半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体装置。
【背景技术】
[0002]以往，绝缘棚■型场效应晶体管(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)作为MOS (金属-氧化膜-半导体)型半导体装置为公众所知。以在半导体基板上以平板状设置有M0S栅(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅)的平面栅型MOSFET为例对以往的M0S型半导体装置进行说明。图7是示出以往的平面栅型M0SFET500的构成的俯视图。图8是示出图7(b)的剖切线X1-X1、剖切线X2-X2和剖切线X3-X3处的剖面结构的剖面图。
[0003]图7 (a)中示出配置于η半导体基板(半导体芯片)51的正面的源电极61、栅极焊盘(gate pad)电极62和栅极流道(gate runner)62a的平面布局，图7 (b)中放大示出图7(a)的由矩形框B包围的部分。在图7(b)中省略图示配置于η半导体基板51的正面的栅氧化膜55、多晶娃栅电极56和层间绝缘膜59，并利用虚线示出接触孔(contact hole)60、源电极61和栅极焊盘电极62。图8(a)中示出图7(b)的剖切线X1-X1处的剖面结构。图8(b)中示出图7(b)的剖切线X2-X2处的剖面结构。图8(c)中示出图7(b)的剖切线X3-X3处的剖面结构。
[0004]如图7 (a)所示，平面栅型M0SFET500在η半导体基板51的正面具备栅极焊盘电极62和源电极61。栅极焊盘电极62配置于活性区的芯片外周侧。源电极61配置于活性区的除了配置有栅极焊盘电极62的部分之外的大致整个面，并包围例如大致矩形形状的栅极焊盘电极62的三个边。栅极焊盘电极62与栅极流道62a连接，所述栅极流道62a以包围源电极61的周围的方式配置。在平面栅型M0SFET500的最外周(芯片最外周)以包围活性区的周围的方式配置耐压终端结构部。活性区为导通状态时电流流通的区域。耐压终端结构部为缓和η漂移区51a的基板正面侧的电场并保持耐压的区域。
[0005]图8(a)中示出图7(b)的沿着与栅极焊盘电极62的不与源电极61相对的一个边垂直的方向(图中横向)剖切栅极焊盘电极62的剖切线X1-X1处的剖面结构。如图8(a)所示，在栅极焊盘电极62的正下方(η漂移区51a侧)，在成为η漂移区51a的η半导体基板51的正面的表面层形成一个ρ阱区63。在ρ阱区63的内部，在基板正面侧的表面层形成一个Ρ高浓度区64。在η半导体基板51的正面上隔着栅氧化膜55配置多晶硅栅电极56。在多晶硅栅电极56的表面上形成层间绝缘膜59，进一步地在层间绝缘膜59的表面上配置栅极焊盘电极62。
[0006]多晶硅栅电极56通过省略图示的布线与层间绝缘膜59上的栅极焊盘电极62连接。在η半导体基板51的背面的表面层配置η漏区57。此外，在η半导体基板51的背面配置与η漏区57连接的漏电极58。η半导体基板51中夹在ρ阱区63与η漏区57之间的部分为η漂移区51a。在ρ阱区63与η漂移区51a之间的界面形成pn结65a。作为寄生二极管的体二极管65由ρ高浓度区64、ρ阱区63、η漂移区51a和η漏区57构成。
[0007]图8(b)中示出图7(b)的将栅极焊盘电极62与源电极61之间的部分平行于剖切线X1-X1进行剖切的剖切线X2-X2处的剖面结构。图7 (b)的栅极焊盘电极62与源电极61之间的部分是指夹在表示栅极焊盘电极62的外周的虚线和表示源电极61的外周的虚线之间的部分。如图8(b)所示，在栅极焊盘电极62与源电极61之间的部分的正下方，在η半导体基板51的表面层配置分离的多个延伸部分52a。在延伸部分52a的内部，在基板正面侧的表面层选择性地配置延伸部分54a。延伸部分52a是指配置于源电极61的正下方的后述的P沟道区52的向栅极焊盘电极62侧延伸的部分。延伸部分54a是指配置于源电极61的正下方的后述的ρ接触区54的向栅极焊盘电极62侧延伸的部分。
