖1是表示第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖2是表示圖1的A — A’線處的剖面的剖視圖。圖3是表示圖1的B — B’線處的剖面的剖視圖。圖4是表示圖1的C — C’線處的剖面的剖視圖。圖5是表示圖1的D — D’線處的剖面的剖視圖。圖6是表示比較例I的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖7是表示圖6的E — E’線處的剖面的剖視圖。圖8是表示比較例2的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖9A是與比較例I和比較例2有關(guān)的、集電極一發(fā)射極間電壓(Vee)相對集電極一發(fā)射極間電流(Iee)的比較曲線圖。圖9B是圖9A的低Vee部分的放大圖。 圖1OA是在第I實(shí)施方式和比較例2中，將相對集電極一發(fā)射極間電流(Iee)的集電極一發(fā)射極間電壓(Vee)進(jìn)行比較后的模擬結(jié)果的曲線圖。圖1OB是圖1OA的低火6部分的放大圖。圖11是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖12是表示圖11的F — F’線處的剖面的剖視圖。圖13A 圖13F是在圖11的G — G’線的剖面中按每道工序表示的剖視圖。圖14A 圖14F是在圖11的H — H’線的剖面中按每道工序表示的剖視圖。圖15A 圖15F是在圖11的I — I’線的剖面中按每道工序表示的剖視圖。圖16是表示第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ie的俯視圖。圖17是表示圖16的J 一 J’線處的剖面的剖視圖。圖18是表示圖16的K 一 K’線處的剖面的剖視圖。圖19是表示圖16的L 一 L’線處的剖面的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。其中，在本實(shí)施方式中以第I導(dǎo)電型為N型，第2導(dǎo)電型為P型進(jìn)行說明，但本發(fā)明也能夠?qū)⒌贗導(dǎo)電型設(shè)為P型，將第2導(dǎo)電型設(shè)為N型來實(shí)施。(第I實(shí)施方式)圖1表示了對第I實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置I的構(gòu)造進(jìn)行表示的俯視圖。另外，圖2示出了表示圖1的A — A’線處的剖面的剖視圖，圖3示出了表示圖1的B— B’線處的剖面的剖視圖，圖4示出了表示圖1的C 一 C’線處的剖面的剖視圖，圖5示出了表示對圖1的D — D’線處的剖面的剖視圖。需要說明的是，在圖1中省略了絕緣膜17以及發(fā)射電極18。如圖1 5所示，本實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置I具有IGBT構(gòu)造。該構(gòu)造首先在具有第I以及第2主面的基板2設(shè)置有N_型基底層10。而且，在第2主面?zhèn)?，與N_型基底層10相接地設(shè)有P型基底層11。從該P(yáng)型基底層11的表面到達(dá)N—型基底層10內(nèi)的多個溝槽12以一定間隔平行設(shè)置。在這些溝槽12的內(nèi)部借助柵極絕緣膜13埋設(shè)形成有柵電極14。柵電極14例如可
使用多晶娃等。而且，在第2主面?zhèn)?，按照與P型基底層11相接的方式設(shè)有N型發(fā)射層15和P +型接觸層16。另外，該N型發(fā)射層15和P+型接觸層16與溝槽12的側(cè)面相接，沿著溝槽12的長度方向交替設(shè)置。此時，該N型發(fā)射層15的表面雜質(zhì)濃度被調(diào)整成比以往的N+型發(fā)射層21的表面雜質(zhì)濃度(約超過5 X 1019cm —3)低的濃度(約I X IO18 約5 X 1019cm — 3)。另外，溝槽12的長度方向上的N型發(fā)射層15的寬度Wn與P+型接觸層16的寬度Wp之比Wn / Wp被設(shè)為O. 6以上，優(yōu)選被設(shè)為I以上。從短路耐受量的觀點(diǎn)出發(fā)，將以往的N+型發(fā)射層21與P +型接觸層16的寬度之比設(shè)定為O. 4以下。另外，在柵電極14的上部設(shè)有絕緣膜17。而且，在N型發(fā)射層15、P+型接觸層16與該絕緣膜17上設(shè)有發(fā)射電極18，在接觸區(qū)域50中，N型發(fā)射層15和P+型接觸層16與發(fā)射電極18接觸。此時，接觸區(qū)域50被設(shè)成與溝槽12的長度方向平行。在本實(shí)施方式的情況下，如圖1和圖2所示，通過N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18接觸的部分被絕緣膜17局部隔開間隔(日文間引t )而設(shè)有非接觸部。