半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】提供一種能夠提高溝槽的上部邊緣中的柵極絕緣膜的耐壓的半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。半導(dǎo)體裝置(1)包含：形成有柵極溝槽(9)的n型SiC基板(2)；一體地包含側(cè)面絕緣膜(18)和底面絕緣膜(19)的柵極絕緣膜(16)；以及被埋入到柵極溝槽(9)的柵極電極(15)，該柵極電極(15)選擇性地具有在上部邊緣(26)中重疊于SiC基板(2)的表面(21)的重疊部(17)，在該半導(dǎo)體裝置(1)中，在側(cè)面絕緣膜(18)以在上部邊緣(26)中向柵極溝槽(9)的內(nèi)部突出的方式，形成與該側(cè)面絕緣膜(18)的其它部分相比選擇性地變厚的懸垂部(27)。
【專利說(shuō)明】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)明涉及具有溝槽柵極構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]例如專利文獻(xiàn)I公開(kāi)了一種溝槽柵極縱型M0SFET，該溝槽柵極縱型MOSFET包含:外延層，形成有有源單元陣列和柵極極總線區(qū)；柵極溝槽，形成于有源單元陣列；柵極氧化膜，形成于柵極溝槽；柵極電極，由埋入到柵極溝槽的多晶硅構(gòu)成；溝槽，形成于柵極極總線區(qū)，與柵極溝槽相連；以及柵極總線，由在柵極總線區(qū)中以覆蓋外延層的表面的方式埋入到溝槽的多晶硅構(gòu)成。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:特表2006-520091號(hào)公報(bào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]用于解決課題的方案
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包含:第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層，形成有柵極溝槽；柵極絕緣膜，形成于所述柵極溝槽的側(cè)面和底面，所述柵極絕緣膜一體地包含所述側(cè)面上的側(cè)面絕緣膜和所述底面上的底面絕緣膜；以及柵極電極，被埋入到所述柵極溝槽，所述柵極電極選擇性地具有在形成于所述柵極溝槽的開(kāi)口端的上部邊緣中重疊于所述半導(dǎo)體層的表面的重疊部，所述側(cè)面絕緣膜以在所述上部邊緣中向所述柵極溝槽內(nèi)部突出的方式包含與該側(cè)面絕緣膜的其它部分相比選擇性地變厚的懸垂部(權(quán)利要求1)。
[0005]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵跂艠O溝槽的上部邊緣形成有懸垂部，所以能夠提高上部邊緣中的柵極絕緣膜的耐壓。因此，即使在柵極導(dǎo)通時(shí)電場(chǎng)在上部邊緣集中，也能夠防止在上部邊緣的柵極絕緣膜的絕緣破壞。其結(jié)果是，能夠提高對(duì)柵極導(dǎo)通電壓的可靠性。
[0006]優(yōu)選的是，所述柵極溝槽的所述上部邊緣包含使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的傾斜面(權(quán)利要求2)。
[0007]由此，能夠在柵極導(dǎo)通時(shí)使施加到上部邊緣的電場(chǎng)分散到傾斜面內(nèi)，緩和電場(chǎng)集中。
[0008]優(yōu)選的是，所述柵極溝槽的所述上部邊緣包含使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的圓形面(權(quán)利要求3)。
[0009]由此，能夠在柵極導(dǎo)通時(shí)使施加到上部邊緣的電場(chǎng)分散到圓形面內(nèi)，緩和電場(chǎng)集中。
[0010]優(yōu)選的是，所述底面絕緣膜比所述側(cè)面絕緣膜的其它部分厚(權(quán)利要求4)。
[0011]由此，能夠減低由經(jīng)由底面絕緣膜相互面對(duì)的柵極電極和半導(dǎo)體層構(gòu)成的電容器的容量。其結(jié)果是，能夠減低作為柵極整體的容量(柵極容量)。另外，因?yàn)槟軌蛱岣叩酌娼^緣膜的耐壓，所以還能夠防止柵極斷開(kāi)時(shí)的底面絕緣膜的絕緣破壞。
[0012]優(yōu)選的是，所述柵極絕緣膜進(jìn)一步包含形成于所述半導(dǎo)體層的所述表面的平面絕緣膜，所述平面絕緣膜比所述側(cè)面絕緣膜的其它部分厚(權(quán)利要求5)。
[0013]由此，能夠減低由經(jīng)由平面絕緣膜相互面對(duì)的柵極電極(重疊部)與半導(dǎo)體層構(gòu)成的電容器的容量。其結(jié)果是，能夠減低作為柵極整體的容量(柵極容量)。
[0014]優(yōu)選的是，所述柵極溝槽的底部的下部邊緣包含使所述柵極溝槽的所述側(cè)面與所述底面連接的圓形面。
[0015]由此，能夠在柵極斷開(kāi)時(shí)使施加到下部邊緣的電場(chǎng)分散到圓形面內(nèi)，緩和電場(chǎng)集中。
