半导体装置以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

公开了一种半导体装置以及半导体装置的制造方法。提供能够提高沟槽的上部边缘中的栅极绝缘膜的耐压的半导体装置以及其制造方法。半导体装置(1)包含：形成有栅极沟槽(9)的n型SiC基板(2)；一体地包含侧面绝缘膜(18)和底面绝缘膜(19)的栅极绝缘膜(16)；以及被埋入到栅极沟槽(9)的栅极电极(15)，该栅极电极(15)选择性地具有在上部边缘(26)中重叠于SiC基板(2)的表面(21)的重叠部(17)，在该半导体装置(1)中，在侧面绝缘膜(18)以在上部边缘(26)中向栅极沟槽(9)的内部突出的方式，形成与该侧面绝缘膜(18)的其它部分相比选择性地变厚的悬垂部(27)。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置以及半导体装置的制造方法本申请是于2014年10月27日进入中国国家阶段的、国家申请号为201380022113.5的专利技术专利申请（国际申请号：PCT/JP2013/061765）的分案申请。
本专利技术涉及具有沟槽栅极构造的半导体装置以及其制造方法。
技术介绍
例如专利文献1公开了一种沟槽栅极纵型MOSFET，该沟槽栅极纵型MOSFET包含：外延层，形成有有源单元阵列和栅极极总线区；栅极沟槽，形成于有源单元阵列；栅极氧化膜，形成于栅极沟槽；栅极电极，由埋入到栅极沟槽的多晶硅构成；沟槽，形成于栅极极总线区，与栅极沟槽相连；以及栅极总线，由在栅极总线区中以覆盖外延层的表面的方式埋入到沟槽的多晶硅构成。现有技术文献专利文献专利文献1：特表2006-520091号公报。
技术实现思路
用于解决课题的方案本专利技术的半导体装置包含：第一导电型的半导体层，形成有栅极沟槽；栅极绝缘膜，形成于所述栅极沟槽的侧面和底面，所述栅极绝缘膜一体地包含所述侧面上的侧面绝缘膜和所述底面上的底面绝缘膜；以及栅极电极，被埋入到所述栅极沟槽，所述栅极电极选择性地具有在形成于所述栅极沟槽的开口端的上部边缘中重叠于所述半导体层的表面的重叠部，所述侧面绝缘膜以在所述上部边缘中向所述栅极沟槽内部突出的方式包含与该侧面绝缘膜的其它部分相比选择性地变厚的悬垂部(权利要求1)。根据该结构，因为在栅极沟槽的上部边缘形成有悬垂部，所以能够提高上部边缘中的栅极绝缘膜的耐压。因此，即使在栅极导通时电场在上部边缘集中，也能够防止在上部边缘的栅极绝缘膜的绝缘破坏。其结果是，能够提高对栅极导通电压的可靠性。优选的是，所述栅极沟槽的所述上部边缘包含使所述半导体层的所述表面与所述栅极沟槽的所述侧面连接的倾斜面(权利要求2)。由此，能够在栅极导通时使施加到上部边缘的电场分散到倾斜面内，缓和电场集中。优选的是，所述栅极沟槽的所述上部边缘包含使所述半导体层的所述表面与所述栅极沟槽的所述侧面连接的圆形面(权利要求3)。由此，能够在栅极导通时使施加到上部边缘的电场分散到圆形面内，缓和电场集中。优选的是，所述底面绝缘膜比所述侧面绝缘膜的其它部分厚(权利要求4)。由此，能够减低由经由底面绝缘膜相互面对的栅极电极和半导体层构成的电容器的容量。其结果是，能够减低作为栅极整体的容量(栅极容量)。另外，因为能够提高底面绝缘膜的耐压，所以还能够防止栅极断开时的底面绝缘膜的绝缘破坏。优选的是，所述栅极绝缘膜进一步包含形成于所述半导体层的所述表面的平面绝缘膜，所述平面绝缘膜比所述侧面绝缘膜的其它部分厚(权利要求5)。由此，能够减低由经由平面绝缘膜相互面对的栅极电极(重叠部)与半导体层构成的电容器的容量。