半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于，就在1个半导体衬底同时设置了晶体管区域和二极管区域的半导体装置而言，提供能够在二极管动作时实现良好的电气特性的半导体装置。半导体装置的特征在于，具备在具有正面和背面的半导体衬底设置的IGBT区域和二极管区域，该IGBT区域具备：第2导电型的基极层，其形成于该正面侧；以及第1沟槽部，其贯通该基极层而设置，该第1沟槽部具有：第1栅极电极，其下端与该基极层的下端相比位于上方；第2栅极电极，其设置于该第1栅极电极的正下方；以及绝缘膜，其设置于该第1栅极电极的侧面、该第1栅极电极和该第2栅极电极之间以及与该第2栅极电极接触的位置。

Semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
半导体装置
本专利技术涉及半导体装置。
技术介绍
在家电产品、电动汽车、或铁路等广泛的领域中使用的逆变器装置大多是对感应电动机等电感性负载进行驱动。逆变器装置能够使用多个半导体装置而构成，该半导体装置例如是IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)或MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)等开关元件、以及续流二极管(以下，有时简称为二极管)等。逆变器装置谋求高效率且省电，因此市场上要求半导体装置的高性能化和低成本化。为了电力用半导体装置的高性能化和低成本化，开发了沟槽MOS栅极构造、半导体衬底的薄板化、以及反向导通型IGBT(RC-IGBT：ReverseConductingIGBT)等。RC-IGBT是将IGBT和二极管内置于同一半导体衬底而一体化得到的。在专利文献1中公开了具有沟槽栅极构造的半导体装置。该半导体装置具备：第1导电型的半导体衬底；第1导电型的积蓄层，其形成于该半导体衬底的正面侧，杂质浓度比该半导体衬底的杂质浓度高；以及沟槽部，其形成于该半导体衬底的正面。该沟槽部具有：第1导电部；第2导电部，其位于该第1导电部的下方，与该积蓄层的深度方向的中心位置相比形成于下方；以及绝缘膜，其将该第1导电部的侧面以及该第2导电部的周围覆盖，该沟槽部具有以下两种构造中的至少一者，即，该绝缘膜将该第1导电部与该第2导电部之间绝缘的分隔构造，或者，与该第1导电部的侧面相比在该第2导电部的侧面该绝缘膜形成得更厚的厚膜构造。专利文献1：日本特开2017-147431号公报能够在RC-IGBT的IGBT区域，在半导体衬底的正面侧设置沟槽栅极、栅极电极、p+型扩散层、p型基极层、n+型发射极层以及发射极电极。并且，能够在半导体衬底的背面侧设置n型缓冲层、p型集电极层以及集电极(collector)电极(electrode)。能够在RC-IGBT的二极管区域，在半导体衬底的正面侧设置杂质浓度低的p-型阳极层和阳极电极。阳极电极能够与发射极电极是共通的。并且，能够在半导体衬底的背面侧设置n型缓冲层、n+型阴极层以及阴极电极。阴极电极能够与集电极电极是共通的。在IGBT区域和二极管区域，在正面侧的结构和背面侧的结构之间存在n-型漂移层。就RC-IGBT而言，IGBT和二极管配置于同一衬底，因此相邻的IGBT和二极管相互影响。例如，在使二极管动作时，如果向IGBT的栅极电极施加正的偏置电压，则在p型基极层之中形成反转层即n型沟道层。由此，n+型阴极层、n型缓冲层、n-型漂移层、n型沟道层以及n+型发射极层电连接，进行MOSFET动作。如此，在二极管动作时，电子载流子不在漂移层积蓄而是流入IGBT区域。由此，不会正常地进行双极动作而是引起骤回，因此二极管的输出特性劣化，或导通电压恶化。就例如专利文献1所提出的构造而言，在二极管动作时，在向第1导电部施加了正偏置的情况下，电子载流子通过IGBT的沟道路径而被排出，有可能不会正常地进行双极动作。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于，就在1个半导体衬底同时设置了晶体管区域和二极管区域的半导体装置而言，提供能够在二极管动作时实现良好的电气特性的半导体装置。本专利技术涉及的半导体装置的特征在于，具备：IGBT区域，其从具有第1导电型的漂移层的半导体衬底的正面延伸到背面；以及二极管区域，其从该半导体衬底的该正面延伸到该背面，与该IGBT区域相邻，该IGBT区域具备：第2导电型的基极层，其形成于该正面侧；以及第1沟槽部，其贯通该基极层而设置，该第1沟槽部具有：第1栅极电极，其下端与该基极层的下端相比位于上方；第2栅极电极，其设置于该第1栅极电极的正下方；以及绝缘膜，其设置于该第1栅极电极的侧面、该第1栅极电极和该第2栅极电极之间以及与该第2栅极电极接触的位置，该二极管区域具备：第2导电型的阳极层，其形成于该正面侧；以及第2沟槽部，其形成于该正面侧，具有哑栅极电极。本专利技术的其它特征在下面得以明确。专利技术的效果根据本专利技术，在晶体管区域的1个沟槽部设置第1栅极电极以及在第1栅极电极的正下方与第1栅极电极绝缘地设置的第2栅极电极，使第1栅极电极的下端与基极层的下端相比位于上方。如果向第2栅极电极施加负的偏置电压，则在漂移层形成p型反转层即保护层，在使二极管为导通状态时，在向第1栅极电极施加了正的偏置电压的状态下，能够防止或者抑制电子载流子流入至晶体管区域。附图说明图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。图2是从正面侧观察半导体装置的俯视图。图3是从背面侧观察半导体装置的俯视图。图4是图2的B-B′线处的剖面图。图5是表示骤回现象的图。图6是施加了电压的半导体装置的剖面图。图7是施加了电压的半导体装置的剖面图。图8是表示二极管的MOS特性的模拟结果的图。图9是实施方式2涉及的半导体装置的俯视图。图10是半导体装置的局部剖面图。图11是实施方式3涉及的半导体装置的剖面图。图12是实施方式4涉及的半导体装置的剖面图。标号的说明10半导体装置，11IGBT区域，12二极管区域，13漂移层，14基极层，19第1沟槽部，28第2沟槽部，36第1栅极电极，37第2栅极电极，39载流子积蓄层，41沟道层，42保护层，50第1电极焊盘，52第2电极焊盘。具体实施方式下面，一边参照附图一边对实施方式进行说明。附图是示意性地示出的，因此尺寸以及位置的相互关系可以变更。在下面的说明中，对相同或者相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。在下面的说明中，有时会使用“上”、“下”、“侧”、“底”、“表(正)”或者“背”等表示特定的位置以及方向的术语，但这些术语是为了使实施方式的内容容易理解，出于方便而使用的，并不对实际实施时的方向进行限定。对于半导体的导电型，使第1导电型为n型，使第2导电型为p型而进行说明。但是，也可以使它们相反，使第1导电型为p型，使第2导电型为n型。n+型意味着与n型相比施主杂质的浓度高，n-型意味着与n型相比施主杂质的浓度低。同样地，p+型意味着与p型相比受主杂质的浓度高，p-型意味着与p型相比受主杂质的浓度低。实施方式1.图1是实施方式1涉及的半导体装置10的剖面图。该半导体装置10是RC-IGBT。半导体装置10具备半导体衬底40。半导体衬底40具备第1主面即正面40A以及与第1主面相对的第2主面即背面40B。半导体衬底40具有第1导电型的漂移层13。在1个半导体衬底40设置有IGBT区域11和二极管区域12。IGBT区域11从半导体衬底40的正面40A延伸到背面40B。二极管区域12也从半导体衬底40的正面40A延伸到背面40B。IGBT区域11和二极管区域12相邻。图2是从正面40A侧观察半导体装置10的俯视图。在IGBT区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，具备：/nIGBT区域，其从具有第1导电型的漂移层的半导体衬底的正面延伸到背面；以及/n二极管区域，其从所述半导体衬底的所述正面延伸到所述背面，与所述IGBT区域相邻，/n所述IGBT区域具备：第2导电型的基极层，其形成于所述正面侧；以及第1沟槽部，其贯通所述基极层而设置，/n所述第1沟槽部具有：第1栅极电极，其下端与所述基极层的下端相比位于上方；第2栅极电极，其设置于所述第1栅极电极的正下方；以及绝缘膜，其设置于所述第1栅极电极的侧面、所述第1栅极电极和所述第2栅极电极之间以及与所述第2栅极电极接触的位置，/n所述二极管区域具备：第2导电型的阳极层，其形成于所述正面侧；以及第2沟槽部，其形成于所述正面侧，具有哑栅极电极。/n

