專利名稱：溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐破壞性被改善后的例如IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)或者絕緣柵型場效應(yīng)晶體管等的溝槽(trench)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
例如，在日本特開2005-57028號公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)等中公開了具有用于謀求高耐壓化的溝槽結(jié)構(gòu)的IGBT。如圖I所示，典型的溝槽結(jié)構(gòu)IGBT在半導(dǎo)體襯底I’之中具有多個溝槽2。半導(dǎo)體襯底I’具有N型發(fā)射極區(qū)域3、P型基極區(qū)域4、K型基極區(qū)域5、Ν+型緩沖區(qū)域6、P+型集電極區(qū)域7、公知的Ρ_型降低表面電場(RESURF)區(qū)域8、N+型溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9。在溝槽2之中配置有柵極絕緣膜10和具有柵電極功能的柵極導(dǎo)電體11。發(fā)射電極12形成在半導(dǎo)體襯底I’的一個主面21的凹部33、34之中以及絕緣膜36之上，并連接到N型發(fā)射極區(qū)域3和P型基極區(qū)域4，集電極13在半導(dǎo)體襯底I’的另一個主面22連接到P+型集電極區(qū)域7。在使圖I的IGBT進(jìn)行導(dǎo)通動作時，集電極13的電位高于發(fā)射電極12的電位，且柵極導(dǎo)電體11的電位高于發(fā)射電極12的電位。由此，在與溝槽2相鄰的P+型基極區(qū)域4形成溝道，從集電極13向發(fā)射電極12流過電流。在使IGBT截止時，柵極導(dǎo)電體11的電位為低于閾值的值。由此，P型基極區(qū)域4的溝道消失。其結(jié)果是，截止時的集電極13和發(fā)射電極12之間的電壓高于導(dǎo)通時的電壓，在P型基極區(qū)域4和f型基極區(qū)域5之間施加比較高的反偏置電壓，如虛線所示，耗盡層14’擴(kuò)展。但是，對于耗盡層14’的擴(kuò)展來說，在多個溝槽2中，在配置在半導(dǎo)體襯底I’的內(nèi)側(cè)的內(nèi)側(cè)溝槽2a的附近和配置在外側(cè)的外側(cè)溝槽2b的附近不同。即，在內(nèi)側(cè)溝槽2a的附近，耗盡層14’沿著其側(cè)面以及底面良好地?cái)U(kuò)展，電場集中被良好地緩和。相對于此，在外側(cè)溝槽2b的外側(cè)，由于在其外側(cè)沒有溝槽，所以，耗盡層14’的擴(kuò)展受到限制，該外側(cè)溝槽2b的附近的電場強(qiáng)度大于其他部分，在外側(cè)溝槽2b的附近，容易發(fā)生擊穿。若發(fā)生擊穿，則伴隨于此的大電流集中地流過外側(cè)溝槽2b的附近，存在導(dǎo)致IGBT破壞的危險。為了減弱外側(cè)溝槽2b附近的電場強(qiáng)度，考慮在外側(cè)溝槽2b的外側(cè)形成P型基極區(qū)域4較深的部分。由于該P(yáng)型基極區(qū)域4較深的部分具有擴(kuò)展耗盡層14’的作用，所以，在外側(cè)溝槽2b的附近的電場集中被緩和。但是，P型基極區(qū)域4較深的部分必須利用P型雜質(zhì)的擴(kuò)散來形成，若進(jìn)行該P(yáng)型雜質(zhì)較深的擴(kuò)散，則P型雜質(zhì)不僅在深度方向(垂直方向)擴(kuò)散，也在橫向(水平方向)擴(kuò)散，從而該較深的擴(kuò)散部分的表面積變大，導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底I’的平面尺寸變大。
以上，對現(xiàn)有的溝槽結(jié)構(gòu)IGBT進(jìn)行了敘述，但是，具有溝槽結(jié)構(gòu)的絕緣柵極型場效應(yīng)晶體管等其他的半導(dǎo)體裝置也具有與溝槽結(jié)構(gòu)IGBT同樣的問題。專利文獻(xiàn)I :日本特開2005-57028號公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的課題是要求難以破壞的溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明的目的是提供一種能夠符合該要求的溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置。用于解決上述課題的本發(fā)明涉及溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有
半導(dǎo)體襯底，其具有彼此對置的一個以及另一個主面、內(nèi)側(cè)溝槽以及外側(cè)溝槽，該內(nèi)側(cè)溝槽在所述一個主面的內(nèi)側(cè)部分從所述一個主面向所述另一個主面延伸，該外側(cè)溝槽在比所述一個主面的所述內(nèi)側(cè)部分更靠近外側(cè)的部分從所述一個主面向所述另一個主面延 伸；
第一半導(dǎo)體區(qū)域(例如，發(fā)射極區(qū)域)，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述內(nèi)側(cè)溝槽相鄰配置并具有在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面露出的表面，并且，具有第一導(dǎo)電型；
第二半導(dǎo)體區(qū)域(例如，P型基極區(qū)域)，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰，并在比所述第一半導(dǎo)體區(qū)域深的位置與所述內(nèi)側(cè)以及外側(cè)溝槽相鄰，具有在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面露出的表面，并且具有第二導(dǎo)電型；
