半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，絕緣棚■型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)作為MOS (金屬-氧化膜-半導(dǎo)體)型半導(dǎo)體裝置為公眾所知。以在半導(dǎo)體基板上以平板狀設(shè)置有M0S柵(由金屬-氧化膜-半導(dǎo)體構(gòu)成的絕緣柵)的平面柵型MOSFET為例對(duì)以往的M0S型半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖7是示出以往的平面柵型M0SFET500的構(gòu)成的俯視圖。圖8是示出圖7(b)的剖切線(xiàn)X1-X1、剖切線(xiàn)X2-X2和剖切線(xiàn)X3-X3處的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0003]圖7 (a)中示出配置于η半導(dǎo)體基板(半導(dǎo)體芯片)51的正面的源電極61、柵極焊盤(pán)(gate pad)電極62和柵極流道(gate runner)62a的平面布局，圖7 (b)中放大示出圖7(a)的由矩形框B包圍的部分。在圖7(b)中省略圖示配置于η半導(dǎo)體基板51的正面的柵氧化膜55、多晶娃柵電極56和層間絕緣膜59，并利用虛線(xiàn)示出接觸孔(contact hole)60、源電極61和柵極焊盤(pán)電極62。圖8(a)中示出圖7(b)的剖切線(xiàn)X1-X1處的剖面結(jié)構(gòu)。圖8(b)中示出圖7(b)的剖切線(xiàn)X2-X2處的剖面結(jié)構(gòu)。圖8(c)中示出圖7(b)的剖切線(xiàn)X3-X3處的剖面結(jié)構(gòu)。
[0004]如圖7 (a)所示，平面柵型M0SFET500在η半導(dǎo)體基板51的正面具備柵極焊盤(pán)電極62和源電極61。柵極焊盤(pán)電極62配置于活性區(qū)的芯片外周側(cè)。源電極61配置于活性區(qū)的除了配置有柵極焊盤(pán)電極62的部分之外的大致整個(gè)面，并包圍例如大致矩形形狀的柵極焊盤(pán)電極62的三個(gè)邊。柵極焊盤(pán)電極62與柵極流道62a連接，所述柵極流道62a以包圍源電極61的周?chē)姆绞脚渲?。在平面柵型M0SFET500的最外周(芯片最外周)以包圍活性區(qū)的周?chē)姆绞脚渲媚蛪航K端結(jié)構(gòu)部。活性區(qū)為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)電流流通的區(qū)域。耐壓終端結(jié)構(gòu)部為緩和η漂移區(qū)51a的基板正面?zhèn)鹊碾妶?chǎng)并保持耐壓的區(qū)域。
[0005]圖8(a)中示出圖7(b)的沿著與柵極焊盤(pán)電極62的不與源電極61相對(duì)的一個(gè)邊垂直的方向(圖中橫向)剖切柵極焊盤(pán)電極62的剖切線(xiàn)X1-X1處的剖面結(jié)構(gòu)。如圖8(a)所示，在柵極焊盤(pán)電極62的正下方(η漂移區(qū)51a側(cè))，在成為η漂移區(qū)51a的η半導(dǎo)體基板51的正面的表面層形成一個(gè)ρ阱區(qū)63。在ρ阱區(qū)63的內(nèi)部，在基板正面?zhèn)鹊谋砻鎸有纬梢粋€(gè)Ρ高濃度區(qū)64。在η半導(dǎo)體基板51的正面上隔著柵氧化膜55配置多晶硅柵電極56。在多晶硅柵電極56的表面上形成層間絕緣膜59，進(jìn)一步地在層間絕緣膜59的表面上配置柵極焊盤(pán)電極62。
