這里通過參考并入2015年10月22日提交的日本專利申請No.2015-207889的全部公開內(nèi)容，包括說明書、附圖和摘要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，并且更具體而言，涉及一種適合于在包括溝槽柵極絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)的半導(dǎo)體器件中使用的技術(shù)。

背景技術(shù)：

例如，日本未審專利申請公開No.2013-140885(專利文件1)公開了一種注入增強(IE)型溝槽柵極IGBT，其中單元形成區(qū)域基本包括：具有線性有源單元區(qū)域的第一線性單位單元區(qū)域、具有線性空穴集電極單元區(qū)域的第二線性單位單元區(qū)域以及位于這些區(qū)域之間的線性非有源單元區(qū)域。

[相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)文件]

[專利文件]

[專利文件1]日本未審專利申請公開No.2013-140885

技術(shù)實現(xiàn)要素：

溝槽柵極IGBT具有以下結(jié)構(gòu)：適合減少反向傳輸電容和降低接通電阻，同時保持注入增強(IE)效果。然而，如果反向傳輸電容變得太低，在IGBT的并行操作中的開關(guān)波形或者在負(fù)載的短路中的瞬時波形振蕩，并且在一些情況下，其振蕩可能不能被控制。在這樣的情況下，單元區(qū)域中的溝槽的深度可以被調(diào)節(jié)，來增加反向傳輸電容，但是單元性能有時改變或惡化。由于單元區(qū)域中的所有溝槽的深度易于變化，難以精細(xì)調(diào)節(jié)它們的值。另一方面，如果反向傳輸電容變得過高，開關(guān)損耗變差。

通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他問題和新穎特征將被更清楚地理解。

根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種半導(dǎo)體器件，包括：半導(dǎo)體襯底，具有第一主表面和與所述第一主表面相對的第二主表面；第一區(qū)域，在平面圖中設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的中心處；以及第二區(qū)域，在平面圖中設(shè)置在所述第一區(qū)域的外部。所述第一區(qū)域包括：多個第一溝槽，在所述第一主表面處在第一方向上延伸并且在與所述第一方向正交的第二方向上彼此隔開地布置；以及多個第一溝槽柵極電極，經(jīng)由第一絕緣膜設(shè)置在相應(yīng)的所述第一溝槽中。所述第二區(qū)域包括：多個第二溝槽，在所述第二方向上彼此隔開地布置，在平面圖所述第二溝槽中的每個溝槽具有被矩形外輪廓和矩形內(nèi)輪廓包圍的形狀；以及多個第二溝槽柵極電極，經(jīng)由第二絕緣膜設(shè)置在相應(yīng)的所述第二溝槽中。所述第二溝槽柵極電極通過在所述第二溝槽柵極電極之上形成的引出電極而電耦合在一起。所述第一溝槽中的每個溝槽導(dǎo)向至所述第二溝槽中的任意一個溝槽，由此所述第二溝槽柵極電極電耦合到所述第一溝槽柵極電極。此外，所述第二區(qū)域包括：設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；設(shè)置在所述第一主表面和所述第一半導(dǎo)體區(qū)域之間的所述半導(dǎo)體襯底中的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型不同；以及設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域和所述第二主表面之間的所述半導(dǎo)體襯底中的所述第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域。在平面圖中所述第二溝槽形成在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域中，以及在平面圖中所述第一導(dǎo)電類型的第四半導(dǎo)體區(qū)域形成在以下區(qū)域中，所述區(qū)域位于每個所述第二溝槽的外部且在每個所述第二溝槽的內(nèi)輪廓的內(nèi)部，所述第四半導(dǎo)體區(qū)域適于與所述第二絕緣膜接觸并且導(dǎo)向至所述第一半導(dǎo)體區(qū)域。

因此，一個實施例可以實現(xiàn)使得能夠獨立于單元性能精細(xì)調(diào)節(jié)柵極電容的包括溝槽柵極IGBT的半導(dǎo)體器件。

附圖說明

圖1是根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體芯片)的平面圖；

圖2是根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體器件中的單元形成區(qū)域和柵極布線引出區(qū)域的部分放大平面圖，對應(yīng)于圖1所示交替的長短虛線包圍的CGR區(qū)域；

圖3是沿圖2中的線E-E’獲得的橫截面圖；

圖4是沿圖2中的線A-A’獲得的橫截面圖；

圖5是沿圖2中的線B-B’獲得的橫截面圖；

圖6是沿圖2中的線C-C’獲得的橫截面圖；

圖7是沿圖2中的線D-D’獲得的橫截面圖；

圖8是用于第一實施例中的半導(dǎo)體器件的制造步驟的橫截面圖(圖2中的線E-E’獲得的橫截面圖)；

圖9是用于第一實施例中的半導(dǎo)體器件的制造步驟的橫截面圖(圖2中的線B-B’獲得的橫截面圖)；

圖10是在圖8和圖9所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖11是在圖8和圖9所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖12是在圖10和圖11所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖13是在圖10和圖11所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖14是在圖12和圖13所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖15是在圖12和圖13所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖16是在圖14和圖15所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖17是在圖14和圖15所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖18是在圖16和圖17所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖19是在圖16和圖17所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖20是在圖18和圖19所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖21是在圖18和圖19所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖22是在圖20和圖21所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖23是在圖20和圖21所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖24是在圖22和圖23所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖25是在圖22和圖23所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖26是在圖24和圖25所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖27是在圖24和圖25所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖28是在圖26和圖27所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖29是在圖26和圖27所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖30是在圖28和圖29所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖31是在圖28和圖29所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖32是在圖30和圖31所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖33是在圖30和圖31所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖34是在圖32和圖33所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖35是在圖32和圖33所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖36是在圖34和圖35所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的另一制造步驟的(沿線E-E’獲得的)橫截面圖；

圖37是在圖34和圖35所示的步驟之后半導(dǎo)體器件的制造步驟的(沿線B-B’獲得的)另一橫截面圖；

圖38是在第一實施例的改型例子中的半導(dǎo)體器件的柵極布線引出區(qū)域的橫截面圖(沿圖2的線D-D’獲得的橫截面圖)；

圖39是根據(jù)第二實施例的半導(dǎo)體器件中的單元形成區(qū)域和柵極布線引出區(qū)域的部分放大平面圖，對應(yīng)于由圖1所示交替的長短虛線包圍的CGR區(qū)域；以及

圖40是沿著圖39的線F-F’獲得的橫截面圖。

具體實施方式

在下文中，為了方便通過分成多個部分或?qū)嵤├齺砻枋霰景l(fā)明的以下優(yōu)選實施例，除非另有相反說明，否則這些部分并非彼此獨立的。一個部分或?qū)嵤├梢允瞧渌谢虿糠值母男屠?、?yīng)用例子、詳細(xì)描述、補充解釋等。在以下的實施例中，當(dāng)關(guān)于元件等提到具體數(shù)(包括元件數(shù)目、數(shù)值、量、范圍等)，除非另有相反說明和被認(rèn)定原理上限于所述具體數(shù)，否則本發(fā)明不限于這些具體的數(shù)，而是可以采用大于或小于所述具體數(shù)的數(shù)。

應(yīng)注意到，除非另有相反說明并且認(rèn)為原理上是被認(rèn)為必須的，否則以下實施例中的組件(包括步驟)并非是必須的。類似地，當(dāng)在以下實施例中提到一個組件的形狀或者組件之間的位置關(guān)系，除非另有相反說明并且原理上認(rèn)為明顯不可以的，否則與所述內(nèi)容相似或近似的任意形狀或者位置關(guān)系可以被包括在發(fā)明中。這也適用于上述的數(shù)字等(包括元件數(shù)目、數(shù)值、量、范圍等)。