第三半導(dǎo)體區(qū)域(例如，第一 N型基極區(qū)域)，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域和所述內(nèi)側(cè)溝槽這兩者相鄰，并以所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面為基準(zhǔn)形成得比所述內(nèi)側(cè)溝槽深，并且具有第一導(dǎo)電型；
第四半導(dǎo)體區(qū)域(例如，第二 N型基極區(qū)域)，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述第二以及第三半導(dǎo)體區(qū)域和所述外側(cè)溝槽相鄰，并具有在所述外側(cè)溝槽的外側(cè)露出到所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面的表面，具有第一導(dǎo)電型并且具有比所述第三半導(dǎo)體區(qū)域低的雜質(zhì)濃度；
絕緣膜，設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)以及外側(cè)溝槽的壁面；
溝槽導(dǎo)電體，配置在所述內(nèi)側(cè)以及外側(cè)溝槽中，并且隔著所述絕緣膜與所述內(nèi)側(cè)以及外側(cè)溝槽的壁面對置；
第一主電極(例如，發(fā)射電極)，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域電連接；
第二主電極(例如，集電極)，直接或者通過其他半導(dǎo)體區(qū)域與所述第四半導(dǎo)體區(qū)域電連接；
柵電極，與所述溝槽導(dǎo)電體電連接。此外，優(yōu)選上述溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置還具有第五半導(dǎo)體區(qū)域，該第五半導(dǎo)體區(qū)域配置在所述第四半導(dǎo)體區(qū)域和所述半導(dǎo)體襯底的所述另一個主面之間且具有第二導(dǎo)電型，并且，所述第二主電極與所述第五半導(dǎo)體區(qū)域電連接。另外，優(yōu)選上述溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置還具有第六半導(dǎo)體區(qū)域，該第六半導(dǎo)體區(qū)域配置在所述第四半導(dǎo)體區(qū)域和所述第五半導(dǎo)體區(qū)域之間并具有第一導(dǎo)電型，并且，具有比所述第四半導(dǎo)體區(qū)域高的雜質(zhì)濃度。另外，將所述第二主電極作成與所述第四半導(dǎo)體區(qū)域進(jìn)行肖特基接觸的金屬電極。
另外，平面地觀察，所述內(nèi)側(cè)溝槽的外周邊緣的長度總和設(shè)定得比所述外側(cè)溝槽的最外側(cè)的邊緣的長度總和長。另外，平面地觀察，所述內(nèi)側(cè)溝槽的面積總和設(shè)定得比所述外側(cè)溝槽的面積總和大。本發(fā)明的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域(例如，第一 N型基極區(qū)域)具有比第一導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體區(qū)域(例如，第二 N型基極區(qū)域)高的雜質(zhì)濃度。因此，導(dǎo)通動作時的基于第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域和第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域之間的PN結(jié)的耗盡層的擴(kuò)展比基于本發(fā)明的未設(shè)置第三半導(dǎo)體區(qū)域的現(xiàn)有裝置的第二半導(dǎo)體區(qū)域和第四半導(dǎo)體區(qū)域之間的PN結(jié)的耗盡層的擴(kuò)展差。其結(jié)果是，半導(dǎo)體襯底的包括內(nèi)側(cè)溝槽的部分比現(xiàn)有裝置容易擊穿。由此，容易擊穿的地方比以往變多。因此，擊穿電流大致均勻地分散流到半導(dǎo)體襯底比較寬的面積，能夠抑制擊穿電流的集中。其結(jié)果是，能夠提供難以破壞的溝槽結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體裝置。


圖I是表示現(xiàn)有的IGBT的一部分的剖視圖。圖2是用相當(dāng)于圖3的A-A線的部分表示本發(fā)明實(shí)施例I的IGBT的一部分的剖視圖。圖3是表示圖2的半導(dǎo)體襯底的平面圖。圖4是與圖2同樣地表示本發(fā)明實(shí)施例2的IGBT的一部分的剖視圖。圖5是與圖2同樣地表不本發(fā)明實(shí)施例3的FET的一部分的剖視圖。圖6是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例4的IGBT的半導(dǎo)體襯底的平面圖。圖7是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例5的IGBT的半導(dǎo)體襯底的平面圖。符號說明
I Id半導(dǎo)體襯底 2溝槽
2a、2ai、2a2內(nèi)側(cè)溝槽 2b,2c,2d,2e,2b1,2b2 外側(cè)溝槽 3發(fā)射極區(qū)域
4P型基極區(qū)域
5N型基極區(qū)域
31第一 N型基極區(qū)域 32第二 N型基極區(qū)域
