半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體裝置，構(gòu)成為，在形成有柵電極（108）的槽（105）的底部或槽（105）正下方的漂移區(qū)域（102）內(nèi)形成陽(yáng)極區(qū)域（106），以到達(dá)陽(yáng)極區(qū)域（106）的深度在槽（105）內(nèi)形成接觸孔（110），經(jīng)由內(nèi)壁絕緣膜（111）在接觸孔（110）埋設(shè)源電極（112），在通過內(nèi)壁絕緣膜（111）與柵電極（108）絕緣的狀態(tài)下，將陽(yáng)極區(qū)域（106）和源電極（112）電連接。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備晶體管以及二極管的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，作為這種技術(shù)，例如公知有以下所示的文獻(xiàn)中所記載的技術(shù)(專利文獻(xiàn)，參照日本特開2005 — 183563號(hào)公報(bào))。在該文獻(xiàn)中記載有具備將柵電極埋入于槽內(nèi)的溝道型晶體管和將異質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)為陽(yáng)極、將漂移區(qū)域設(shè)為陰極的二極管的半導(dǎo)體裝置的技術(shù)。構(gòu)成二極管的陽(yáng)極的異質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域以被相鄰的柵電極夾持的方式沿著柵電極以規(guī)定的間隔配置。
[0003]在上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置中，異質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域以與柵電極相鄰的方式相對(duì)于柵電極沿半導(dǎo)體襯底的平面方向配置形成。即，需要在半導(dǎo)體襯底的平面方向上設(shè)置形成異質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域的區(qū)域。其結(jié)果，半導(dǎo)體襯底中的元件的面積效率差，成為提高集成度時(shí)的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]于是，本發(fā)明是鑒于上述而創(chuàng)立的，其目的在于，提供一種提高面積效率并提高集成度的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0005]為了解決所述課題，本發(fā)明的特征在于，在形成有柵電極的槽的底部或槽的正下方的漂移區(qū)域內(nèi)形成陽(yáng)極區(qū)域，在槽內(nèi)以到達(dá)陽(yáng)極區(qū)域的深度形成接觸孔，經(jīng)由內(nèi)壁絕緣膜在接觸孔埋設(shè)源電極，且在通過內(nèi)壁絕緣膜與柵電極絕緣的狀態(tài)下將陽(yáng)極區(qū)域和源電極電連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的剖面圖；
[0007]圖2A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0008]圖2B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0009]圖2C是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0010]圖2D是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0011]圖2E是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0012]圖2F是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0013]圖2G是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0014]圖2H是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0015]圖21是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0016]圖2J是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0017]圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的剖面圖；
[0018]圖4A是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；[0019]圖4B是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0020]圖4C是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖；
[0021]圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的平面圖；