下文將基于附圖來詳細(xì)描述實施例。在用于解釋實施例的所有附圖中，具有相同功能的部分通過相同或相關(guān)的附圖標(biāo)記來表示，將省略重復(fù)的描述。當(dāng)存在多個相似元件(部分)時，每個部分或特定部分有時通過增加符號或數(shù)字來表示，以便將符號表示為整體數(shù)據(jù)。在以下實施例中，除非絕對必要原則上不再重復(fù)描述相同或相似的部分。

在實施例中使用的附圖中，為了更好理解即使一些橫截面圖也省略了陰影。為了更容易理解即使一些橫截面圖也通過陰影來表示。

一些橫截面圖和平面圖沒有反映實際器件中相應(yīng)部分的尺寸，并且可以通過相對較大的尺寸突出特定部分來使附圖容易理解。此外，當(dāng)一些橫截面圖和平面圖彼此相對應(yīng)時，通過相對較大的尺寸來示出特定的部分以使附圖更加容易理解。

在以下的實施例中，X方向、Y方向和Z方向用作用于解釋的方向。X方向和Y方向彼此正交來配置水平表面，而Z方向是與水平表面垂直的方向。

第一實施例

關(guān)于溝槽柵極IGBT的公開內(nèi)容的現(xiàn)有技術(shù)文件例如是日本未審專利申請公開No.2013-140885(專利文件1)。在日本未審專利申請公開No.2013-140885(專利文件1)中公開了以下特征，并且在下文中原則上將不再給出對其的重復(fù)描述：(1)單元形成區(qū)域的詳細(xì)平面結(jié)構(gòu)；(2)窄有源單元型的單位單元，和單位單元的交替布置系統(tǒng)；以及(3)有源單元的二維減薄結(jié)構(gòu)。

《半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)》

以下將參考圖1至圖7來描述第一實施例中的包括溝槽柵極IGBT的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖1是第一實施例的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體芯片)的平面圖。圖2是根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體器件中的單元形成區(qū)域和柵極布線引出區(qū)域的部分放大平面圖，對應(yīng)于由圖1所示交替的長短虛線包圍的CGR區(qū)域。圖3是第一實施例中的單元形成區(qū)域的橫截面圖，對應(yīng)于沿圖2中的線E-E’獲得的橫截面圖。圖4至圖7是第一實施例中的柵極布線引出區(qū)域的橫截面圖，其中圖4是沿圖2中的線A-A’獲得的橫截面圖；圖5是沿圖2中的線B-B’獲得的橫截面圖；圖6是沿圖2中的線C-C’獲得的橫截面圖；圖7是沿圖2中的線D-D’獲得的橫截面圖。

本文描述的溝槽柵極IGBT是所謂的發(fā)射極-柵極-發(fā)射極(EGE)溝槽柵極IGBT，其包括彼此隔開布置的三個溝槽柵極電極。溝槽柵極電極中布置在中心處的一個電極電耦合到柵極電極，而布置在兩端的其他兩個電極電耦合到相應(yīng)的發(fā)射極電極。

如圖1所示，環(huán)形保護(hù)環(huán)GR設(shè)置在半導(dǎo)體芯片SC的外部區(qū)域的上表面處。在環(huán)內(nèi)，若干(單個或復(fù)數(shù))環(huán)形場板FP被設(shè)置成與環(huán)形浮置場環(huán)等耦合。保護(hù)環(huán)GR和場板FP由例如包含鋁(Al)作為主要成分的金屬膜制成。

單元形成區(qū)域AR1被設(shè)置在環(huán)形場板FP內(nèi)且在半導(dǎo)體芯片SC的有源部分的主要部分中。發(fā)射極電極EE設(shè)置在半導(dǎo)體芯片SC的有源部分的上表面處，以便延伸到半導(dǎo)體芯片SC的外部區(qū)域的附近。發(fā)射極電極EE由例如包含鋁(Al)作為主要成分的金屬膜制成。用于耦合鍵合導(dǎo)線等的發(fā)射極焊盤EP位于發(fā)射極電極EE的中心處。

柵極布線引出區(qū)域AR2設(shè)置在單元形成區(qū)域AR1和場板FP之間。在柵極布線引出區(qū)域AR2中，布置柵極布線GL且將柵極布線GL耦合到柵極電極GE。柵極布線GL和柵極電極GE由例如包含鋁(Al)作為主要成分的金屬膜制成。用于耦合鍵合導(dǎo)線等的柵極焊盤GP位于柵極電極GE的中心處。

首先，將參考圖2和圖3來描述單元形成區(qū)域AR1的結(jié)構(gòu)。

半導(dǎo)體襯底SS具有上表面(主表面)Sa和與上表面Sa相對的下表面(主表面)Sb。半導(dǎo)體襯底SS包括在上表面Sa側(cè)上的n型半導(dǎo)體層SLn和在下表面Sb側(cè)上的p型半導(dǎo)體層SLp。

n^-型漂移區(qū)域(n型半導(dǎo)體區(qū)域)ND形成在半導(dǎo)體層SLn的下層部分中。n型場停止區(qū)域(n型半導(dǎo)體區(qū)域)Ns形成在半導(dǎo)體層SLn和半導(dǎo)體層SLp之間。半導(dǎo)體層SLp對應(yīng)于p⁺型集電極區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)CL。集電極電極CE形成在半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb處(在p⁺型集電極區(qū)域之下)。

P型本體區(qū)域PB形成在半導(dǎo)體層SLn的上層部分中。在圖3所示的中心處，溝槽(凹溝，凹溝部分)T1形成在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa處。溝槽T1形成為達(dá)到半導(dǎo)體層SLn的中點而從其上表面Sa穿過p型本體區(qū)域PB。此外，溝槽T1形成為達(dá)到n^-型漂移區(qū)域ND。從其上表面觀看的溝槽T1的形狀(此后稱作平面形狀)是長邊在Y方向上的矩形(線形)。這樣，溝槽T1在Y方向上延伸。

柵極絕緣膜GI形成在溝槽T1的內(nèi)壁處。在溝槽T1內(nèi)，溝槽柵極電極TG1形成在柵極絕緣膜GI之上以填充溝槽T1。溝槽柵極電極TG1電耦合到柵極布線GL和柵極電極GE(參見圖1)。注意，單元形成區(qū)域AR1中的溝槽柵極電極TG1在平面圖中在Y方向上連續(xù)形成。

另一方面，溝槽(凹溝、凹溝部分)T2和T3與溝槽T1的相應(yīng)側(cè)隔開預(yù)定距離(Wh1、Wh2)地形成。

此處，范圍從溝槽T2到溝槽T3的區(qū)域此后被稱作混合單元區(qū)域LCh。在這個區(qū)域中，從溝槽T2到溝槽T1的區(qū)域被稱作混合子單元區(qū)域LCh1，且從溝槽T3到溝槽T1的區(qū)域被稱作混合子單元區(qū)域LCh2。由此，溝槽T1位于混合單元區(qū)域LCh的中心部分處，或者位于混合子單元區(qū)域LCh1和混合子單元區(qū)域LCh2之間的邊界處。Wh1是混合子單元區(qū)域LCh1在X方向的寬度，Wh2是混合子單元區(qū)域LCh2在X方向的寬度。