具體實(shí)施例方式 下面，參照圖I 圖7來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖2表示本發(fā)明實(shí)施例I的作為溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置的IGBT的一部分。在該圖2中，對與圖I實(shí)質(zhì)上相同的部分標(biāo)上相同的附圖標(biāo)記。圖3概略上或原理上表示構(gòu)成圖2的IGBT的半導(dǎo)體襯底I的表面。此外，圖2表示相當(dāng)于圖3的A-A線的部分。例如由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底I具有相互對置的一個主面21和另一個主面22，并且，具有從一個主面21向另一個主面22延伸的凹狀槽即溝槽2。如圖3所示，半導(dǎo)體襯底I的一個主面21具有相互對置的第一以及第二邊23、24、和與這些邊成直角地延伸且相互對置的第三以及第四邊25、26，形成為四角形。如圖3所示，該實(shí)施例I的溝槽2具有格子狀的平面圖形，包括呈條紋狀配置在半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的內(nèi)側(cè)部 分的多個(在本例中為5條)內(nèi)側(cè)溝槽2a ;第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12 ；配置在內(nèi)側(cè)部分(相當(dāng)于在圖3中用虛線表示的第一 N型基極區(qū)域31的部分)的左右的外側(cè)部分的第一以及第二外側(cè)溝槽2b、2c，該內(nèi)側(cè)部分包含半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12 ;配置在內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的上下的第三以及第四外側(cè)溝槽2d、2e。在本實(shí)施例中，構(gòu)成溝槽2的內(nèi)側(cè)溝槽2a、第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12、第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e連續(xù)地形成，所以，也能夠?qū)?nèi)側(cè)溝槽2a稱為內(nèi)側(cè)溝槽部分、將外側(cè)溝槽2b 2e稱為外側(cè)溝槽部分。另外，也能夠?qū)?nèi)側(cè)溝槽2a和第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e在幾何學(xué)上分離構(gòu)成。從圖3可知，多個內(nèi)側(cè)溝槽2a平面地觀察具有長度L，從半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的第三邊25向第四邊26長度方向延伸，且與半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的第一以及第二邊23、24平行配置，并且彼此具有預(yù)定間隔(優(yōu)選恒定間隔)。第一外側(cè)溝槽2b配置在內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一邊23之間并且與內(nèi)側(cè)溝槽2a平行地延伸。第二外側(cè)溝槽2c配置在內(nèi)側(cè)溝槽2a和第二邊24之間。對于該第二外側(cè)溝槽2c來說，為了得到半導(dǎo)體裝置I的柵極焊盤電極形成區(qū)域27，具有凹狀部分28。由于在第二外側(cè)溝槽2c上設(shè)置了凹狀部分28，而在凹狀部分28的底部和第三以及第四外側(cè)溝槽2d、2e之間形成有第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12。當(dāng)然，也能夠與第一外側(cè)溝槽2b同樣地呈直線狀地形成第二外側(cè)溝槽2c。第三以及第四外側(cè)溝槽2d、2e在第三以及第四邊25、26和內(nèi)側(cè)溝槽2a之間與第三以及第四邊25、26平行地配置，并連結(jié)到第一以及第二外側(cè)溝槽2b、2c。多個內(nèi)側(cè)溝槽2a的相互間隔、內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的間隔、第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e和內(nèi)側(cè)溝槽2a及第一、第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的間隔分別取為相同。另外，內(nèi)側(cè)溝槽2a、第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12、第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e的深度彼此相同。如圖3那樣平面地觀察，多個內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的外周邊緣(各內(nèi)側(cè)溝槽的入口的邊緣)的長度總和設(shè)定得比外側(cè)溝槽2b、2c、2d、2e的最外側(cè)的邊緣(與半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的第一 第四邊23 26相對置的最外側(cè)的各外側(cè)溝槽的入口的邊緣)的長度總和長。另外，平面地觀察，多個內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的面積總和設(shè)定得大于外側(cè)溝槽2b、2c、2d、2e的面積總和。半導(dǎo)體襯底I具有具有第一導(dǎo)電型的也能稱為第一半導(dǎo)體區(qū)域的N型發(fā)射極區(qū)域3 ;具有第二導(dǎo)電型的也能稱為第二半導(dǎo)體區(qū)域的P型基極區(qū)域4 ;也能稱為漂移區(qū)域的N型基極區(qū)域5 ;第二導(dǎo)電型的也能稱為第五半導(dǎo)體區(qū)域的P+型集電極區(qū)域7 ;第一導(dǎo)電型的也能稱為第六半導(dǎo)體區(qū)域的N+型緩沖區(qū)域6 ;P_型降低表面電場區(qū)域8 ;N+型溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9。對于N型基極區(qū)域5來說，由與在本發(fā)明中第一導(dǎo)電型的稱為第三半導(dǎo)體區(qū)域的部分相當(dāng)?shù)木哂斜容^高的雜質(zhì)濃度的第一 N型基極區(qū)域31、和與在本發(fā)明中第一導(dǎo)電型的稱為第四半導(dǎo)體區(qū)域的部分相當(dāng)?shù)腘—型(比較低的雜質(zhì)濃度)的第二 N型基極區(qū)域32的組合構(gòu)成。下面，詳細(xì)說明各區(qū)域。