[0016]優(yōu)選的是，所述半導(dǎo)體層包含:形成有溝槽柵極型MIS晶體管的有源區(qū)域；以及作為所述有源區(qū)域外的區(qū)域形成有所述懸垂部的非有源區(qū)域，在所述有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層包含:第一導(dǎo)電型的源極層，形成為在所述半導(dǎo)體層的所述表面?zhèn)嚷冻?，形成所述柵極溝槽的所述側(cè)面的一部分；第二導(dǎo)電型的溝道層，形成為相對(duì)于所述源極層在所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)认嘟佑谒鲈礃O層，形成所述柵極溝槽的所述側(cè)面的一部分；以及第一導(dǎo)電型的漂移層，形成為相對(duì)于所述溝道層在所述半導(dǎo)體層的所述背面?zhèn)认嘟佑谒鰷系缹?，形成所述柵極溝槽的所述底面，在所述非有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層包含形成于與所述溝道層相同深度位置的第二導(dǎo)電型層(權(quán)利要求7)。
[0017]由此，因?yàn)槟軌蛞耘c有源區(qū)域的溝道層相同的工序來(lái)形成非有源區(qū)域的第二導(dǎo)電型層，所以能夠使半導(dǎo)體裝置的制造工序簡(jiǎn)略化。另外，在半導(dǎo)體層為η型、第二導(dǎo)電型層為P型層的情況下，因?yàn)槟軌驕p少柵極絕緣膜與η型半導(dǎo)體的接觸面積，所以能夠減低泄漏電流，還能夠減低柵極容量。
[0018]優(yōu)選的是，在所述非有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層進(jìn)一步包含形成于與所述源極層相同深度位置的第一導(dǎo)電型層(權(quán)利要求8)。
[0019]由此，因?yàn)槟軌蛞耘c有源區(qū)域的源極層相同的工序來(lái)形成非有源區(qū)域的第一導(dǎo)電型層，所以能夠使半導(dǎo)體裝置的制造工序簡(jiǎn)略化。
[0020]優(yōu)選的是，在所述有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層進(jìn)一步包含:第二導(dǎo)電型的柱層，該第二導(dǎo)電型的柱層以連接于所述溝道層的方式形成于所述漂移層內(nèi)，從所述溝道層朝向所述半導(dǎo)體層的所述背面延伸，在所述非有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層進(jìn)一步包含底部第二導(dǎo)電型層，該底部第二導(dǎo)電型層以連接于所述第二導(dǎo)電型層的方式形成于與所述柱層相同深度的位置，形成所述柵極溝槽的所述底面(權(quán)利要求9)。
[0021]由此，能夠在柵極溝槽附近產(chǎn)生通過(guò)底部第二導(dǎo)電型層與半導(dǎo)體層的接合(ρη接合)而生成的耗盡層。而且，由于該耗盡層的存在，能夠使等電位面從柵極絕緣膜遠(yuǎn)離。其結(jié)果是，能夠在柵極溝槽的底部中緩和施加到柵極絕緣膜的電場(chǎng)。進(jìn)而，因?yàn)槟軌蛞耘c有源區(qū)域的柱層相同的工序來(lái)形成非有源區(qū)域的底部第二導(dǎo)電型層，所以還能夠使半導(dǎo)體裝置的制造工序簡(jiǎn)略化。
[0022]所述非有源區(qū)域包含外圍區(qū)域，該外圍區(qū)域包圍所述有源區(qū)域，所述半導(dǎo)體裝置還可以包含柵極指，該柵極指被配置成沿著所述外圍區(qū)域包圍所述有源區(qū)域，電連接于所述柵極電極的所述重疊部(權(quán)利要求10)。
[0023]由此，能夠防止相接于柵極指正下方的重疊部的柵極絕緣膜的絕緣破壞。
[0024]優(yōu)選的是，所述柵極溝槽在所述有源區(qū)域中形成為格子狀，在所述外圍區(qū)域中形成為從所述格子狀的溝槽的端部引出的條狀，所述柵極指被沿著橫穿所述條狀的溝槽的方向鋪設(shè)(權(quán)利要求11)。
[0025]優(yōu)選的是，所述半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包含層間膜，該層間膜以覆蓋所述柵極電極的方式形成于半導(dǎo)體層的所述表面，所述柵極指包含接觸部，該接觸部在其寬度方向中央貫通所述層間膜而相接于所述柵極電極(權(quán)利要求12)。
[0026]優(yōu)選的是，所述接觸部形成為沿著所述外圍區(qū)域而包圍所述有源區(qū)域的直線狀(權(quán)利要求13)。
[0027]優(yōu)選的是，所述柵極電極由多晶硅構(gòu)成，所述柵極指由鋁構(gòu)成(權(quán)利要求14)。
[0028]本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包含以下工序:在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層形成柵極溝槽的工序；以在形成于所述柵極溝槽的開(kāi)口端的上部邊緣中形成與其它部分相比選擇性地變厚的懸垂部的方式，使用在規(guī)定條件下的CVD法在所述柵極溝槽內(nèi)堆積絕緣材料，由此在所述柵極溝槽的側(cè)面和底面形成柵極絕緣膜的工序；以及以在所述上部邊緣中選擇性地形成重疊于所述半導(dǎo)體層的表面的重疊部的方式將柵極電極埋入到所述柵極溝槽的工序(權(quán)利要求15)。
[0029]根據(jù)該方法，因?yàn)樵跂艠O溝槽的上部邊緣形成有懸垂部，所以在得到的半導(dǎo)體裝置中，能夠提高上部邊緣中的柵極絕緣膜的耐壓。因此，即使在柵極導(dǎo)通時(shí)電場(chǎng)在上部邊緣集中，也能夠防止在上部邊緣的柵極絕緣膜的絕緣破壞。其結(jié)果是，能夠提高對(duì)柵極導(dǎo)通電壓的可靠性。