[0022]圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的其它構(gòu)成的平面圖；
[0023]圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的其它構(gòu)成的平面圖；
[0024]圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的其它構(gòu)成的平面圖；
[0025]圖9是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的平面圖；
[0026]圖10是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置的其它構(gòu)成的平面圖；
[0027]圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置的其它構(gòu)成的平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面，使用附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0029](實(shí)施方式I)
[0030]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的圖。圖1所示的實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置使用碳化硅半導(dǎo)體襯底且具備MOSFET和二極管而構(gòu)成。圖1中，在碳化硅的N型高濃度(N+型)的半導(dǎo)體襯底101的一主面上形成有由N型低濃度(N—型)的外延層構(gòu)成的漂移區(qū)域102，該N型低濃度(N—型)的外延層由碳化硅構(gòu)成。
[0031]在漂移區(qū)域102的一主面(表面)上形成有P型阱區(qū)域103及N+型源極區(qū)域104。還形成有貫通P型阱區(qū)域103及N+型源極區(qū)域104且到達(dá)漂移區(qū)域102的深度的槽105。通過選擇性的雜質(zhì)導(dǎo)入，在槽105的正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)形成有陽(yáng)極區(qū)域106，陽(yáng)極區(qū)域106的上面形成槽105的底面。在該實(shí)施方式I中，該陽(yáng)極區(qū)域106由P型的導(dǎo)電型形成，在與N型漂移區(qū)域的接合面構(gòu)成PN結(jié)型二極管，該二極管作為陽(yáng)極發(fā)揮作用。
[0032]以與漂移區(qū)域102、阱區(qū)域103及源極區(qū)域104相接的方式，在槽105的側(cè)面以及槽105的底部形成有柵極絕緣膜107。經(jīng)由柵極絕緣膜107在槽的側(cè)面埋設(shè)有柵電極108。在柵電極108的上面形成層間絕緣膜109并覆蓋柵電極108。
[0033]以被柵電極108包圍的方式在槽105中形成有接觸孔110。在接觸孔110內(nèi)經(jīng)由覆蓋柵電極108側(cè)面的內(nèi)壁絕緣膜111形成有源電極112。在源極區(qū)域104以及層間絕緣膜109上形成有源電極112。該源電極112使源極區(qū)域104和陽(yáng)極區(qū)域106以低電阻歐姆電連接。源電極112和柵電極108利用層間絕緣膜109以及內(nèi)壁絕緣膜111而絕緣。
[0034]在半導(dǎo)體襯底101的另一主面(背面)上以低電阻歐姆電連接地形成有漏電極113。
[0035]接著，使用圖2A?同圖J所示的制造工序剖面圖對(duì)本實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
[0036]首先，在圖2A所示的工序中，在N+型半導(dǎo)體襯底101的一主面上形成由N_型碳化硅的外延層構(gòu)成的漂移區(qū)域102。碳化硅中存在一些多晶型物(多晶型)，在此，對(duì)作為代表性的4H進(jìn)行說明。半導(dǎo)體襯底101具有數(shù)十?數(shù)百Pm左右的厚度。例如雜質(zhì)濃度設(shè)為1E14?lE18cm — 3、厚度設(shè)為數(shù)y m?數(shù)十ii m形成漂移區(qū)域102。
[0037]接著，在圖2B所示的工序中，通過離子注入，在漂移區(qū)域102中形成P型阱區(qū)域103及N+型源極區(qū)域104。為了構(gòu)圖離子注入?yún)^(qū)域，也可以通過下述所示的工序在漂移區(qū)域102上形成掩模材料。作為掩模材料，可以使用例如氧化硅膜，作為堆積方法，可以使用熱CVD法或等離子CVD法。
[0038]接著，在掩模材料上對(duì)抗蝕膜進(jìn)行構(gòu)圖(未圖示)。作為構(gòu)圖的方法，可以使用一般的光刻法。將構(gòu)圖的抗蝕膜設(shè)為掩模，并選擇性地蝕刻去除掩模材料。作為蝕刻方法，可以采用使用氫氟酸的濕式蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻等干式蝕刻。