N+型發(fā)射極區(qū)域3以在半導(dǎo)體襯底I的一個主面21露出的方式形成，且以與內(nèi)側(cè)溝槽2a、第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12、和第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e的入口相鄰的方式配置。該N+型發(fā)射極區(qū)域3利用公知的N型雜質(zhì)擴(kuò)散形成。P型基極區(qū)域4以與N+型發(fā)射極區(qū)域3相鄰并且與內(nèi)側(cè)溝槽2a、第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12、第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e相鄰的方式形成。對于P型基極區(qū)域4來說，作為整體形成為島狀，使得其外周端露出到半導(dǎo)體襯底I的一個主面21。該P(yáng)型基極區(qū)域在第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e的外側(cè)具有露出到半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的表面。另外，在半導(dǎo)體襯底I的一個主面21，在內(nèi)側(cè)溝槽2a的彼此間形成有凹部33，且在第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e的外周側(cè)形成有凹部34。這些凹部33、34以使P型基極區(qū)域4露出的方式形成。以半導(dǎo)體襯底I的一個主面21為基準(zhǔn)的P型基極區(qū)域的最大深度比溝槽2的最大深度淺。因此，溝槽2貫通P型基極區(qū)域4。由此，該實(shí)施例的P型基極區(qū)域4被分割為多個部分。在IGBT的導(dǎo)通動作時，在P型基極區(qū)域4的與溝槽2相鄰的部分形成有N型溝道(電流通路)。因此，也能夠?qū)型基極區(qū)域4稱為溝道形成區(qū)域。該P(yáng)型基極區(qū)域4的P型雜質(zhì)的濃度具有比N型基極區(qū)域5的第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32的N型雜質(zhì)濃度高的值(例如，I X IO17CnT3)。·對于構(gòu)成N型基極區(qū)域5的一部分的第一 N型基極區(qū)域31來說，根據(jù)本發(fā)明，用于抑制耗盡層的擴(kuò)展，是也能夠稱為N型輔助漂移區(qū)域的部分，以半導(dǎo)體襯底I的一個主面21為基準(zhǔn)配置在比P型基極區(qū)域4更深的位置并且與P型基極區(qū)域4相鄰，并且，也與內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12相鄰。如在圖3中用虛線劃分所示，該第一N型基極區(qū)域31僅限定形成在包含內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的半導(dǎo)體襯底I的內(nèi)側(cè)部分(第一部分)。以半導(dǎo)體襯底I的一個主面21為基準(zhǔn)的第一 N型基極區(qū)域31的最大深度比溝槽2深。因此，內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的前端位于第一 N型基極區(qū)域31中。該第一 N型基極區(qū)域31的N型雜質(zhì)濃度具有高于后述的第二 N型基極區(qū)域32的N型雜質(zhì)濃度且低于P型基極區(qū)域4的P型雜質(zhì)濃度的值(例如，IX 1016cm_3)。上述的專利文獻(xiàn)I的N型基極區(qū)域也具有N型第一區(qū)域和N_型第二區(qū)域，但是，在如下這一點(diǎn)上與本實(shí)施例的第一 N型基極區(qū)域31不同，S卩N型第一區(qū)域以覆蓋與最外周的外側(cè)溝槽2b相當(dāng)?shù)牟糠值那岸说姆绞叫纬?。此外，從半?dǎo)體襯底I的一個主面21擴(kuò)散N型雜質(zhì)，由此，形成N型第一基極區(qū)域31。另外，第一 N型基極區(qū)域31的N型雜質(zhì)濃度以如下方式?jīng)Q定圖2所示的內(nèi)側(cè)溝槽2a的前端的耗盡層的寬度Wl與外側(cè)溝槽2b的前端的耗盡層的寬度W2相同或比其小。構(gòu)成N型基極區(qū)域5的N—型(比較低的雜質(zhì)濃度)的第二 N型基極區(qū)域32是基于在N+緩沖區(qū)域6之上使N_型硅外延生長的層的區(qū)域，與第一 N型基極區(qū)域31相鄰，并且，在第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e的附近，與P型基極區(qū)域4相鄰且與第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e的從P型基極區(qū)域4向下方突出的部分相鄰，進(jìn)而，與P—型降低表面電場區(qū)域8以及N+型溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9相鄰、且在降低表面電場區(qū)域8和溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9之間露出到半導(dǎo)體襯底I的一個主面21。該第二 N型基極區(qū)域32與圖I的現(xiàn)有的N型基極區(qū)域5’同樣地具有產(chǎn)生公知的傳導(dǎo)率調(diào)制的功能，并具有比第一 N型基極區(qū)域31的N型雜質(zhì)濃度低的N型雜質(zhì)濃度(例如，I X 1015cm_3)，且以半導(dǎo)體襯底I的一個主面21為基準(zhǔn)形成得比第一N型基極區(qū)域31深。