非有源單元區(qū)域LCi位于混合單元區(qū)域LCh的兩側(cè)上。即，多個混合單元區(qū)域LCh被設(shè)置為非有源單元區(qū)域LCi位于相鄰的混合單元區(qū)域LCh之間。注意，這些區(qū)域在Y方向延伸。

這樣，混合單元區(qū)域LCh經(jīng)由非有源單元區(qū)域LCi而重復(fù)布置，例如如圖2所示，使得溝槽T3布置在混合單元區(qū)域LCh的右側(cè)上，同時與混合單元區(qū)域LCh隔開非有源單元區(qū)域LCi的寬度(Wi)。此外，溝槽T2布置在混合單元區(qū)域LCh的左側(cè)上，同時與混合單元區(qū)域LCh隔開非有源單元區(qū)域LCi的寬度(Wi)。

此處，單位單元區(qū)域LC被定義為包括如下的區(qū)域：混合單元區(qū)域LCh、位于混合單元區(qū)域LCh一側(cè)上(圖3所示的左側(cè)上)的非有源單元區(qū)域LCi的部分LCi1以及位于混合單元區(qū)域LCh另一側(cè)上(圖3所示的右側(cè)上)的非有源單元區(qū)域LCi的部分LCi2。所述部分LCi1是溝槽T2側(cè)上的非有源單元區(qū)域LCi的一半部分。所述部分LCi2是溝槽T3側(cè)上的非有源單元區(qū)域LCi的另一半部分。由此，單位單元區(qū)域LC在X方向上重復(fù)布置。此處，混合單元區(qū)域LCh的寬度Wh優(yōu)選被設(shè)置為比非有源單元區(qū)域LCi的寬度Wi窄。換句話說，每個混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2的寬度更優(yōu)選地被設(shè)置為比非有源單元區(qū)域LCi的寬度Wi的一半小。換句話說，混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2的寬度更優(yōu)選地被設(shè)置為比非有源單元區(qū)域LCi的所述部分LCi1和LCi2的寬度小。

分別從上表面Sa延伸以到達(dá)半導(dǎo)體層SLn的中點的溝槽T2和T3在溝槽T1被夾在其間的情況下布置在溝槽T1的兩側(cè)上，且在平面圖中進(jìn)一步在Y方向延伸。

柵極絕緣膜GI形成在溝槽T2和T3的內(nèi)壁處。在溝槽T2內(nèi)，溝槽柵極電極TG2形成柵極絕緣膜GI之上以填充溝槽T2。在溝槽T3內(nèi)，溝槽柵極電極TG3形成在柵極絕緣膜GI之上以填充溝槽T3。溝槽柵極電極TG2和TG3電耦合到發(fā)射極電極EE。注意，溝槽柵極電極TG2和TG3中的每個電極在平面圖中在Y方向上連續(xù)地形成。

在混合子單元區(qū)域LCh1中，p型本體區(qū)域PB形成在溝槽T1和T2之間，且與形成在溝槽T1內(nèi)壁處的柵極絕緣膜GI以及形成在溝槽T2內(nèi)壁處的柵極絕緣膜GI接觸。在混合子單元區(qū)域LCh2中，p型本體區(qū)域PB形成在溝槽T1和T3之間，且與形成在溝槽T1的內(nèi)壁處的柵極絕緣膜GI以及形成在溝槽T3的內(nèi)壁處的柵極絕緣膜GI接觸。

在混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2的每個區(qū)域中，n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE只形成在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa側(cè)處的溝槽柵極電極TG1側(cè)上。即，在混合子單元區(qū)域LCh1中，n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE沒有形成在溝槽柵極電極TG2側(cè)上，并且在混合子單元區(qū)域LCh2中，n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE沒有形成在溝槽柵極電極TG3側(cè)上。

此外，多個n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE在Y方向上以預(yù)定間隔(LCai)布置。由此，在混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2中，有一些其中沒有形成n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE的區(qū)域(橫截面)。

在混合子單元區(qū)域LCh1中，n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE形成在溝槽T1和接觸溝槽CT之間，且與p型本體區(qū)域PB和形成在溝槽T1內(nèi)壁(溝槽T1的側(cè)表面)的柵極絕緣膜GI接觸。在混合子單元區(qū)域LCh2中，n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE形成在溝槽T1和接觸溝槽CT之間，且與形成在溝槽T1內(nèi)壁(溝槽T1的側(cè)表面)的柵極絕緣膜GI和p型本體區(qū)域PB接觸。n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE的平面形狀例如是矩形，而其在Y方向的寬度是LCaa，且其在X方向的寬度對應(yīng)于接觸溝槽CT和溝槽T1之間的距離。

混合子單元區(qū)域LCh1中的n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE電耦合到發(fā)射極電極EE，且混合子單元區(qū)域LCh2中的n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE電耦合到發(fā)射極電極EE。

優(yōu)選地，在混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2中的每個區(qū)域中，n型空穴阻擋區(qū)域(n型半導(dǎo)體區(qū)域)NHB形成在p型本體區(qū)域PB之下。在混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2中的每個區(qū)域中，n型空穴阻擋區(qū)域NHB中的n型雜質(zhì)的濃度高于n^-型漂移區(qū)域ND中n型雜質(zhì)的濃度，且低于n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE的n型雜質(zhì)的濃度。

混合子單元區(qū)域LCh1中的n型空穴阻擋區(qū)域NHB形成在溝槽T1和T2之間，而混合子單元區(qū)域LCh2中的n型空穴阻擋區(qū)域NHB形成在溝槽T1和T3之間。

注意，混合子單元區(qū)域LCh1中的n型空穴阻擋區(qū)域NHB可以與p型本體區(qū)域PB、在溝槽T1內(nèi)壁形成的柵極絕緣膜GI以及在溝槽T2內(nèi)壁形成的柵極絕緣膜GI接觸。混合子單元區(qū)域LCh2中的n型空穴阻擋區(qū)域NHB可以與p型本體區(qū)域PB、在溝槽T1內(nèi)壁形成的柵極絕緣膜GI以及在溝槽T3內(nèi)壁形成的柵極絕緣膜GI接觸。因此，在n^-型漂移區(qū)域ND中儲存的空穴不太可能被放電到混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2中的發(fā)射極電極EE，由此實現(xiàn)IE效果的改善。

在混合單元區(qū)域LCh的溝槽T2側(cè)(圖3所示的左側(cè))的非有源單元區(qū)域LCi中，p型浮置區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)PF設(shè)置在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa側(cè)的p型本體區(qū)域PB之下。P型浮置區(qū)域(圖2所示單元形成區(qū)域AR1的陰影區(qū)域)PF設(shè)置在上述的溝槽T2和圖3中左端部的溝槽T3之間。在圖3中左端部的溝槽T3內(nèi)，溝槽柵極電極TG3形成在柵極絕緣膜GI之上以填充溝槽T3。注意，溝槽柵極電極TG3在平面圖中在Y方向上連續(xù)形成。

在混合單元區(qū)域LCh的溝槽T3側(cè)(圖3所示的右側(cè))的非有源單元區(qū)域LCi中，p型浮置區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)PF設(shè)置在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa側(cè)的p型本體區(qū)域PB之下。P型浮置區(qū)域(圖2中單元形成區(qū)域AR1的陰影區(qū)域)PF設(shè)置在上述的溝槽T3和圖3中右端部的溝槽T2之間。在圖3中右端部的溝槽T2內(nèi)，溝槽柵極電極TG2形成在柵極絕緣膜GI之上以填充溝槽T2。注意，溝槽柵極電極TG3在平面圖中在Y方向上連續(xù)形成。