此外，在本實(shí)施方式中，通過利用絕緣膜17隔開間隔來設(shè)置非接觸部，但也包括在N型發(fā)射層15的一部分不形成發(fā)射電極18的情況等。而且，在N—型基底層10的第I主面?zhèn)仍O(shè)有P+型集電層19，在其表面設(shè)有集電極20。具有如以上那樣構(gòu)成的IGBT構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置I如圖4所示，沿著溝槽12形成的N型發(fā)射層15、P型基底層11、以及N—型基底層10構(gòu)成了 N溝道型的MOS型晶體管。另外，如圖5所示 ，P+型接觸層16、P型基底層lUN—型基底層10以及P+型集電層19構(gòu)成了 PNP型的雙極型晶體管。半導(dǎo)體裝置I基于這些MOS型晶體管與PNP型晶體管的復(fù)合動作來進(jìn)行動作。例如，在相對于發(fā)射電極18，對集電極20施加了正電位的狀態(tài)下，向柵電極14與發(fā)射電極18之間施加大于閾值電壓的電壓。該情況下，在P型基底層11的與柵極絕緣膜13 (溝槽12)相接的面形成反轉(zhuǎn)層。由此，MOS型晶體管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，在MOS型晶體管中流過電子電流。該電子電流通過P+型集電層20、N—型基底層10、在P型基底層11的與柵極絕緣膜13 (溝槽12)相接的面形成的N型反轉(zhuǎn)層即MOS型晶體管的溝道、以及N型發(fā)射層15，從集電極20流向發(fā)射電極18。該電子電流作為上述PNP型晶體管的基極電流發(fā)揮功能。即，若流過電子電流，則PNP型晶體管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，在PNP型晶體管中流過空穴電流。該空穴電流通過P+型集電層20、N —型基底層10、P型基底層11、以及P+型接觸層16，從集電極20流向發(fā)射電極18。如上所述，對半導(dǎo)體裝置I而言，如果流過MOS型晶體管的電子電流，則向PNP型晶體管供給基極電流，PNP型晶體管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，半導(dǎo)體裝置I通過控制柵電極14的電壓來切換MOS型晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)與截止?fàn)顟B(tài)，從而切換PNP型晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)與截止?fàn)顟B(tài)。如本實(shí)施方式那樣，在與溝槽12的側(cè)面相接且沿溝槽12的長度方向交替設(shè)置的N型發(fā)射層15以及P+型接觸層16中，通過將溝槽12的長度方向上的N型發(fā)射層15的寬度Wn、與P+型接觸層16的寬度Wp之比Wn / Wp設(shè)為O. 6以上，優(yōu)選設(shè)為I以上，能夠使導(dǎo)通電壓降低。但是，雖然通過將Wn / Wp設(shè)為O. 6以上能夠降低導(dǎo)通電壓，但由于飽和電流值變大，所以產(chǎn)生短路耐受量變小的問題。并且，如果Wn / Wp過大，則因電流密度變大時寄生NPN晶體管進(jìn)行動作而容易閂鎖(latch up)，還會產(chǎn)生逆向偏壓安全操作區(qū)(RBSOA =ReverseBias Safe Operation Area)變小的問題。在本實(shí)施方式中，通過設(shè)置了比以往低的表面雜質(zhì)濃度的N型發(fā)射層15，能夠抑制NPN晶體管的動作，防止增大了 Wn / Wp時產(chǎn)生的RBSOA的縮小。 另外，通過利用絕緣膜17將N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分局部隔開間隔而設(shè)置了非接觸部，使得在導(dǎo)通狀態(tài)下，存在電子電流通過N型發(fā)射層15內(nèi)的寄生電阻從在與柵極絕緣膜17 (溝槽12)相接的面形成的N型溝道流到N_型基底層10的區(qū)域。其中，N型發(fā)射層15內(nèi)的寄生電阻因降低了 N型發(fā)射層15的雜質(zhì)濃度而產(chǎn)生。通過在N型發(fā)射層15內(nèi)存在該寄生電阻，當(dāng)電流密度變高時，發(fā)射極的電位因電壓下降而上升，閾值因反偏置效果而變高，溝道被夾斷(pinch off)。由此，能夠抑制電子電流的量。結(jié)果，可以抑制飽和電流值的增大、防止短路耐受量的降低。另一方面，雖然電流密度低，但由于溝道被夾斷，所以通過使Wn / Wp比以往大、SP使溝道寬度比以往寬，能夠以溝道寬度變寬的效果來使導(dǎo)通電壓降低。并且，通過使1 / Wp比以往大、即如圖1所示那樣使俯視觀察時的N型發(fā)射層15的面積相對P+型接觸層16增加，空穴電流流動的位置會減少。