半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體裝置。
【背景技術】
[0002]為了應對近年來的對電力電子領域中的電源設備的小型化、高性能化的要求，在電力用半導體裝置中關注高耐壓化、大電流化，并且關注針對低損耗化、高破壞耐量化、高速化的性能的改善。作為這些能夠實現大電流化、低損耗化的電力用半導體裝置，公知有通過MOS柵(由金屬-氧化膜-半導體構成的絕緣柵)驅動的MOS功率器件。
[0003]作為該MOS功率器件的MOS柵結構，眾所周知有在半導體基板上呈平板狀地設置了 MOS柵的平面柵結構和在形成于半導體基板的溝槽內埋入有MOS柵的溝槽柵結構這兩種結構。在目前的垂直型功率器件中，由于容易獲得結構上低導通電阻的特性，所以溝槽柵結構備受關注。
[0004]作為該溝槽柵結構的垂直型MOS功率器件，提出了如下裝置:配設為在并排溝槽間的長度方向上交替出現P型溝道區和η型半導體基板的各表面，選擇性地形成在該P型溝道區的表面層的η+型發射區的表面形狀在溝槽側變寬，在溝槽間的中央側變窄(例如，參照下述專利文獻I)。
[0005]另外，作為其它的垂直型MOS功率器件，為了實現電力變換裝置整體的小型化，正在開發在同一半導體基板(半導體芯片)中內置絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)和與該IGBT反向并聯連接的續流二極管(FWD)并進行一體化的結構的反向導通型IGBT (RC-1GBT)。
[0006]對現有的RC-1GBT進行說明。圖18是表示現有的RC-1GBT的結構的平面圖。圖19是表示沿圖18的切割線ΑΑ-ΑΑ’的截面結構的剖面圖。如圖18、19所示，現有的RC-1GBT在成為η漂移區101的同一 η型半導體基板上具備通常的場終止型IGBT(FS-1GBT)和與該FS-1GBT反向并聯連接的FWD。
[0007]通常，對于RC-1GBT而言，為了使FWD與FS-1GBT反向并聯連接，具有將構成η型半導體基板的正面側的MOS柵結構的P基區設為P陽極區105-2，將設置于η型半導體基板的背面側的P+集電區111的一部分置換為η+陰極區112的結構。具體而言，在同一 η型半導體基板設有設置了 FS-1GBT的IGBT部121和設置了 FWD的FWD部122。
[0008]在IGBT部121中，在η型半導體基板的正面側設有由溝槽102、柵極絕緣膜103、柵極104、ρ基區105-1、η+發射區106和ρ +接觸區107構成的溝槽柵型的MOS柵結構以及發射極109。ρ基區105-1在相鄰的溝槽102之間的臺面部(被夾在相鄰的溝槽102間的區域)中，在溝槽102的長度方向上以預定的間隔配置。
[0009]由溝槽102、柵極絕緣膜103和柵極104構成的溝槽柵設置為從IGBT部121到FWD部122，在與IGBT部121同FWD部122并排的方向(短邊方向)正交的方向(長度方向)延伸的條紋狀。在FWD部122中，在相鄰的溝槽102之間的臺面部，在η型半導體基板的正面的整個面設有P陽極區105-2。
[0010]P陽極區105-2與發射極109導通連接。在η型半導體基板的背面側，在IGBT部121設有p+集電區111，在FWD部122設有n+陰極區112。在p+集電區111和n+陰極區112與η漂移區101之間設有η緩沖層110。集電極113與ρ +集電區111和η +陰極區112接觸。符號108為層間絕緣膜。
[0011]作為這樣的RC-1GBT，提出了如下的集電極短路型的裝置:在半導體芯片的正面以與通常的IGBT相同的圖案反復配置MOS柵結構，在半導體芯片的背面并排配置有FWD部的η+陰極區和IGBT部的ρ +集電區(例如，參照下述專利文獻2)。
[0012]另外，作為其它RC-1GBT，提出了如下裝置:在包含η型漂移層的半導體基板交替反復配置作為IGBT元件動作的IGBT部和作為二極管元件動作的二極管區域，在二極管區域中的最靠近IGBT部側且在η型漂移層的表層部設有從η型漂移層抽出空穴的ρ型的肖特基接觸區(例如，參照下述專利文獻3)。