[0006]多晶硅柵電極56通過(guò)省略圖示的布線(xiàn)與層間絕緣膜59上的柵極焊盤(pán)電極62連接。在η半導(dǎo)體基板51的背面的表面層配置η漏區(qū)57。此外，在η半導(dǎo)體基板51的背面配置與η漏區(qū)57連接的漏電極58。η半導(dǎo)體基板51中夾在ρ阱區(qū)63與η漏區(qū)57之間的部分為η漂移區(qū)51a。在ρ阱區(qū)63與η漂移區(qū)51a之間的界面形成pn結(jié)65a。作為寄生二極管的體二極管65由ρ高濃度區(qū)64、ρ阱區(qū)63、η漂移區(qū)51a和η漏區(qū)57構(gòu)成。
[0007]圖8(b)中示出圖7(b)的將柵極焊盤(pán)電極62與源電極61之間的部分平行于剖切線(xiàn)X1-X1進(jìn)行剖切的剖切線(xiàn)X2-X2處的剖面結(jié)構(gòu)。圖7 (b)的柵極焊盤(pán)電極62與源電極61之間的部分是指夾在表示柵極焊盤(pán)電極62的外周的虛線(xiàn)和表示源電極61的外周的虛線(xiàn)之間的部分。如圖8(b)所示，在柵極焊盤(pán)電極62與源電極61之間的部分的正下方，在η半導(dǎo)體基板51的表面層配置分離的多個(gè)延伸部分52a。在延伸部分52a的內(nèi)部，在基板正面?zhèn)鹊谋砻鎸舆x擇性地配置延伸部分54a。延伸部分52a是指配置于源電極61的正下方的后述的P溝道區(qū)52的向柵極焊盤(pán)電極62側(cè)延伸的部分。延伸部分54a是指配置于源電極61的正下方的后述的ρ接觸區(qū)54的向柵極焊盤(pán)電極62側(cè)延伸的部分。
[0008]多晶硅柵電極56被配置為隔著柵氧化膜55而橫跨相鄰的延伸部分52a之間。在多晶娃柵電極56的表面，以橫跨露在多晶娃柵電極56之間的ρ溝道區(qū)52的延伸部分52a和P接觸區(qū)54的延伸部分54a的表面的方式配置層間絕緣膜59。在η半導(dǎo)體基板51的背面?zhèn)龋c柵極焊盤(pán)電極62的正下方同樣地，配置η漏區(qū)57和漏電極58。在ρ溝道區(qū)52的延伸部分52a與η漂移區(qū)51a之間的界面形成pn結(jié)65a。作為寄生二極管的體二極管65由P接觸區(qū)54的延伸部分54a、ρ溝道區(qū)52的延伸部分52a、η漂移區(qū)51a和η漏區(qū)57構(gòu)成。
[0009]圖8(c)中示出圖7(b)的將源電極61的芯片外周側(cè)的部分平行于剖切線(xiàn)Χ1-Χ1進(jìn)行剖切的剖切線(xiàn)Χ3-Χ3處的剖面結(jié)構(gòu)。如圖8(c)所示，在源電極61的正下方，在η半導(dǎo)體基板51的表面層配置分離的多個(gè)ρ溝道區(qū)52。在ρ溝道區(qū)52的內(nèi)部，在基板正面?zhèn)鹊谋砻鎸臃謩e選擇性地形成η源區(qū)53和ρ接觸區(qū)54。ρ接觸區(qū)54以與η源區(qū)53接觸的方式配置在比η源區(qū)53靠近ρ溝道區(qū)52的中央側(cè)的位置。在ρ溝道區(qū)52的夾在η源區(qū)53與η半導(dǎo)體基板51之間的部分的表面上，多晶娃柵電極56被配置為隔著柵氧化膜55而橫跨配置于相鄰的Ρ溝道區(qū)52的η源區(qū)53之間。
[0010]在多晶硅柵電極56的表面配置層間絕緣膜59。在層間絕緣膜59的表面配置源電極61。在層間絕緣膜59形成有接觸孔60，ρ接觸區(qū)54和η源區(qū)53通過(guò)接觸孔60與源電極61電連接。在η半導(dǎo)體基板51的背面?zhèn)?，與柵極焊盤(pán)電極62的正下方同樣地，配置η漏區(qū)57和漏電極58。在ρ溝道區(qū)52與η漂移區(qū)51a之間的界面形成pn結(jié)65a。作為寄生二極管的體二極管65由ρ接觸區(qū)54、ρ溝道區(qū)52、η漂移區(qū)51a和η漏區(qū)57構(gòu)成。