[0030]優(yōu)選的是，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)一步包含以下工序:在形成所述柵極絕緣膜之前使用熱氧化法在所述柵極溝槽的所述側(cè)面和所述底面形成犧牲氧化膜，由此在所述上部邊緣形成使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的傾斜面(權(quán)利要求16)。
[0031]在通過(guò)該方法得到的半導(dǎo)體裝置中，能夠在柵極導(dǎo)通時(shí)使施加到上部邊緣的電場(chǎng)分散到傾斜面內(nèi)，緩和電場(chǎng)集中。
[0032]優(yōu)選的是，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)一步包含以下工序:在形成所述柵極絕緣膜之前對(duì)所述半導(dǎo)體層進(jìn)行氫退火處理，由此在所述上部邊緣形成使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的圓形面(權(quán)利要求17)。
[0033]在通過(guò)該方法得到的半導(dǎo)體裝置中，能夠在柵極導(dǎo)通時(shí)使施加到上部邊緣的電場(chǎng)分散到圓形面內(nèi)，緩和電場(chǎng)集中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖l(a)、(b)是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性平面圖，圖1(a)、圖1(b)分別示出整體圖、內(nèi)部放大圖。
[0035]圖2 (a)、(b)、(c)是所述半導(dǎo)體裝置的截面圖，圖2 (a)、圖2 (b)、圖2 (c)分別示出圖1(b)的切斷線IIa-1Ia上的切斷面、圖1(b)的切斷線IIb-1Ib上的切斷面、圖1(b)的切斷線IIc-1Ic上的切斷面。
[0036]圖3是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第一實(shí)施方式的截面圖。
[0037]圖4是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第二實(shí)施方式的截面圖。
[0038]圖5是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第三實(shí)施方式的截面圖。
[0039]圖6是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第四實(shí)施方式的截面圖。
[0040]圖7是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第五實(shí)施方式的截面圖。
[0041]圖8是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第六實(shí)施方式的截面圖。
[0042]圖9是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第七實(shí)施方式的截面圖。
[0043]圖10是用于說(shuō)明所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。
[0044]圖11是用于說(shuō)明在上部邊緣形成傾斜面的工序的圖。
[0045]圖12是用于說(shuō)明在上部邊緣形成圓形面的工序的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046]以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0047]圖1(a)、圖1(b)是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性平面圖，圖1(a)、圖1(b)分別示出整體圖、內(nèi)部放大圖。
[0048]半導(dǎo)體裝置I包含使用了 SiC (碳化硅)的功率MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)元件(個(gè)別元件)，例如圖1的紙面中的上下方向的長(zhǎng)度為Imm左右。
[0049]如圖1 (a)所示，半導(dǎo)體裝置I具備:有源區(qū)域3，該有源區(qū)域3被配置在作為半導(dǎo)體層的一個(gè)例子的SiC基板2上的中央部，作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管而發(fā)揮功能；以及外圍區(qū)域4，該外圍區(qū)域4作為包圍有源區(qū)域3的非有源區(qū)域。例如由鋁構(gòu)成的源極片5形成為覆蓋有源區(qū)域3的大致整個(gè)區(qū)域。在本實(shí)施方式中，源極片5是平面觀察的正方形形狀。在源極片5的周緣部形成有除去區(qū)域6，該除去區(qū)域6沿著外圍區(qū)域4包圍源極片5的中央?yún)^(qū)域。除去區(qū)域6的一部分選擇性地向源極片5的中央?yún)^(qū)域陷入。在該陷入設(shè)置有柵極片7。例如由鋁構(gòu)成的柵極指8從柵極片7起沿著外圍區(qū)域4歷遍除去區(qū)域6整體而延伸。在本實(shí)施方式中，以相對(duì)于柵極片7對(duì)稱的形狀來(lái)形成一對(duì)柵極指8。
