半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]在本說明書中，公開了一種當溝槽柵電極的電壓發(fā)生變化時電阻會變化的半導體裝置。已知有一種半導體裝置，其從半導體基板的表面?zhèn)绕痦槾螌訅河械谝粚щ娦偷牡谝粎^(qū)域、第二導電型的第二區(qū)域以及第一導電型的第三區(qū)域，并且形成有貫穿第一區(qū)域和第二區(qū)域并到達至第三區(qū)域的溝槽柵電極。例如，已知一種MOS(Metal OxideSemiconductor:金屬氧化物半導體)，其第一區(qū)域為源極區(qū)，第二區(qū)域為體區(qū)，第三區(qū)域為漂移區(qū)，當向溝槽柵電極施加電壓時將在體區(qū)內(nèi)形成有反轉層而使源極區(qū)與漂移區(qū)導通。或者，已知一種IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)，其第一區(qū)域為發(fā)射區(qū)，第二區(qū)域為體區(qū)，第三區(qū)域為漂移區(qū)，當向溝槽柵電極施加電壓時將會在體區(qū)內(nèi)形成有反轉層而使發(fā)射區(qū)與漂移區(qū)導通。
[0002]溝槽柵電極以被柵極絕緣膜包圍的狀態(tài)而被收納在溝槽的內(nèi)部。溝槽在半導體基板的表面上開口。在半導體基板的表面上形成有表面電極。表面電極需與作為源極區(qū)或發(fā)射區(qū)等的第一區(qū)域導通，并與溝槽柵電極絕緣。為了在沿著半導體基板的表面的較廣的范圍內(nèi)形成表面電極且使表面電極與溝槽柵電極絕緣，采用了一種通過絕緣物質(zhì)來對溝槽柵電極的上表面進行覆蓋的技術。當通過絕緣物質(zhì)來對溝槽柵電極的上表面進行覆蓋時，即使不對表面電極的形成范圍進行管理，也會使表面電極與溝槽柵電極絕緣。
[0003]圖5例示了在專利文獻I等中所公開的現(xiàn)有的IGBT的截面結構。參照編號50為半導體基板，在形成有后述的溝槽柵電極56的范圍內(nèi)，從表面58起順次層壓有η型的發(fā)射區(qū)68、P型的體區(qū)70、η型的漂移區(qū)74、η型的緩沖區(qū)76、ρ型的集電區(qū)78。在半導體基板50的表面58上形成有表面電極62，在半導體基板50的背面上形成有背面電極80。參照編號52為溝槽，并且從半導體基板50的表面58起貫穿發(fā)射區(qū)68和體區(qū)70并到達至漂移區(qū)74。參照編號54為覆蓋溝槽52的壁面的柵極絕緣膜。參照編號56為溝槽柵電極，溝槽柵電極以兩側面被柵極絕緣膜54覆蓋的狀態(tài)而被填充在溝槽52的內(nèi)部。參照編號69為體接觸區(qū)。在從溝槽柵電極56離開的位置處，代替發(fā)射區(qū)68而形成有體接觸區(qū)69。參照編號60為覆蓋溝槽柵電極56的上表面的絕緣膜。絕緣膜60未停留在溝槽52的內(nèi)部，而是到達至半導體基板50的表面58上。表面電極62被形成在半導體基板50的表面58的較廣的范圍內(nèi)。表面電極62需要與發(fā)射區(qū)68及體接觸區(qū)69導通，并且與溝槽柵電極56絕緣。絕緣膜60對溝槽柵電極56的上部進行覆蓋，而不完全覆蓋發(fā)射區(qū)68。
[0004]在現(xiàn)有的半導體裝置中，表面電極62被形成在具有高低差的表面上。S卩，在并存有未被絕緣膜60覆蓋而露出了半導體基板50的表面58露出的范圍A與被絕緣膜60覆蓋的范圍B的面上形成有表面電極62。由于被形成在半導體基板50的表面58上的絕緣膜60具有厚度C，因此表面電極62的背面并不平坦，而是形成凹凸面。由于背面凹凸，因此在表面電極62的表面上也形成有凹凸。
[0005]圖5例示了第一導電型的第一區(qū)域為η型的發(fā)射區(qū)68，第二導電型的第二區(qū)域為P型的體區(qū)70，第一導電型的第三區(qū)域為η型的漂移區(qū)74的情況。當向溝槽柵電極56施加電壓時，隔著柵極絕緣膜54而與溝槽柵電極56面對的范圍內(nèi)的體區(qū)70反轉為η型，從而使發(fā)射區(qū)68與漂移區(qū)74導通。參照編號72為被插入至體區(qū)70的中間深度處的η型層，通過η型層72而使體區(qū)70被分離為上部體區(qū)70a和下部體區(qū)70b。存在第二導電型的第二區(qū)域被分割為多個區(qū)域的情況。此外，也存在第一導電型的第一區(qū)域為源極區(qū)，并且代替緩沖區(qū)76和集電區(qū)78而層壓有漏極區(qū)的情況。