[0011]如圖7(b)所示，源電極61的正下方的多個(gè)ρ溝道區(qū)52被以條紋狀的平面布局進(jìn)行配置。在Ρ溝道區(qū)52的內(nèi)部，與ρ溝道區(qū)52以條紋狀延伸的方向平行地分離地配置例如直線(xiàn)狀的兩個(gè)η源區(qū)53。在分離地配置的η源區(qū)53之間以與各η源區(qū)53接觸的方式配置Ρ接觸區(qū)54。ρ溝道區(qū)52和ρ接觸區(qū)54分別通過(guò)延伸部分52a、54a與柵極焊盤(pán)電極62正下方的ρ阱區(qū)63和ρ高濃度區(qū)64連結(jié)。
[0012]ρ溝道區(qū)52、ρ溝道區(qū)52的延伸部分52a和ρ阱區(qū)63通過(guò)以相同的雜質(zhì)濃度和相同的擴(kuò)散深度，利用相同的掩模進(jìn)行離子注入而形成。此外，Ρ接觸區(qū)54、ρ接觸區(qū)54的延伸部分54a和ρ高濃度區(qū)64通過(guò)以相同的雜質(zhì)濃度和相同的擴(kuò)散深度，利用相同的掩模進(jìn)行離子注入而形成。
[0013]這樣，在柵極焊盤(pán)電極62正下方形成的一個(gè)ρ阱區(qū)63與源電極61下面的多個(gè)ρ溝道區(qū)52連結(jié)。由此，在對(duì)平面柵型M0SFET500的漏極和源極之間施加正電壓時(shí)，ρ溝道區(qū)52和從ρ阱區(qū)63與η漂移區(qū)51a之間的pn結(jié)65a擴(kuò)散的耗盡層在柵極焊盤(pán)電極62正下方均勻地?cái)U(kuò)散。由此，能夠抑制在柵極焊盤(pán)電極62正下方的電場(chǎng)集中，確保高耐壓。
[0014]對(duì)平面柵型M0SFET500的體二極管65的反向恢復(fù)動(dòng)作(反向恢復(fù)過(guò)程中的過(guò)剩的空穴67和電子68的運(yùn)動(dòng))進(jìn)行說(shuō)明。圖9是示出圖8的平面柵型M0SFET500的體二極管65的反向恢復(fù)動(dòng)作的說(shuō)明圖。圖9 (a-Ι)、圖9 (a-2)中示出在體二極管65流通有正向電流If的情況，圖9 (b-Ι)、圖9 (b-2)中示出在體二極管65流通有反向電流Ir的情況。此夕卜，圖9(a-l)、圖9(b-l)中示出柵極焊盤(pán)電極62的正下方的載流子的運(yùn)動(dòng)，圖9 (a_2)、圖9 (b-2)中示出源電極61的正下方的載流子的運(yùn)動(dòng)。
[0015]在圖9(a_l)、圖9(b_l)示出的柵極焊盤(pán)電極62的正下方，如上所述由ρ高濃度區(qū)64、ρ阱區(qū)63、η漂移區(qū)51a和η漏區(qū)57構(gòu)成作為寄生二極管的體二極管65。在圖9 (a-2)、圖9 (b-2)示出的源電極61的正下方，如上所述由ρ接觸區(qū)54、ρ溝道區(qū)52、η漂移區(qū)51a和η漏區(qū)57構(gòu)成作為寄生二極管的體二極管65。
[0016]如圖9 (a-Ι)、圖9 (a-2)所示，在對(duì)平面柵型M0SFET500的漏極和源極之間施加有負(fù)電壓的情況下，在體二極管65流通正向電流If。通過(guò)該正向電流If，過(guò)剩的空穴67和過(guò)剩的電子68積累在η漂移區(qū)51a。另一方面，如圖9 (b_l)、圖9 (b_2)所示，如果體二極管65轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚧謴?fù)過(guò)程，則作為反向電流Ir，過(guò)剩的空穴67流入ρ溝道區(qū)52和ρ阱區(qū)63，過(guò)剩的電子68流入η漏區(qū)57。其結(jié)果，載流子的過(guò)剩的積累狀態(tài)被解除，維持了平面柵型M0SFET500的耐壓。