[0050]如圖1 (b)所示，在源極片5等的正下方中在SiC基板2形成有柵極溝槽9。柵極溝槽9跨有源區(qū)域3和外圍區(qū)域4而形成。柵極溝槽9包含:有源溝槽91，該有源溝槽91在有源區(qū)域3中形成格子狀，作為MOSFET的柵極而被利用；以及接觸溝槽92，該接觸溝槽92形成為從有源溝槽91的各端部向外圍區(qū)域4引出的條狀，成為對(duì)有源溝槽91內(nèi)的柵極電極15 (后述)的接觸。接觸溝槽92由有源溝槽91的延長(zhǎng)部構(gòu)成。此外，有源溝槽91和接觸溝槽92的圖案并不限于這些形狀。例如，有源溝槽91也可以是條狀、蜂窩狀等。另外，接觸溝槽92也可以是格子狀、蜂窩狀等。
[0051]有源區(qū)域3由有源溝槽91進(jìn)一步劃分為多個(gè)單位單元10。在有源區(qū)域3，多個(gè)單位單元10被規(guī)則地排列為矩陣狀(行列狀)。在各單位單元10的上表面在其中央?yún)^(qū)域形成有P+型溝道接觸層11，以包圍P+型溝道接觸層11的方式形成有n+型源極層12。n+型源極層12形成各單位單元10的側(cè)面(有源溝槽91的側(cè)面)。
[0052]在外圍區(qū)域4中，沿著橫穿條狀的接觸溝槽92的方向鋪設(shè)柵極指8。在本實(shí)施方式中，在與接觸溝槽92的長(zhǎng)邊方向終端部(相對(duì)于有源溝槽91相反側(cè)的端部)相比的更內(nèi)側(cè)區(qū)域鋪設(shè)柵極指8，接觸溝槽92的終端部與柵極指8相比向更外側(cè)超出。在與該終端部相比進(jìn)一步外側(cè)的區(qū)域中在SiC基板2形成有歷遍外圍區(qū)域4四周下挖成的低段部13。
[0053]接著，說(shuō)明半導(dǎo)體裝置I的有源區(qū)域3和外圍區(qū)域4的基本截面構(gòu)造。
[0054]圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)是所述半導(dǎo)體裝置的截面圖，圖2 (a)、圖2 (b)、圖2 (C)分別示出圖1(b)的切斷線IIa-1Ia上的切斷面、圖1(b)的切斷線IIb-1Ib上的切斷面、圖1(b)的切斷線Ilc-1Ic上的切斷面。
[0055]如前所述，半導(dǎo)體裝置I具備SiC基板2。在本實(shí)施方式中，SiC基板2是作為第一導(dǎo)電型的η型，作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極區(qū)域(漂移層)而發(fā)揮功能。
[0056]在SiC基板2的表面21側(cè)形成有P型溝道層14。在ρ型溝道層14內(nèi)形成有:η+型源極層12 ；以及ρ+型溝道接觸層11，該P(yáng)+型溝道接觸層11作為被該η+型源極層12包圍的第二導(dǎo)電型雜質(zhì)區(qū)域的一個(gè)例子。η+型源極層12和ρ+型溝道接觸層11均在SiC基板2的表面21露出。
[0057]另外，在SiC基板2的表面21側(cè)形成有柵極溝槽9，該柵極溝槽9貫通η+型源極層12和ρ型溝道層14而到達(dá)作為漏極區(qū)域的SiC基板2。ρ型溝道層14由柵極溝槽9例如劃分為進(jìn)行格子排列的多個(gè)單位單元10。
[0058]而且，在柵極溝槽9埋入有例如由多晶硅構(gòu)成的柵極電極15，在該柵極電極15與SiC基板2之間插入有柵極絕緣膜16。
[0059]如例如在圖1(b)用斜線陰影示出那樣，柵極電極15在有源區(qū)域3中直到SiC基板2的表面21為止被埋入到柵極溝槽9 (有源溝槽91)。由此，柵極電極15也形成格子狀，各單位單元10的上表面不被柵極電極15覆蓋而露出。另一方面，在外圍區(qū)域4中具有以從柵極溝槽9 (接觸溝槽92)的開(kāi)口端起覆蓋SiC基板2的表面21的方式形成的重疊部17。在本實(shí)施方式中，重疊部17形成為沿著柵極指8而橫穿條狀的接觸溝槽92。柵極絕緣膜16 一體地包含柵極溝槽9側(cè)面上的側(cè)面絕緣膜18、底面上的底面絕緣膜19以及SiC基板2的表面21上的平面絕緣膜20。在本實(shí)施方式中，平面絕緣膜20至少被插入到重疊部17與SiC基板2的表面21之間。
[0060]在有源區(qū)域3中，柵極電極15跨η.型源極層12與作為漏極區(qū)域的SiC基板2之間，對(duì)P型溝道層14的表面(有源溝槽91的側(cè)面)中的反轉(zhuǎn)層(溝道)的形成進(jìn)行控制。即，該半導(dǎo)體裝置I具有所謂的溝槽柵極型構(gòu)造的M0SFET。
[0061]另外，在有源區(qū)域3中，在作為漏極區(qū)域的SiC基板2內(nèi)形成有ρ型柱層22。ρ型柱層22形成于各單位單元10的ρ型溝道層14的內(nèi)部的區(qū)域。更具體地，在本實(shí)施方式中，P型柱層22在ρ型溝道層14的大致中央?yún)^(qū)域中例如形成為與ρ型溝道層14相似形狀(在圖1 (b)的布局中平面觀察的四邊形)。ρ型柱層22形成為與ρ型溝道層14連接，在作為漏極區(qū)域的SiC基板2中，直到比ρ型溝道層14更深的位置為止向SiC基板2的背面延伸。即，P型柱層22形成為大致柱狀(在圖1(b)的布局中大致四邊柱狀)。由此，在SiC基板2，以適當(dāng)?shù)拈g距排列的ρ型柱層22以及被夾在相互相鄰的ρ型柱層22之間的作為η型漏極區(qū)域的SiC基板2在沿著表面21的方向上交替地排列。