與在本發(fā)明中第二導(dǎo)電型的被稱為第五半導(dǎo)體區(qū)域的部分相當(dāng)?shù)腜+型集電極區(qū)域7露出到半導(dǎo)體襯底I的另一主面22，并電連接到在其下表面配置的集電極13。P+型集電極區(qū)域7具有如下功能在正向偏壓時供給空穴，使在第一以及第二基極區(qū)域31、32產(chǎn)生公知的傳導(dǎo)率調(diào)制。該P(yáng)+型集電極區(qū)域7也具有作為用于使后述的N+型緩沖區(qū)域6以及其上的區(qū)域外延生長的襯底的功能。配置在P+型集電極區(qū)域7和第二 N型基極區(qū)域32之間的N+型緩沖區(qū)域6是利用公知的外延生長法形成在P+型集電極區(qū)域7上的，并具有比在其上形成的第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32高的雜質(zhì)濃度。該N+型緩沖區(qū)域6具有如下功能抑制從P+型集電極區(qū)域7向第二 N型基極區(qū)域32注入的空穴注入量，難以產(chǎn)生封閉(latch up)等。此外，對于N+型緩沖區(qū)域6來說，也可以取代用外延生長法形成，在構(gòu)成P+型集電極區(qū)域7的P型半導(dǎo)體襯底上擴(kuò)散N型雜質(zhì)而形成。另外，也可以將N+型緩沖區(qū)域6認(rèn)為是N型基極區(qū)域5的一部分。另外，也可以省略N+型緩沖區(qū)域6。在該情況下，使第二 N型基極區(qū)域32與P+ 型集電極區(qū)域7直接相鄰。P_型降低表面電場區(qū)域8用于使半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的電荷平衡均一化，并與P型基極區(qū)域4的外周端相鄰配置，具有比P型基極區(qū)域4低的雜質(zhì)濃度。N+型溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9以在降低表面電場區(qū)域8的外周側(cè)露出到半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的方式形成。在溝槽2的壁面形成有柵極絕緣膜10。此外，該柵極絕緣膜10在N+型發(fā)射極區(qū)域3之上延伸。在溝槽2之中配置有由例如具有導(dǎo)電性的多晶硅構(gòu)成的柵極導(dǎo)電體11。該柵極導(dǎo)電體11隔著柵極絕緣膜10與P型基極區(qū)域4對置，所以，起到用于在P型基極區(qū)域4形成溝道的柵電極的功能。多個內(nèi)側(cè)溝槽2a、第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12和第一 第四外側(cè)溝槽2b 2e之中的各柵極導(dǎo)電體11相互電連接，并且與在圖3中用虛線表示的柵極焊盤電極35相連接。在半導(dǎo)體襯底I的一個主面21的凹部33、34形成有發(fā)射電極12。該發(fā)射電極12與露出到凹部33的側(cè)壁的N+型發(fā)射極區(qū)域3相連接，并且與露出到凹部33以及34的底面的P型基極區(qū)域相連接。另外，為了將由溝槽2分割的多個N+型發(fā)射極區(qū)域3相互連接，設(shè)置有覆蓋柵電極11和N+型發(fā)射極區(qū)域3之上的絕緣膜36，并且發(fā)射電極12在其上延伸。對于圖2示出的IGBT來說，除了第一 N型基極區(qū)域31，實(shí)質(zhì)上形成為與圖I的現(xiàn)有的IGBT相同。因此，圖2的IGBT的基本動作與圖I的現(xiàn)有的IGBT相同，當(dāng)使作為第二主電極的集電極13的電位高于作為第一主電極的發(fā)射電極12的電位、并且在柵極導(dǎo)電體11和發(fā)射電極12之間施加閾值以上的柵極電壓時，IGBT變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，在P型基極區(qū)域4形成有N型溝道，在集電極13、P+型集電極區(qū)域7、緩沖區(qū)域6、N型基極區(qū)域5、P型基極區(qū)域4的溝道、發(fā)射極區(qū)域3以及發(fā)射電極12的路徑流過電流。在上述導(dǎo)通狀態(tài)下，當(dāng)使柵極導(dǎo)電體11和發(fā)射電極12之間的柵極控制電壓下降到閾值以下時，P型基極區(qū)域4的溝道消失，IGBT變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。在發(fā)射電極12和集電極13之間通過電阻等電路要素施加直流電源電壓，因而在IGBT為截止?fàn)顟B(tài)時，集電極13的電位高于發(fā)射電極12的電位，在P型基極區(qū)域4和第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32之間的PN結(jié)上施加有反偏置電壓。因此，從這些PN結(jié)開始主要在第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32側(cè)，如在圖2中用虛線所示那樣，耗盡層14擴(kuò)展。此時，內(nèi)側(cè)溝槽2a的前端側(cè)部分由雜質(zhì)濃度比第二 N型基極區(qū)域32高的第一 N型基極區(qū)域31包圍，所以，此處的耗盡層的擴(kuò)展比與外側(cè)溝槽2b相鄰的第二 N型基極區(qū)域32中的耗盡層的擴(kuò)展差。即，內(nèi)側(cè)溝槽2a的前端的耗盡層的寬度Wl與外側(cè)溝槽2b的前端的耗盡層的寬度W2相同或比其小。因此，在IGBT截止期間，當(dāng)在集電極13和發(fā)射電極12之間施加較高的電壓時，與外側(cè)溝槽2b的附近相比，首先或者同時在內(nèi)側(cè)溝槽2a的附近產(chǎn)生擊穿。五個內(nèi)側(cè)溝槽2a的長度方向的兩側(cè)的邊緣的各長度L的總和A為5 X 2 X L=IO X L，第一以及第二外側(cè)溝槽2b、2c的與內(nèi)側(cè)溝槽2a平行延伸的部分的最外側(cè)的邊緣的長度的總和B為2XL。因此，總和A大于總和B。另外，平面地觀察，多個內(nèi)側(cè)溝槽2a和第一以及第二追加內(nèi)側(cè)溝槽2an、2a12的面積的總和設(shè)定得大于外側(cè)溝槽2b、2c、2d、2e的面積的總和。其結(jié)果是，圖2的本實(shí)施例的IGBT的半導(dǎo)體襯底I中的內(nèi)側(cè)溝槽2a附近的擊穿容易發(fā)生的地方的總面積大于圖I的現(xiàn)有IGBT的半導(dǎo)體襯底I’中的外側(cè)溝槽2b附近的擊穿容易發(fā)生的地方的總面積。這樣，當(dāng)擊穿容易發(fā)生的地方的面積變大時，基于擊穿的電流大致均勻地分散流過，從而電流的集中被抑制，IGBT難以破壞，IGBT的破壞耐量提高。實(shí)施例2
下面，參照圖4說明實(shí)施例2的IGBT。其中，在圖4以及后述的圖5 圖7中，對與圖2 圖3實(shí)質(zhì)上相同的部分標(biāo)上相同的附圖標(biāo)記，并省略其說明。圖4的IGBT設(shè)置從圖2的半導(dǎo)體襯底I中省去了 N+型緩沖區(qū)域6和P+型集電極區(qū)域7的半導(dǎo)體襯底Ia,且設(shè)置與第二 N型基極區(qū)域32進(jìn)行肖特基勢魚(schottky barrier)接觸的肖特基勢壘電極13a，其他形成為與圖2相同。在IGBT導(dǎo)通動作時，由于肖特基勢壘電極13a的電位高于發(fā)射電極12的電位，所以，肖特基勢壘處于正向偏壓狀態(tài)，從肖特基勢壘電極13a向第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32注入空穴，與圖2的IGBT同樣地產(chǎn)生傳導(dǎo)率調(diào)制，從而起到集電極功能的肖特基勢壘電極13a和發(fā)射電極12之間的正向電壓變小。圖4的變形后的IGBT與圖2的IGBT同樣地具有第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32，所以，具有與圖2的實(shí)施例I相同的效果。實(shí)施例3
在圖5示出了實(shí)施例3的溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵型場效應(yīng)晶體管即FET。該FET的半導(dǎo)體襯底Ib相當(dāng)于將圖2的IGBT的半導(dǎo)體襯底I的N+型緩沖區(qū)域6和P+型集電極區(qū)域7置換成N+型漏極區(qū)域40后的襯底。圖5的N+型源極區(qū)域3’、P型基極區(qū)域4’、N型漏極區(qū)域31’、N—型漏極區(qū)域32’與圖4的N+型發(fā)射極區(qū)域3、P+型基極區(qū)域4、第一 N型基極區(qū)域31、以及第二 N型基極區(qū)域32同樣地形成。與圖2的發(fā)射電極12相對應(yīng)的圖5的源極電極12’連接到N+型源極區(qū)域3’和P型基極區(qū)域4’。與圖2的集電極13相對應(yīng)的圖5的漏電極13’連接到N+型漏極區(qū)域40。圖5的FET的N型漏極區(qū)域31’和N_型漏極區(qū)域32’與圖2的IGBT的第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32同樣地關(guān)系到截止動作時的耗盡層14的擴(kuò)展。因此，根據(jù)圖5的實(shí)施例3，能夠提供一種具有高耐壓且難以破壞的溝槽結(jié)構(gòu)FET。實(shí)施例4
圖6概略地表示實(shí)施例4的IGBT的半導(dǎo)體襯底lc。對于該實(shí)施例4的IGBT來說，除改變圖2以及圖3所示的半導(dǎo)體襯底I的內(nèi)側(cè)溝槽2a、外側(cè)溝槽2b 2e、發(fā)射極區(qū)域3、P型基極區(qū)域4、降低表面電場區(qū)域8、溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9、第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32的平面形狀外，實(shí)質(zhì)上形成為與圖2以及圖3相同。圖6的4個內(nèi)側(cè)溝槽2&1和12個外側(cè)溝槽21^相互分離且網(wǎng)狀地規(guī)則地配置。為了便于圖示，僅示出4個內(nèi)側(cè)溝槽2 ，但是，實(shí)質(zhì)上還具有多個(例如36個)內(nèi)側(cè)溝槽2a1;另外,還具有多個(例如28個)外側(cè)溝槽2blt)另外，實(shí)際上內(nèi)側(cè)溝槽2&1的總和多于外側(cè)溝槽2bi的總和。N+型發(fā)射極區(qū)域3a具有呈環(huán)狀地包圍四角型的內(nèi)側(cè)溝槽2 以及外側(cè)溝槽2匕的圖形。P型基極區(qū)域4a具有包圍內(nèi)側(cè)溝槽2 、外側(cè)溝槽2bi以及發(fā)射極區(qū)域3a的格子狀圖形。對于以虛線所示的第一 N型基極區(qū)域31b來說，以平面地觀察包圍內(nèi)側(cè)溝槽2 的方式形成。對于N—型第二 N型基極區(qū)域32b來說，在P—型降低表面電場區(qū)域8a和N+型溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9a之間呈環(huán)狀地露出到一個主面10。此外，橫切圖6的半導(dǎo)體襯底Ic的內(nèi)側(cè)溝槽2 以及外側(cè)溝槽2bi的縱剖面的形狀本質(zhì)上與圖2相同。內(nèi)側(cè)溝槽2ai和外側(cè)溝槽21^具有相同的深度并且具有實(shí)質(zhì)上相同的圖形。若將例如36個內(nèi)側(cè)溝槽2 以及例如28個外側(cè)溝槽2bi的一邊的長度分別設(shè)為LI，則28個外側(cè)溝槽2bi的最外側(cè)的邊的長度的總和為32XL1，36個內(nèi)側(cè)溝槽2&1的四邊長度的總和為 4X36XL1=144XL1,內(nèi)側(cè)溝槽2 的外周邊緣(邊)的長度的總和比外側(cè)溝槽21^的最外側(cè)的邊緣(邊)的長度的總和長。在圖6中，第一 N型基極區(qū)域31b以與圖2的第一 N型基極區(qū)域31同樣的原理以包圍內(nèi)側(cè)溝槽2&1的方式形成，所以，在內(nèi)側(cè)溝槽2 的附近容易發(fā)生擊穿。因此，根據(jù)圖6的實(shí)施例4，也能夠與圖2以及圖3的實(shí)施例I同樣地，抑制擊穿時的電流的集中，能夠得到與圖2以及圖3的實(shí)施例I同樣的效果。實(shí)施例5
圖7表示實(shí)施例5的IGBT的半導(dǎo)體襯底Id。對于該實(shí)施例5的IGBT來說，對圖2的實(shí)施例I的IGBT的內(nèi)側(cè)溝槽2a、外側(cè)溝槽2b、發(fā)射極區(qū)域3、P型基極區(qū)域4、第一以及第二 N型基極區(qū)域31、32、降低表面電場區(qū)域8、以及溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9的圖形分別變形，設(shè)置與這些對應(yīng)的內(nèi)側(cè)溝槽2a2、外側(cè)溝槽2b2、發(fā)射極區(qū)域3b、P型基極區(qū)域4b、第一以及第二 N型基極區(qū)域31c、32c、降低表面電場區(qū)域Sb、溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域％，其他部分形成為與圖I以及圖2相同。直線延伸的5個內(nèi)側(cè)溝槽2a2相互平行地配置。外側(cè)溝槽2b2以呈環(huán)狀地包圍內(nèi)側(cè)溝槽2a2的方式形成。發(fā)射極區(qū)域3b以包圍內(nèi)側(cè)溝槽2a2的方式形成，并且呈環(huán)狀地配置在外側(cè)溝槽2b2的內(nèi)側(cè)。但是，也可以僅在內(nèi)側(cè)溝槽2a2的長度方向的兩側(cè)配置發(fā)射極區(qū)域3b，或者省略與外側(cè)溝槽2b2的內(nèi)側(cè)相鄰的發(fā)射極區(qū)域3b。P型基極區(qū)域4b以包圍內(nèi)側(cè)發(fā)射極區(qū)域3b的方式露出到半導(dǎo)體襯底Id的一個主面，并且以呈環(huán)狀包圍外側(cè)溝槽2b2的方式露出。如虛線劃分所示那樣，平面地觀察，第一 N+型基極區(qū)域31c以包圍內(nèi)側(cè)發(fā)射極區(qū)域3b的全部的方式配置。在半導(dǎo)體襯底Id的一個主面，第二 N型基極區(qū)域32c在環(huán)狀降低表面電場區(qū)域8b和環(huán)狀溝道截?cái)喹h(huán)區(qū)域9b之間露出。包含圖7的半導(dǎo)體襯底Id的IGBT的剖面本質(zhì)上與圖2相同。在圖7中，在將內(nèi)側(cè)溝槽2a2的長度方向的長度設(shè)為La、將外側(cè)溝槽2b2的在與內(nèi)側(cè)溝槽2a2相同方向上延伸的部分的長度設(shè)為Lb時，5個內(nèi)側(cè)溝槽2a2的長度方向的邊緣的長度的總和5X2XLa大于外側(cè)溝槽2b2的在與內(nèi)側(cè)溝槽2a2相同方向上延伸的部分的最外側(cè)的邊緣的長度的總和2XLb。第一 N型基極區(qū)域31c與圖2以及圖3同樣地以與內(nèi)側(cè)溝槽2a2的前端部分相鄰的方式形成。因此，在使用了圖7的半導(dǎo)體襯底Id的IGBT中，也與圖2的實(shí)施例I同樣，在形成有半導(dǎo)體襯底Id的內(nèi)側(cè)溝槽2a2的內(nèi)部部分(第一部分)容易發(fā)生擊穿。其結(jié)果是，根據(jù)實(shí)施例5，也能夠得到與實(shí)施例I相同的效果。本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，例如，可進(jìn)行如下變形。(I)圖6的內(nèi)側(cè)溝槽2ai和外側(cè)溝槽21^的圖形、以及圖7的內(nèi)側(cè)溝槽2a2和外側(cè)溝槽2b2的圖形也能夠應(yīng)用于FET。(2)在圖2以及圖4的IGBT中，在外側(cè)溝槽2b的外側(cè)也能夠設(shè)置N+型發(fā)射極區(qū)域3。另外，在圖2以及圖4中，也能夠省略與外側(cè)溝槽2b的內(nèi)側(cè)相鄰的N+型發(fā)射極區(qū)域3。(3)在圖5的FET中，也能夠在外側(cè)溝槽2b的外側(cè)設(shè)置N+型源極區(qū)域3’。另外，在圖5中，也能夠省略與外側(cè)溝槽2b的內(nèi)側(cè)相鄰的N+型源極區(qū)域3’。(4)在圖6中，能夠省略包圍外側(cè)溝槽21^的N+型發(fā)射極區(qū)域3a。 (5)能夠使半導(dǎo)體襯底l、la、lb、lc中的各區(qū)域的導(dǎo)電型與實(shí)施例相反。(6)能夠在外側(cè)溝槽的外側(cè)設(shè)置公知的保護(hù)環(huán)(guard ring)區(qū)域、或場電極或者這二者。(7)能夠?qū)D2的P+型集電極區(qū)域7、圖5的N+型漏極區(qū)域40分別導(dǎo)出到半導(dǎo)體襯底l、lb的一個主面21側(cè)，將集電極13、漏電極13’分別設(shè)置在半導(dǎo)體襯底l、lb的一個主面21側(cè)。(8)優(yōu)選P型基極區(qū)域4的下表面平坦，但是，根據(jù)情況，也可以如上述專利文獻(xiàn)I所述那樣具有突出部分。(9)優(yōu)選圖2的寬度W1、W2的關(guān)系為Wl < W2。但是，也能夠?yàn)閃1=W2。
權(quán)利要求
1.一種具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有 半導(dǎo)體襯底，其具有彼此對置的一個主面以及另一個主面、內(nèi)側(cè)溝槽以及外側(cè)溝槽，該內(nèi)側(cè)溝槽在所述一個主面的內(nèi)側(cè)部分從所述一個主面向所述另一個主面延伸，該外側(cè)溝槽在比所述一個主面的所述內(nèi)側(cè)部分更靠近外側(cè)的部分從所述一個主面向所述另一個主面延伸； 第一半導(dǎo)體區(qū)域，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述內(nèi)側(cè)溝槽相鄰配置并具有在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面露出的表面，并且具有N型的導(dǎo)電型； 第二半導(dǎo)體區(qū)域，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰，并在比所述第一半導(dǎo)體區(qū)域深的位置與所述內(nèi)側(cè)溝槽以及所述外側(cè)溝槽相鄰，并具有在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面露出的表面，并且具有P型的導(dǎo)電型； 第三半導(dǎo)體區(qū)域，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域和所述內(nèi)側(cè)溝槽這兩者相鄰，并以所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面為基準(zhǔn)形成得比所述內(nèi)側(cè)溝槽深，并且僅限定形成在所述內(nèi)側(cè)部分且具有N型的導(dǎo)電型，并且具有比所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度； 第四半導(dǎo)體區(qū)域，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域以及所述第三半導(dǎo)體區(qū)域相鄰，并以所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面為基準(zhǔn)形成得比所述外側(cè)溝槽深，并具有在所述外側(cè)溝槽的外側(cè)露出到所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面的表面，具有N型的導(dǎo)電型且具有比所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度，并且具有比所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度； 第五半導(dǎo)體區(qū)域，配置在所述第四半導(dǎo)體區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底的所述另一個主面之間且具有P型的導(dǎo)電型； 絕緣膜，設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)溝槽以及所述外側(cè)溝槽的各個壁面； 溝槽導(dǎo)電體，配置在所述內(nèi)側(cè)溝槽以及所述外側(cè)溝槽的各個中，并且隔著所述絕緣膜與所述內(nèi)側(cè)溝槽以及所述外側(cè)溝槽的各個壁面對置； 第一主電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域電連接； 第二主電極，直接或者通過其他半導(dǎo)體區(qū)域與所述第五半導(dǎo)體區(qū)域電連接； 柵電極，與所述溝槽導(dǎo)電體電連接， 所述外側(cè)溝槽為了得到所述半導(dǎo)體襯底的柵極焊盤電極形成區(qū)域而具有凹狀部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具有第五半導(dǎo)體區(qū)域，其配置在所述第四半導(dǎo)體區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底的所述另一個主面之間且具有P型的導(dǎo)電型，并且具有比所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具有第六半導(dǎo)體區(qū)域，其配置在所述第四半導(dǎo)體區(qū)域與所述第五半導(dǎo)體區(qū)域之間且具有N型的導(dǎo)電型，并且具有比所述第四半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 進(jìn)一步，所述內(nèi)側(cè)溝槽條紋狀地配置在所述一個主面，所述外側(cè)溝槽相對所述內(nèi)側(cè)溝槽平行地延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，進(jìn)一步，所述內(nèi)側(cè)溝槽的相互間隔以及所述外側(cè)溝槽與所述內(nèi)側(cè)溝槽的間隔分別取為相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 進(jìn)一步，所述內(nèi)側(cè)溝槽以及所述外側(cè)溝槽的深度彼此相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及溝槽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置。IGBT的半導(dǎo)體裝置(1)具有內(nèi)側(cè)溝槽(2a)和外側(cè)溝槽(2b)。與各溝槽(2a、2b)相鄰地設(shè)置有發(fā)射極區(qū)域(3)。與發(fā)射極區(qū)域(3)以及各溝槽(2a、2b)相鄰地設(shè)置P型基極區(qū)域(4)。與內(nèi)側(cè)溝槽(2a)相鄰地設(shè)置第一N型基極區(qū)域(31)。與外側(cè)溝槽(2b)和第一N型基極區(qū)域(31)相鄰地設(shè)置雜質(zhì)濃度比第一N型基極區(qū)域(31)低的第二N型基極區(qū)域(32)。在施加過電壓時，在內(nèi)側(cè)溝槽(2a)的附近發(fā)生擊穿，電流的集中被緩和，防止IGBT的破壞。
文檔編號H01L29/78GK102903740SQ20121043522
公開日2013年1月30日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者鳥居克行 申請人:三墾電氣株式會社