[0013]另外，作為其它RC-1GBT，提出了如下裝置:設計為在半導體基板的第一主面側的第一區域設置發射層、在第二區域不設置發射層的結構，并且設計為在半導體基板的第二主面側的第一區域設置集電層、在第二區域設置陰極層的結構(例如，參照下述專利文獻4) ο
[0014]另外，作為其它RC-1GBT，提出了如下裝置:在二極管部的基板正面側以不同的間隔形成多個溝槽柵，進一步在溝槽柵間的間隔窄的一方形成η型發射區和ρ型基區(例如，參照下述專利文獻5)。
[0015]另外，作為具備臺面部的裝置，提出了如下半導體裝置:在基板正面側具備溝槽的垂直型的二極管中，溝槽以不同的間隔配置，且具備在溝槽的短邊方向上的溝槽間的間隔長的區域和短的區域這兩個區域(例如，參照下述專利文獻6)。
[0016]另外，作為其它RC-1GBT，提出了如下裝置。在層間絕緣膜的表面和第二溝槽的內表面，使用鈦(Ti)和/或鎢(W)等形成阻擋金屬。發射極(陽極)電極隔著阻擋金屬而與P基(陽極)層、η發射區和ρ接觸區接觸(例如，參照下述專利文獻7(第0054、0080段，圖 5))。
[0017]另外，作為其它RC-1GBT，提出了如下裝置。背面電極以與P型集電區和η型陰極區這兩方接觸的方式形成在第二主面上，且具有從第二主面側起依次層疊的鈦層、鎳(Ni)層和金(Au)層。鈦層與ρ型集電區和η型陰極區這兩方歐姆接觸(例如，參照下述專利文獻8) ο
[0018]另外，作為其它RC-1GBT，提出了 IGBT區域與FWD區域相互鄰接地交替設置且具有寬度不同的兩種FWD區域的裝置(例如，參照下述專利文獻9(第0068段，圖6))。在下述專利文獻9中，通過將作為寬度寬的區域的FWD區域的寬度(將作為寬度窄的區域的FWD區域夾在其間的兩個溝道間距離)設為170 μ m以上，從而使作為FWD區域不發揮功能的區域的比例相對減少而抑制正向電壓的snapback。
[0019]另外，作為其它RC-1GBT，提出了如下裝置。在IGBT部的ρ基極層設有在溝槽的深度方向比發射區和接觸區深的浮置層。在二極管部不設置浮置層和發射區。二極管部的柵極為發射極電位(例如，參照下述專利文獻10)。在下述專利文獻10中，通過設置浮置層，從而抑制從IGBT部的接觸區向二極管部的過多的空穴注入。
[0020]現有技術文獻
[0021]專利文獻
[0022]專利文獻1:日本特開2008-034794號公報
[0023]專利文獻2:日本特開2005-101514號公報
[0024]專利文獻3:日本特開2009-071217號公報
[0025]專利文獻4:日本特開2008-053648號公報
[0026]專利文獻5:日本特開2012-009629號公報
[0027]專利文獻6:日本特開2008-047565號公報
[0028]專利文獻7:日本特開2009-027152號公報
[0029]專利文獻8:日本特開2013-012783號公報
[0030]專利文獻9:日本特開2010-171385號公報
[0031]專利文獻10:日本特開2012-043890號公報
【發明內容】
[0032]技術問題
[0033]然而，在上述的現有技術中，在IGBT部，以較窄的間距將溝槽配置成沿著與溝槽并排的方向正交的方向延伸的條紋狀。因此，在FWD部中不設置從基板正面貫通ρ陽極區(P基區)與η漂移層的肖特基接合的溝槽的情況下，設置在IGBT部的最靠近FWD部側的溝槽的底部，在斷開狀態下電場強度集中，存在耐壓降低的問題。
[0034]另外，在上述的專利文獻2中，由于在IGBT部整體上部分地設置FWD部，所以載流子從FWD部得到抽出，IGBT部的載流子減少而導致導通電阻升高，因而有可能使導通電壓升高。另外，像上述的專利文獻4那樣，在FWD部的基板正面側整體設置ρ陽極區的構成中，雖然FWD部中的電場強度得到緩和，但在FWD部中，空穴的注入效率增加，且反向恢復電流增加，因此導致IGBT的導通損耗增加，除此之外，還存在FWD的反向恢復耐量降低的問題。