[0006]在先技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2009-295778號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010]半導體裝置以通過焊錫層64而將表面電極62粘接在金屬板66上的狀態(tài)而進行使用。參照編號63為用于對表面電極62與焊錫層64的粘接性進行改善的焊錫用電極。由于半導體裝置在進行工作時會發(fā)熱，并在結束動作時被冷卻，因此被暴露在熱循環(huán)中。金屬板66、焊錫層64、焊錫用電極63、表面電極62以及半導體基板50的熱膨脹率不同。當半導體裝置被暴露在熱循環(huán)中時，應力將會作用于表面電極62上。
[0011]現(xiàn)有的表面電極62由于被形成在具有凹凸的面上，因此并不一致地延展，而是在表背兩面上存在有凹凸。因此會在表面電極62上產(chǎn)生應力集中部位?，F(xiàn)有的表面電極62在半導體裝置被暴露在熱循環(huán)中時，容易在應力集中部位處受到損傷。現(xiàn)有的表面電極62的可靠性較低。
[0012]為了提高半導體裝置的性能，存在溝槽52的間隔細密化的傾向。此外，存在表面電極62的形成環(huán)境低溫化的傾向。當溝槽52的間隔細密化時，作用于表面電極62上的應力將會增大，當表面電極62的形成環(huán)境低溫化時，表面電極62容易受到損傷。需要一種不易在表面電極上產(chǎn)生應力集中部位的技術。
[0013]在本說明書中，公開了一種能夠獲得不易產(chǎn)生應力集中、不易受到損傷并且可靠性較高的表面電極的技術。
[0014]用于解決課題的方法
[0015]在本說明書中所公開的半導體裝置具備半導體基板和被形成在半導體基板的表面上的表面電極。
[0016]在半導體基板的至少一部分的范圍內(nèi)，形成有從半導體基板的表面?zhèn)绕痦槾螌訅河械谝粚щ娦偷牡谝粎^(qū)域、第二導電型的第二區(qū)域以及第一導電型的第三區(qū)域的層壓結構。并且形成有從半導體基板的表面起貫穿第一區(qū)域和第二區(qū)域并到達至第三區(qū)域的溝槽。在溝槽的內(nèi)部形成有溝槽柵電極。在溝槽柵電極的上表面上形成有絕緣區(qū)域。絕緣區(qū)域使溝槽柵電極與表面電極絕緣。在本說明書中所記載的半導體裝置的情況下，絕緣區(qū)域被收納在溝槽的內(nèi)部。即，絕緣區(qū)域并不延伸至與半導體基板的表面相比靠上方的位置處。在側視觀察半導體基板時，絕緣區(qū)域的上端停留在與半導體基板的表面相等或與表面相比較深的位置處。
[0017]如果第一區(qū)域為源極區(qū)，第二區(qū)域為體區(qū)，第三區(qū)域為漂移區(qū)，則能夠獲得M0S。如果第一區(qū)域為發(fā)射區(qū)，第二區(qū)域為體區(qū)，第三區(qū)域為漂移區(qū)，則能夠獲得IGBT。
[0018]在上述的半導體裝置的情況下，形成有表面電極之前的半導體基板的表面基本平坦。表面電極被形成在基本平坦的半導體基板的表面上，從而成為沿著半導體基板的表面而均質(zhì)地且一致地延伸的層。在表面電極上不易產(chǎn)生應力集中。即使半導體裝置被暴露在熱循環(huán)中，也能夠防止較強的應力作用在表面電極的特定部位的情況。表面電極的可靠性得到提高。
[0019]當絕緣區(qū)域的底面(即溝槽柵電極的上表面)與第一區(qū)域的底面相比較淺時，通過向溝槽柵電極施加電壓，會在分隔第一區(qū)域與第三區(qū)域的第二區(qū)域中形成有反轉層。無需使溝槽柵電極到達至半導體基板的表面。由于溝槽柵電極可以停留在與半導體基板的表面相比較深的水平面處，因此能夠將覆蓋溝槽柵電極的上表面的絕緣區(qū)域收納在溝槽內(nèi)。
[0020]也存在有在第二區(qū)域的中間深度處形成有第一導電型的第四區(qū)域，并且第二區(qū)域通過第四區(qū)域而被分離為上部第二區(qū)域和下部第二區(qū)域的情況。
[0021]溝槽的寬度可以不一致。例如，可以由寬度較窄的深部溝槽和寬度較寬的淺部溝槽構成。這種情況下，能夠采用在深部溝槽中填充有溝槽柵電極，在淺部溝槽中填充有絕緣物質(zhì)的結構。
【附圖說明】
[0022]圖1為第一實施例的半導體裝置的剖視圖。
[0023]圖2為表示第一實施例的半導體裝置的制造過程的圖。
[0024]圖3為第二實施例的半導體裝置的剖視圖。
[0025]圖4為表示第二實施例的半導體裝置的制造過程的圖。
[0026]圖5為現(xiàn)有的半導體裝置的剖視圖。
【具體實施方式】
[0027](第一實施例)
[0028]圖1為第一實施例的半導體裝置的剖視圖，具備半導體基板10、表面電極22、焊錫用電極23以及背面電極40。表面電極22為發(fā)射極，并以通過焊錫用電極23和焊錫層24而被粘接在金屬板26上的方式被使用。背面電極40為集電極，并以通過未圖示的焊錫層而被粘接在未圖示的導體面上的方式被使用。半導體裝置為縱型的IGBT，當溝槽柵電極16的電壓變化時，表面電極22與背面電極40之間的電阻將發(fā)生變化。表面電極22沿著半導體基板10的表面而一致且均質(zhì)地延展，背面電極40沿著半導體基板10的背面而一致且均質(zhì)地延展。
[0029]在形成有溝槽柵電極16的范圍內(nèi)，從半導體基板10的表面18側起順次層壓有第一導電型的第一區(qū)域(在本實施例中為η型的發(fā)射區(qū)28)、第二導電型的第二區(qū)域(在本實施例中為P型的體區(qū)30)、第一導電型的第三區(qū)域(在本實施例中為η型的漂移區(qū)34)、η型的緩沖區(qū)36以及ρ型的集電區(qū)38。發(fā)射區(qū)28被形成在半導體基板10的表面18的一部分的范圍內(nèi)，在剩余的范圍內(nèi)形成有體接觸區(qū)29。參照編號32為第一導電型的第四區(qū)域(在本實施例中為η型層)，通過使在IGBT導通時于漂移區(qū)34中產(chǎn)生的電導率調(diào)制現(xiàn)象活躍而使電壓下降。體區(qū)30通過η型層32而被分離為上部體區(qū)30a和下部體區(qū)30b。存在第二導電型的第二區(qū)域被分割為多個區(qū)域的情況?？梢允÷驭切蛯?2。
[0030]在形成有發(fā)射區(qū)28、體區(qū)30以及漂移區(qū)34的層壓結構的范圍內(nèi)，形成有從半導體基板10的表面18起貫穿發(fā)射區(qū)28和體區(qū)30并到達至漂移區(qū)34的溝槽12。溝槽12的壁面被柵極絕緣膜14覆蓋。在溝槽12的內(nèi)側收納有溝槽柵電極16。溝槽柵電極16的兩側面被柵極絕緣膜14覆蓋。
[0031]溝槽柵電極16的上表面停留在與半導體基板10的表面18相比較深的水平面處。但是，處于與發(fā)射區(qū)28的底面相比較高的水平面處。當針對將發(fā)射區(qū)28與漂移區(qū)34隔開的體層30進行觀察時，在整個厚度上，隔著柵極絕緣膜14而與溝槽柵電極16面對。當向溝槽柵電極16施加電壓時，在隔著柵極絕緣膜14而與溝槽柵電極16面對的位置處的體區(qū)30中形成有反轉層。由于該反轉層跨及將發(fā)射區(qū)28與漂移區(qū)34隔開的體區(qū)30的整個厚度而被連續(xù)地形成，因此當向溝槽柵電極16施加電壓時，發(fā)射區(qū)28與漂移區(qū)34將會導通。
[0032]參照編號20為由絕緣物質(zhì)形成的絕緣區(qū)域，該絕緣區(qū)域20覆蓋溝槽柵電極16的上表面。絕緣區(qū)域20被收納在溝槽12內(nèi)，且上方不從半導體基板10的表面18突出。如前文所述，由于溝槽柵電極16的上表面停留在與半導體基板10的表面18相比較深的水平面處，因此能夠使覆蓋溝槽柵電極16的上表面的絕緣區(qū)域20停留在溝槽12內(nèi)。
[0033]絕緣區(qū)域20的上表面優(yōu)選為與半導體基板10的表面18基本一致。但是，也可以是絕緣區(qū)域20的上表面處于與半導體基板10的表面18相比較深的水平面處的關系?？梢匀绾笪乃瞿菢樱瑢⒔^緣區(qū)域