結(jié)果，基于注入促進(jìn)效應(yīng)(IE效應(yīng)Injection Enhancement Effect),還能夠期待將P +型接觸層16表面的空穴密度提聞的效果。如上所述，通過將表面雜質(zhì)濃度比以往低的N型發(fā)射層15的寬度Wn、與P+型接觸層16的寬度Wp之比Wn / Wp設(shè)為O. 6以上，優(yōu)選設(shè)為I以上，并利用絕緣膜17將N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分局部隔開間隔而設(shè)置了非接觸部，使得本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置I能夠降低導(dǎo)通電壓，并且確保短路耐受量。這里，作為第I實(shí)施方式的比較例，表示了具有以往的IGBT構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置I。圖6是表示比較例I的半導(dǎo)體裝置I的俯視圖，圖7是表示圖6的E — E’線處的剖面的剖視圖，圖8表示了對比較例2進(jìn)行表示的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。需要說明的是，在圖6以及8中省略了絕緣膜17以及發(fā)射電極18。另外，對于該比較例的各部，與圖1和圖2所示的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置I的各部相同的部分被以相同的附圖標(biāo)記表示。比較例I如圖6和圖7所示，設(shè)有高的表面雜質(zhì)濃度(約5X IO19CnT 3以上)的N +型發(fā)射層21。使N型發(fā)射層15的寬度Wn與P+型接觸層16的寬度Wp之比Wn / Wp為O. 4以下，并且N +型發(fā)射層21與發(fā)射電極18的接觸部分未被絕緣體17隔開間隔的例子。以往的IGBT具有這樣的構(gòu)造。作為使具有這樣的構(gòu)成的比較例I的導(dǎo)通電壓降低的一個例子，可舉出將Wn / Wp設(shè)成大于O. 4。比較例2如圖8所示，設(shè)有比N +型發(fā)射層2 I低的表面雜質(zhì)濃度的N型發(fā)射層15。另外，將Wn / WpS為大于O. 4。這里，圖9A表示了與比較例I和比較例2有關(guān)的、集電極一發(fā)射極間電壓(^)相對集電極一發(fā)射極間電流(Iee)的比較曲線圖，圖9B表示了圖9A中的低Vee部分的放大圖。需要說明的是，在圖9中，實(shí)線表示了比較例I的趨勢，虛線表示了比較例2的趨勢。在比較例2的情況下，基于將Wn / Wp設(shè)為大于O. 4的效果，電子的注入量與空穴的排出阻力增大，結(jié)果，如圖9B所示，表示導(dǎo)通電阻降低的趨勢。但是,如果Wn / Wp過大,則如上所述會產(chǎn)生短路耐受量與RBSOA變小這兩個問題點(diǎn)。關(guān)于該問題點(diǎn)，通過如比較例2那樣設(shè)置表面雜質(zhì)濃度低的N型發(fā)射層15，能夠抑制RBSOA縮小的原因、即抑制NPN晶體管的動作。但是，如圖9A所示，因?qū)n / Wp設(shè)為比O. 4大而產(chǎn)生飽和電流值增大的趨勢。因此,在如比較例2那樣，N+型發(fā)射層21與發(fā)射電極18的接觸部分不被絕緣體17隔開間隔的情況下，雖然可以降低導(dǎo)通電阻，但會產(chǎn)生短路耐受量的降低。圖1OA是在第I實(shí)施方式與比較例2中，將相對集電極一發(fā)射極間電流(Iee)的集電極一發(fā)射極間電壓(Vee)進(jìn)行比較后的模擬結(jié)果的曲線圖，圖1OB表示了圖1OA的低Vee部分的放大圖。其中，模擬的條件是N型發(fā)射層15的寬度Wn為10 μ m，P+接觸層16的寬度Wp為4. 5 μ m，第I實(shí)施方式中的N發(fā)射層15與發(fā)射電極18的歐姆接觸寬度為1. O μ m，有效面積為1. Ocm2, N型發(fā)射層15的表面雜質(zhì)濃度為5. OX 1017cm_3，以及柵極電壓的值為15V。如圖1OB所示，在集電極一發(fā)射極間電流Iee的值為300A / cm2的情況下，若將第I實(shí)施方式與比較例2的導(dǎo)通電壓進(jìn)行比較，則由于N+型發(fā)射層21與發(fā)射電極18的接觸部分未被絕緣體17隔開間隔，所以比較例2與第I實(shí)施方式相比，導(dǎo)通電壓約降低50mV。但是，如圖1OA所示，在飽和電流值的比較中，利用絕緣膜17將N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分隔開間隔而設(shè)置了非接觸部的第I實(shí)施方式的飽和電流值減少至比較例2的飽和電流值的約O. 62倍，可以確認(rèn)飽和電流值的改善。因此，第I實(shí)施方式的情況與比較例2相比，能夠保持短路耐受量。