其结果是，能够减低作为栅极整体的容量(栅极容量)。优选的是，所述栅极沟槽的底部的下部边缘包含使所述栅极沟槽的所述侧面与所述底面连接的圆形面。由此，能够在栅极断开时使施加到下部边缘的电场分散到圆形面内，缓和电场集中。优选的是，所述半导体层包含：形成有沟槽栅极型MIS晶体管的有源区域；以及作为所述有源区域外的区域形成有所述悬垂部的非有源区域，在所述有源区域中，所述半导体层包含：第一导电型的源极层，形成为在所述半导体层的所述表面侧露出，形成所述栅极沟槽的所述侧面的一部分；第二导电型的沟道层，形成为相对于所述源极层在所述半导体层的背面侧相接于所述源极层，形成所述栅极沟槽的所述侧面的一部分；以及第一导电型的漂移层，形成为相对于所述沟道层在所述半导体层的所述背面侧相接于所述沟道层，形成所述栅极沟槽的所述底面，在所述非有源区域中，所述半导体层包含形成于与所述沟道层相同深度位置的第二导电型层(权利要求7)。由此，因为能够以与有源区域的沟道层相同的工序来形成非有源区域的第二导电型层，所以能够使半导体装置的制造工序简略化。另外，在半导体层为n型、第二导电型层为p型层的情况下，因为能够减少栅极绝缘膜与n型半导体的接触面积，所以能够减低泄漏电流，还能够减低栅极容量。优选的是，在所述非有源区域中，所述半导体层进一步包含形成于与所述源极层相同深度位置的第一导电型层(权利要求8)。由此，因为能够以与有源区域的源极层相同的工序来形成非有源区域的第一导电型层，所以能够使半导体装置的制造工序简略化。优选的是，在所述有源区域中，所述半导体层进一步包含：第二导电型的柱层，该第二导电型的柱层以连接于所述沟道层的方式形成于所述漂移层内，从所述沟道层朝向所述半导体层的所述背面延伸，在所述非有源区域中，所述半导体层进一步包含底部第二导电型层，该底部第二导电型层以连接于所述第二导电型层的方式形成于与所述柱层相同深度的位置，形成所述栅极沟槽的所述底面(权利要求9)。由此，能够在栅极沟槽附近产生通过底部第二导电型层与半导体层的接合(pn接合)而生成的耗尽层。而且，由于该耗尽层的存在，能够使等电位面从栅极绝缘膜远离。其结果是，能够在栅极沟槽的底部中缓和施加到栅极绝缘膜的电场。进而，因为能够以与有源区域的柱层相同的工序来形成非有源区域的底部第二导电型层，所以还能够使半导体装置的制造工序简略化。所述非有源区域包含外围区域，该外围区域包围所述有源区域，所述半导体装置还可以包含栅极指，该栅极指被配置成沿着所述外围区域包围所述有源区域，电连接于所述栅极电极的所述重叠部(权利要求10)。由此，能够防止相接于栅极指正下方的重叠部的栅极绝缘膜的绝缘破坏。优选的是，所述栅极沟槽在所述有源区域中形成为格子状，在所述外围区域中形成为从所述格子状的沟槽的端部引出的条状，所述栅极指被沿着横穿所述条状的沟槽的方向铺设(权利要求11)。优选的是，所述半导体装置进一步包含层间膜，该层间膜以覆盖所述栅极电极的方式形成于半导体层的所述表面，所述栅极指包含接触部，该接触部在其宽度方向中央贯通所述层间膜而相接于所述栅极电极(权利要求12)。优选的是，所述接触部形成为沿着所述外围区域而包围所述有源区域的直线状(权利要求13)。优选的是，所述栅极电极由多晶硅构成，所述栅极指由铝构成(权利要求14)。本专利技术的半导体装置的制造方法包含以下工序：在第一导电型的半导体层形成栅极沟槽的工序；以在形成于所述栅极沟槽的开口端的上部边缘中形成与其它部分相比选择性地变厚的悬垂部的方式，使用在规定条件下的CVD法在所述栅极沟槽内堆积绝缘材料，由此在所述栅极沟槽的侧面和底面形成栅极绝缘膜的工序；以及以在所述上部边缘中选择性地形成重叠于所述半导体层的表面的重叠部的方式将栅极电极埋入到所述栅极沟槽的工序(权利要求15)。