[0039]選擇性地蝕刻去除掩模材料后，利用氧等離子或硫酸等去除抗蝕膜。將構(gòu)圖的掩模材料設(shè)為掩模，并離子注入P型及N型雜質(zhì)，形成P型阱區(qū)域103及N+型源極區(qū)域104。作為P型雜質(zhì)，可以使用例如鋁或硼。作為N型雜質(zhì)，可以使用例如氮。此時(shí)，通過以將半導(dǎo)體襯底101的溫度加熱成600°C左右的狀態(tài)進(jìn)行離子注入，能夠抑制在注入?yún)^(qū)域中產(chǎn)生晶體缺陷。
[0040]離子注入后，通過使用例如氫氟酸的濕法蝕刻去除掩模材料。然后，通過對(duì)離子注入的雜質(zhì)進(jìn)行熱處理而進(jìn)行活性化。作為熱處理溫度，可以使用1700°C左右的溫度，作為周圍環(huán)境，可以優(yōu)選使用氬或氮。該熱處理工序也可以在以后說明的圖2D所示的工序后實(shí)施。
[0041]接著，在圖2C所示的工序中，在漂移區(qū)域102形成槽105。首先，在源極區(qū)域104上形成掩模材料201。作為掩模材料201，可以使用與之前的圖2B所示的工序同樣構(gòu)圖的絕緣膜。接著，將掩模材料201設(shè)為掩模并形成槽105。作為形成槽的方法，優(yōu)選使用干式蝕刻法。槽105的深度設(shè)為貫通阱區(qū)域103以及源極區(qū)域104并到達(dá)漂移區(qū)域102的深度。
[0042]接著，在圖2D所示的工序中，在槽105的正下方的漂移區(qū)域102中選擇性地形成P型的陽(yáng)極區(qū)域106。作為陽(yáng)極區(qū)域106的形成方法，可以使用離子注入。作為離子注入時(shí)的掩模，可以使用之前的圖2C所示的工序中使用的掩模材料201。由此，可以在槽105的正下方的漂移區(qū)域102上以自對(duì)準(zhǔn)選擇性地形成陽(yáng)極區(qū)域106。關(guān)于離子注入所使用的離子種類以及襯底溫度，與之前的圖2B所示的工序同樣，因此，在此省略。
[0043]接著，在圖2E所示的工序中，在陽(yáng)極區(qū)域106的上面(槽105的底面)、槽105的側(cè)面及源極區(qū)域104上，以例如100 ~ 1000A左右的厚度堆積形成柵極絕緣膜107。作為柵極絕緣膜107，優(yōu)選使用氧化硅膜，作為堆積方法，可使用熱氧化法、熱CVD法、等離子CVD法、濺射法等。
[0044]在堆積形成柵極絕緣膜107后，為了降低阱區(qū)域103和柵極絕緣膜107的界面水平，也可以在氮、氬、N20等環(huán)境中以1000°C左右的溫度進(jìn)行退火處理。
[0045]接著，經(jīng)由柵極絕緣膜107在槽105內(nèi)以及源極區(qū)域104上堆積形成成為柵電極108的、導(dǎo)入了雜質(zhì)的多晶娃202。作為堆積方法,可以使用一般的低壓CVD法。
[0046]接著，在圖2F所示的工序中，對(duì)多晶硅202的整個(gè)面進(jìn)行回蝕，去除槽105內(nèi)部以外的多晶硅202?；蛟诙嗑Ч?02上形成抗蝕膜圖案，以該抗蝕膜圖案為掩模，例如使用干式蝕刻選擇性地去除多晶硅202而進(jìn)行構(gòu)圖。由此，去除槽105內(nèi)部以外的多晶硅202。
[0047]接著，在圖2G所示的工序中，在多晶硅202上選擇性地形成層間絕緣膜109。作為層間絕緣膜109，優(yōu)選使用氧化硅膜。作為形成方法，可以通過對(duì)多晶硅202進(jìn)行選擇性地?zé)嵫趸纬伞６嗑Ч璧臒嵫趸俾时忍蓟璧臒嵫趸俾士?，因此，在進(jìn)行熱氧化的情況下，可以在多晶硅202上以自對(duì)準(zhǔn)形成層間絕緣膜109。或者，首先使用熱CVD法、等離子CVD法、濺射法等堆積層間絕緣膜109，在堆積的層間絕緣膜109上形成抗蝕膜圖案。然后，也可以以該抗蝕膜圖案為掩模，選擇性地去除源極區(qū)域104上的層間絕緣膜109。
[0048]接著，在圖2H所示的工序中，在層間絕緣膜109及多晶硅202上開口形成接觸孔110。作為形成方法，可以使用將通過光刻構(gòu)圖的抗蝕膜設(shè)為掩模的干式蝕刻。由此，以包圍接觸孔Iio的方式形成由多晶硅構(gòu)成的柵電極108。在圖2H中，對(duì)在接觸孔110的底部殘留柵極絕緣膜107的情況進(jìn)行圖示。另一方面，也可以選擇性地蝕刻去除接觸孔110底部的柵極絕緣膜107，使陽(yáng)極區(qū)域106的局部上面露出。
[0049]接著，在圖21所示的工序中，在接觸孔110的內(nèi)壁即柵電極108露出的側(cè)面形成內(nèi)壁絕緣膜111。作為形成方法，可以對(duì)由多晶硅構(gòu)成的柵電極108進(jìn)行熱氧化而形成?；蛘?，也可以使用熱CVD法、等離子CVD法、濺射法等堆積形成內(nèi)壁絕緣膜111。
[0050]接著，在圖2J所示的工序中，使接觸孔110正下方的陽(yáng)極區(qū)域106的表面選擇性地露出。作為露出方法，通過各向異性干式蝕刻選擇性地去除接觸孔110底部的柵極絕緣膜 107。
[0051]此時(shí)，相比殘留于接觸孔110底面的柵極絕緣膜107及內(nèi)壁絕緣膜111的厚度更厚地形成層間絕緣膜109的厚度。由此，也可以在對(duì)殘留于接觸孔110底面的柵極絕緣膜107蝕刻后殘留層間絕緣膜109。另外，通過使用各向異性干式蝕刻，可以不對(duì)接觸孔110內(nèi)壁的內(nèi)壁絕緣膜111蝕刻而選擇性地蝕刻去除槽105底部的柵極絕緣膜107。通過實(shí)施這種工序，可以以被柵電極108包圍的方式在槽105內(nèi)以自對(duì)準(zhǔn)形成接觸孔110。
[0052]接著，以與阱區(qū)域103及源極區(qū)域104及陽(yáng)極區(qū)域106低電阻進(jìn)行歐姆電連接的方式堆積形成源電極112。另外，在半導(dǎo)體襯底101的另一主面上堆積形成漏電極113。