在非有源單元區(qū)域LCi的兩側(cè)，在Y方向延伸的溝槽柵極電極TG2和TG3通過在X方向延伸的端部溝槽柵極電極TGp而電耦合到一起。

在混合單元區(qū)域LCh和非有源單元區(qū)域LCi中，層間絕緣膜IL形成在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上。在混合單元區(qū)域LCh1和Lch2中的每個區(qū)域中，層間絕緣膜IL被形成為覆蓋p型本體區(qū)域PB。注意，層間絕緣膜IF形成在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa和層間絕緣膜IL之間。

接觸溝槽(開口)CT形成在層間絕緣膜IL中。接觸溝槽CT形成為與n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE接觸。

p⁺型本體接觸區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)PBC形成在每個接觸溝槽CT的底表面。p⁺型閂鎖防止區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)PLP形成在p⁺型本體接觸區(qū)域PBC之下。p⁺型本體接觸區(qū)域PBC和p⁺型閂鎖防止區(qū)域PLP形成p⁺型半導(dǎo)體區(qū)域PR。

p⁺型本體接觸區(qū)域PBC中的p型雜質(zhì)濃度高于p⁺型閂鎖防止區(qū)域PLP中的p型雜質(zhì)濃度。p⁺型半導(dǎo)體區(qū)域PR中的p型雜質(zhì)濃度高于p型本體區(qū)域PB中的p型雜質(zhì)濃度。

連接電極CP形成在接觸溝槽CT內(nèi)。連接電極CP與n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE和p⁺型半導(dǎo)體區(qū)域PR接觸。

發(fā)射極電極EE由層間絕緣膜IL之上的導(dǎo)電膜形成。發(fā)射極電極EE經(jīng)由接觸溝槽CT耦合到n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE和p⁺型本體接觸區(qū)域PBC。在第一實施例中，連接電極CP和發(fā)射極電極EE整體形成。

雖然沒有示出，但絕緣膜(鈍化膜)例如由發(fā)射極電極EE之上的基于聚酰亞胺的有機絕緣膜等形成。后面要描述的發(fā)射極導(dǎo)線耦合到其中沒有形成絕緣膜的區(qū)域中的發(fā)射極電極EE(發(fā)射極焊盤EP(見圖1))的部分。

接著，將參考圖2和圖4至圖7來描述柵極布線引出區(qū)域AR2的結(jié)構(gòu)。

柵極布線引出區(qū)域AR2具有其中設(shè)置p型區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)PFp的部分，以在平面圖中包圍單元形成區(qū)域AR1的外圍。p型區(qū)域(圖2中的柵極布線引出區(qū)域AR2中的陰影區(qū)域)PFp經(jīng)由從接觸溝槽CT底部暴露的p⁺型本體接觸區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)PBCp和p⁺型閂鎖防止區(qū)域(p型半導(dǎo)體區(qū)域)PLPp電耦合到發(fā)射極電極EE。P型區(qū)域PFp處于發(fā)射極電勢，由此使得可以保持集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。

在柵極布線引出區(qū)域AR2內(nèi)，有多個溝槽T4，每個溝槽在平面圖中被矩形外輪廓和矩形內(nèi)輪廓包圍。換句話說，溝槽T4包括在Y方向延伸的第一溝槽部分、與第一溝槽部分相對且在Y方向延伸的第二溝槽部分、在X方向延伸且將Y方向的第一溝槽部分的一端耦合到Y(jié)方向上的第二溝槽部分的一端的第三溝槽部分、以及在X方向延伸且將Y方向的第一溝槽部分的另一端耦合到Y(jié)方向上的第二溝槽部分的另一端的第四溝槽部分。溝槽T4形成為相互隔開，且它們的深度達(dá)到n^-型漂移區(qū)域ND。溝槽T4可以與形成在單元形成區(qū)域AR1中的溝槽T1、T2、T3同時形成。

p型區(qū)域PFp形成在溝槽T4外部且在相鄰的溝槽T4和T4之間。n^-型漂移區(qū)域ND形成在p型區(qū)域PFp之下。另外，沒有形成p型區(qū)域PFp，且n^-型漂移區(qū)域ND形成在位于溝槽T4外部且在溝槽T4的內(nèi)輪廓內(nèi)部的區(qū)域中(在溝槽T4的第一、第二、第三和第四溝槽部分包圍的區(qū)域中)。換句話說，溝槽T4形成在p型區(qū)域PFp內(nèi)，但是在平面圖中在位于溝槽T4外部且在溝槽T4的內(nèi)輪廓內(nèi)部的區(qū)域中，n^-型漂移區(qū)域ND在距離半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa的深度方向(-Z方向)形成為達(dá)到n^-型場停止區(qū)域Ns。

柵極絕緣膜GI形成在溝槽T4的內(nèi)壁。在溝槽T4內(nèi)，溝槽柵極電極TG4形成在柵極絕緣膜GI之上以填充每個溝槽T4。引出電極TGz被形成為覆蓋柵極布線引出區(qū)域AR2。引出電極TGz與多個溝槽柵極電極TG4整體形成。

每個溝槽T1在Y方向上從單元形成區(qū)域AR1的內(nèi)部朝著柵極布線引出區(qū)域AR2延伸。在溝槽T1內(nèi)，溝槽柵極電極TG1被形成為填充溝槽T1。從單元形成區(qū)域AR1內(nèi)部延伸的溝槽T1的端部耦合到任意溝槽T4。即，從單元形成區(qū)域AR1內(nèi)部延伸的溝槽柵極電極TG1具有耦合到任意溝槽柵極電極TG4的端部。由此，溝槽柵極電極TG1可以經(jīng)由引出電極TGz電耦合到所有的溝槽柵極電極TG4。

此外，層間絕緣膜IL形成為覆蓋引出電極TGz。注意，絕緣膜IF形成在引出電極TGz和層間絕緣膜IL之間。接觸溝槽(開口)CTp形成在層間絕緣膜IL中。接觸溝槽CTp形成為與引出電極TGz接觸。

連接電極CPp形成在接觸溝槽CTp內(nèi)部。連接電極CTp與引出電極TGz接觸。柵極布線GL由層間絕緣膜IL之上的導(dǎo)電膜形成，且柵極布線GL經(jīng)由接觸溝槽CTp耦合到引出電極TGz。在第一實施例中，連接電極CPp和柵極布線GL整體形成。

由此，形成在單元形成區(qū)域AR1中的溝槽柵極電極TG1經(jīng)由柵極布線引出區(qū)域AR2中形成的溝槽柵極電極TG4、引出電極TGz、連接電極CPp和柵極布線GL電耦合到柵極電極GE(見圖1)。

雖然沒有示出，但是絕緣膜(鈍化膜)進(jìn)一步例如由柵極布線GL之上的基于聚酰亞胺的有機絕緣膜等形成。

第一實施例中的半導(dǎo)體器件的特征在于：多個溝槽柵極電極TG4被形成為用于柵極布線引出區(qū)域AR2中的柵極電容的控制裝置。注意，如果在柵極布線引出區(qū)域AR2中沒有形成p型區(qū)域PFp，不能得到集電極和發(fā)射極之間的理想的擊穿電壓。為此，有必要在柵極布線引出區(qū)域AR2中形成p型區(qū)域PFp。然而，如果具有發(fā)射極電勢的p型區(qū)域PFp形成在整個柵極布線引出區(qū)域AR2中，溝槽柵極電極TG4的形成只是增加了柵極和發(fā)射極之間的電容，沒有增加?xùn)艠O和集電極之間的電容(反向傳輸電容)。

