[发明专利]半导体装置以及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置以及半导体装置的制造方法。

背景技术

在推进电力转换装置的低耗电化进程中，期望在电力转换装置中发挥核心作用的功率器件(开关器件)为低耗电化，在这样的功率器件中，通常使用能够通过电导率调制效果而降低通态电压、并且能够通过向绝缘栅施加电压而容易地控制电流的电压驱动型的绝缘栅型双极晶体管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)。

作为该IGBT的MOS栅(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅)结构，已知有在基板正面设置了栅电极的平面栅构造，和将栅电极填入到在基板正面侧设置的沟槽内的沟槽栅构造。由于沿沟槽的两侧壁形成有沟道的沟槽栅型IGBT比沿基板正面形成有沟道的平面栅型IGBT的沟道密度大，能够降低通态电压，所以，近年来，其应用领域在不断增加。

对通常的沟槽栅型IGBT的构成进行说明。图27为表示通常的沟槽栅型IGBT的结构的截面图。如图27所示，由在构成p⁺集电区101的p⁺半导体基板的正面上层积n^-漂移层102而成的硅基板的正面侧(n^-漂移层102侧)，设置有p层103。p层103通过从硅基板正面贯通p层103而到达n^-漂移层102的多个沟槽104，被分割为p基区105和浮置p区106。

p基区105为p层103中的被相邻的沟槽104的设置有n⁺发射区107侧的侧壁夹住的区域。浮置p区106为p层103中的被夹在相邻的沟槽104的不存在n⁺发射区107侧的侧壁之间的区域。浮置p区106与n^-漂移层102通过pn结而绝缘，并且通过栅极绝缘膜108与栅电极109绝缘。也就是说，浮置p区106成为所谓的浮置状态。

在沟槽104的内部，隔着栅极绝缘膜108而设有栅电极109。n⁺发射区107与沟槽104内的设置于p基区105侧的侧壁的栅极绝缘膜108接触。发射电极111与n⁺发射区107以及p基区105电连接，通过层间绝缘膜110与栅电极109绝缘。并且，发射电极111被由氮化硅膜(Si₃N₄)和/或聚酰亚胺膜构成的钝化保护膜(未图示)覆盖。集电极112与p⁺集电区101接触。

在图27所示的IGBT中，通常发射电极111为接地状态或施加有负的电压的状态。集电极112为施加有正的电压的状态。即使在集电极112施加有比发射电极111高的电压的状态下，当从栅极驱动电路(未图示)借由栅极电阻向栅电极109施加的电压比阈值低时，由于p基区105和n^-漂移层102之间的pn结被反向偏置，因此在发射电极和集电极之间没有电流流过。也就是说，IGBT维持在关断状态。

另一方面，在集电极112施加有比发射电极111高的电压的状态下，当从栅极驱动电路借由栅极电阻向栅电极109施加超过阈值的电压时，电荷在栅电极109积蓄，并且p基区105中的、与被n⁺发射区107和n^-漂移层102夹住的部分的沟槽104接触的区域反转而形成n型的沟道区。由此，从发射电极111出来的电子通过由n⁺发射区107以及沟道区构成的n型区而注入至n^-漂移层102。

由于通过向n^-漂移层102中注入电子，从而p⁺集电区101和n^-漂移层102之间的pn结被正向偏置，空穴被从集电极112注入至n^-漂移层102，所以在发射极-集电极之间有电流流过。也就是说，IGBT为导通状态。在该导通状态的发射电极111和集电极112之间的电压效果为通态电压。并且，通过使施加于栅电极109的电压在阈值以下，从而积蓄在栅电极109的电荷借由栅极电阻向栅极驱动电路放电。