[0008]多晶硅栅电极56被配置为隔着栅氧化膜55而横跨相邻的延伸部分52a之间。在多晶娃栅电极56的表面，以横跨露在多晶娃栅电极56之间的ρ沟道区52的延伸部分52a和P接触区54的延伸部分54a的表面的方式配置层间绝缘膜59。在η半导体基板51的背面侧，与栅极焊盘电极62的正下方同样地，配置η漏区57和漏电极58。在ρ沟道区52的延伸部分52a与η漂移区51a之间的界面形成pn结65a。作为寄生二极管的体二极管65由P接触区54的延伸部分54a、ρ沟道区52的延伸部分52a、η漂移区51a和η漏区57构成。
[0009]图8(c)中示出图7(b)的将源电极61的芯片外周侧的部分平行于剖切线Χ1-Χ1进行剖切的剖切线Χ3-Χ3处的剖面结构。如图8(c)所示，在源电极61的正下方，在η半导体基板51的表面层配置分离的多个ρ沟道区52。在ρ沟道区52的内部，在基板正面侧的表面层分别选择性地形成η源区53和ρ接触区54。ρ接触区54以与η源区53接触的方式配置在比η源区53靠近ρ沟道区52的中央侧的位置。在ρ沟道区52的夹在η源区53与η半导体基板51之间的部分的表面上，多晶娃栅电极56被配置为隔着栅氧化膜55而横跨配置于相邻的Ρ沟道区52的η源区53之间。
[0010]在多晶硅栅电极56的表面配置层间绝缘膜59。在层间绝缘膜59的表面配置源电极61。在层间绝缘膜59形成有接触孔60，ρ接触区54和η源区53通过接触孔60与源电极61电连接。在η半导体基板51的背面侧，与栅极焊盘电极62的正下方同样地，配置η漏区57和漏电极58。在ρ沟道区52与η漂移区51a之间的界面形成pn结65a。作为寄生二极管的体二极管65由ρ接触区54、ρ沟道区52、η漂移区51a和η漏区57构成。
[0011]如图7(b)所示，源电极61的正下方的多个ρ沟道区52被以条纹状的平面布局进行配置。在Ρ沟道区52的内部，与ρ沟道区52以条纹状延伸的方向平行地分离地配置例如直线状的两个η源区53。在分离地配置的η源区53之间以与各η源区53接触的方式配置Ρ接触区54。ρ沟道区52和ρ接触区54分别通过延伸部分52a、54a与栅极焊盘电极62正下方的ρ阱区63和ρ高浓度区64连结。
[0012]ρ沟道区52、ρ沟道区52的延伸部分52a和ρ阱区63通过以相同的杂质浓度和相同的扩散深度，利用相同的掩模进行离子注入而形成。此外，Ρ接触区54、ρ接触区54的延伸部分54a和ρ高浓度区64通过以相同的杂质浓度和相同的扩散深度，利用相同的掩模进行离子注入而形成。
[0013]这样，在栅极焊盘电极62正下方形成的一个ρ阱区63与源电极61下面的多个ρ沟道区52连结。由此，在对平面栅型M0SFET500的漏极和源极之间施加正电压时，ρ沟道区52和从ρ阱区63与η漂移区51a之间的pn结65a扩散的耗尽层在栅极焊盘电极62正下方均匀地扩散。由此，能够抑制在栅极焊盘电极62正下方的电场集中，确保高耐压。
[0014]对平面栅型M0SFET500的体二极管65的反向恢复动作(反向恢复过程中的过剩的空穴67和电子68的运动)进行说明。图9是示出图8的平面栅型M0SFET500的体二极管65的反向恢复动作的说明图。图9 (a-Ι)、图9 (a-2)中示出在体二极管65流通有正向电流If的情况，图9 (b-Ι)、图9 (b-2)中示出在体二极管65流通有反向电流Ir的情况。此夕卜，图9(a-l)、图9(b-l)中示出栅极焊盘电极62的正下方的载流子的运动，图9 (a_2)、图9 (b-2)中示出源电极61的正下方的载流子的运动。