在第一實施例的半導(dǎo)體器件中，利用溝槽柵極電極TG4填充的溝槽T4在平面圖中具有通過矩形外輪廓和矩形內(nèi)輪廓包圍的形狀。P型區(qū)域PFp形成在溝槽T4的外部且在相鄰的溝槽T4和T4之間，而p型區(qū)域PFp在平面圖中沒有形成在位于溝槽T4外部的區(qū)域中以及溝槽T4的內(nèi)輪廓的內(nèi)部。

n型半導(dǎo)體區(qū)域形成在沒有p型區(qū)域PFp的部分中。n型半導(dǎo)體區(qū)域引導(dǎo)至n^-型漂移區(qū)域ND，且與形成在溝槽T4的內(nèi)輪廓的內(nèi)壁處的柵極絕緣膜GI接觸。在第一實施例中，n型半導(dǎo)體區(qū)域通過n^-型漂移區(qū)域ND來形成。因此，其中沒有p型區(qū)域PFp的部分形成柵極-集電極電容(反向傳輸電容)，其包括形成在溝槽T4內(nèi)部的溝槽柵極電極TG4、柵極絕緣膜GI和n^-型漂移區(qū)域ND。

在柵極布線引出區(qū)域AR2中，沒有p型區(qū)域PFp的區(qū)域(平面圖中與溝槽T4的內(nèi)輪廓接觸的區(qū)域)以及具有p型區(qū)域PFp的區(qū)域(平面圖中與溝槽T4的外輪廓接觸的區(qū)域)可以通過溝槽T4而相互完全分隔開。

這樣，在柵極布線引出區(qū)域AR2中，n^-型漂移區(qū)域ND在平面圖中形成在位于溝槽T4的外部且在溝槽T4的內(nèi)輪廓內(nèi)部的區(qū)域中，使得在n^-型漂移區(qū)域ND和形成在溝槽T4中的溝槽柵極電極TG4之間形成的電容可以用作柵極-集電極電容(反向傳輸電容)。此外，形成p型區(qū)域PFp，由此可以在集電極和發(fā)射極之間具有足夠的擊穿電壓。

如果在相鄰溝槽T4和T4之間的間隔較窄，則在集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓不會通過場板效應(yīng)而減少。這是因為，在關(guān)斷時，柵極電勢變?yōu)?V的相同電勢作為發(fā)射極電勢，且p型區(qū)域PFp也變?yōu)?V作為發(fā)射極電勢，由此將集電極和發(fā)射極之間的區(qū)域的周圍設(shè)置為處于0V的電勢，使得不太可能集中場強度且由此減少擊穿電壓。在X方向相鄰的溝槽T4和T4之間的間隔理想地為5.0μm或更少。合適的間隔例如可以是2.26μm。

空穴電流流入半導(dǎo)體襯底SS的整個下表面Sb，且從其外部區(qū)域流入的空穴電流(如圖2中的粗箭頭所示)通過p型區(qū)域PFp進(jìn)入到在發(fā)射極電勢的接觸溝槽CT。由此，在第一實施例中，溝槽T4在X方向相互隔開地形成。這確保了來自外部區(qū)域的空穴電流的路線，允許空穴電流容易地通過p型區(qū)域PFp流入到處于發(fā)射極電勢的接觸溝槽CT。

當(dāng)形成在X方向延伸的溝槽T4時，從外部區(qū)域流入的空穴電流經(jīng)過溝槽T4的底表面之下的p型區(qū)域PFp。位于溝槽T4的底表面之下的p型區(qū)域PFp具有較低的雜質(zhì)濃度且路線較窄，導(dǎo)致高電阻，這可能由于熱生成而惡化擊穿電阻。

相比之下，根據(jù)第一實施例，如上所述，可以確保沒有干擾空穴電流流動的路線，以抑制擊穿電阻的惡化。

《用于制造半導(dǎo)體器件的方法》

以下將參考圖8至圖37來描述這個實施例中的用于制造半導(dǎo)體器件的方法(單元形成區(qū)域AR1和柵極布線引出區(qū)域AR2)。圖8至圖37示出沿著圖2中的單元形成區(qū)域AR1的線E-E’或柵極布線引出區(qū)域AR2的線B-B’獲得的橫截面圖。

首先，如圖8和圖9所示，提供了例如由單晶硅(Si)制成的其中引入有諸如磷(P)的n型雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底SS。半導(dǎo)體襯底SS具有作為第一主表面的上表面Sa和作為第二主表面的與上表面Sa相對的下表面Sb。

半導(dǎo)體襯底SS包含n型雜質(zhì)。雜質(zhì)濃度例如是大約2×10¹⁴cm^-3。這個階段的半導(dǎo)體襯底SS是具有基本圓形的平面形狀的薄半導(dǎo)體板，被稱作晶片。半導(dǎo)體襯底SS的厚度例如是在大約450μm到1000μm的范圍。在預(yù)定深度的從上表面Sa延伸的半導(dǎo)體襯底SS中的層是半導(dǎo)體層SLn。

然后，通過涂覆等在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成用于引入n型空穴阻擋區(qū)域的抗蝕劑膜R1，然后通過正常光刻(曝光和顯影)圖案化，由此形成在每個混合單元區(qū)域LCh中具有開口的抗蝕劑膜R1。使用抗蝕劑膜R1作為掩膜，n型雜質(zhì)例如通過離子注入被引入到半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa，由此形成n型空穴阻擋區(qū)域NHB。此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為磷(P)、劑量大約是6×10¹²cm^-2，注入能量為大約80KeV。此后，通過灰化等去除抗蝕劑膜R1的不需要的部分。

然后，如圖10和圖11所示，通過涂覆等在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成用于引入p型浮置區(qū)域的抗蝕劑膜R2，然后通過正常光刻(曝光和顯影)圖案化，由此形成在非有源單元區(qū)域LCi和柵極導(dǎo)出區(qū)域AR2中具有開口的抗蝕劑膜R2。使用抗蝕劑膜R2作為掩膜，p型雜質(zhì)例如通過離子注入被引入到半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa，由此在單元形成區(qū)域AR1中形成p型浮置區(qū)域PF以及在柵極布線引出區(qū)域AR2中形成p型區(qū)域PFp。此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為硼(B)、劑量大約是3.5×10¹³cm^-2、注入能量為大約75KeV。此后，通過灰化等去除抗蝕劑膜R2的不需要的部分。

接著，如圖12和圖13所示，例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)方法在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成例如由氧化硅(SiO₂)形成的硬掩膜HM。硬掩膜HM的厚度例如是大約450nm。

然后，通過涂覆等在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成用于處理硬掩膜的抗蝕劑膜R3，然后通過正常光刻(曝光和顯影)圖案化，由此形成在每個溝槽形成區(qū)域中具有開口的抗蝕劑膜R3。使用抗蝕劑膜R3作為掩膜，硬掩膜HM例如通過干法刻蝕被圖案化。此后，通過灰化等去除抗蝕劑膜R3的不需要的部分。

然后，如圖14和圖15所示，例如通過各向異性干法刻蝕利用剩余的硬掩膜HM形成溝槽T1、T2、T3和T4。此處，在單元形成區(qū)域AR1中，溝槽T1被形成為從半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa達(dá)到半導(dǎo)體層SLn的中點，且在平面圖中在Y方向延伸(見圖2)。溝槽T2和T3被形成為從半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa分別達(dá)到半導(dǎo)體層SLn的中點，以在將溝槽T1夾在中間的情況下布置在溝槽T1的兩側(cè)，且在平面圖中分別在Y方向延伸(見圖2)。此外，在柵極布線引出區(qū)域AR2中，溝槽T4被形成為從半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa分別達(dá)到半導(dǎo)體層SLn的中點，且在平面圖中具有被矩形外輪廓和矩形內(nèi)輪廓包圍的形狀(見圖2)。用于各向異性干法刻蝕的合適的氣體例如可以是基于Cl₂/O₂的氣體。

