JP2010232627A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のストライプ状平面形状を有するトレンチ7間に配置され、チャネル領域2と半導体基板1からなる基板層1との間に、該基板層1より高濃度n型で面方向では前記トレンチ7の側壁側で高濃度、該トレンチ7から離れるにつれて低濃度になる不純物濃度分布を有するチャネル変形領域8を備えている半導体装置。
【選択図】 図28
Description
本発明は、また、前記複数のストライプ状平面形状を有するトレンチ間に配置される前記p型チャネル領域が、表面層にn型エミッタ領域を、備える領域と備えない領域とを有する半導体装置とする。
本発明は、また、前記表面層にn型エミッタ領域を備えない領域の表面には絶縁膜が被覆されて前記エミッタ電極と絶縁される半導体装置とするものである。
本発明は、また、前記チャネル変形領域を形成するn型のイオン種が半導体基板/酸化膜界面における半導体基板への偏析係数が大きいイオン種である半導体装置とするものである。
本発明は、また、前記トレンチの平面パターンが直線状で、所定の間隔に配置される複数の単位トレンチに分割され、前記チャネル変形領域が、前記単位トレンチに沿って形成される半導体装置とするものである。
本発明は、前記p型チャネル領域であって、表面層にn型エミッタ領域を備えない領域の拡散深さが前記低濃度のp型電界緩和領域よりも深い半導体装置とすることもできる。
本発明は、また、前記第2導電型コレクタ層と前記基板層の間に、前記半導体基板層よりも高濃度のn型フィールドストップ層もしくはn型バッファ層が形成される半導体装置とするものである。
本発明は、また、n型の前記カソード領域が、前記ストライプ状平面形状を有するトレンチの長手方向に平行に配置される半導体装置とするものである。
本発明は、また、前記トレンチを形成した後に、n型のイオン種を、前記トレンチに対して斜め上方からイオン注入し、その後に熱拡散処理を行うことによって前記チャネル変形領域を形成する半導体装置の製造方法とするものである。
本発明は、また、前記トレンチを形成した後に該トレンチ底部に向かって、p型のイオン種を、前記トレンチに対して垂直な上方からイオン注入し、その後に熱拡散処理を行うことによって、前記トレンチの底部に配置されるp型の電界緩和領域を形成する半導体装置の製造方法とするものである。
本発明にかかる実施例1のトレンチ型IGBT(図3)と、従来構成のトレンチ型IGBTの図26および前記特許文献1の図40に相当する本書に添付の図27との相違点は、実施例1(図3)では、p型チャネル領域2とn型基板層1との間のn型チャネル変形領域8が、半導体基板面に平行な方向に関し、トレンチ側壁側で高濃度、トレンチ間の中央部近傍で低濃度という濃度勾配の不純物濃度分布を備えることである。さらに、この図3のトレンチ型IGBTではトレンチ底部に低濃度のp型電界緩和領域10を備えていることも前記図26、図27のトレンチ型IGBTと異なっている。前記図27に示すトレンチ型IGBTのトレンチ底部に設けられるp型領域は、前記図3の前記p型電界緩和領域10よりも高濃度である点が異なる。
第六の効果−トレンチ7底部のp型電界緩和領域10の濃度が低濃度であるため、p型電界緩和領域10の横方向(面方向)の幅がばらついた場合においても、オン電圧の変動量が少ない。
n型半導体基板1として、抵抗率50Ωcm、厚さ500μmのFZ−n型シリコン半導体基板を準備する。従来方法に沿って、主電流の流れる活性領域の外側にフィールドリミッティングリング(またはガードリング)を含む耐圧構造領域(図示せず)の形成などの工程を経た後に、活性領域内のトレンチ形成工程に入る。
従来構成のトレンチ型IGBT(図25)との相違点は、図28では、p型チャネル領域2に接し、p型チャネル領域2とn型半導体基板1との間に形成される領域であって、n型半導体基板面の水平な方向に対してトレンチ7に接する部分で高濃度に、トレンチ7とトレンチ7間の中間近傍で低濃度になるように形成される濃度プロファイルのn型チャネル変形領域8が形成されている点である。
2、 p型チャネル領域
3、3a、3b p+型ボディ領域
4、 n+型エミッタ領域
5、 ゲート酸化膜
6、 ドープドポリシリコン、高濃度ポリシリコン
7、 トレンチ
8、 n型チャネル変形領域
9、 層間絶縁膜
10、 電界緩和領域
11、 FS(Field Stop)層
12、 コレクタ層
13、 カソード領域
20、 エミッタ電極
21、 コレクタ電極
30、 耐圧構造領域
31、 ゲート電極配線
32、 ゲートパッド
200 p型チャネル領域
300 p型チャネル領域
400 p型チャネル領域。
Claims (26)
- 第1導電型の半導体基板の一方の主面側の表面層に選択的に形成される第2導電型のチャネル領域と該チャネル領域内の表面層に選択的に形成される第1導電型エミッタ領域と、前記チャネル領域表面と前記エミッタ領域表面とに接触するエミッタ電極と、前記第1導電型のエミッタ領域表面から、前記チャネル領域を貫き、前記半導体基板に達する複数のストライプ状平面形状を有するトレンチと、該トレンチ内にゲート絶縁膜を介して前記第2導電型のチャネル領域に対向するゲート電極を備える半導体装置であって、前記複数のストライプ状平面形状を有するトレンチ間に配置され、前記チャネル領域と前記半導体基板との間に、該基板より高濃度の第1導電型で半導体基板の主面方向では前記トレンチの側壁側で高濃度、該トレンチから離れるにつれて低濃度になる不純物濃度分布を有するチャネル変形領域を備えていることを特徴とする半導体装置。