根據(jù)以上的點(diǎn)，在第I實(shí)施方式中，通過將溝槽12的長度方向上的N型發(fā)射層15的寬度Wn、與P+型接觸層16的寬度Wp之比Wn / Wp設(shè)為O. 6以上，優(yōu)選設(shè)為I以上來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電壓的降低，并且，通過降低N型發(fā)射層15的雜質(zhì)濃度、和利用絕緣膜17將N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分局部隔開間隔而設(shè)置非接觸部，能夠抑制此時產(chǎn)生的RBSOR與短路耐受量的惡化。(第2實(shí)施方式)圖11是表示第2實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置I的構(gòu)造的俯視圖，圖12表示了對圖11的F — F’線處的剖面進(jìn)行表示的剖視圖。其中，在圖11中省略了絕緣膜17以及發(fā)射電極18。另外，對于該第2實(shí)施方式的各部，與圖1和圖2所示的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置I的各部相同的部分被以相同的附圖標(biāo)記表示。第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置I與第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，不利用絕緣膜17將N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分隔開間隔。但是，通過對N型發(fā)射層15選擇性設(shè)置表面雜質(zhì)濃度高的N+型發(fā)射層21，在與發(fā)射電極18接觸的部分設(shè)置了歐姆接觸區(qū)域51(N型的表面雜質(zhì)濃度約IXlO19cnT3以上)和肖特基接觸區(qū)域52 (N型的表面雜質(zhì)濃度小于約 1 X 1019cn3，優(yōu)選為約 IXlO16 5X1018cm 3)。
在第2實(shí)施方式中，由于也將溝槽12的長度方向上的N型發(fā)射層15的寬度Wn、與P+型接觸層16的寬度Wp之比Wn / WpS成大于比較例I所示那樣的以往的IGBT構(gòu)造中的Wn / Wp，所以能夠降低導(dǎo)通電壓。另外，通過選擇性地設(shè)置歐姆接觸區(qū)域51 (N+型發(fā)射層21與發(fā)射電極18的接觸區(qū)域)和肖特基接觸區(qū)域52 (N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸區(qū)域)，與第I實(shí)施方式的情況同樣，半導(dǎo)體裝置I在導(dǎo)通狀態(tài)下存在電子電流通過N型發(fā)射層15內(nèi)的寄生電阻并從在與柵極絕緣膜13 (溝槽12)相接的面形成的N型溝道流向N_型基底層10的區(qū)域?；谠摷纳娮璧拇嬖?，當(dāng)電流密度變高時，發(fā)射極的電位基于電壓下降而上升，閾值因反偏置效果而變高，溝道被夾斷。由此，可抑制電子電流的量。因此，能夠與第I實(shí)施方式的情況同樣地抑制飽和電流值的增大，防止短路耐受量的降低。因此，在如第2實(shí)施方式那樣選擇性地設(shè)置了歐姆接觸區(qū)域51 (N+型發(fā)射層21與發(fā)射電極18的接觸區(qū)域)和肖特基接觸區(qū)域52 (N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸區(qū)域)的情況下，也能夠和利用絕緣膜17將N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分局部隔開間隔的情況(第I實(shí)施方式)同樣地在降低導(dǎo)通電壓的同時，抑制RBSOA和短路耐受量的惡化。這里，在第I實(shí)施方式中難以為了獲取歐姆接觸而充分降低N型發(fā)射層15的表面的雜質(zhì)濃度。一般情況下，如果N型發(fā)射層15的表面濃度變高，則寄生NPN晶體管容易進(jìn)行動作。但是，通過如第2實(shí)施方式那樣設(shè)置歐姆接觸區(qū)域51和肖特基接觸區(qū)域52，能夠充分降低N型發(fā)射層15的表面濃度，可在抑制寄生NPN晶體管中的來自N型發(fā)射層的電子的注入的同時，通過N+型發(fā)射層21獲得歐姆接觸。作為進(jìn)一步的效果，還可以舉出與第I實(shí)施方式不同，無需在和發(fā)射電極18接觸的部分(接觸區(qū)域50)對絕緣膜17施加微小的加工。這里，作為如第2實(shí)施方式那樣對低表面雜質(zhì)濃度的N型發(fā)射層15選擇性設(shè)置N +型發(fā)射層21的方法，可舉出通過通常的基于As和/或P的注入和熱擴(kuò)散的形成方法、基于Ni硅化物(NiSi)的As的偏析、摻雜S的方法等。