此后，如圖16和圖17所示，例如可以使用基于氫氟酸的刻蝕劑通過濕法刻蝕去除硬掩膜HM的不需要的部分。

然后，如圖18和圖19所示，在p型浮置區(qū)域PF和p型區(qū)域PFp以及n型空穴阻擋區(qū)域NHB上執(zhí)行延伸擴散(例如，在1200℃大約30分鐘)。此處，執(zhí)行延伸擴散使得p型浮置區(qū)域PF和p型區(qū)域PFp的下表面位于比溝槽T1、T2、T3和T4下表面更低的水平。

接著，例如通過熱氧化方法等在每個溝槽T1、T2、T3和T4的內(nèi)壁和半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成由氧化硅(SiO₂)形成的柵極絕緣膜GI。柵極絕緣膜GI的厚度例如是大約0.12μm。

通過上述的延伸擴散，在單元形成區(qū)域AR1中，p型浮置區(qū)域PF形成在位于左端部的溝槽T3和相鄰的溝槽T2之間，如圖18所示，并且p型浮置區(qū)域PF形成在位于右端部的溝槽T2和相鄰的溝槽T3之間，如圖18所示。優(yōu)選地，p型浮置區(qū)域PF與在溝槽T2的內(nèi)壁和溝槽T3的內(nèi)壁形成的柵極絕緣膜GI中的每個膜接觸。

n型空穴阻止區(qū)域NHB分別形成在溝槽T1和相鄰的溝槽T2之間以及溝槽T1和相鄰的溝槽T3之間。優(yōu)選地，在溝槽T1和T2之間的n型空穴阻止區(qū)域NHB與形成在溝槽T1的內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI以及形成在溝槽T2的內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI接觸。此外，優(yōu)選地，在溝槽T1和T3之間的n型空穴阻止區(qū)域NHB與形成在溝槽T1的內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI以及形成在溝槽T3的內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI接觸。

在上述的延伸擴散中，n型半導(dǎo)體襯底SS的沒有形成p型浮置區(qū)域PF和n型空穴阻止區(qū)域NHB的部分變?yōu)閚^-型漂移區(qū)域ND。換句話說，n型半導(dǎo)體層SLn的沒有形成p型浮置區(qū)域PF和n型空穴阻止區(qū)域NHB的部分變?yōu)閚^-型漂移區(qū)域ND。注意，在圖18的步驟中，n^-型漂移區(qū)域ND從半導(dǎo)體層SLn的內(nèi)部向上形成到半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb。

在溝槽T1和T2之間，n型空穴阻止區(qū)域NHB中的n型雜質(zhì)濃度高于n^-型漂移區(qū)域ND中的n型雜質(zhì)濃度且低于后面要描述的n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE的雜質(zhì)濃度。同樣情形也適用于溝槽T1和T3之間的區(qū)域。

在柵極布線引出區(qū)域AR2中，p型區(qū)域PFp通過上述的延伸擴展形成在溝槽T4外部且處在相鄰的溝槽T4和T4之間。優(yōu)選地，形成在溝槽T4和T4之間的p型區(qū)域PFp與在溝槽T4的內(nèi)壁形成的柵極絕緣膜GI接觸。

然后，如圖20和圖21所示，通過CVD方法等，由摻有磷(P)的多晶硅(摻雜多晶硅)制成的導(dǎo)電膜CF沉積在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上以及在溝槽T1、T2、T3和T4內(nèi)。導(dǎo)電膜CF的厚度例如在大約0.5μm到1.5μm的范圍內(nèi)。

然后，如圖22和圖23所示，通過在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上進(jìn)行涂覆等、然后通過正常的光刻(曝光和顯影)來圖案化，形成用于處理引出電極的抗蝕劑膜R4，由此形成覆蓋引出電極形成區(qū)域的抗蝕劑膜R4。使用抗蝕劑膜R4作為掩膜，例如通過干法刻蝕將導(dǎo)電膜CF圖案化。這時，調(diào)整刻蝕條件以在每個溝槽T1、T2和T3內(nèi)部保留導(dǎo)電膜CF(回刻蝕)。

這樣，在單元形成區(qū)域AR1中，溝槽柵極電極TG1通過經(jīng)由柵極絕緣膜GI嵌入在溝槽T1中的導(dǎo)電膜CF形成。溝槽柵極電極TG2通過經(jīng)由柵極絕緣膜GI嵌入在溝槽T2中的導(dǎo)電膜CF形成。溝槽柵極電極TG3通過經(jīng)由柵極絕緣膜GI嵌入在溝槽T3中的導(dǎo)電膜CF形成。引出電極TGz形成在柵極布線引出區(qū)域AR2中。溝槽柵極電極TG4通過經(jīng)由柵極絕緣膜GI嵌入在溝槽T4中的導(dǎo)電膜CF形成。引出電極TGz與溝槽柵極電極TG4整體形成。

換句話說，在單元形成區(qū)域AR1中，在柵極絕緣膜GI之上，形成溝槽柵極電極TG1來填充溝槽T1；形成溝槽柵極電極TG2來填充溝槽T2；以及形成溝槽柵極電極TG3來填充溝槽T3。此外，在柵極布線引出區(qū)域AR2中，在柵極絕緣膜GI之上，形成溝槽柵極電極TG4來填充溝槽T4；并且引出電極TGz與溝槽柵極電極TG4整體形成來覆蓋柵極布線引出區(qū)域AR2。合適的刻蝕氣體例如可以是SF₆氣體。此后，可以通過灰化等去除抗蝕劑膜R4的不必要的部分。

然后，如圖24和圖25所示，通過干法刻蝕等去除柵極絕緣膜GI的除了位于溝槽T1、T2和T3內(nèi)部的部分以及被引出電極TGz覆蓋的部分。

然后，如圖26和圖27所示，例如，通過熱氧化方法或CVD方法，在引出電極TGz的側(cè)表面和上表面以及半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成由相對較薄(例如，具有厚度基本與柵極絕緣膜GI相同的厚度)的氧化硅(SiO₂)形成的絕緣膜IF。

接著，通過正常光刻在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成用于引入p型本體區(qū)域的抗蝕劑膜(沒有示出)。例如，通過使用用于引入p型本體區(qū)域的抗蝕劑膜作為掩膜，通過離子注入，向單元形成區(qū)域AR1的整個表面和其它必要部分引入p型雜質(zhì)來形成p型本體區(qū)域PB。

具體來說，p型本體區(qū)域PB形成在溝槽T1和T2之間以與形成在溝槽T1內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI接觸且與形成在溝槽T2內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI接觸。p型本體區(qū)域PB形成在溝槽T1和T3之間以與形成在溝槽T1內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI接觸且與形成在溝槽T2內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI接觸。p型本體區(qū)域PB形成在n型空穴阻擋區(qū)域NHB之上。在非有源單元區(qū)域LCi中，p型本體區(qū)域PB形成在p型浮置區(qū)域PF之上。

此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為硼(B)、劑量大約是3×10¹³cm^-2，注入能量為大約75KeV。此后，通過灰化等去除用于引入p型本體區(qū)域的抗蝕劑膜的不需要的部分。