[0053]作為源電極112以及漏電極113，優(yōu)選使用鎳硅化物，但也可以使用鈷硅化物、鈦硅化物等合金。作為堆積方法，可以使用蒸鍍法、濺射法，CVD法等。另外，也可以設(shè)為在源電極112上、漏電極113上層疊有鈦或鋁的層疊構(gòu)造的電極構(gòu)造。作為鎳硅化物的形成方法，先堆積鎳之后，以1000°C左右的溫度實(shí)施退火，使碳化硅和鎳合金化。
[0054]經(jīng)過以上工序，圖1所示的實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置完成。
[0055]接著，對(duì)圖1所示的構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置的基本動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0056]圖1所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置以源電極112的電位為基準(zhǔn)，以對(duì)漏電極113施加規(guī)定的正電位的狀態(tài)控制柵電極108的電位，由此，作為晶體管而發(fā)揮作用。即，當(dāng)將柵電極108和源電極112間的電壓設(shè)為規(guī)定的閾值電壓以上時(shí)，在柵電極108側(cè)面的阱區(qū)域103的溝道區(qū)域形成反轉(zhuǎn)層。由此，晶體管成為接通狀態(tài)，而從漏電極113向源電極112流過電流。
[0057]另一方面，當(dāng)將柵電極108和源電極112之間的電壓設(shè)為規(guī)定的閾值電壓以下時(shí)，反轉(zhuǎn)層消失，晶體管成為截止?fàn)顟B(tài)，隔斷電流。在該狀態(tài)下，利用施加于源電極112以及漏電極的電壓，對(duì)漏極一源極之間施加數(shù)百?數(shù)千伏特的高電壓。
[0058]在以源電極112的電位為基準(zhǔn)且對(duì)漏電極113施加了規(guī)定的負(fù)電位的情況下，在將P型阱區(qū)域103及陽(yáng)極區(qū)域106設(shè)為陽(yáng)極、將N型漂移區(qū)域102設(shè)為陰極的二極管中流過回流電流。即，該二極管作為環(huán)流二極管而發(fā)揮作用。
[0059]這樣，在上述實(shí)施方式I中，通過在槽105的正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)形成陽(yáng)極區(qū)域106，可以使用槽105的正下方的漂移區(qū)域102作為回流二極管的形成區(qū)域。由此，與目前那樣沿著柵電極在相對(duì)于襯底的平面方向上形成二極管的情況相比，能夠提高形成元件時(shí)的襯底的面積效率。因此，可以提高具備晶體管和環(huán)流二極管的半導(dǎo)體裝置的集成度。
[0060]另外，經(jīng)由以貫通柵電極108的方式形成的接觸孔110，將形成于槽105正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)的陽(yáng)極區(qū)域106和源電極112以低電阻電連接。由此，可以降低陽(yáng)極區(qū)域106和源電極112間的寄生電阻，能夠提供減少回流動(dòng)作時(shí)的損耗的低損耗的半導(dǎo)體裝置。
[0061]通常，在形成于碳化硅襯底的MOSFET的情況下，與形成于硅襯底的MOSFET相比，漏極電場(chǎng)變高，因此，目前需要增厚柵極絕緣膜的底部的厚度等對(duì)策。因此，MOSFET的接通電阻惡化。
[0062]與之相對(duì)，在上述實(shí)施方式I中，通過在槽105的正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)形成陽(yáng)極區(qū)域106，能夠緩和MOSFET截止時(shí)施加于柵極絕緣膜107底部的漏極電場(chǎng)。其結(jié)果，能夠提供抑制MOSFET的接通電阻的惡化且具備回流二極管的低損耗的半導(dǎo)體裝置。
[0063]通常，難以在碳化硅上形成低電阻的P型區(qū)域。另外，為了緩和漏極電場(chǎng)，需要將P型陽(yáng)極區(qū)域106的底部設(shè)為低濃度、將上部設(shè)為高濃度的濃度傾斜。因此，若在槽105的正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)只形成陽(yáng)極區(qū)域106，則圖1的進(jìn)深方向的陽(yáng)極區(qū)域106的片材電阻變高，產(chǎn)生回流電流的面內(nèi)不均或片材電阻引起的寄生電阻的惡化。
[0064]與之相對(duì)，在上述實(shí)施方式I中，陽(yáng)極區(qū)域106在其正上方以低電阻與源電極112直接連接，因此，可以抑制面內(nèi)的回流電流的不均。
[0065]將陽(yáng)極區(qū)域106設(shè)為陽(yáng)極的二極管為PN結(jié)型二極管，因此，與形成于阱區(qū)域103和漂移區(qū)域102的PN結(jié)型二極管相同具有上升電壓。因此，在回流動(dòng)作時(shí)，在面內(nèi)流過均勻的回流電流，因此，能夠抑制電流不均的產(chǎn)生。