通過基于Ni硅化物(NiSi)的As的偏析或摻雜S的方法，能夠使N+型發(fā)射層21的表面的雜質(zhì)濃度局部提高，還能夠抑制寄生NPN晶體管中的來自N+型發(fā)射層21的電子的注入。以下，作為一個例子，參照圖13 15，對利用基于Ni硅化物(NiSi 的偏析，選擇性地設(shè)置N+型發(fā)射層21的生成工序進(jìn)行說明。其中，圖13是在圖11的G — G’線的剖面中按每道工序表示的剖視圖，圖14是在圖11的H — H’線的剖面中按每道工序表示的剖視圖，圖15是在圖11的I 一 I’線的剖面中按每道工序表示的剖視圖。在圖13 15中，工序按照從(A)到(F)的順序進(jìn)行。(第I工序)圖13 15的(A)表示了對基板2形成了 N_型基底層10與P型基底層11、溝槽
12、柵極絕緣膜13以及柵電極14之后的各部的剖視圖。然后，為了形成P+型接觸層16，如圖15B所示，利用光刻技術(shù)向P型基底層11離子注入硼(B)。在P型基底層11上，針對形成N型發(fā)射層15或者N +型發(fā)射層21的部分，如圖13B或者圖14B所示那樣利用掩模53而不進(jìn)行離子注入。此外作為P型離子種類的一個例子，舉出了硼(B)，但只要能夠形成P +型接觸層16即可，其離子種類可以任意。
(第2工序)圖13C、圖14C、圖15C表示了在P型基底層11上形成表面雜質(zhì)濃度低的N型發(fā)射層15的工序。如圖13C和圖14C所示，為了形成N型發(fā)射層15，向P型基底層11離子注入磷(P)或者砷(As)。此時，調(diào)整成表面雜質(zhì)濃度為lX1019cm_3以下。另一方面，如圖15所示，通過掩模53使得磷(P)或者砷(As)不向P+型接觸層16注入。此外，作為P型離子種類的一個例子，舉出了硼(B)，但只要能夠形成P+型接觸層16即可，其離子種類可以任意。然后，為了雜質(zhì)的活性化而進(jìn)行退火處理，在柵電極14上形成絕緣膜17。隨后，只有與發(fā)射電極18接觸的部分(接觸區(qū)域50)絕緣膜17被蝕刻。(第3工序)圖13D、圖14D、圖15D表示了為了在N型發(fā)射層15的一部分形成N +型發(fā)射層21而選擇性地以低加速離子注入砷(As)的工序。如圖13D所示，在形成N+型發(fā)射層21的部分，以低加速離子注入砷(As)。另一方面,如圖14D和圖1 所不,不形成N +型發(fā)射層21的部分通過掩模53而不被離子注入砷(As)。然后,通過快速退火處理(RTA Rapid ThermalAnnealing)來使雜質(zhì)活性化。(第4工序)圖13E、圖14E、圖15E表示了為了在N型發(fā)射層15的一部分形成N +型發(fā)射層21而濺射Ni或者Co的工序。如圖13E、圖14E、圖15E所示，對前面濺射Ni或者Co。(第5工序)然后，通過RTA等 進(jìn)行Ni或者Co的硅化物化。通過該工序，在Ni硅化物(NiSi)或者Co硅化物(CoSi)的界面偏析出As，僅在以低加速離子注入了 As的部分形成N+型發(fā)射層21。隨后，如圖13F、圖14F、圖15F所示，利用鋁(Al)等形成發(fā)射電極18。通過以上的工序，可形成圖11或者圖12所示的第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置I。(第3實(shí)施方式)利用圖16 19對第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ie進(jìn)行說明。圖16是表示第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ie的俯視圖，圖17是表示圖16的J 一 J’線處的剖面的剖視圖，圖18是表示圖16的K 一 K’線處的剖面的剖視圖，圖19是表示圖16的L 一 L’線處的剖面的剖視圖。其中，在圖16中省略了絕緣膜17以及發(fā)射電極18。另外，對于該第3實(shí)施方式的各部，與圖1和圖2所示的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ia的各部相同的部分被以相同的附圖標(biāo)記表示。另外，由于動作與半導(dǎo)體裝置Ia相同，所以省略。第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ie與第I實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，如圖16、圖18以及圖19所示，N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分設(shè)在溝槽12(柵極絕緣膜13以及柵電極14)上。即，具有一部分的柵電極14與發(fā)射電極18連接的溝槽12。其他構(gòu)成與第I實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式相同。