接著，通過正常光刻在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成引入n⁺型發(fā)射極區(qū)域的抗蝕劑膜(沒有示出)。例如通過離子注入使用用于引入n⁺型發(fā)射極區(qū)域的抗蝕劑膜作為掩膜，向混合單元區(qū)域LCh中的p型本體區(qū)域PB的上層部分引入n型雜質(zhì)來形成n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE。此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為砷(As)、劑量大約是5×10¹⁵cm^-2、注入能量為大約80KeV。

在混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2中，n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE只形成在溝槽柵極電極TG1側(cè)上。具體來說，n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE形成在溝槽T1和T2之間，以與形成在溝槽T1的內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI和p型本體區(qū)域PB接觸。n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE形成在溝槽T1和T3之間，以與形成在溝槽T1的內(nèi)壁的柵極絕緣膜GI和p型本體區(qū)域PB接觸。此后，通過灰化等去除用于引入n⁺型發(fā)射極區(qū)域的抗蝕劑膜的不需要的部分。

然后，如圖28和圖29所示，例如通過CVD方法在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上例如通過磷硅酸鹽玻璃(PSG)膜形成層間絕緣膜IL。層間絕緣膜IL被形成為經(jīng)由絕緣膜IF來覆蓋p型本體區(qū)域PB、引出電極TGz等。層間絕緣膜IL的厚度例如是大約0.6μm。除了PSG膜以外，用于層間絕緣膜IL的合適材料可以包括硼磷硅玻璃(BPSG)膜、未摻雜的硅酸鹽玻璃(NSG)膜、旋涂玻璃(SOG)膜和它們的組合膜。

接著，如圖30和圖31所示，通過正常光刻將用于形成接觸溝槽的抗蝕劑膜(未示出)形成在層間絕緣膜IL之上。隨后，例如通過各向異性干法刻蝕形成接觸溝槽CT和CTp。具體來說，在單元形成區(qū)域AR1中，接觸溝槽CT被形成為與n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE接觸，而在柵極布線引出區(qū)域AR2中，接觸溝槽CTp被形成為與引出電極TGz接觸，接觸溝槽CT被形成為與p型本體區(qū)域PB接觸。用于各向異性干法刻蝕的合適氣體例如可以是Ar氣、CHF₃氣和CF₄氣的混合氣體。此后，通過灰化等去除用于形成接觸溝槽的抗蝕劑膜的不需要的部分。

在第一實施例中，接觸溝槽CT和CTp同時形成，但是可替選地，可以形成用于接觸溝槽CT和CTp的相應(yīng)抗蝕劑膜，由此接觸溝槽CT和CTp可以在不同步驟形成。

接著，如圖32和圖33所示，p型雜質(zhì)例如通過接觸溝槽CT和CTp被離子注入，由此p⁺本體接觸區(qū)域PBC形成在單元形成區(qū)域AR1中，而p⁺本體接觸區(qū)域PBCp形成在柵極布線引出區(qū)域AR2中。此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為二氟化硼(BF₂)、劑量大約是5×10¹⁵cm^-2、注入能量為大約80KeV。

類似地，p型雜質(zhì)例如通過接觸溝槽CT和CTp被離子注入，由此p⁺型閂鎖防止區(qū)域PLP形成在單元形成區(qū)域AR1中，而p⁺型閂鎖防止區(qū)域PLPp形成在柵極布線引出區(qū)域AR2中。此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為硼(B)、劑量大約是3×10¹⁵cm^-2、注入能量為大約80KeV。

p⁺本體接觸區(qū)域PBC和PBCp中每個區(qū)域的p型雜質(zhì)濃度高于p⁺型閂鎖防止區(qū)域PLP和PLPp中每個區(qū)域的濃度。在單元形成區(qū)域AR1中，p⁺型半導(dǎo)體區(qū)域PR由p⁺本體接觸區(qū)域PBC和p⁺型閂鎖防止區(qū)域PLP形成。類似地，在柵極布線引出區(qū)域AR2中，p⁺型半導(dǎo)體區(qū)域PR由p⁺本體接觸區(qū)域PBCp和p⁺型閂鎖防止區(qū)域PLPp形成。p⁺型半導(dǎo)體區(qū)域PR中每個區(qū)域的p型雜質(zhì)濃度高于p型本體區(qū)域PB中的p型雜質(zhì)濃度。

然后，如圖34和圖35所示，形成發(fā)射極電極EE、柵極布線GL和柵極電極GE(見圖1)。具體來說，例如，執(zhí)行以下程序。首先，例如通過濺射在半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa之上形成鎢化鈦(TiW)膜作為阻擋金屬膜。鎢化鈦(TiW)膜的厚度例如是大約0.2μm。鎢化鈦(TiW)膜中的大部分鈦(Ti)通過后續(xù)的熱處理移動到硅(Si)界面(例如p⁺型本體接觸區(qū)域PBC和PBCp的暴露表面、引出電極TGz的暴露表面等)，以形成有助于提高接觸特性的硅化物。注意，這些工藝是非常復(fù)雜的且因此在附圖中省略了對它們的描述。

然后，在氮氣氛中執(zhí)行硅化物退火，例如在大約600℃大約10分鐘，并且例如通過濺射在整個阻擋金屬膜之上形成基于鋁(Al)的金屬膜(例如，通過添加一定百分比的硅(Si)、其余為鋁(Al))，來填充接觸溝槽CT和CTp?；阡X(Al)的金屬膜的厚度例如是大約5μm。

接著，通過正常光刻形成用于形成發(fā)射極電極、柵極布線和柵極電極的抗蝕劑膜(沒有示出)。隨后，例如通過干法刻蝕來圖案化基于鋁(Al)的金屬膜和阻擋金屬膜，來制造發(fā)射極電極EE、柵極布線GL和柵極電極GE(見圖1)。用于干法刻蝕的合適氣體例如可以是基于Cl₂/BCl₃的氣體。此后，通過灰化等去除用于形成發(fā)射極電極、柵極布線和柵極電極的抗蝕劑膜的不需要的部分。

由此，在混合子單元區(qū)域LCh1中，形成嵌入在接觸溝槽CT中的多個連接電極CP以及形成在層間絕緣膜IL之上的發(fā)射極電極EE。發(fā)射極電極EE經(jīng)由形成在相應(yīng)混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2中的連接電極CP而電耦合到形成在相應(yīng)混合子單元區(qū)域LCh1和LCh2中的n⁺型發(fā)射極區(qū)域NE和p⁺型半導(dǎo)體區(qū)域PR。

在柵極布線引出區(qū)域AR2中，形成嵌入在相應(yīng)接觸溝槽CTp中的連接電極CPp、柵極布線GL和柵極電極(見圖1)。柵極電極(見圖1)經(jīng)由柵極布線GL和引出電極TGz電耦合到溝槽柵極電極TG4。

然后，如圖36和圖37所示，在發(fā)射極電極EE、柵極布線GL、柵極電極GE等之上形成由例如包含聚酰亞胺作為主要成分的有機膜等形成的絕緣膜(鈍化膜)FPF。絕緣膜FPF的厚度例如是大約2.5μm。