[0066]在上述實(shí)施方式I中，首先，貫通阱區(qū)域103以及源極區(qū)域104而形成到達(dá)漂移區(qū)域102的深度的槽105，在槽105的正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)形成陽(yáng)極區(qū)域106。接著，經(jīng)由柵極絕緣膜107向槽105內(nèi)埋設(shè)柵電極108，且在柵電極108上形成使陽(yáng)極區(qū)域106的表面露出的接觸孔110。然后，通過內(nèi)壁絕緣膜111以與柵電極108絕緣的狀態(tài)在接觸孔110埋設(shè)形成與陽(yáng)極區(qū)域106電連接的源電極112。通過經(jīng)過這種制造工序，可以在槽105的正下方的漂移區(qū)域102中形成環(huán)流二極管。由此，與目前那樣沿著柵電極在相對(duì)于襯底的平面方向上形成二極管的情況相比，能夠提高形成元件時(shí)的襯底的面積效率。因此，能夠提供提高具備晶體管和環(huán)流二極管的半導(dǎo)體裝置的集成度的制造方法。
[0067]在槽105內(nèi)的形成于柵電極108的接觸孔110內(nèi)經(jīng)由內(nèi)壁絕緣膜111埋設(shè)形成源電極112，由此，在與柵電極108絕緣的狀態(tài)下，可以將形成于槽105的正下方的漂移區(qū)域102的陽(yáng)極區(qū)域106和源電極112電連接。由此，可以在與柵電極108絕緣的狀態(tài)下將陽(yáng)極區(qū)域106和源電極112以低電阻連接。其結(jié)果，能夠提供可以制造低損耗的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0068]相比殘留于接觸孔110底面的柵極絕緣膜107及內(nèi)壁絕緣膜111的厚度，更厚地形成層間絕緣膜109。由此，即使將殘留于接觸孔110底面的柵極絕緣膜107蝕刻后，也能夠殘留層間絕緣膜109。其結(jié)果，能夠在槽105的正下方控制性良好地形成二極管。
[0069]在對(duì)殘留于接觸孔110底面的柵極絕緣膜107進(jìn)行蝕刻時(shí)，使用各向異性干式蝕亥IJ。由此，可以不蝕刻去除接觸孔110內(nèi)壁的內(nèi)壁絕緣膜111，而選擇性地去除柵極絕緣膜107，使陽(yáng)極區(qū)域106的表面露出。其結(jié)果，可以以自對(duì)準(zhǔn)形成接觸孔110，控制性良好地形成在槽105的正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)形成有二極管的低損耗的半導(dǎo)體裝置。[0070](實(shí)施方式2)
[0071]圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的剖面圖。
[0072]該實(shí)施方式2中的與實(shí)施方式I不同點(diǎn)在于，在槽105的底部形成陽(yáng)極區(qū)域106，且該陽(yáng)極區(qū)域106由與構(gòu)成漂移區(qū)域102的碳化硅不同的異種材料形成。其它構(gòu)成以及基本動(dòng)作與之前的實(shí)施方式I相同，因此，在此進(jìn)行省略。
[0073]之前的實(shí)施方式I的陽(yáng)極區(qū)域106形成于槽105的正下方的漂移區(qū)域102內(nèi)，與之相對(duì)，該實(shí)施方式2的陽(yáng)極區(qū)域106形成于槽105的底部。
[0074]作為構(gòu)成陽(yáng)極區(qū)域106的異種材料，可以使用鈦、鋁、鎳、鑰等金屬材料或能帶隙與漂移區(qū)域102不同的例如多晶硅等半導(dǎo)體材料。在利用金屬材料形成陽(yáng)極區(qū)域106的情況下，在陽(yáng)極區(qū)域106和漂移區(qū)域102的接合面形成肖特基接，利用兩者構(gòu)成肖特基二極管。該肖特基二極管與之前的實(shí)施方式I中說明的PN結(jié)型二極管同樣具有流過環(huán)流電流的功能。
[0075]另一方面，肖特基二極管為單極二極管，與實(shí)施方式I的二極管(雙極二極管)相t匕，能夠構(gòu)成抑制反向恢復(fù)電荷的低損耗的二極管。
[0076]接著，使用圖4A?C對(duì)利用多晶硅形成陽(yáng)極區(qū)域106時(shí)的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。另外，關(guān)于圖4A所示的工序以前的工序，與之前的實(shí)施方式I的圖2A?圖2B所示的工序相同。
[0077]圖2B所示的工序結(jié)束后，在圖4A所示的工序中，與之前的圖2C所示的工序同樣地使用掩模材料201形成槽105。此時(shí)，如果形成陽(yáng)極區(qū)域106的深度設(shè)為與圖2C同樣的深度，則與圖2C所示的工序不同點(diǎn)在于，比圖2C所示的工序中形成的深度更深地形成槽105的深度。這是由于，陽(yáng)極區(qū)域106在之前的實(shí)施方式I中形成于槽105的正下方的漂移區(qū)域102，與之相對(duì)，在該實(shí)施方式2中形成于槽105內(nèi)的底部。
[0078]接著，在圖4B所示的工序中，以至少填充于槽105內(nèi)的方式在整個(gè)面上堆積形成多晶娃401o作為堆積方法，可以使用一般的低壓CVD法。