[0062]在SiC基板2的表面21例如形成有由氧化硅構(gòu)成的層間膜23。在層間膜23，在有源區(qū)域3中在ρ型溝道層14的中央?yún)^(qū)域選擇性地形成有接觸孔24。該接觸孔24形成于能夠使P+型溝道接觸層11以及其周圍的η+型源極層12的一部分選擇性地露出的區(qū)域。另外，如圖1(b)所示，在層間膜23，在外圍區(qū)域4中在柵極指8正下方選擇性地形成有接觸孔25。在本實(shí)施方式中，接觸孔25形成為在柵極指8的寬度方向中央沿著外圍區(qū)域4包圍有源區(qū)域3的直線狀。
[0063]在層間膜23上形成有源極片5和柵極指8 (柵極片7)。源極片5整體上地進(jìn)入到所有接觸孔24，在各單位單元10中連接于n+型源極層12和p+型溝道接觸層11。因而，n+型源極層12成為與源極片5相同電位。另外，因?yàn)棣研蜏系缹?4經(jīng)由ρ+型溝道接觸層11連接于源極片5，所以成為與該源極片5相同電位。柵極指8進(jìn)入到接觸孔25，連接于柵極電極15的重疊部17。因而，因?yàn)楸宦袢氲接性礈喜?1的柵極電極15經(jīng)由重疊部17連接于柵極指8，所以成為與柵極指8 (柵極片7)相同電位。
[0064]而且，在這樣的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置I中，當(dāng)對(duì)柵極指8施加導(dǎo)通電壓時(shí)，由此對(duì)柵極電極15的重疊部17也施加導(dǎo)通電壓。因此，從重疊部17產(chǎn)生的電場(chǎng)容易集中到接觸溝槽92的上部邊緣。其結(jié)果是，在接觸溝槽92的上部邊緣中存在柵極絕緣膜16絕緣破壞的風(fēng)險(xiǎn)。于是，本申請(qǐng)發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)了作為能夠防止這樣的柵極絕緣膜16的絕緣破壞的構(gòu)造而在圖3到圖9示出的構(gòu)造。
[0065]圖3到圖9是示出所述半導(dǎo)體裝置的柵極指部的第一到第七實(shí)施方式的截面圖。在圖4到圖9中，對(duì)與各圖相比在之前描述的圖所示出的各部分對(duì)應(yīng)的部分附加相同的參照標(biāo)記而示出。
[0066]如圖3所示，在第一實(shí)施方式中，側(cè)面絕緣膜18包含懸垂部27，該懸垂部27以在接觸溝槽92的上部邊緣26中向接觸溝槽92的內(nèi)部突出的方式與該側(cè)面絕緣膜18的其它部分相比選擇性地變厚。在此，上部邊緣26是包含接觸溝槽92的側(cè)面與SiC基板2的表面21交叉而成的交線的角部。
[0067]能夠通過(guò)該懸垂部27來(lái)提高上部邊緣26中的柵極絕緣膜16的耐壓。因此，即使在柵極導(dǎo)通時(shí)電場(chǎng)在上部邊緣26集中，也能夠防止在上部邊緣26的柵極絕緣膜16的絕緣破壞。其結(jié)果是，能夠提高對(duì)柵極導(dǎo)通電壓的可靠性。
[0068]另外，關(guān)于柵極絕緣膜16的各部分的厚度的關(guān)系，優(yōu)選的是，底面絕緣膜19的厚度t2為平面絕緣膜20的厚度h以上(t2 ^ tl)，厚度tpt2均大于側(cè)面絕緣膜18 (除了懸垂部27以外)的厚度t3。也就是說(shuō)，滿足t2彡tl>t3的關(guān)系。
[0069]利用該結(jié)構(gòu)，能夠減低由經(jīng)由底面絕緣膜19而相互面對(duì)的柵極電極15與作為η型漏極區(qū)域的SiC基板2構(gòu)成的電容器的容量。其結(jié)果是，能夠減低作為柵極整體的容量(柵極容量)。另外，因?yàn)槟軌蛱岣叩酌娼^緣膜19的耐壓，所以還能夠防止柵極斷開(kāi)時(shí)底面絕緣膜19的絕緣破壞。另外，因?yàn)槠矫娼^緣膜20也厚，所以能夠減低由經(jīng)由平面絕緣膜20相互面對(duì)的柵極電極15 (重疊部17)與作為η型漏極區(qū)域的SiC基板2構(gòu)成的電容器的容量。其結(jié)果是，能夠減低作為柵極整體的容量(柵極容量)。
[0070]另外，接觸溝槽92的底部的下部邊緣為使接觸溝槽92的側(cè)面與底面連接的圓形面28。也就是說(shuō)，接觸溝槽92的下部邊緣并不變尖銳，通過(guò)圓形面28而帶有圓角。
[0071]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟軌蛟跂艠O斷開(kāi)時(shí)使施加到下部邊緣的電場(chǎng)分散到圓形面28內(nèi)，所以能夠緩和下部邊緣處的電場(chǎng)集中。
[0072]在圖4示出的第二實(shí)施方式中，除了圖3的結(jié)構(gòu)以外進(jìn)一步地，接觸溝槽92的上部邊緣26成為使SiC基板2的表面21與接觸溝槽92的側(cè)面連接的傾斜面29。也就是說(shuō)，接觸溝槽92的上部邊緣26成為被倒角的形狀。
[0073]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟軌蛟跂艠O導(dǎo)通時(shí)使施加到上部邊緣26的電場(chǎng)分散到傾斜面29內(nèi)，所以能夠緩和上部邊緣26處的電場(chǎng)集中。