接著，通過正常光刻形成用于形成開口的抗蝕劑膜(沒有示出)。隨后，例如通過干法刻蝕來圖案化絕緣膜FPF。由此，形成開口OP1(見圖1)來達(dá)到發(fā)射極電極EE同時穿過絕緣膜FPF，由此形成由從開口OP1暴露的發(fā)射極電極EE的一部分制成的發(fā)射極焊盤EP(見圖1)。同時，形成開口OP2(見圖1)來達(dá)到柵極電極GE同時穿過絕緣膜FPF，由此形成由從開口OP2暴露的柵極電極GE的一部分制成的柵極焊盤GP(見圖1)。此后，通過灰化等去除用于形成開口的抗蝕劑膜的不需要的部分。

然后，對半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb應(yīng)用背部研磨工藝，由此將大約800μm的厚度例如根據(jù)需要減少到大約30μm到200μm。例如，當(dāng)擊穿電壓大約是600V時，半導(dǎo)體襯底的最終厚度大約是70μm。這樣，在減薄的半導(dǎo)體襯底SS中，相對于半導(dǎo)體層SLn，半導(dǎo)體層SLp形成在半導(dǎo)體襯底SS的下表面?zhèn)萐b上的部分內(nèi)。為了去除下表面Sb的損壞部分，根據(jù)需要執(zhí)行化學(xué)刻蝕等。

在減薄的半導(dǎo)體襯底SS中，半導(dǎo)體層SLp被定義為具有形成在其中的p⁺型集電極區(qū)域CL的半導(dǎo)體層，且其關(guān)于形成n型場停止區(qū)域Ns的半導(dǎo)體層位于下表面Sb側(cè)。

然后，n型雜質(zhì)例如通過離子注入被引入到半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb，由此形成n型場停止區(qū)域Ns。此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為磷(P)、劑量大約是7×10¹²cm^-2、注入能量為大約350KeV。此后，為了激活雜質(zhì)，根據(jù)情況在半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb上執(zhí)行激光退火等。

然后，p型雜質(zhì)例如通過離子注入被引入到半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb，由此形成p⁺型集電極區(qū)域CL。此處，用于離子注入的合適條件例如可以是離子種類為硼(B)、劑量大約是1×10¹³cm^-2、注入能量為大約40KeV。此后，為了激活雜質(zhì)，根據(jù)情況在半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb上執(zhí)行激光退火等。

即，在形成p⁺型集電極區(qū)域CL的步驟中，關(guān)于半導(dǎo)體層SLn，將p型半導(dǎo)體層SLp形成在半導(dǎo)體襯底SS位于下表面?zhèn)鹊牟糠謨?nèi)，由此通過p型半導(dǎo)體層SLp形成p⁺型集電極區(qū)域CL。

然后，如圖3至圖7所示，將集電極電極CE例如通過濺射形成在半導(dǎo)體襯底SS的下表面Sb之上，以便電耦合到半導(dǎo)體層SLp即p⁺型集電極區(qū)域CL。此后，半導(dǎo)體襯底SS通過切割等被分成芯片區(qū)域，由此根據(jù)需要通過密封在封裝中完成第一實施例的半導(dǎo)體器件。

第一實施例的改型例子

將參考圖38描述第一實施例的改型例子中的包括溝槽柵極IGBT的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖38是在第一實施例的改型例子中的半導(dǎo)體器件的柵極布線引出區(qū)域的橫截面圖，與沿圖2的線D-D’獲得的橫截面圖對應(yīng)。在改型例子中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)具有與第一實施例中的結(jié)構(gòu)基本相同的結(jié)構(gòu)，且因此以下將僅僅描述它們之間的不同。

在改型例子中，在柵極布線引出區(qū)域AR2中，類似于上述的第一實施例，利用溝槽柵極電極TG4填充的每個溝槽T4在平面圖中具有被矩形外輪廓和矩形內(nèi)輪廓包圍的形狀。引導(dǎo)至n^-型漂移區(qū)域的n型半導(dǎo)體區(qū)域NB在平面圖中形成在位于溝槽T4的外部且在每個溝槽T4的內(nèi)輪廓的內(nèi)部的區(qū)域中。換句話說，溝槽T4形成在p型區(qū)域PFp內(nèi)，而在平面圖中在每個溝槽T4的外部且在每個溝槽T4內(nèi)輪廓內(nèi)部的區(qū)域中，n型半導(dǎo)體區(qū)域NB在深度方向(-Z方向)從半導(dǎo)體襯底SS的上表面Sa形成為基本達(dá)到溝槽T4的底表面。形成n型半導(dǎo)體區(qū)域NB的部分用作形成柵極-集電極電容(反向傳輸電容)的部分。

n型半導(dǎo)體區(qū)域NB中的雜質(zhì)濃度高于n^-型漂移區(qū)域ND中的雜質(zhì)濃度，并且形成n型半導(dǎo)體區(qū)域NB，由此可以進(jìn)一步增加?xùn)艠O-集電極電容(反向傳輸電容)并且也可以容易地調(diào)節(jié)。n型半導(dǎo)體區(qū)域NB可以與例如形成在單元形成區(qū)域AR1中的n型空穴阻擋區(qū)域NHB同時形成。

第二實施例

以下將參考圖39和圖40描述根據(jù)第二實施例的包括溝槽柵極IGBT的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖39是根據(jù)第二實施例的半導(dǎo)體器件中的單元形成區(qū)域和柵極布線引出區(qū)域的部分放大平面圖，對應(yīng)于由圖1所示交替的長短虛線包圍的CGR區(qū)域。圖40是沿著圖39的線F-F’獲得的橫截面圖。第二實施例和第一實施例之間的不同在于柵極布線引出區(qū)域AR2的結(jié)構(gòu)。在第二實施例中其它部件的結(jié)構(gòu)與第一實施例中的相同或基本相同，且因此以下將省略對它們的描述。

在上述第一實施例中，在柵極布線引出區(qū)域AR2中，其中嵌入有溝槽柵極電極TG4的每個溝槽T4在平面圖中具有矩形外輪廓和矩形內(nèi)輪廓包圍的形狀，且n型半導(dǎo)體區(qū)域例如n^-型漂移區(qū)域ND在平面圖中形成在溝槽T4以外的區(qū)域中以及溝槽T4的內(nèi)輪廓的內(nèi)部(見圖5和圖7等)。

相比之下，在第二實施例中，如圖39和圖40所示，在柵極布線引出區(qū)域AR2中，其中嵌入有溝槽柵極電極TG4的溝槽T4在平面圖中具有矩形外輪廓和矩形內(nèi)輪廓包圍的形狀，但是p型區(qū)域PFp在平面圖中還形成在位于溝槽T4外部和溝槽T4內(nèi)輪廓內(nèi)部的區(qū)域中。換句話說，所有的溝槽T4形成在p型區(qū)域PFp中，且形成在所有溝槽T4的內(nèi)壁處的柵極絕緣膜GI與p型區(qū)域PFp接觸。

由于具有發(fā)射極電勢的p型區(qū)域PFp形成在整個柵極布線引出區(qū)域AR2處，柵極-集電極電容(反向傳輸電容)沒有增加。然而，在X方向彼此隔開地形成溝槽T4可以確保不中斷空穴電流的路線，由此在沒有減少擊穿電阻的情況下提高輸入電容(主要是柵極-發(fā)射極電容)。

例如，需要減少噪聲(諸如針對電磁干擾(EMI)的措施)的包括溝槽柵極IGBT的半導(dǎo)體器件即使其操作速度變低，通常也需要減少其損耗。在這種情況下，可以有利地利用第二實施例中的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。

雖然已經(jīng)基于實施例具體描述了發(fā)明人完成的發(fā)明，但是本發(fā)明不限于實施例，在不離開本發(fā)明的范圍的情況下可以對實施例進(jìn)行各種改型和改變。