[0017]這樣，如果在體二極管65流通反向電流Ir，則該反向電流Ir還流入到柵極焊盤(pán)電極62正下方的ρ阱區(qū)63和ρ高濃度區(qū)64。此外，流入到ρ阱區(qū)63和ρ高濃度區(qū)64的反向電流Ir從ρ阱區(qū)63和ρ高濃度區(qū)64流入到ρ溝道區(qū)52和ρ接觸區(qū)54，進(jìn)一步地，經(jīng)由接觸孔60流入到源電極61。由于在該反向電流Ir的電流通路中的電阻Rp(參照?qǐng)D7 (b))，從而使得ρ阱區(qū)63的柵極焊盤(pán)電極62中央正下方的部分的電位上升。
[0018]這樣，雖然由于在體二極管65流通的反向電流Ir，而使ρ阱區(qū)63的柵極焊盤(pán)電極62中央正下方的部分的電位上升，但是ρ阱區(qū)63橫跨柵極焊盤(pán)電極62正下方整個(gè)區(qū)域而形成為一個(gè)區(qū)域。因此，在柵極焊盤(pán)電極62的正下方形成的體二極管65的pn結(jié)65a的表面積大，過(guò)剩的空穴67從ρ接觸區(qū)54流入源電極61的電流通路的電阻Rp小。因此，ρ阱區(qū)63的柵極焊盤(pán)電極62中央正下方的部分的電位上升小。
[0019]然而，由于ρ阱區(qū)63和ρ高濃度區(qū)64在柵極焊盤(pán)電極62正下方整個(gè)區(qū)域被配置為一個(gè)區(qū)域，所以在Ρ阱區(qū)63和ρ高濃度區(qū)64的雜質(zhì)濃度在各自的面內(nèi)存在偏差的情況下，局部地生成電阻低的部分。電流(空穴67)從周?chē)魅朐撾娮璧偷牟糠?，并流入與該電阻低的部分連結(jié)的Ρ溝道區(qū)52。因此，ρ阱區(qū)63和ρ高濃度區(qū)64的電位上升，大電壓被施加到夾在Ρ阱區(qū)63與多晶硅柵電極56之間的柵氧化膜55，而具有柵氧化膜55發(fā)生絕緣擊穿的隱患。
[0020]在將平面柵型M0SFET500作為開(kāi)關(guān)使用的情況下，體二極管65作為續(xù)流二極管(FWD:Free Wheeling D1de)發(fā)揮功能。圖10是示出連接了感性負(fù)載Μ的逆變器電路的動(dòng)作的說(shuō)明圖。圖10中示出逆變器電路動(dòng)作中在逆變器電路流通的續(xù)流電流Ιο。以將串聯(lián)了開(kāi)關(guān)Ml、M2的半橋電路并聯(lián)于端子Ρ、Ν之間的三相輸出的逆變器電路為例進(jìn)行說(shuō)明。作為開(kāi)關(guān)Μ1、Μ2，例如可以使用上述的平面柵型M0SFET500。在各半橋電路的開(kāi)關(guān)Μ1、Μ2之間連接有感性負(fù)載Μ。在各開(kāi)關(guān)Ml、M2分別并聯(lián)有續(xù)流二極管FWD。
[0021]如圖10所示，如果在感性負(fù)載Μ和續(xù)流二極管FWD流通有續(xù)流電流Ιο的狀態(tài)下將開(kāi)關(guān)Ml導(dǎo)通，則開(kāi)關(guān)Ml導(dǎo)通，電流頂1從開(kāi)關(guān)Ml流向開(kāi)關(guān)M2。該電流頂1以抵消已經(jīng)在續(xù)流二極管FWD和體二極管65流通的續(xù)流電流Ιο的方式流通，從而使續(xù)流二極管FWD和體二極管65為關(guān)斷狀態(tài)。在圖10中，開(kāi)關(guān)Ml為上橋臂的M0SFET，開(kāi)關(guān)M2為下橋臂的MOSFET,電流頂1為開(kāi)關(guān)Ml的電流，端子P為逆變器電路的正極端子，端子N為逆變器電路的負(fù)極端子。圖9 (a)所示的正向電流If為圖10的連接了感性負(fù)載Μ的逆變器電路的動(dòng)作中在感性