[0079]接著，在圖4C所示的工序中，在整個(gè)面上回蝕堆積形成的多晶硅401，選擇性地去除在之前的圖4A所示的工序中使用的掩模材料201以及槽105底部以外的多晶硅401。由此，在槽105的底部形成由多晶硅401的異種材料構(gòu)成的陽(yáng)極區(qū)域106。
[0080]關(guān)于以后的工序，與之前的實(shí)施方式I的圖2E所示的工序以后相同，因此，在此進(jìn)行省略。
[0081]這樣，在上述實(shí)施方式2中，在槽105的底部形成有具有與之前的實(shí)施方式I同樣的功能的陽(yáng)極區(qū)域106，因此，能夠得到與實(shí)施方式I中得到的效果相同的效果。
[0082]另外，在該實(shí)施方式2中，通過利用與漂移區(qū)域102的碳化硅不同的異種材料形成陽(yáng)極區(qū)域106，在陽(yáng)極區(qū)域106和漂移區(qū)域102之間構(gòu)成單極型的二極管。與之前的實(shí)施方式I的二極管(雙極二極管)相比，單極二極管能夠抑制反向恢復(fù)電荷。由此，能夠提供具備低損耗的二極管的半導(dǎo)體裝置。
[0083]另外，利用多晶硅形成陽(yáng)極區(qū)域106。由此，在陽(yáng)極區(qū)域106和漂移區(qū)域102的接合面形成能帶隙不同的半導(dǎo)體接合產(chǎn)生的異質(zhì)結(jié)。其結(jié)果，構(gòu)成將由多晶硅構(gòu)成的陽(yáng)極區(qū)域106設(shè)為陽(yáng)極、且將碳化硅的漂移區(qū)域102設(shè)為陰極的異質(zhì)結(jié)型二極管。例如專利第4211642號(hào)專利文獻(xiàn)所記載的那樣，由碳化硅形成的異質(zhì)結(jié)二極管作為單極二極管進(jìn)行動(dòng)作。因此，與之前的實(shí)施方式I的二極管相比，可以抑制反向恢復(fù)電荷，而能夠提供具備低損耗的二極管的半導(dǎo)體裝置。
[0084]與利用金屬或合金形成的情況相比，通過利用多晶硅形成陽(yáng)極區(qū)域106，能夠抑制對(duì)柵極絕緣膜107的金屬污染，抑制界面水平增加。由此，能夠提供抑制MOSFET的接通電阻增加且低損耗的半導(dǎo)體裝置。
[0085]通過對(duì)多晶硅進(jìn)行氧化，能夠形成氧化硅膜。由此，在通過熱氧化形成柵極絕緣膜107的情況下，能夠利用相同的氧化硅膜形成柵極絕緣膜107的側(cè)面和底面。其結(jié)果，可以抑制形成柵極絕緣膜107的材料的不連續(xù)引起的電場(chǎng)集中，能夠提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
[0086](實(shí)施方式3)
[0087]圖5?圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的平面方向(半導(dǎo)體襯底的主面方向)的布局的平面圖。
[0088]圖5?圖8是從上方觀察圖1所示的半導(dǎo)體裝置的去除了源電極112的狀態(tài)的圖，沿著圖5的A — A線的截面相當(dāng)于圖1所示的截面。在圖5?圖8所示的布局例中，將形成于槽105的接觸孔110斷續(xù)地(分散地)排列。在此，圖5?圖8中，下面，相對(duì)于半導(dǎo)體襯底101的平面(主面)，將紙面的橫方向設(shè)為X方向，將縱方向設(shè)為Y方向進(jìn)行說明。
[0089]在圖5所示的構(gòu)成中，槽105在半導(dǎo)體襯底101的平面(主面)的Y方向上連續(xù)地(直線狀)形成，且沿著X方向并列多個(gè)分散地配置。形成于槽105內(nèi)的接觸孔110分散地配置于各個(gè)槽105。形成于相鄰的槽105的接觸孔110沿著X方向直線狀地配置。形成有接觸孔110的部分中的槽105的寬度(Wl)比未形成接觸孔110的部分中的槽105的寬度(W2)更大地(Wl > W2)形成。
[0090]通過采用這種構(gòu)成，在之前的實(shí)施方式1、2中得到的效果的基礎(chǔ)上，可以將槽一接觸孔間距離(LI)保持按照規(guī)格等預(yù)先確定的值，同時(shí)增長(zhǎng)槽105周圍的長(zhǎng)度(晶體管的溝道寬度)。由此，可以降低MOSFET的接通電阻，而能夠提供低損耗的半導(dǎo)體裝置。在此，槽一接觸孔間距離(LI)是槽105的側(cè)面和接觸孔110的側(cè)面之間的距離。
[0091]相對(duì)于圖5所示的構(gòu)成，圖6所示的構(gòu)成使形成于相鄰的各個(gè)槽105的接觸孔110相互不同地(非相對(duì)地)配置。其它與圖5的構(gòu)成相同。
[0092]通過采用這種構(gòu)成，與圖5所示的構(gòu)成相比，可以使柵電極間距離(L2)與之前的圖5所示的結(jié)構(gòu)同樣，且可以比圖5所示的構(gòu)成縮短?hào)艠O間距(L3)。由此，與圖5所示的構(gòu)成相比，能夠更進(jìn)一步提高半導(dǎo)體裝置的集成度。還可以降低MOSFET的接通電阻，能夠提供低損耗的半導(dǎo)體裝置。在此，如圖5、圖6所示，柵電極間距離(L2)是形成于相鄰的槽105的柵電極108間的距離，柵極間距(L3)是相鄰的槽105的中心間的距離。
[0093]在圖7所示的構(gòu)成中，網(wǎng)格(網(wǎng)眼)狀地形成槽105。該網(wǎng)眼如圖7所示，I個(gè)網(wǎng)眼為四邊形的形狀。接觸孔110配置于網(wǎng)眼各自的交點(diǎn)(縱橫的槽105交叉的部分)。
[0094]通過采用這種構(gòu)成，可以將槽一接觸孔間距離(LI)保持按照規(guī)格等預(yù)先確定的值，同時(shí)提高網(wǎng)眼的密度。由此，能夠提高半導(dǎo)體裝置的集成度。另外，可以降低MOSFET的接通電阻，能夠控制性良好地形成低損耗的半導(dǎo)體裝置。
[0095]在圖8所示的構(gòu)成中，與之前的圖7同樣，網(wǎng)格(網(wǎng)眼)狀地形成有槽105，但與圖7不同的方面在于，如圖8所示，I個(gè)網(wǎng)眼為六邊形的形狀。接觸孔110配置于網(wǎng)眼各自的頂點(diǎn)(槽105交叉的部分)。
[0096]通過采用這種構(gòu)成，可以將槽一接觸孔間距離(LI)保持按照規(guī)格等預(yù)先確定的值，同時(shí)提高網(wǎng)眼的密度。由此，能夠提高半導(dǎo)體裝置的集成度。另外，可以降低MOSFET的接通電阻，能夠控制性良好地形成低損耗的半導(dǎo)體裝置。
[0097]另外，上述中示例了 I個(gè)網(wǎng)眼的形狀為四邊形、六邊形，但也可以是其它多邊形或圓形。在該情況下，接觸孔110可以沿著多邊形的頂點(diǎn)、圓形的周圍進(jìn)行配置。
[0098](實(shí)施方式4)
[0099]圖9?圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置的平面方向(半導(dǎo)體襯底的主面方向)的布局的平面圖。
[0100]圖9?圖11是從上方觀察圖1所示的半導(dǎo)體裝置的去除了源電極112的狀態(tài)的圖。在之前的圖5?圖8中，分散地配置接觸孔110，與之相對(duì)，在圖9?圖11所示的布局例中，連續(xù)地形成接觸孔110。
[0101]在圖9所示的構(gòu)成中，接觸孔110沿著形成于紙面縱方向的槽105內(nèi)形成于直線上。
[0102]通過采用這種構(gòu)成，連續(xù)地形成接觸孔110，因此，陽(yáng)極區(qū)域106可以在其正上方連續(xù)地與埋入于接觸孔110的源電極112連接。由此，能夠增加陽(yáng)極區(qū)域106和源電極112的連接面積，且將兩者以低電阻連接。其結(jié)果，能夠提供降低二極管的接通電阻的低損耗的半導(dǎo)體裝置。
[0103]在圖10所示的構(gòu)成中，槽105與之前的圖7所示同樣地將網(wǎng)眼形成四邊形的網(wǎng)眼狀，沿著該網(wǎng)眼狀的槽105內(nèi)，接觸孔110也連續(xù)地形成網(wǎng)眼狀。
[0104]在圖11所示的構(gòu)成中，槽105與之前的圖8所示同樣地將網(wǎng)眼形成六邊形的網(wǎng)眼狀，沿著該網(wǎng)眼狀的槽105內(nèi)，接觸孔110也連續(xù)地形成網(wǎng)眼狀。
[0105]通過采用這種構(gòu)成，將接觸孔110連續(xù)地形成，因此，陽(yáng)極區(qū)域106可以在其正上方連續(xù)地與埋入于接觸孔Iio的源電極112連接。由此，可以增加陽(yáng)極區(qū)域106和源電極112的連接面積，可以將兩者以低電阻連接。其結(jié)果，能夠提供降低二極管的接通電阻的低損耗的半導(dǎo)體裝置。
[0106]以上，在上述各實(shí)施方式I?4中，在半導(dǎo)體裝置的剖面圖中對(duì)單位元件進(jìn)行了圖示，但也可以集合單位元件成為重復(fù)的并聯(lián)連接構(gòu)造。另外，也可以在裝置的最外周部具備由護(hù)圈或終端構(gòu)造構(gòu)成的電解緩和構(gòu)造。
[0107]本申請(qǐng)基于2011年4月19日申請(qǐng)的日本國(guó)專利申請(qǐng)第2011 — 092962號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并將該申請(qǐng)內(nèi)容通過參照引用于本發(fā)明的說明書中。
[0108]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0109]根據(jù)本發(fā)明，在形成有柵電極的槽的底部或槽正下方的漂移區(qū)域內(nèi)形成陽(yáng)極區(qū)域，因此，相對(duì)于柵電極，可以在襯底的垂直方向上形成二極管。其結(jié)果能夠提高半導(dǎo)體襯底中的元件的面積效率并提高集成度。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有: 半導(dǎo)體襯底； 第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)域，其形成于所述半導(dǎo)體襯底的一主面上； 第二導(dǎo)電型的阱區(qū)域，其形成于所述漂移區(qū)域內(nèi)； 第一導(dǎo)電型的源極區(qū)域，其形成于所述阱區(qū)域內(nèi)； 槽，其貫通所述源極區(qū)域以及所述阱區(qū)域并到達(dá)所述漂移區(qū)域的深度； 柵電極，其經(jīng)由柵極絕緣膜形成于所述槽的側(cè)部； 源電極，其與所述阱區(qū)域及所述源極區(qū)域連接； 漏電極，其與所述半導(dǎo)體襯底的另一主面連接； 層間絕緣膜，其形成于所述柵電極上并覆蓋所述柵電極； 陽(yáng)極區(qū)域，其形成于所述槽的底部或所述槽的正下方的所述漂移區(qū)域內(nèi)； 接觸孔，其以到達(dá)所述陽(yáng)極區(qū)域的深度形成于所述槽內(nèi)； 內(nèi)壁絕緣膜，其與所述柵電極相接而形成于所述接觸孔的內(nèi)壁側(cè)面， 所述源電極經(jīng)由所述內(nèi)壁絕緣膜埋設(shè)于所述接觸孔，并在通過所述內(nèi)壁絕緣膜與所述柵電極絕緣的狀態(tài)下與所述陽(yáng)極區(qū)域電連接。