- 前記トレンチの底部に前記第2導電型のチャネル領域より低濃度の第2導電型電界緩和領域を備えていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記複数のストライプ状平面形状を有するトレンチ間に配置される前記第2導電型チャネル領域が、表面層に第1導電型エミッタ領域を備える領域と、表面層に第1導電型エミッタ領域を備えない領域とを有することを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記第2導電型チャネル領域であって、表面層に第1導電型エミッタ領域を備える領域と、表面層に第1導電型エミッタ領域を備えない領域の前記トレンチ間の幅が異なることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 前記第2導電型チャネル領域であって、前記表面層に第1導電型エミッタ領域を備えない領域の表面には絶縁膜が被覆されて前記エミッタ電極と絶縁されていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 前記チャネル変形領域が、トレンチ間の中央に沿って露出する前記半導体基板の一方の主面により分離されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記チャネル変形領域を形成する第2導電型のイオン種が半導体基板/酸化膜界面における半導体基板への偏析係数が大きいイオン種であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記チャネル変形領域がトレンチよりも深く形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記トレンチの平面パターンが直線状で、所定の間隔に配置される複数の単位トレンチに分割され、前記チャネル変形領域が、前記単位トレンチに沿って形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記第2導電型チャネル領域であって、表面層に第1導電型エミッタ領域を備えない領域の拡散深さが、表面層に第1導電型エミッタ領域を備える領域の拡散深さより深いことを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記第2導電型チャネル領域であって、表面層に第1導電型エミッタ領域を備えない領域の拡散深さが前記トレンチよりも深いことを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記第2導電型チャネル領域であって、表面層に第1導電型エミッタ領域を備えない領域の拡散深さが前記低濃度の第2導電型電界緩和領域よりも深いことを特徴とする請求項2または8記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の他方の主面側の表面層に第2導電型コレクタ層を備えていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記第2導電型コレクタ層と前記基板層の間に、前記半導体基板よりも高濃度の第1導電型フィールドストップ層もしくは第1導電型バッファ層が形成されていることを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
- 前記第2導電型コレクタ層が、第1導電型のカソード領域と前記第2導電型のコレクタ領域とを備えていることを特徴とする請求項13または14記載の半導体装置。
- 第1導電型の前記カソード領域が、前記ストライプ状平面形状を有するトレンチの長手方向に平行に配置されていることを特徴とする請求項15記載の半導体装置。
- 第1導電型の前記カソード領域が、前記ストライプ状平面形状を有するトレンチの長手方向に交差する方向に配置されていることを特徴とする請求項15記載の半導体装置。
- 前記トレンチを形成した後に、第1導電型のイオン種を、前記トレンチに対して斜め上方からイオン注入し、その後に熱拡散処理を行うことによって前記チャネル変形領域を形成することを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1導電型のイオン種を、前記トレンチに対して斜め上方からイオン注入する前に、前記トレンチを酸化膜で覆うことを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチを形成した後に該トレンチ底部に向かって、第2導電型のイオン種を、前記トレンチに対して垂直な上方からイオン注入し、その後に熱拡散処理を行うことによって、前記トレンチの底部に配置される第2導電型の電界緩和領域を形成することを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
- 第2導電型のイオン種を、前記トレンチに対して垂直方向からイオン注入する前に、前記トレンチをスクリーン酸化膜で覆うことを特徴とする請求項20記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチに対して、垂直方向からイオン注入して形成する前記電界緩和領域と斜め上方からイオン注入して形成する前記チャネル変形領域を、同じ工程内で続けて行うことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1導電型のイオン種を前記トレンチに対して斜め上方からイオン注入し、続いて第2導電型のイオン種を垂直方向からイオン注入する前に、前記トレンチをスクリーン酸化膜で覆うことを特徴とする請求項22記載の半導体装置の製造方法。
- ゲート絶縁膜の形成後、前記トレンチにドープドポリシリコン層を埋め込む工程と、第2導電型ドーパントのイオン注入および熱拡散処理により前記第2導電型チャネル領域を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
- 前記チャネル変形領域が、前記第1導電型半導体基板に形成された酸化膜の所要の位置に開口部を設ける工程と、前記酸化膜の開口部から前記半導体基板に所定の深さのトレンチを形成する工程と、前記トレンチをエピタキシャル成長によって、第1導電型の半導体層で濃度分布を持たせながら埋め込む工程と、前記半導体基板の主面を平坦化する工程とにより形成されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1導電型半導体基板がn型シリコン半導体基板であって、前記チャネル変形領域を形成するドーパントがリンまたはひ素であることを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。
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