【技术特征摘要】
20181018 JP 2018-1966161.一种半导体装置，其特征在于，具备：
IGBT区域，其从具有第1导电型的漂移层的半导体衬底的正面延伸到背面；以及
二极管区域，其从所述半导体衬底的所述正面延伸到所述背面，与所述IGBT区域相邻，
所述IGBT区域具备：第2导电型的基极层，其形成于所述正面侧；以及第1沟槽部，其贯通所述基极层而设置，
所述第1沟槽部具有：第1栅极电极，其下端与所述基极层的下端相比位于上方；第2栅极电极，其设置于所述第1栅极电极的正下方；以及绝缘膜，其设置于所述第1栅极电极的侧面、所述第1栅极电极和所述第2栅极电极之间以及与所述第2栅极电极接触的位置，
所述二极管区域具备：第2导电型的阳极层，其形成于所述正面侧；以及第2沟槽部，其形成于所述正面侧，具有哑栅极电极。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1栅极电极的下端与所述基极层的下端相比形成于以小于0.3μm的量更靠上方处。


3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，具备：
第1电极焊盘，其与所述第1栅极电极电连接，设置于所述半导体衬底的上方；以及
第2电极焊盘，其与所述第2栅极电极电连接，设置于所述半导体衬底的上方。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第2栅极电极的上端与所述基极层的下端相比位于上方。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述哑栅极电极具有第1哑栅极电极以及设置于所述第1哑栅极电极的正下...

【专利技术属性】
技术研发人员：上马场龙，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP