DE102019216819A1

DE102019216819A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102019216819A1
Application number: DE102019216819.1A
Authority: DE
Inventors: Shinya AKAO
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-05-07
Also published as: US20200144363A1; CN111162008A; US11094783B2; JP7055087B2; CN111162008B; JP2020077734A

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst: eine Diffusionsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf einem oberen Schichtteilbereich der Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist; eine hinzugefügte Struktur aus Polysilizium, die auf der Diffusionsschicht mit einem ersten Siliziumoxidfilm dazwischen vorgesehen sein soll; einen zweiten Siliziumoxidfilm, der so vorgesehen ist, dass er mit einer Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium Kontakt hat, und von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium aus eine sanfte, abwärts gerichtete Neigung aufweist; und einen dritten Siliziumoxidfilm, der auf der Diffusionsschicht mit einem vorbestimmten Abstand von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium vorgesehen und von dem ersten Siliziumoxidfilm bedeckt ist, wobei der erste Siliziumoxidfilm bei einem Teilbereich, der den dritten Siliziumoxidfilm bedeckt, erhaben ist und einen Siliziumoxidfilm mit einer sanften, stufenartigen Oberflächenschicht, die von dem erhabenen Teil und dem zweiten Siliziumoxidfilm gebildet wird, bildet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung mit einer verbesserten Fertigungsausbeute.
Beschreibung des allgemeinen Stands der Technik
Es ist bekannt, dass, wenn in einer Leistungs-Halbleitervorrichtung wie etwa einem MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) aufgrund eines mit einer Schaltoperation verbundenen Temperaturanstiegs der Vorrichtung ein anormaler Vorgang auftritt, die Leistungs-Halbleitervorrichtung beschädigt werden kann. Folglich wird in vielen Fällen eine Konfiguration übernommen, in der eine Diode zum Detektieren einer Temperatur hinzugefügt ist und eine anormale Operation verhindert wird, indem eine Schaltoperation gestoppt wird, wenn ein Temperaturanstieg detektiert wird, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-129707 offenbart ist.
Die Leistungs-Halbleitervorrichtung empfängt zur Zeit eines Druckbondens eines Drahts beispielsweise an ein Elektrodenpad auf einer Oberfläche der Vorrichtung mittels Drahtbonden eine Energie einer mechanischen Einwirkung, so dass, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 3-76250 offenbart ist, in vielen Fällen eine Konfiguration übernommen wird, in der eine Struktur zum Puffern eines Stoßes bzw. einer Einwirkung unterhalb des Elektrodenpads hinzugefügt ist, wodurch eine Einwirkung auf eine Fundamentschicht gepuffert wird. Diese zusätzlichen Strukturen werden im Allgemeinen unter Verwendung von Polysilizium als Basismaterial gebildet.
Beim Vorsehen der zusätzlichen Struktur (einer hinzugefügten Struktur aus Polysilizium) unter Verwendung solch eines Polysiliziumfilms als das Basismaterial zu der Leistungs-Halbleitervorrichtung kann ein Prozess vorliegen, in dem ein leitfähiger Film auf dem Polysiliziumfilm vorübergehend gebildet und der leitfähige Film dann entfernt wird. Wenn in diesem Fall der leitfähige Film nicht vollständig entfernt wird, sondern auf einem Endteilbereich des Polysiliziumfilms als Rest zurückbleibt, nimmt ein Isolierwiderstand der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium und einer Wannendiffusionsschicht, welche eine untere Schicht ist, ab, und ein Defekt tritt auf, so dass eine Fertigungsausbeute abnimmt.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-82411 offenbart eine Technik, in der eine Abfolge eines Strukturierungsprozesses (Ausbildung einer Resiststruktur, Ätzen und Entfernen eines Resists) wiederholt wird, um einen Isolierfilm so zu prozessieren, dass er eine stufenartige Form ohne großen Unterschied im Niveau aufweist, so dass zu einer Zeit, zu der der auf einem dicken Isolierfilm ausgebildete Polysiliziumfilm entfernt wird, der Rest des Polysiliziumfilms auf einer seitlichen Oberfläche des Isolierfilms nicht vorkommt. Der Strukturierungsprozess wird jedoch wiederholt, so dass der Fertigungsprozess kompliziert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Vorgesehen ist eine Halbleitervorrichtung, in der ein Rest eines leitfähigen Films nicht auf einem Endteilbereich einer hinzugefügten Struktur aus Polysilizium auftritt, um eine Fertigungsausbeute zu verbessern.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Diffusionsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf einem oberen Schichtteilbereich der Halbleiterschicht vorgesehen ist; eine hinzugefügte Struktur aus Polysilizium, die aus Polysilizium so gebildet ist, dass sie auf der Diffusionsschicht mit einem ersten Siliziumoxidfilm dazwischen vorgesehen ist; einen zweiten Siliziumoxidfilm, der so vorgesehen ist, dass er mit einer Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium Kontakt hat, und von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium aus eine sanfte, abwärts gerichtete Neigung aufweist; und einen dritten Siliziumoxidfilm, der auf der Diffusionsschicht mit einem vorbestimmten Abstand von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium vorgesehen ist und von dem ersten Siliziumoxidfilm bedeckt wird, wobei der erste Siliziumoxidfilm bei einem Teilbereich, der den dritten Siliziumoxidfilm bedeckt, erhaben ist und einen Siliziumoxidfilm mit einer sanften, stufenartigen Oberflächenschicht, die von dem erhabenen Teilbereich und dem zweiten Siliziumoxidfilm mit der sanften, abwärts gerichteten Neigung gebildet wird, bildet.
Gemäß der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung ist der zweite Siliziumoxidfilm, der von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium aus die sanfte, abwärts gerichtete Neigung aufweist, so vorgesehen, dass, selbst wenn der Schritt zum Entfernen des leitfähigen Films durchgeführt wird, nachdem der leitfähige Film vorübergehend ausgebildet ist, der Rest des leitfähigen Films nicht auf dem Endteilbereich der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium auftritt, so dass die Halbleitervorrichtung mit der verbesserten Fertigungsausbeute erhalten werden kann.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die eine obere Oberflächenkonfiguration eines ganzen IGBT des Graben-Gate-Typs in einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine partielle Querschnittsansicht des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
5 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
6 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
7 eine partielle Querschnittsansicht, um den Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
8 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
9 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
10 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
11 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
12 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
13 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
14 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
15 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
16 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
17 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
18 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
19 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
20 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
21 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
22 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
23 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
24 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
25 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
26 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
27 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
28 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in einem Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
29 ist eine partielle Querschnittsansicht des IGBT des Graben-Gate-Typs in dem Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
30 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs im Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
31 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs im Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
32 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer hinzugefügten Struktur aus Polysilizium eines IGBT des Graben-Gate-Typs in einer Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
33 ist eine partielle Querschnittsansicht des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
34 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
35 ist eine partielle Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess des IGBT des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
36 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer hinzugefügten Struktur aus Polysilizium des IGBT des Graben-Gate-Typs in einem Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
37 ist eine partielle Querschnittsansicht des IGBT des Graben-Gate-Typs im Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
38 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium zeigt, die für die vorliegende Erfindung verwendet wird.
39 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium zeigt, die für die vorliegende Erfindung verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Einführung>
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da die Zeichnungen schematisch veranschaulicht sind, ist eine wechselseitige Beziehung von Größen und Positionen von Abbildungen, die in den verschiedenen Zeichnungen jeweils veranschaulicht sind, nicht notwendigerweise genau veranschaulicht, sondern kann geeignet abgeändert sein. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Bezugsziffern einem ähnlichen Bestandteil zugeordnet, und Name und Funktion sind ebenfalls ähnlich. Folglich kann in einigen Fällen deren detaillierte Beschreibung weggelassen werden.
In der folgenden Beschreibung werden, selbst wenn Begriffe, die eine spezifische Position und Richtung angeben, wie etwa „oberer“, „unterer“, „seitlich“, „unten“, „vorne“ und „rückwärtig“ genannt werden, die Begriffe genutzt, um zweckmäßigerweise ein Verständnis von Ausführungsformen zu erleichtern, und sind daher für Richtungen in einer praktischen Ausgestaltung irrelevant. Im Folgenden gibt „äußere Seite“ eine Richtung in Richtung einer äußeren Peripherie der Halbleitervorrichtung an, und „innere Seite“ gibt eine zur „äußeren Seite“ entgegengesetzte Richtung an.
In der vorliegenden Beschreibung ist im Hinblick auf einen Leitfähigkeitstyp einer Störstelle ein n-Typ im Allgemeinen als ein „erster leitfähiger Typ“ definiert, und ein p-Typ ist im Allgemeinen als ein „zweiter leitfähiger Typ definiert; eine umgekehrte Definition ist jedoch ebenfalls anwendbar.
<Ausführungsform 1>
<Konfiguration einer Vorrichtung>
1 ist eine Draufsicht, die eine obere Oberflächenkonfiguration eines ganzen IGBT 100 des Graben-Gate-Typs in einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Der in 1 gezeigte IGBT 100 des Graben-Gate-Typs hat als äußere Form eine quadratische Form, und ein großer Teil davon ist mit einem aktiven Bereich AR versehen, in welchem eine Vielzahl von Strukturen minimaler Einheiten eines IGBT (IGBT-Zelle), „Einheitszelle“ genannt, angeordnet ist, und eine äußere Seite des aktiven Bereichs AR ist von einem Abschlussbereich TR umgeben. Eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Gategräben ist im aktiven Bereich AR mit einem Intervall dazwischen parallel vorgesehen. Die Vielzahl von Gategräben ist mit einer im aktiven Bereich AR vorgesehenen Gateverdrahtung verbunden, und die Gateverdrahtung ist mit einem Gatepad verbunden; jedoch stehen sie mit den Ausführungsformen entfernt in Zusammenhang, so dass die Veranschaulichung und die Beschreibung weggelassen sind.
1 zeigt nur eine hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium, die auf einer Halbleiterschicht 10 vorgesehen ist, und eine Wannendiffusionsschicht 41, die unterhalb der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium vorgesehen ist, als eine mit der vorliegenden Ausführungsform in Zusammenhang stehende Konfiguration, so dass die Veranschaulichung der anderen Elemente wie etwa einer Gateelektrode, einer Emitterelektrode und eines Elektrodenpads der Zweckmäßigkeit halber weglassen ist.
Wie in 1 gezeigt ist, ist in dem IGBT 100 des Graben-Gate-Typs die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium in einem zentralen Teil des aktiven Bereichs AR vorgesehen, und die Wannendiffusionsschicht 41 ist unterhalb der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium und in dem Abschlussbereich TR vorgesehen. Die Wannendiffusionsschicht 41 ist so vorgesehen, dass sie den aktiven Bereich AR im Abschlussbereich TR umgibt, und die unterhalb der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium gelegene Wannendiffusionsschicht 41 ist so vorgesehen, dass sie sich von einer Mitte zu einem Ende des aktiven Bereichs AR so erstreckt, dass sie mit der Wannendiffusionsschicht 41 im Abschlussbereich TR verbunden ist. Die in 1 gezeigte hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium ist eine Diode zum Detektieren einer Temperatur und aus einem Anodenbereich, der eine Störstelle vom p-Typ enthält, und einer pn-Übergangsdiode mit einem Kathodenbereich, der eine Störstelle vom n-Typ enthält, aufgebaut.
2 zeigt eine vergrößerte Draufsicht eines in 1 gezeigten Bereichs „X“. Eine im Bereich „X“ gezeigte charakteristische Konfiguration wird im Folgenden als die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, und 1 gilt für jede Ausführungsform gleichermaßen.
2 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium des IGBT 100 des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, hat die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium als äußere Form eine quadratische Form, umfasst einen Siliziumoxidfilm 23 (ein zweiter Siliziumoxidfilm) um die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium und umfasst einen schleifenförmigen Siliziumoxidfilm 21a (ein dritter Siliziumoxidfilm) mit einer Breite W (eine erste Breite), der die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium an einer Position auf einer äußeren Seite einer Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium umgibt, wobei er von deren äußerer Seite durch einen Abstand C (ein vorbestimmter Abstand) getrennt ist. Auf den schleifenförmigen Siliziumoxidfilm 21a wird in einigen Fällen im Folgenden auch als schleifenförmiger Film verwiesen.
Eine Wannendiffusionsschicht 41a (eine Diffusionsschicht mit niedriger Konzentration) mit einer niedrigeren Störstellenkonzentration als diejenige der umgebenden Wannendiffusionsschicht 41 ist unmittelbar unterhalb des schleifenförmigen Siliziumoxidfilms 21a ausgebildet. Der Siliziumoxidfilm 23 und der Siliziumoxidfilm 21a bilden einen charakteristischen Teil der vorliegenden Ausführungsform.
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 2 als einen Querschnitt eines Teils mit zusätzlicher Struktur und einen Querschnitt entlang einer B-B in 1 als einen Querschnitt eines Zellenteils nebeneinander angeordnet. Dies dient zur einfachen Veranschaulichung einer Beziehung des Herstellungsprozesses zwischen dem Teil mit zusätzlicher Struktur und dem Zellenteil.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium auf der Wannendiffusionsschicht 41 vom p-Typ (der zweite Leitfähigkeitstyp) ausgebildet, die auf einem oberen Schichtteilbereich auf einer Hauptoberflächenseite der Halbleiterschicht 10 vom n-Typ (der erste Leitfähigkeitstyp) mit einem Siliziumoxidfilm 22 (ein erste Siliziumoxidfilm) dazwischen vorgesehen ist. Die Halbleiterschicht 10 kann eine Silizium-(Si)-Schicht, eine Siliziumcarbid-(SiC)-Schicht, eine Galliumnitrid-(GaN)-Schicht oder eine andere Halbleiterschicht mit breiter Bandlücke sein.
Der Siliziumoxidfilm 23 ist so vorgesehen, dass er mit der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium Kontakt hat, und der Siliziumoxidfilm 23 ist so vorgesehen, dass er von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium aus eine sanfte, abwärts gerichtete Neigung aufweist. Der Siliziumoxidfilm 23 ist an der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium vorgesehen, so dass der Rest des leitfähigen Films auf der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium nicht auftritt.
Der Siliziumoxidfilm 21a mit der Breite W ist an der Position auf der äußeren Seite der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium vorgesehen, wobei er von deren äußerer Seite durch den Abstand C getrennt ist, und der Siliziumoxidfilm 21a ist von dem Siliziumoxidfilm 22 bedeckt. Der Siliziumoxidfilm 22 weist eine abwärts gerichtete Neigung auf, in der eine Dicke des Siliziumoxidfilms 22 mit abnehmendem Abstand in Richtung einer äußeren Seite des Siliziumoxidfilms 21a abnimmt.
Ein Siliziumoxidfilm 24 (ein Isolierfilm) ist so vorgesehen, dass er eine obere Oberfläche und die Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium bedeckt, und der Siliziumoxidfilm 24 dient in einem Zellenteil als Gate-Isolierfilm.
Im Zellenteil ist nämlich eine Diffusionsschicht 42 vom p-Typ auf dem oberen Schichtteilbereich auf der einen Hauptoberflächenseite der Halbleiterschicht 10 vorgesehen, und eine Diffusionsschicht 43 vom n-Typ ist auf der Diffusionsschicht 42 vorgesehen. Ein Gategraben 61 ist so vorgesehen, dass er durch die Diffusionsschichten 43 und 42 hindurchgeht und einen inneren Teilbereich der Halbleiterschicht 10 erreicht.
Der Siliziumoxidfilm 24 ist so vorgesehen, dass er eine innere Oberfläche des Gategrabens 61 und eine obere Seite der Diffusionsschicht 43 nahe dem Gategraben 61 bedeckt, und dient als Gate-Isolierfilm. Eine Gateelektrode 62 aus Polysilizium, die eine Störstelle enthält, ist in dem vom Siliziumoxidfilm 24 bedeckten Gategraben 61 eingebettet.
Als die übrigen Konfigurationen ist eine Gateverdrahtung auf der Gateelektrode 62 vorgesehen, ist ein Zwischenschicht-Isolierfilm so vorgesehen, dass er die Gateverdrahtung bedeckt, und eine Emitterelektrode, die durch den Zwischenschicht-Isolierfilm so hindurchgeht, dass sie die Diffusionsschicht 43 zwischen den Gategräben 61 erreicht, ist vorgesehen; diese Konfigurationen stehen jedoch mit der vorliegenden Ausführungsform entfernt in Zusammenhang, so dass deren Veranschaulichung unterlassen wird.
Eine Diffusionsschicht vom p-Typ ist auf der anderen Hauptoberflächenseite der Halbleiterschicht 10 vorgesehen, und eine Kollektorelektrode ist so vorgesehen, dass sie mit der Diffusionsschicht Kontakt hat, und bildet den IGBT; diese Konfigurationen stehen jedoch mit der vorliegenden Ausführungsform entfernt in Zusammenhang, so dass deren Veranschaulichung unterlassen wird.
Die oben beschriebene Halbleiterschicht 10 kann ein Halbleitersubstrat wie etwa ein Si-Substrat, ein SiC-Substrat und ein GaN-Substrat sein und kann auch ein Substrat sein, das aus nur einer epitaktischen Schicht aufgebaut ist, die durch Prozesse geschaffen wird, in denen die epitaktische Schicht auf einem Halbleitersubstrat wie etwa einem Si-Substrat, einem SiC-Substrat und einem GaN-Substrat gebildet und dann das Halbleitersubstrat durch ein mechanisches Verfahren, ein chemisches Verfahren oder ein anderes Verfahren entfernt wird.
< Herstellungsverfahren>
Als Nächstes wird unter Verwendung von 4 bis 29, die einen Herstellungsprozess zeigen, der Grund dafür beschrieben, dass der Rest des leitfähigen Films nicht auf der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium auftritt. In der folgenden Beschreibung sind 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 und 30 Draufsichten, die 2 entsprechen, und 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29 und 31 sind Querschnittsansichten, die 3 entsprechen.
Zunächst wird, wie in 4 und 5 gezeigt ist, der Siliziumoxidfilm 21 auf der einen Hauptoberfläche der Halbleiterschicht 10 vom n-Typ gebildet. Ein thermisches Oxidationsverfahren oder ein Verfahren einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) kann als Verfahren zu dessen Ausbildung angewendet werden.
Als Nächstes wird in einem Prozess, der in 6 und 7 gezeigt ist, ein Resistelement auf dem Siliziumoxidfilm 21 aufgebracht, und ein fotomechanischer Prozess wird durchgeführt, so dass das Resistelement nur in einem Bereich zurückbleibt, wo der Siliziumoxidfilm 21a im Teil mit zusätzlicher Struktur ausgebildet wird, wodurch eine Resistmaske 51 geschaffen wird. Die Resistmaske 51 weist in einer Draufsicht eine Schleifenform mit einer Breite W ähnlich derjenigen des Siliziumoxidfilms 21a auf. Im Zellenteil bedeckt das Resistelement den gesamten Zellenteil, um als die Resistmaske 51 zu verbleiben.
Danach wird unter Verwendung der Resistmaske 51 als Ätzmaske auf dem Siliziumoxidfilm 21 eine Trockenätzung durchgeführt, und der Siliziumoxidfilm 21 wird so strukturiert, dass er die Schleifenform aufweist, so dass der schleifenförmige Siliziumoxidfilm 21a (der schleifenförmige Film) mit der Breite W im Teil mit zusätzlicher Struktur ausgebildet wird. Im Zellenteil wird der Siliziumoxidfilm 21 nicht strukturiert, sondern bleibt bestehen.
Nachdem die Resistmaske 51 entfernt ist, werden von einer oberen Seite der Halbleiterschicht 10 aus in einem in 8 und 9 gezeigten Prozess Störstellenionen vom p-Typ implantiert, so dass die Wannendiffusionsschicht 41 auf dem oberen Schichtteilbereich der Halbleiterschicht 10 gebildet wird. Zu dieser Zeit werden die Ionen unmittelbar unterhalb des Siliziumoxidfilms 21a nicht implantiert, sondern die Wannendiffusionsschicht 41a wird nur mittels einer Diffusion in lateraler Richtung der implantierten Ionen (Dotierstoff) gebildet, so dass eine Störstellenkonzentration der Wannendiffusionsschicht 41a niedriger als diejenige der umgebenden Wannendiffusionsschicht 41 ist.
Falls die Breite W des Siliziumoxidfilms 21a, die unter Verwendung von 8 und 9 beschrieben wurde, zu groß ist, kommt ein Bereich, wo die Wannendiffusionsschicht 41 nicht gebildet wird, unmittelbar unterhalb des Siliziumoxidfilms 21a nur mittels einer Diffusion in lateraler Richtung des Dotierstoffs vor. Dementsprechend wird die Breite W des Siliziumoxidfilms 21a so eingestellt, dass sie einen kleineren Wert als das 2,0-Fache einer Distanz der Diffusion in lateraler Richtung des Dotierstoffs oder einen kleineren Wert als das 1,2-Fache einer Distanz einer Diffusion in vertikaler Richtung des Dotierstoffs aufweist.
Gemäß solch einer Einstellung wird die Wannendiffusionsschicht 41 die Wannendiffusionsschicht 41a, die unmittelbar unterhalb des Siliziumoxidfilms 21a eine verringerte Konzentration aufweist; jedoch tritt der Bereich, wo die Wannendiffusionsschicht 41 nicht ausgebildet ist, nicht unmittelbar unterhalb des Siliziumoxidfilms 21a auf.
Als Nächstes wird in dem in 10 und 11 gezeigten Prozess der Siliziumoxidfilm 22, der als Fundamentschicht der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium dient, gebildet. Der Siliziumoxidfilm 22 bedeckt im Teil mit zusätzlicher Struktur eine obere Seite der Wannendiffusionsschicht 41 und eine obere Seite des Siliziumoxidfilms 21a und bedeckt im Zellenteil den Siliziumoxidfilm 21. Im Teil mit zusätzlicher Struktur weist ein die obere Seite des Siliziumoxidfilms 21a bedeckender Teilbereich eine höhere Höhe als dessen umgebender Teilbereich auf, so dass der Teil mit zusätzlicher Struktur eine erhabene Oberflächenschicht aufweist.
Als Nächstes wird in einem in 12 und 13 gezeigten Prozess, nachdem die Siliziumoxidfilme 22 und 21 im Zellenteil entfernt sind, im Zellenteil eine Störstelle vom p-Typ im oberen Schichtteilbereich der Halbleiterschicht 10 ionenimplantiert, um die Diffusionsschicht 42 auszubilden. Der Siliziumoxidfilm 22 wird im Teil mit zusätzlicher Struktur belassen, so dass darin die Störstelle vom p-Typ nicht implantiert wird.
Als Nächstes wird in dem in 14 und 15 gezeigten Prozess ein Polysiliziumfilm 311, der als Fundamentelement der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium dient, durch beispielsweise das CVD-Verfahren gebildet. Wenn die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium die Diode zum Detektieren der Temperatur ist, wird zumindest eine einer Störstelle vom p-Typ und einer Störstelle vom n-Typ durch die Ionenimplantation eingebracht, um einen die Störstelle vom p-Typ enthaltenden Anodenbereich und einen die Störstelle vom n-Typ enthaltenden Kathodenbereich im Polysiliziumfilm 311 auszubilden, und ein pn-Übergang wird geschaffen. Ein lonenimplantationsbereich wird so eingerichtet, dass der pn-Übergang in dem Bereich gebildet wird, wo die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium gebildet wird.
Als Nächstes wird in einem in 16 und 17 gezeigten Prozess ein Resistelement auf dem Polysiliziumfilm 311 aufgebracht, und ein fotomechanischer Prozess wird so durchgeführt, dass das Resistelement nur in dem Bereich zurückbleibt, wo die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium im Teil mit zusätzlicher Struktur gebildet wird, wodurch eine Resistmaske 52 geschaffen wird. Die Resistmaske 52 hat in einer Draufsicht eine quadratische Form ähnlich derjenigen der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium.
Danach wird auf dem Polysiliziumfilm 311 unter Verwendung der Resistmaske 52 als Ätzmaske eine Trockenätzung durchgeführt, und der Polysiliziumfilm 311 wird so strukturiert, dass er die quadratische Form aufweist, so dass die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium im Teil mit zusätzlicher Struktur gebildet wird. Das Resistelement wird im Zellenteil entfernt, so dass der Polysiliziumfilm 311 entfernt wird.
Auf der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium ist die Resistmaske 52 so ausgebildet, dass die Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium an einer Position gelegen ist, die von einer Endoberfläche auf einer inneren Seite des schleifenförmigen Siliziumoxidfilms 21a durch den Abstand C getrennt ist.
Nachdem die Resistmaske 52 entfernt ist, wird in einem in 18 und 19 gezeigten Prozess im Zellenteil eine Störstelle vom n-Typ in einem oberen Schichtteilbereich der Diffusionsschicht 42 ionenimplantiert, um die Diffusionsschicht 43 auszubilden. Wenn die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium die Diode zum Detektieren der Temperatur ist, kann die Störstelle vom n-Typ in einem Bereich einer Resistöffnung in dieser Phase implantiert werden, um den pn-Übergang auszubilden.
Als Nächstes wird in dem in 20 und 21 gezeigten Prozess der Siliziumoxidfilm 23, der zur Zeit einer Ausbildung des Graben-Gates im Zellenteil als die Ätzmaske dient, gebildet. Der Siliziumoxidfilm 23 wird auch im Teil mit zusätzlicher Struktur ausgebildet, und der Siliziumoxidfilm 23 weist eine sanfte, stufenartige Oberflächenschicht aufgrund des durch den Siliziumoxidfilm 21a hervorgerufenen erhabenen Teilbereichs in einem Stirnkantenteil der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium auf.
Der Abstand C von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zu dem schleifenförmigen Siliziumoxidfilm 21a ist hierin so eingerichtet, dass er einen kleineren Wert als das Zweifache einer Filmdicke Tox3 des Siliziumoxidfilms 23 hat, so dass der Siliziumoxidfilm 23 die sanfte, stufenartige Oberflächenschicht im Stirnkantenteil der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium aufweist.
Als Nächstes wird in einem in 22 und 23 gezeigten Prozess der Siliziumoxidfilm 23 strukturiert und mit einer Öffnung in einem Teilbereich versehen, der dem Bereich entspricht, wo der Gategraben 61 gebildet wird, wodurch eine Ätzmaske geschaffen wird, und eine Trockenätzung wird unter Verwendung der Ätzmaske durchgeführt, um den Gategraben 61 auszubilden, der durch die Diffusionsschichten 43 und 42 im Zellenteil hindurchgeht und den inneren Teilbereich der Halbleiterschicht 10 erreicht. Entsprechend dieser Bearbeitung nimmt die Filmdicke des Siliziumoxidfilms 23 in einem gewissen Maße ab.
Anschließend werden Oxidation und eine isotrope Ätzung wie etwa eine Nassätzung und eine chemische Trockenätzung (CDE) einige Male wiederholt, um eine Schicht mit Ätzschädigungen in einer Oberflächenschicht der inneren Wand des Gategrabens 16 im Zellenteil zu entfernen. Entsprechend dieser Bearbeitung wird die innere Wand des Gategrabens 16 geglättet und wird der Siliziumoxidfilm 23 im Zellenteil in dem in 24 und 25 gezeigten Prozess vollständig entfernt. Im Teil mit zusätzlicher Struktur ist jedoch die Filmdicke des Siliziumoxidfilms 23 in einer senkrechten Richtung in einem Teilbereich zwischen dem erhabenen Teilbereich in der Oberflächenschicht des Siliziumoxidfilms 22, der durch den Siliziumoxidfilm 21a hervorgerufen wird, und der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium groß, so dass der Siliziumoxidfilm 23 nicht vollständig entfernt wird, sondern der Siliziumoxidfilm 23 so zurückbleibt, dass er von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium aus die sanfte, abwärts gerichtete Neigung aufweist. Mit anderen Worten ist der Teil, der von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zum Siliziumoxidfilm 21a reicht, von dem Siliziumoxidfilm mit der sanften, stufenartigen Oberflächenschicht bedeckt.
Als Nächstes wird in einer in 26 und 27 gezeigten Bearbeitung die gesamte Oberfläche des Siliziumoxidfilms 24 ausgebildet, um die innere Oberfläche des Gategrabens 61 im Zellenteil und die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium im Teil mit zusätzlicher Struktur zu bedecken. Der Siliziumoxidfilm 24 ist auf dem Siliziumoxidfilm 23 und dem Siliziumoxidfilm 22 im Teil mit zusätzlicher Struktur nicht veranschaulicht, da sie die gleichen Siliziumoxidfilme sind und nicht voneinander unterschieden werden können, so dass die Veranschaulichung unterlassen wird.
Nachdem der Siliziumoxidfilm 24 ausgebildet ist, wird beispielsweise mittels des CVD-Verfahrens die gesamte Oberfläche des Polysiliziumfilms 32 gebildet, und der Gategraben 61 wird mit dem Polysiliziumfilm 32 im Zellenteil eingebettet. Im Teil mit zusätzlicher Struktur bleibt hierin der Siliziumoxidfilm 23 an der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zurück, so dass der Polysiliziumfilm 32 die sanfte, stufenartige Oberflächenschicht nahe dem Endteilbereich der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium aufweist, und die Filmdicke des Polysiliziumfilms 32 in einer senkrechten Richtung ist gering.
Als Nächstes wird der Polysiliziumfilm 32 geätzt, so dass er nur in einer inneren Seite des Gategrabens 61 zurückbleibt, und die Gateelektrode 62 wird geschaffen. Zu diesem Zeitpunkt ist im Teil mit zusätzlicher Struktur die Filmdicke des Polysiliziumfilms 32 in der senkrechten Richtung nahe dem Endteilbereich der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium gering, so dass, wie in 2 und 3 gezeigt ist, der Rest des Polysiliziumfilms 32 auf der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium nicht vorkommt.
Wie oben beschrieben wurde, ist in dem IGBT 100 des Graben-Gate-Typs gemäß der vorliegenden Ausführungsform 1 der schleifenförmige Siliziumoxidfilm 21a so vorgesehen, dass er die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium umgibt, so dass der Teilbereich nahe dem Endteilbereich der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium bis zum Siliziumoxidfilm 21a von dem Siliziumoxidfilm mit der sanften, stufenartigen Oberflächenschicht bedeckt ist, und die Wannendiffusionsschicht 41a, die unmittelbar unterhalb des Siliziumoxidfilms 21a ausgebildet ist, weist eine niedrigere Störstellenkonzentration als diejenige in dem Teilbereich auf, der die Wannendiffusionsschicht 41a umgibt. Durch Anwenden solch einer Konfiguration kommt der Rest des leitfähigen Films nicht auf der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium vor, und, selbst wenn eine hohe Spannung zwischen der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium und der Wannendiffusionsschicht 41 angelegt wird, wird eine elektrische Isolierung aufrechterhalten und tritt somit kein Defekt auf, so dass eine Fertigungsausbeute erhöht werden kann. Nur der Prozess zum Vorsehen des Siliziumoxidfilms 21a wird hinzugefügt, um den oben beschriebenen Effekt zu erhalten, so dass der Herstellungsprozess nicht kompliziert wird.
<Modifikationsbeispiel>
In dem IGBT 100 des Graben-Gate-Typs gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ist, wie unter Verwendung von 8 und 9 beschrieben wurde, die Breite W des Siliziumoxidfilms 21a so eingerichtet, dass sie den Wert kleiner als das 2,0-Fache der Distanz der Diffusion in lateraler Richtung des Dotierstoffs oder den Wert kleiner als das 1,2-Fache der Distanz der Diffusion in vertikaler Richtung des Dotierstoffs aufweist.
In dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ist jedoch, wie in 28 und 29 gezeigt ist, die Breite W des Siliziumoxidfilms 21a so eingerichtet, dass sie den Wert aufweist, der gleich dem 2,0-Fachen der Distanz der Diffusion in lateraler Richtung des Dotierstoffs oder größer ist, oder den Wert, der gleich dem 1,2-Fachen der Distanz der Diffusion in vertikaler Richtung des Dotierstoffs oder größer ist.
Infolgedessen ist eine Wannendiffusionsschicht 41al (eine zweite Diffusionsschicht mit niedriger Konzentration) mit einer verringerten Konzentration unmittelbar unterhalb eines äußeren Stirnkantenteils des Siliziumoxidfilms 21a ausgebildet, ist eine Wannendiffusionsschicht 41ar (eine erste Diffusionsschicht mit niedriger Konzentration) mit einer verringerten Konzentration unmittelbar unterhalb eines inneren Stirnkantenteils des Siliziumoxidfilms 21a ausgebildet, und zwischen den Wannendiffusionsschichten 41al und 41ar ist die Wannendiffusionsschicht 41 nicht ausgebildet, sondern ist der Bereich vom n-Typ ausgebildet.
Da die Wannendiffusionsschicht 41 und die Halbleiterschicht 10 nur von der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium mit dem Siliziumoxidfilm 22 dazwischen elektrisch isoliert sein müssen, besteht kein Problem, selbst wenn es einen Bereich gibt, wo die Wannendiffusionsschicht 41 wie im oben beschriebenen Fall teilweise nicht ausgebildet ist.
Indes kann, wenn die Breite W des Siliziumoxidfilms 21a vergrößert wird, verhindert werden, dass der Siliziumoxidfilm 23 von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium in dem unter Verwendung von 24 und 25 beschriebenen Prozess, in dem die Oxidation und die isotrope Ätzung einige Male auf dem Gategraben 16 im Zellenteil durchgeführt wird, entfernt wird.
Wenn nämlich die Breite W des Siliziumoxidfilms 21a vergrößert wird, nimmt eine Summe des Abstands C von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zum schleifenförmigen Siliziumoxidfilm 21a und der Breite W zu, und eine Länge des Siliziumoxidfilms 23 (L, dargestellt in 23), die sich von der Endoberfläche der zusätzlichen Struktur 31 aus Polysilizium über den Siliziumoxidfilm 21a hinaus nach außen erstreckt, nimmt gemäß der Summe zu. Infolgedessen kann, selbst wenn die Ätzung wie etwa die Nassätzung oder die CDE mit einer großen seitlichen Ätzung angewendet wird, verhindert werden, dass der Siliziumoxidfilm 23 von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium entfernt wird.
30 und 31 zeigen einen Prozess zum Aufbringen des Resistelements auf den Siliziumoxidfilm 21 und Durchführen des fotomechanischen Prozesses, so dass das Resistelement nur in dem Bereich zurückbleibt, wo der Siliziumoxidfilm 21a im Teil mit zusätzlicher Struktur ausgebildet ist, wodurch die Resistmaske 51 geschaffen wird. 30 und 31 entsprechen dem unter Verwendung von 6 und 7 beschriebenen Prozess.
Wie in 30 und 31 gezeigt ist, ist die Breite W der Resistmaske 51 größer als die Breite W der Resistmaske 51, die in 6 und 7 gezeigt ist, so dass der Siliziumoxidfilm 21a mit der großen Breite W gebildet werden kann.
<Ausführungsform 2>
32 und 33 sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines charakteristischen Teils eines IGBT 200 des Graben-Gate-Typs in einer Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, und entsprechen der Draufsicht bzw. der Querschnittsansicht, die die Konfiguration des charakteristischen Teils des in 2 und 3 gezeigten IGBT 100 des Graben-Gate-Typs zeigen. Die gleichen Bezugsziffern wie jene in 2 und 3 sind der gleichen Konfiguration zugeordnet, und eine wiederholte Beschreibung wird unterlassen.
Der IGBT 200 des Graben-Gate-Typs ist von dem IGBT 100 des Graben-Gate-Typs in der Ausführungsform 1 insofern verschieden, als der schleifenförmige Siliziumoxidfilm 21a und ein schleifenförmiger Siliziumoxidfilm 21b (ein vierter Siliziumoxidfilm) die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium doppelt umgeben.
Die Ausführungsform 2 ist nämlich insofern die Gleiche wie die Ausführungsform 1, als der schleifenförmige Siliziumoxidfilm 21a mit einer Breite Wa so vorgesehen ist, dass er die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium an der Position auf der äußeren Seite der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium umgibt, wobei er von deren äußerer Seite durch den Abstand C getrennt ist, ist aber insofern verschieden, als der schleifenförmige Siliziumoxidfilm 21b mit einer Breite Wb so vorgesehen ist, dass er den Siliziumoxidfilm 21a weiter außerhalb des Siliziumoxidfilms 21a umgibt. Auf den schleifenförmigen Siliziumoxidfilm 21b wird in einigen Fällen im Folgenden auch als der andere schleifenförmige Film verwiesen.
Wenn die Wannendiffusionsschichten 41a und 41b, die jeweils eine niedrigere Konzentration als die umgebende Wannendiffusionsschicht 41 aufweisen, unmittelbar unterhalb der Siliziumoxidfilme 21a bzw. 21b ausgebildet werden, wird jede der Breiten Wa und Wb so eingerichtet, dass sie einen Wert kleiner als das 2,0-Fache der Distanz der Diffusion in lateraler Richtung des Dotierstoffs oder einen Wert kleiner als das 1,2-Fache der Distanz der Diffusion in vertikaler Richtung des Dotierstoffs aufweisen.
Wenn die Siliziumoxidfilme 21a und 21b auf diese Weise vorgesehen werden, bleibt der Siliziumoxidfilm 23 auf der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zurück, und der Siliziumoxidfilm 23 bleibt auch zwischen den Siliziumoxidfilmen 21a und 21b zurück.
Wie oben beschrieben wurde, wird, wenn die Siliziumoxidfilme 21a und 21b vorgesehen werden, der gleiche Effekt wie im Fall einer Vergrößerung der Breite W des Siliziumoxidfilms 21a erhalten. Wenn nämlich die Siliziumoxidfilme 21a und 21b vorgesehen werden, vergrößert sich eine Länge des Siliziumoxidfilms 23, der sich von der Endoberfläche der zusätzlichen Struktur 31 aus Polysilizium über die Siliziumoxidfilme 21a und 21b hinaus nach außen erstreckt, gemäß einer Summe des Abstands C von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium bis zum schleifenförmigen Siliziumoxidfilm 21a und eines Abstands D von einer inneren Endoberfläche des Siliziumoxidfilms 21a zu einer äußeren Endoberfläche des Siliziumoxidfilms 21b. Infolgedessen kann, selbst wenn die Ätzung wie etwa die Nassätzung oder die CDE mit einer großen seitlichen Ätzung angewendet wird, verhindert werden, dass der Siliziumoxidfilm 23 von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium entfernt wird.
34 und 35 zeigen einen Prozess zum Aufbringen des Resistelements auf dem Siliziumoxidfilm 21 und Durchführen des fotomechanischen Prozesses, so dass das Resistelement nur in dem Bereich zurückbleibt, wo die Siliziumoxidfilme 21a und 21b im Teil mit zusätzlicher Struktur ausgebildet sind, wodurch die Resistmaske 51 geschaffen wird. 34 und 35 entsprechen dem unter Verwendung von 6 und 7 beschriebenen Prozess.
Wenn die Siliziumoxidfilme 21a und 21b vorgesehen werden, müssen deren Breiten nicht vergrößert werden, so dass der Bereich, wo die Wannendiffusionsschicht 41 nicht ausgebildet wird, nicht unmittelbar unterhalb der Siliziumoxidfilme 21a und 21b wie im Fall einer Vergrößerung der Breiten auftritt, und die Wannendiffusionsschicht 41 ist nicht geteilt. Diese Konfiguration kann auf einen Fall angewendet werden, in dem die Teilung der Wannendiffusionsschicht 41 nicht bevorzugt wird.
Falls es kein Problem gibt, selbst wenn die Wannendiffusionsschicht 41 unmittelbar unterhalb der Siliziumoxidfilme 21a und 21b nicht ausgebildet ist, aber der Bereich vom n-Typ ausgebildet ist, so dass die Wannendiffusionsschicht 41 geteilt ist, können die Breite Wa des Siliziumoxidfilms 21a und die Breite Wb des Siliziumoxidfilms 21b auf einen Wert eingestellt werden, der gleich dem 2,0-Fachen der Distanz der Diffusion in lateraler Richtung des Dotierstoffs oder größer ist, oder einen Wert, der gleich dem 1,2-Fachen der Distanz der Diffusion in vertikaler Richtung des Dotierstoffs oder größer ist.
Oben ist das Beispiel beschrieben, in dem die schleifenförmigen Siliziumoxidfilme 21a und 21b die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium doppelt umgeben; jedoch kann die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium drei- oder mehrfach umgeben sein. Auch in diesem Fall ist die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium so angeordnet, dass die Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium an der Position auf der inneren Seite der Endoberfläche des innersten schleifenförmigen Siliziumoxidfilms gelegen ist, wobei sie von dessen innerer Seite durch den Abstand C getrennt ist.
<Modifikationsbeispiel>
In dem IGBT 200 des Graben-Gate-Typs gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 2 ist die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium so angeordnet, dass die Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium an der Position auf der inneren Seite der Endoberfläche des innersten Siliziumoxidfilms 21a gelegen ist, wobei sie von dessen innerer Seite durch den Abstand C wie unter Verwendung von 32 und 33 beschrieben getrennt ist; jedoch kann die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium so angeordnet sein, dass die Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zwischen den Siliziumoxidfilmen 21a und 21b gelegen ist, wie in 36 und 37 gezeigt ist.
Diese Konfiguration ist insofern die Gleiche wie diejenige in der Ausführungsform 2, als der schleifenförmige Siliziumoxidfilm 21a mit der Breite Wa so vorgesehen ist, dass er die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium an der Position auf der äußeren Seite der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium umgibt, wobei er von deren äußerer Seite durch den Abstand C getrennt ist, ist aber insofern verschieden, als der schleifenförmige Siliziumoxidfilm 21b mit der Breite Wb so vorgesehen ist, dass er die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium auf der inneren Seite des Siliziumoxidfilms 21a umgibt.
Auch in diesem Fall kann der Siliziumoxidfilm 23 auf der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zurückbleiben. Falls man diese Konfiguration übernimmt, wird die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium so gebildet, dass man sie auf dem Teilbereich mit der unebenen Oberfläche erhält, wie durch das Vorhandensein des Siliziumoxidfilms 21b hervorgerufen wird, so dass eine Adhäsionsfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium und des Siliziumoxidfilms 22 als die Fundamentschicht zunimmt, und der Effekt, dass ein Ablösen der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium vom Siliziumoxidfilm 22 unterdrückt wird, wird verstärkt, selbst wenn ein Stoß bzw. eine Einwirkung und eine Spannung von außen beaufschlagt werden.
Oben ist das Beispiel beschrieben, in dem die schleifenförmigen Siliziumoxidfilme 21a und 21b die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium doppelt umgeben; jedoch kann die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium drei- oder mehrfach umgeben sein. Auch in diesem Fall ist die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium so angeordnet, dass die Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium zwischen beliebigen der Vielzahl schleifenförmiger Siliziumoxidfilme gelegen ist und die Endoberfläche der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium von der Endoberfläche auf der inneren Seite des schleifenförmigen Siliziumoxidfilms durch den Abstand C getrennt ist.
<Ein weiteres Beispiel einer hinzugefügten Struktur aus Polysilizium>
Die IGBTs 100 und 200 des Graben-Gate-Typs gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 beschreiben das Beispiel, in dem die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium, die als die Diode zum Detektieren der Temperatur dient, im zentralen Teil des aktiven Bereichs AR vorgesehen ist; die Diode zum Detektieren der Temperatur kann jedoch auf einem Stirnkantenteil des aktiven Bereichs AR vorgesehen sein.
38 zeigt eine Konfiguration, in der eine hinzugefügte Struktur 31f aus Polysilizium, die als Diode zum Detektieren der Temperatur dient, auf einer oberen Seite eines Teils der Wannendiffusionsschicht 41 vorgesehen ist, die den aktiven Bereich AR umgibt, und entspricht 1.
Eine zusätzliche Verwendung der Konfiguration, in der die hinzugefügte Struktur 31 aus Polysilizium, die als die Diode zum Detektieren der Temperatur dient, im zentralen Teil des aktiven Bereichs AR vorgesehen ist, wie in 1 gezeigt, ist ebenfalls praktisch einsetzbar.
Die hinzugefügte Struktur aus Polysilizium kann als eine Struktur zum Puffern einer Einwirkung zur Zeit eines Druckbondens eines Drahts an ein Elektrodenpad auf einer Oberfläche einer Vorrichtung mittels Drahtbonden vorgesehen werden. Das Elektrodenpad ist in vielen Fällen auf dem Stirnkantenteil des aktiven Bereichs AR vorgesehen, so dass beispielsweise eine hinzugefügte Struktur 31g aus Polysilizium als die Struktur zum Puffern einer Einwirkung auf einer oberen Seite des Teils der Wannendiffusionsschicht 41, die den aktiven Bereich AR umgibt, vorgesehen wird.
Der Siliziumoxidfilm 23 ist auch so vorgesehen, dass er in der Art ähnlich der hinzugefügten Struktur 31 aus Polysilizium mit der Endoberfläche in jeder der hinzugefügten Strukturen 31f und 31g aus Polysilizium Kontakt hat, so dass der Rest des leitfähigen Films auf der Endoberfläche von jeder der hinzugefügten Strukturen 31f und 31g aus Polysilizium nicht vorkommt.
Der Siliziumoxidfilm 21a mit der Breite W ist an einer Position auf einer äußeren Seite der Endoberfläche von jeder der hinzugefügten Strukturen 31f und 31g aus Polysilizium vorgesehen, wobei er von deren äußerer Seite durch den Abstand C auf der Wannendiffusionsschicht 41 wie in 3 gezeigt getrennt ist.
Außerdem wird als eine oben beschriebene Konfiguration die hinzugefügte Struktur aus Polysilizium auch auf einen Fall angewendet, in dem die pn-Übergangsstruktur des Polysiliziumfilms vom p-Typ und des Polysiliziumfilms vom n-Typ auf der Wannendiffusionsschicht mit dem Siliziumoxidfilm dazwischen vorgesehen ist, so dass eine elektrische Isolierung des benachbarten Zellenteils gemäß einer Übergangs-Durchschlagspannung der pn-Übergangsstruktur aufrechterhalten wird. Die oben beschriebene Konfiguration zum Verhindern des Rests ist auch beim Ausbilden solch einer pn-Übergangsstruktur effektiv.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die obigen Ausführungsformen beliebig kombiniert werden, oder jede Ausführungsform kann innerhalb des Umfangs der Erfindung geeignet variiert oder weggelassen werden.
Obgleich die Erfindung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht beschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010129707 [0002]
JP 3076250 [0003]
JP 2011082411 [0005]

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Halbleiterschicht (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Diffusionsschicht (41) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf einem oberen Schichtteilbereich der Halbleiterschicht vorgesehen ist; eine hinzugefügte Struktur (31) aus Polysilizium, die aus Polysilizium so gebildet ist, dass sie auf der Diffusionsschicht mit einem ersten Siliziumoxidfilm (22) dazwischen vorgesehen ist; einen zweiten Siliziumoxidfilm (23), der so vorgesehen ist, dass er mit einer Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium Kontakt hat, und von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium aus eine sanfte, abwärts gerichtete Neigung aufweist; und einen dritten Siliziumoxidfilm (21a), der auf der Diffusionsschicht mit einem vorbestimmten Abstand (C) von der Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium vorgesehen ist und von dem ersten Siliziumoxidfilm bedeckt ist, wobei der erste Siliziumoxidfilm bei einem Teilbereich, der den dritten Siliziumoxidfilm bedeckt, erhaben ist und einen Siliziumoxidfilm mit einer sanften, stufenartigen Oberflächenschicht bildet, die von dem erhabenen Teil und dem zweiten Siliziumoxidfilm mit der sanften, abwärts gerichteten Neigung gebildet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diffusionsschicht zumindest eine Diffusionsschicht (41a) mit niedriger Konzentration umfasst, die eine niedrigere Störstellenkonzentration als eine Störstellenkonzentration eines umgebenden Gebiets in einem Teilbereich unmittelbar unterhalb des dritten Siliziumoxidfilms aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Diffusionsschicht erste und zweite Diffusionsschichten (41ar, 41al) mit niedriger Konzentration, die jeweils eine niedrigere Störstellenkonzentration als eine Störstellenkonzentration eines umgebenden Gebiets aufweisen, in einem Teilbereich unmittelbar unterhalb eines Stirnkantenteils auf einer Seite der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium in dem dritten Siliziumoxidfilm und einem Teilbereich unmittelbar unterhalb eines Stirnkantenteils auf einer entgegengesetzten Seite der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium umfasst und die Halbleiterschicht zwischen den ersten und zweiten Diffusionsschichten niedriger Konzentration enthält.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, umfassend einen vierten Siliziumoxidfilm (21b), der auf der Diffusionsschicht mit einem vorbestimmten Abstand (C) vom dritten Siliziumoxidfilm auf einer entgegengesetzten Seite der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium vorgesehen ist, wobei der erste Siliziumoxidfilm in einem die dritten und vierten Siliziumoxidfilme bedeckenden Teilbereich erhaben ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, umfassend einen vierten Siliziumoxidfilm (21b), der auf der Diffusionsschicht mit einem vorbestimmten Abstand (C) von dem dritten Siliziumoxidfilm auf einer Seite der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium vorgesehen ist, wobei der erste Siliziumoxidfilm in einem die dritten und vierten Siliziumoxidfilme bedeckenden Teilbereich erhaben ist, und die hinzugefügte Struktur aus Polysilizium so ausgebildet ist, dass man sie auf einem Teilbereich erhält, wo der erste Siliziumoxidfilm den vierten Siliziumoxidfilm bedeckt.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, umfassend die Schritte: (a) Ausbilden eines dritten Siliziumoxidfilms (21) auf einer Halbleiterschicht (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps; (b) Strukturieren des dritten Siliziumoxidfilms, um einen schleifenförmigen Film (21a) mit einer ersten Breite (W) auszubilden; (c) nach dem Schritt (b), lonenimplantieren einer Störstelle eines zweiten Leitfähigkeitstyps von einer oberen Seite des schleifenförmigen Films aus, um eine Diffusionsschicht (41) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf einem oberen Schichtteilbereich der Halbleiterschicht auszubilden; (d) nach dem Schritt (c), Ausbilden eines ersten Siliziumoxidfilms (22) auf der Halbleiterschicht, um den schleifenförmigen Film zu bedecken; (e) Ausbilden eines ersten Polysiliziumfilms (311) auf dem ersten Siliziumoxidfilm; (f) Strukturieren des Polysiliziumfilms, um eine hinzugefügte Struktur (31) aus Polysilizium auszubilden; (g) Ausbilden eines zweiten Siliziumoxidfilms (23) auf der Halbleiterschicht, um die hinzugefügte Struktur aus Polysilizium zu bedecken; (h) nach dem Schritt (g), Entfernen des zweiten Siliziumoxidfilms und Belassen des zweiten Siliziumoxidfilms nur auf einer Endoberfläche der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium, so dass er von der Endoberfläche aus eine sanfte, abwärts gerichtete Neigung aufweist; (i) Ausbilden eines Isolierfilms (24) und eines zweiten Polysiliziumfilms (32) in Schichten, um die ersten und zweiten Siliziumoxidfilme und die hinzugefügte Struktur aus Polysilizium zu bedecken; und (j) teilweises Entfernen des zweiten Polysiliziumfilms, wobei der Schritt (f) einen Schritt zum Ausbilden der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium einschließt, so dass eine Endoberfläche auf einer inneren Seite des schleifenförmigen Films von dem Endteilbereich der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium durch einen vorbestimmten Abstand (C) getrennt ist.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Schritt (b) einen Schritt zum Einstellen der ersten Breite des schleifenförmigen Films auf einen Wert, der kleiner als das 2,0-Fache einer Distanz einer Diffusion in lateraler Richtung eines Dotierstoffs der Diffusionsschicht ist, oder einen Wert, der kleiner als das 1,2-Fache einer Distanz einer Diffusion in vertikaler Richtung des Dotierstoffs ist, einschließt.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Schritt (b) einen Schritt zum Einstellen der ersten Breite des schleifenförmigen Films auf einen Wert, der gleich dem 2,0-Fachen einer Distanz einer Diffusion in lateraler Richtung eines Dotierstoffs der Diffusionsschicht oder größer ist, oder einen Wert, der gleich dem 1,2-Fachen einer Distanz einer Diffusion in vertikaler Richtung des Dotierstoffs oder größer ist, einschließt.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der vorbestimmte Abstand auf einen kleineren Wert als das Zweifache einer Filmdicke (Tox3) des zweiten Siliziumoxidfilms eingestellt wird.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Schritt (b) einen Schritt zum Strukturieren zumindest eines schleifenförmigen Films (21b), der von dem schleifenförmigen Film verschieden ist, auf einer äußeren Seite des schleifenförmigen Films einschließt, und der Schritt (d) einen Schritt zum Ausbilden des ersten Siliziumoxidfilms einschließt, um den schleifenförmigen Film und den zumindest einen schleifenförmigen Film, der von dem schleifenförmigen Film verschieden ist, zu bedecken.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Schritt (b) einen Schritt zum Strukturieren zumindest eines schleifenförmigen Films (21b), der von dem schleifenförmigen Film verschieden ist, auf einer inneren Seite des schleifenförmigen Films einschließt, der Schritt (d) einen Schritt zum Ausbilden des ersten Siliziumoxidfilms einschließt, um den schleifenförmigen Film und den zumindest einen schleifenförmigen Film, der von dem schleifenförmigen Film verschieden ist, zu bedecken, und der Schritt (f) einen Schritt zum Ausbilden der hinzugefügten Struktur aus Polysilizium einschließt, um sie auf einem Teilbereich zu erhalten, wo der erste Siliziumoxidfilm den zumindest einen schleifenförmigen Film, der von dem schleifenförmigen Film verschieden ist, bedeckt.