[0035]本發明為了消除上述現有技術的問題點，目的在于提供一種在將絕緣柵型雙極晶體管與二極管內置于同一半導體基板并使其一體化的結構的反向導通型半導體裝置中，能夠提高二極管特性的半導體裝置。
[0036]技術方案
[0037]為了解決上述課題，實現本發明的目的，本發明的半導體裝置在成為第一導電型的漂移區的半導體基板上具備設有絕緣柵型雙極晶體管的第一元件區域和設有二極管的第二元件區域，具有如下特征。在上述半導體基板的正面，在從上述第一元件區域到上述第二元件區域設有多個溝槽，其是與上述第一元件區域和上述第二元件區域并排的方向正交的長度方向延伸的條紋狀。沿著上述溝槽的側壁和底面而設有柵極絕緣膜。在上述溝槽的內部的、上述柵極絕緣膜的內側設有柵極。在上述第一元件區域的相鄰的上述溝槽之間的臺面部選擇性地設有第二導電型的基區。在上述第二元件區域的相鄰的上述溝槽之間的臺面部選擇性地設有第二導電型的陽極區。在上述基區的內部選擇性地設有第一導電型的發射區。設有與上述基區、上述發射區和上述陽極區接觸的第一電極。在上述第一元件區域中，在上述半導體基板的背面設有第二導電型的集電區。在上述第二元件區域中，在上述半導體基板的背面設有第一導電型的陰極區。設有與上述集電區和上述陰極區接觸的第二電極。并且，在上述第二元件區域的相鄰的上述溝槽之間的臺面部，沿著上述溝槽的長度方向而交替反復地配置有上述陽極區與上述漂移區。在由上述陽極區以及被該陽極區和該陽極區的在上述溝槽的長度方向相鄰的上述陽極區所夾的部分中的上述漂移區構成的單位區域中，該陽極區所占的比例為50%以上且小于100%。
[0038]另外，對于本發明的半導體裝置而言，在上述的發明中，從上述相鄰的上述陽極區分別向上述臺面部擴展的內置耗盡層彼此相互連接。
[0039]另外，為了解決上述課題，實現本發明的目的，本發明的半導體裝置在成為第一導電型的漂移區的半導體基板上具備設有絕緣柵型雙極晶體管的第一元件區域和設有二極管的第二元件區域，具有如下特征。在上述半導體基板的正面，在從上述第一元件區域到上述第二元件區域設有多個溝槽，其是在與上述第一元件區域和上述第二元件區域并排的方向正交的長度方向延伸的條紋狀。沿著上述溝槽的側壁和底面而設有柵極絕緣膜。在上述溝槽的內部的、上述柵極絕緣膜的內側設有柵極。在上述第一元件區域的相鄰的上述溝槽之間的臺面部選擇性地設有第二導電型的基區。在上述第二元件區域的相鄰的上述溝槽之間的臺面部選擇性地設有第二導電型的陽極區。在上述基區的內部選擇性地設有第一導電型的發射區。設有與上述基區、上述發射區和上述陽極區接觸的第一電極。在上述第一元件區域中，在上述半導體基板的背面設有第二導電型的集電區。在上述第二元件區域中，在上述半導體基板的背面設有第一導電型的陰極區。設有與上述集電區和上述陰極區接觸的第二電極。并且，在上述第二元件區域的相鄰的上述溝槽之間的臺面部，沿著上述溝槽的長度方向而交替反復地配置有上述陽極區與上述漂移區。上述第一電極進一步與上述第二元件區域中的上述漂移區接觸。并且，在由上述陽極區以及被該陽極區和該陽極區的在上述溝槽的長度方向上相鄰的上述陽極區所夾的部分中的上述漂移區構成的單位區域中，該陽極區所占的比例小于50%。
[0040]另外，對于本發明的半導體裝置而言，在上述的發明中，從上述相鄰的上述溝槽分別向該溝槽間的臺面部擴展的內置耗盡層彼此相互連接。
[0041]有益效果
[0042]根據本發明的半導體裝置，是將絕緣柵型雙極晶體管與二極管內置于同一半導體基板并使其一體化的結構的反向導通型半導體裝置，能夠降低反向恢復電流，能夠降低反向恢復損耗，因此起到能夠提尚一■極管特性的效果。
【附圖說明】
[0043]圖1是表示實施方式一的半導體裝置的結構的平面圖。
[0044]圖2是表示沿圖1的切割線A-A’的截面結構的剖面圖。