[0015]在图9(a_l)、图9(b_l)示出的栅极焊盘电极62的正下方，如上所述由ρ高浓度区64、ρ阱区63、η漂移区51a和η漏区57构成作为寄生二极管的体二极管65。在图9 (a-2)、图9 (b-2)示出的源电极61的正下方，如上所述由ρ接触区54、ρ沟道区52、η漂移区51a和η漏区57构成作为寄生二极管的体二极管65。
[0016]如图9 (a-Ι)、图9 (a-2)所示，在对平面栅型M0SFET500的漏极和源极之间施加有负电压的情况下，在体二极管65流通正向电流If。通过该正向电流If，过剩的空穴67和过剩的电子68积累在η漂移区51a。另一方面，如图9 (b_l)、图9 (b_2)所示，如果体二极管65转变为反向恢复过程，则作为反向电流Ir，过剩的空穴67流入ρ沟道区52和ρ阱区63，过剩的电子68流入η漏区57。其结果，载流子的过剩的积累状态被解除，维持了平面栅型M0SFET500的耐压。
[0017]这样，如果在体二极管65流通反向电流Ir，则该反向电流Ir还流入到栅极焊盘电极62正下方的ρ阱区63和ρ高浓度区64。此外，流入到ρ阱区63和ρ高浓度区64的反向电流Ir从ρ阱区63和ρ高浓度区64流入到ρ沟道区52和ρ接触区54，进一步地，经由接触孔60流入到源电极61。由于在该反向电流Ir的电流通路中的电阻Rp(参照图7 (b))，从而使得ρ阱区63的栅极焊盘电极62中央正下方的部分的电位上升。
[0018]这样，虽然由于在体二极管65流通的反向电流Ir，而使ρ阱区63的栅极焊盘电极62中央正下方的部分的电位上升，但是ρ阱区63横跨栅极焊盘电极62正下方整个区域而形成为一个区域。因此，在栅极焊盘电极62的正下方形成的体二极管65的pn结65a的表面积大，过剩的空穴67从ρ接触区54流入源电极61的电流通路的电阻Rp小。因此，ρ阱区63的栅极焊盘电极62中央正下方的部分的电位上升小。
[0019]然而，由于ρ阱区63和ρ高浓度区64在栅极焊盘电极62正下方整个区域被配置为一个区域，所以在Ρ阱区63和ρ高浓度区64的杂质浓度在各自的面内存在偏差的情况下，局部地生成电阻低的部分。电流(空穴67)从周围流入该电阻低的部分，并流入与该电阻低的部分连结的Ρ沟道区52。因此，ρ阱区63和ρ高浓度区64的电位上升，大电压被施加到夹在Ρ阱区63与多晶硅栅电极56之间的栅氧化膜55，而具有栅氧化膜55发生绝缘击穿的隐患。
[0020]在将平面栅型M0SFET500作为开关使用的情况下，体二极管65作为续流二极管(FWD:Free Wheeling D1de)发挥功能。图10是示出连接了感性负载Μ的逆变器电路的动作的说明图。图10中示出逆变器电路动作中在逆变器电路流通的续流电流Ιο。以将串联了开关Ml、M2的半桥电路并联于端子Ρ、Ν之间的三相输出的逆变器电路为例进行说明。作为开关Μ1、Μ2，例如可以使用上述的平面栅型M0SFET500。在各半桥电路的开关Μ1、Μ2之间连接有感性负载Μ。在各开关Ml、M2分别并联有续流二极管FWD。
[0021]如图10所示，如果在感性负载Μ和续流二极管FWD流通有续流电流Ιο的状态下将开关Ml导通，则开关Ml导通，电流頂1从开关Ml流向开关M2。该电流頂1以抵消已经在续流二极管FWD和体二极管65流通的续流电流Ιο的方式流通，从而使续流二极管FWD和体二极管65为关断状态。在图10中，开关Ml为上桥臂的M0SFET，开关M2为下桥臂的MOSFET,电流頂1为开关Ml的电流，端子P为逆变器电路的正极端子，端子N为逆变器电路的负极端子。图9 (a)所示的正向电流If为图10的连接了感性负载Μ的逆变器电路的动作中在感性