[0074]在圖5示出的第三實(shí)施方式中，除了圖3的結(jié)構(gòu)以外進(jìn)一步地，接觸溝槽92的上部邊緣26成為使SiC基板2的表面21與接觸溝槽92的側(cè)面連接的圓形面30。也就是說(shuō)，接觸溝槽92的上部邊緣26并不變尖銳，通過(guò)圓形面30而帶有圓角。
[0075]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟軌蛟跂艠O導(dǎo)通時(shí)使施加到上部邊緣26的電場(chǎng)分散到圓形面30內(nèi)，所以能夠緩和上部邊緣26處的電場(chǎng)集中。
[0076]在圖6示出的第四實(shí)施方式中，除了圖4的結(jié)構(gòu)以外進(jìn)一步的，在SiC基板2的表面21側(cè)形成有作為第二導(dǎo)電型層的ρ型層31，該作為第二導(dǎo)電型層的ρ型層31形成于與有源區(qū)域3的ρ型溝道層14(參照?qǐng)D2(a))相同深度的位置。
[0077]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟軌蛞耘c有源區(qū)域3的ρ型溝道層14相同的工序來(lái)形成外圍區(qū)域4的ρ型層31，所以能夠使半導(dǎo)體裝置I的制造工序簡(jiǎn)略化。另外，因?yàn)槟軌驕p少柵極絕緣膜16與作為η型漏極區(qū)域的SiC基板2的接觸面積，所以能夠減低泄漏電流，還能夠減低柵極容量。
[0078]在圖7示出的第五實(shí)施方式中，除了圖6的結(jié)構(gòu)以外進(jìn)一步的，還在P型層31內(nèi)形成有作為第一導(dǎo)電型層的η+型層32，該作為第一導(dǎo)電型層的η+型層32形成于與有源區(qū)域3的η+型源極層12 (參照?qǐng)D2 (a))相同深度的位置。
[0079]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟軌蛞耘c有源區(qū)域3的n+型源極層12相同的工序來(lái)形成外圍區(qū)域4的n+型層32，所以能夠使半導(dǎo)體裝置I的制造工序簡(jiǎn)略化。
[0080]在圖8示出的第六實(shí)施方式中，除了圖6的結(jié)構(gòu)以外進(jìn)一步地，形成有作為底部第二導(dǎo)電型層的底部P型層33，該作為底部第二導(dǎo)電型層的底部P型層33以連接于P型層31的方式，形成于與有源區(qū)域3的ρ型柱層22相同深度的位置。底部P型層33以在ρ型層31的下方在接觸溝槽92露出的作為漏極區(qū)域的SiC基板2被隱藏的方式形成于接觸溝槽92的底面和側(cè)面。底部ρ型層33在接觸溝槽92的側(cè)面連接于ρ型層31。
[0081]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在接觸溝槽92附近產(chǎn)生通過(guò)底部ρ型層33與作為η型漏極區(qū)域的SiC基板2的接合(ρη接合)而生成的耗盡層。而且，由于該耗盡層的存在，能夠使等電位面從柵極絕緣膜16遠(yuǎn)離。其結(jié)果是，能夠緩和在接觸溝槽92的底部中施加到柵極絕緣膜16的電場(chǎng)。進(jìn)而，因?yàn)槟軌蛞耘c有源區(qū)域3的ρ型柱層22相同的工序來(lái)形成外圍區(qū)域4的底部ρ型層33，所以還能夠使半導(dǎo)體裝置I的制造工序簡(jiǎn)略化。如圖9示出的第七實(shí)施方式那樣，該底部P型層33也可以與圖7的結(jié)構(gòu)組合。
[0082]此外，雖然在此未圖示，但是圖3到圖9示出的懸垂部27、圓形面28、傾斜面29以及圓形面30也可以在有源溝槽91中同樣地形成。
[0083]圖10是用于說(shuō)明所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。
[0084]在制造半導(dǎo)體裝置I時(shí)，例如在SiC基板2的表面21選擇性地注入雜質(zhì)，進(jìn)行退火處理(步驟SI)。由此，形成P型溝道層14、η.型源極層12以及ρ+型溝道接觸層11等雜質(zhì)區(qū)域。接著，通過(guò)以規(guī)定圖案從表面21對(duì)SiC基板2進(jìn)行蝕刻，從而在SiC基板2形成柵極溝槽9 (有源溝槽91和接觸溝槽92)(步驟S2)。
[0085]接下來(lái)的工序是柵極絕緣膜16的形成(步驟S3)。在柵極絕緣膜16的形成中，以在接觸溝槽92的上部邊緣26中形成與其它部分相比選擇性地變厚的懸垂部27的方式，使用在規(guī)定的條件(氣體流量、氣體種類、氣體比率、氣體供給時(shí)間等)下的CVD法使絕緣材料在柵極溝槽9內(nèi)堆積。由此，形成具有懸垂部27的柵極絕緣膜16。
[0086]在此，如圖4和圖6到圖9所示，在上部邊緣26形成傾斜面29的情況下，在形成柵極溝槽9之后形成柵極絕緣膜16之前，對(duì)SiC基板2進(jìn)行熱氧化。具體地，如圖11所示，通過(guò)對(duì)SiC基板2進(jìn)行熱氧化來(lái)形成犧牲氧化膜34。在形成犧牲氧化膜34時(shí)，在接觸溝槽92附近，從SiC基板2的表面21和接觸溝槽92的側(cè)面兩方一樣地開(kāi)始氧化。因此，在上部邊緣26從SiC基板2的表面21行進(jìn)的氧化膜與從接觸溝槽92的側(cè)面行進(jìn)的氧化膜與其它區(qū)域相比提前一體化。由此，在一體化的氧化膜下方形成有傾斜面29。此后，除去犧牲氧化膜34，利用CVD法形成柵極絕緣膜16即可。