即，如圖17所示，N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18接觸的部分被絕緣膜17局部隔開間隔而設(shè)有非接觸部。針對由第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ie獲得的效果進(jìn)行說明。通過減小溝槽12與鄰接的溝槽12的距離，使俯視觀察時的N型發(fā)射層15的面積相對P+型接觸層16變得更小，能夠增加前述的IE效應(yīng)。但是，如果減小溝槽12與鄰接的溝槽12的距離，則有可能產(chǎn)生無法充分確保接觸區(qū)域50這一問題。在第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ie的情況下，通過在溝槽12上形成接觸區(qū)域50，容易確保接觸區(qū)域50。因此，由于能夠減小溝槽12與鄰接的溝槽12的距離，所以可進(jìn)一步增加IE效應(yīng)。S卩，可提高在溝槽12底部附近的N—型基底層10蓄積的空穴密度，能夠改善截止時的開關(guān)損失與導(dǎo)通電壓的權(quán)衡關(guān)系(trade-off relationship)。并且，通過一部分的柵電極14與發(fā)射電極18連接而成為發(fā)射電位，與埋入到溝槽部的全部的柵電極14相比，柵電極14的根數(shù)實(shí)際上減少。因此，半導(dǎo)體裝置Ie整體的柵極電容會相應(yīng)減少埋入到溝槽部的電極與發(fā)射電極18接觸的量。從而，半導(dǎo)體裝置Ie的驅(qū)動電流變少，驅(qū)動電路所需要的輸出電阻可以增大，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動電路的小型化。此外，由于和第I實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式同樣，將表面雜質(zhì)濃度比以往低的N型發(fā)射層15的寬度Wn、與P+型接觸層16的寬度Wp之比Wn /Wp設(shè)為O. 6以上，優(yōu)選設(shè)為I以上，利用絕緣膜17對N型發(fā)射層15與發(fā)射電極18的接觸部分局部隔開間隔來設(shè)置非接觸部，所以第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置Ie還具有降低導(dǎo)通電壓并且確保短路耐受量的效果O在第3實(shí)施方式的情況下，溝槽12與鄰接的溝槽12的距離例如被設(shè)為I μ m以下。另外，在圖16中表示了一個柵電極14與發(fā)射電極18接觸的情況，但這只是一個例子。只要不形成為所有的柵電極14與發(fā)射電極18接觸，則與發(fā)射電極18接觸的柵電極14的數(shù)量沒有特別限定。沒有對元件終端部的構(gòu)造特別進(jìn)行記述，但能夠在場板(field plate)構(gòu)造、表面調(diào)整構(gòu)造、護(hù)環(huán)構(gòu)造等任意終端構(gòu)造中都不受影響地實(shí)施。作為半導(dǎo)體，例如可使用硅(Si)，但并不局限于此，也可以使用碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等化合物半導(dǎo)體或金剛石等大間隙半導(dǎo)體來實(shí)施。另外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置I并不限于基于離子注入法來制成，也可以通過外延法、以及使用離子注入法和外延法雙方的制成手法等來制成。在通過外延法制成的情況下，例如N—型基底層10等成為基板2。說明了本發(fā)明的幾個實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式是作為例子而提示的，并不意欲限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式能夠以其它各種形態(tài)實(shí)施，在不脫離發(fā)明主旨的范圍，能夠進(jìn)行各種省略、替換和變更。這些實(shí)施方式及其變形包含在發(fā)明的范圍及主旨中，并包含在權(quán)利要求的范圍所記載的發(fā)明及其等同范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有 第I導(dǎo)電型基底層，設(shè)置在具有第I以及第2主面的基板上； 第2導(dǎo)電型集電層，在上述第I主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接地設(shè)置； 集電極，設(shè)在上述第I主面上； 第2導(dǎo)電型基底層，在上述第2主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接地設(shè)置； 