2.如權(quán)利要求1所述`的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述陽(yáng)極區(qū)域在所述漂移區(qū)域內(nèi)作為第二導(dǎo)電型的區(qū)域形成，并通過與所述漂移區(qū)域的接合面構(gòu)成以所述漂移區(qū)域?yàn)殛帢O的PN結(jié)型的二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述陽(yáng)極區(qū)域由與所述漂移區(qū)域的材料不同的異種材料形成于所述槽的底部，并通過與所述漂移區(qū)域的接合面構(gòu)成單極型的二極管。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述陽(yáng)極區(qū)域由能帶隙與所述漂移區(qū)域不同的半導(dǎo)體形成。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述接觸孔相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底的主面方向在所述槽內(nèi)分散地形成多個(gè)，形成有所述接觸孔的部分的所述槽的寬度比未形成所述接觸孔的部分的所述槽的寬度寬。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述槽相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底的主面方向直線狀地形成多個(gè)，所述接觸孔相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底的主面方向在所述槽內(nèi)分散地形成多個(gè)，形成于相鄰的所述槽的所述接觸孔相互不同地非相對(duì)地配置形成。
7.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述槽相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底的主面方向網(wǎng)眼狀地形成，所述接觸孔在所述槽的網(wǎng)眼的交點(diǎn)分散地配置形成有多個(gè)。
8.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述槽相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底的主面方向直線狀地形成，所述接觸孔沿著所述槽內(nèi)直線狀地形成。
9.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述槽相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底的主面方向網(wǎng)眼狀地形成，所述接觸孔沿著所述槽內(nèi)網(wǎng)眼狀地形成。
10.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具有: 在半導(dǎo)體襯底的一主面上形成第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)域的第一工序； 在所述漂移區(qū)域內(nèi)形成第二導(dǎo)電型的阱區(qū)域的第二工序； 在所述阱區(qū)域內(nèi)形成第一導(dǎo)電型的源極區(qū)域的第三工序； 形成貫通所述源極區(qū)域以及所述阱區(qū)域并到達(dá)所述漂移區(qū)域的深度的槽的第四工序; 經(jīng)由絕緣膜在所述槽內(nèi)形成柵電極的第五工序； 在所述槽的底部或所述槽的正下方的所述漂移區(qū)域內(nèi)形成以所述漂移區(qū)域?yàn)殛帢O的二極管的陽(yáng)極區(qū)域的第六工序； 在所述柵電極形成使所述陽(yáng)極區(qū)域的表面露出的接觸孔的第七工序； 在通過內(nèi)壁絕緣膜與所述柵電極絕緣的狀態(tài)下在所述接觸孔埋設(shè)形成與所述陽(yáng)極區(qū)域電連接的源電極的第八工序。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 具備形成覆蓋所述柵電極的上面的絕緣膜的工序， 覆蓋所述柵電極的上面的絕緣膜的厚度形成為，比形成于所述接觸孔的底面并在形成所述接觸孔的第七工序中被選擇性地去除的絕緣膜的厚度更厚。
12.如權(quán)利要求10或11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述第七工序包括選擇性地去除形成于所述接觸孔的底部的絕緣膜的工序，通過各向異性蝕刻，在殘留所述內(nèi)壁絕緣膜的狀態(tài)下自整合地去除所述接觸孔底部的所述絕緣膜 。
【文檔編號(hào)】H01L27/04GK103493208SQ201280018880
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月19日
【發(fā)明者】山上滋春, 林哲也, 下村卓 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社