[0087]在采用該圖11的方法的情況下，如果如圖6到圖9那樣在SiC基板2的表面21側(cè)形成有P型層31、n+型層32，則在該部分中與作為漏極區(qū)域的SiC基板2相比熱氧化率變快，因此能夠更簡(jiǎn)單地形成傾斜面29。
[0088]另一方面，如圖5所示，在上部邊緣26形成圓形面30的情況下，在形成柵極溝槽9之后形成柵極絕緣膜16之前，對(duì)SiC基板2進(jìn)行H2退火處理。具體地，如圖12所示，通過(guò)對(duì)SiC基板2在1400°C以上實(shí)施H2退火(H2蝕刻)，從而在上部邊緣26形成圓形面30。
[0089]再次返回到圖10，在形成柵極絕緣膜16之后，回埋柵極溝槽9，直到柵極溝槽9整體被隱藏為止而堆積多晶硅(步驟S4)。然后，通過(guò)對(duì)堆積的多晶硅進(jìn)行圖案形成，從而在有源區(qū)域3中除去有源溝槽91外的多晶硅，同時(shí)在外圍區(qū)域4中使多晶硅作為重疊部17而殘存。
[0090]接著，通過(guò)CVD法在SiC基板2上形成層間膜23 (步驟S5)。接著，通過(guò)對(duì)層間膜23進(jìn)行圖案形成，來(lái)同時(shí)形成接觸孔24和接觸孔25(步驟S6)。
[0091]接著，通過(guò)濺射法、蒸鍍法，使鋁等金屬材料堆積在層間膜23上(步驟S7)。由此，形成源極片5、柵極片7以及柵極指8。經(jīng)由以上工序等，得到圖1示出的半導(dǎo)體裝置I。
[0092]以上，雖然說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明還能夠進(jìn)一步利用其它方式來(lái)實(shí)施。
[0093]例如，還可以采用使所述的半導(dǎo)體裝置I的各半導(dǎo)體部分的導(dǎo)電型反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。例如在半導(dǎo)體裝置I中，也可以P型的部分為η型，η型的部分為ρ型。
[0094]另外，在半導(dǎo)體裝置I所采用的半導(dǎo)體并不限于SiC，例如也可以是S1、GaN、金剛石等。
[0095]另外，重疊部17并不限于外圍區(qū)域4，也可以形成于有源區(qū)域3。例如以各單位單元10的上表面不被隱藏的程度僅覆蓋有源溝槽91的開(kāi)口端周圍，由此還可以還在有源區(qū)域3中形成重疊部17。在該情況下，只要還在有源溝槽91形成懸垂部27，就能夠得到與前述相同的耐壓提高效果。即，柵極指8的正下方的構(gòu)造只不過(guò)是示出由本發(fā)明的懸垂部27得到的耐壓提高效果的一個(gè)例子，只要是能夠得到相同效果的構(gòu)造則則不僅限于柵極指部。
[0096]另外，在專利請(qǐng)求的范圍所記載的事項(xiàng)的范圍內(nèi)能夠?qū)嵤└鞣N設(shè)計(jì)變更。
[0097]附圖標(biāo)記說(shuō)明
1:半導(dǎo)體裝置；2:SiC基板；21:表面；3:有源區(qū)域；4:外圍區(qū)域；8:柵極指；9:柵極溝槽；91:有源溝槽；92:接觸溝槽；12:n+型源極層；14:p型溝道層；15:柵極電極；16:柵極絕緣膜；17:重疊部；18:側(cè)面絕緣膜；19:底面絕緣膜；20:平面絕緣膜；22:p型柱層；23:層間膜；26:上部邊緣；27:懸垂部；28:圓形面；29:傾斜面；30:圓形面；31:p型層； 32:n+型層；33:底部p型層；34:犧牲氧化膜。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包含: 形成有柵極溝槽的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層； 柵極絕緣膜，形成于所述柵極溝槽的側(cè)面和底面，所述柵極絕緣膜一體地包含所述側(cè)面上的側(cè)面絕緣膜和所述底面上的底面絕緣膜；以及 柵極電極，被埋入到所述柵極溝槽，所述柵極電極選擇性地具有在形成于所述柵極溝槽的開(kāi)口端的上部邊緣中重疊于所述半導(dǎo)體層的表面的重疊部， 所述側(cè)面絕緣膜以在所述上部邊緣中向所述柵極溝槽內(nèi)部突出的方式包含與該側(cè)面絕緣膜的其它部分相比選擇性地變厚的懸垂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述柵極溝槽的所述上部邊緣包含使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的傾斜面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述柵極溝槽的所述上部邊緣包含使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的圓形面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述底面絕緣膜比所述側(cè)面絕緣膜的其它部分厚。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述柵極絕緣膜進(jìn)一步包含形成于所述半導(dǎo)體層的所述表面的平面絕緣膜， 所述平面絕緣膜比所述側(cè)面絕緣膜的其它部分厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述柵極溝槽的底部的下部邊緣包含使所述柵極溝槽的所述側(cè)面與所述底面連接的圓形面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體層包含:形成有溝槽柵極型MIS晶體管的有源區(qū)域；以及作為所述有源區(qū)域外的區(qū)域形成有所述懸垂部的非有源區(qū)域， 在所述有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層包含: 第一導(dǎo)電型的源極層，形成為在所述半導(dǎo)體層的所述表面?zhèn)嚷冻?