第2導(dǎo)電型接觸層，在上述第2主面?zhèn)扰c上述第2導(dǎo)電型基底層選擇性相接地設(shè)置；多個溝槽，貫通上述第2導(dǎo)電型基底層與上述第2導(dǎo)電型接觸層并到達(dá)上述第I導(dǎo)電型基底層，且被設(shè)成相互平行； 柵電極，隔著柵極絕緣膜設(shè)置在上述溝槽內(nèi)； 第I導(dǎo)電型發(fā)射層，在上述第2主面?zhèn)扰c上述溝槽相接地設(shè)置； 絕緣膜，設(shè)在上述柵電極上；和 發(fā)射電極，沿著上述溝槽的長度方向設(shè)在上述第2主面上，且在與上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層對置的部分的一部分具有非接觸部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的表面雜質(zhì)濃度大于等于1父1018(^_3且小于5\1019(^_3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在上述溝槽的長度方向，上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的寬度相對于上述第2導(dǎo)電型接觸的寬度之比大于等于O. 6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述柵電極的一部分與上述發(fā)射電極相接。
5.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有 第I導(dǎo)電型基底層，設(shè)置在具有第I以及第2主面的基板上； 第2導(dǎo)電型集電層，在上述第I主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接地設(shè)置； 集電極，設(shè)在上述第I主面上； 第2導(dǎo)電型基底層，在上述第2主面?zhèn)扰c上述第I導(dǎo)電型基底層相接地設(shè)置； 第2導(dǎo)電型接觸層，在上述第2主面?zhèn)扰c上述第2導(dǎo)電型基底層選擇性相接地設(shè)置；多個溝槽，貫通上述第2導(dǎo)電型基底層與上述第2導(dǎo)電型接觸層并到達(dá)上述第I導(dǎo)電型基底層，且被設(shè)成相互平行； 柵電極，隔著柵極絕緣膜設(shè)置在上述溝槽內(nèi)； 第I導(dǎo)電型發(fā)射層，在上述第2主面?zhèn)扰c上述溝槽相接地設(shè)置； 絕緣膜，設(shè)在上述柵電極上；和 發(fā)射電極，沿著上述溝槽的長度方向設(shè)在上述第2主面上，且被設(shè)成與上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的歐姆接觸和肖特基接觸混合存在。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 與上述發(fā)射電極歐姆接觸的上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的表面雜質(zhì)濃度大于等于lX1019cm_3，并且與上述發(fā)射電極肖特基接觸的上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的表面雜質(zhì)濃度小于 I X IO19Cm 3O
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 通過使上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的一部分偏析As，使得上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的一部分與上述發(fā)射電極歐姆接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在上述溝槽的長度方向，上述第I導(dǎo)電型發(fā)射層的寬度相對于上述第2導(dǎo)電型接觸的寬度之比大于等于O. 6。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述柵電極的一部分與上述發(fā)射電極相接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，包括具有第1主面的基板；被設(shè)成相互平行的多個溝槽；在上述溝槽內(nèi)借助柵極絕緣膜而設(shè)置的柵電極；與上述溝槽相接設(shè)置的第1導(dǎo)電型發(fā)射層；和在與上述第1導(dǎo)電型發(fā)射層對置的一部分具有沿著上述溝槽的長度方向的非接觸部，且設(shè)于上述第2主面的發(fā)射電極。
文檔編號H01L29/78GK103035692SQ201210369229
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者中村和敏, 小倉常雄 申請人:株式會社東芝