，形成所述柵極溝槽的所述側(cè)面的一部分； 第二導(dǎo)電型的溝道層，形成為相對(duì)于所述源極層在所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)认嘟佑谒鲈礃O層，形成所述柵極溝槽的所述側(cè)面的一部分；以及 第一導(dǎo)電型的漂移層，形成為相對(duì)于所述溝道層在所述半導(dǎo)體層的所述背面?zhèn)认嘟佑谒鰷系缹樱纬伤鰱艠O溝槽的所述底面， 在所述非有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層包含形成于與所述溝道層相同深度位置的第二導(dǎo)電型層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述非有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層進(jìn)一步包含形成于與所述源極層相同深度位置的第一導(dǎo)電型層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層進(jìn)一步包含:第二導(dǎo)電型的柱層，所述第二導(dǎo)電型的柱層以連接于所述溝道層的方式形成于所述漂移層內(nèi)，從所述溝道層朝向所述半導(dǎo)體層的所述背面延伸， 在所述非有源區(qū)域中，所述半導(dǎo)體層進(jìn)一步包含底部第二導(dǎo)電型層，所述底部第二導(dǎo)電型層以連接于所述第二導(dǎo)電型層的方式形成于與所述柱層相同深度位置，形成所述柵極溝槽的所述底面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述非有源區(qū)域包含外圍區(qū)域，所述外圍區(qū)域包圍所述有源區(qū)域， 所述半導(dǎo)體裝置包含柵極指，所述柵極指被配置成沿著所述外圍區(qū)域包圍所述有源區(qū)域，電連接于所述柵極電極的所述重疊部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述柵極溝槽在所述有源區(qū)域中形成為格子狀，在所述外圍區(qū)域中形成為從所述格子狀的溝槽的端部引出的條狀， 所述柵極指被沿著橫穿所述條狀的溝槽的方向鋪設(shè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包含層間膜，所述層間膜以覆蓋所述柵極電極的方式形成于半導(dǎo)體層的所述表面， 所述柵極指包含接觸部，所述接觸部在其寬度方向中央貫通所述層間膜而相接于所述柵極電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述接觸部形成為沿著所述外圍區(qū)域而包圍所述有源區(qū)域的直線狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述柵極電極由多晶硅構(gòu)成，所述柵極指由鋁構(gòu)成。
15.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含以下工序: 在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層形成柵極溝槽的工序； 以在形成于所述柵極溝槽的開(kāi)口端的上部邊緣中形成有與其它部分相比選擇性地變厚的懸垂部的方式，使用在規(guī)定條件下的CVD法在所述柵極溝槽內(nèi)堆積絕緣材料，由此在所述柵極溝槽的側(cè)面和底面形成柵極絕緣膜的工序；以及 以在所述上部邊緣中選擇性地形成重疊于所述半導(dǎo)體層的表面的重疊部的方式將柵極電極埋入到所述柵極溝槽的工序。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)一步包含以下工序:在形成所述柵極絕緣膜之前使用熱氧化法在所述柵極溝槽的所述側(cè)面和所述底面形成犧牲氧化膜，由此在所述上部邊緣形成使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的傾斜面。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或者16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)一步包含以下工序:在形成所述柵極絕緣膜之前對(duì)所述半導(dǎo)體層進(jìn)行氫退火處理，由此在所述上部邊緣形成使所述半導(dǎo)體層的所述表面與所述柵極溝槽的所述側(cè)面連接的圓形面。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104247028SQ201380022113
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
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