根据该方法，因为在栅极沟槽的上部边缘形成有悬垂部，所以在得到的半导体装置中，能够提高上部边缘中的栅极绝缘膜的耐压。因此，即使在栅极导通时电场在上部边缘集中，也能够防止在上部边缘的栅极绝缘膜的绝缘破坏。其结果是，能够提高对栅极导通电压的可靠性。优选的是，所述半导体装置的制造方法进一步包含以下工序：在形成所述栅极绝缘膜之前使用热氧化法在所述栅极沟槽的所述侧面和所述底面形成牺牲氧化膜，由此在所述上部边缘形成使所述半导体层的所述表面与所述栅极沟槽的所述侧面连接的倾斜面(权利要求16)。在通过该方法得到的半导体装置中，能够在栅极导通时使施加到上部边缘的电场分散到倾斜面内，缓和电场集中。优选的是，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包含：形成有栅极沟槽的第一导电型的半导体层；栅极绝缘膜，形成于所述栅极沟槽的侧面和底面，所述栅极绝缘膜一体地包含所述侧面上的侧面绝缘膜和所述底面上的底面绝缘膜；以及栅极电极，被埋入到所述栅极沟槽，所述栅极电极选择性地具有在形成于所述栅极沟槽的开口端的上部边缘中重叠于所述半导体层的表面的重叠部，所述侧面绝缘膜以在所述上部边缘中向所述栅极沟槽内部突出的方式包含与该侧面绝缘膜的其它部分相比选择性地变厚的悬垂部。

【技术特征摘要】
2012.04.27 JP 2012-1038621.一种半导体装置，包含：形成有栅极沟槽的第一导电型的半导体层；栅极绝缘膜，形成于所述栅极沟槽的侧面和底面，所述栅极绝缘膜一体地包含所述侧面上的侧面绝缘膜和所述底面上的底面绝缘膜；以及栅极电极，被埋入到所述栅极沟槽，所述栅极电极选择性地具有在形成于所述栅极沟槽的开口端的上部边缘中重叠于所述半导体层的表面的重叠部，所述侧面绝缘膜以在所述上部边缘中向所述栅极沟槽内部突出的方式包含与该侧面绝缘膜的其它部分相比选择性地变厚的悬垂部。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述栅极沟槽的所述上部边缘包含使所述半导体层的所述表面与所述栅极沟槽的所述侧面连接的倾斜面。3.根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其特征在于，所述栅极沟槽的所述上部边缘包含使所述半导体层的所述表面与所述栅极沟槽的所述侧面连接的圆形面。4.根据权利要求1到3中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述底面绝缘膜比所述侧面绝缘膜的其它部分厚。5.根据权利要求1到4中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述栅极绝缘膜进一步包含形成于所述半导体层的所述表面的平面绝缘膜，所述平面绝缘膜比所述侧面绝缘膜的其它部分厚。6.根据权利要求1到5中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述栅极沟槽的底部的下部边缘包含使所述栅极沟槽的所述侧面与所述底面连接的圆形面。7.根据权利要求1到6中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体层包含：形成有沟槽栅极型MIS晶体管的有源区域；以及作为所述有源区域外的区域形成有所述悬垂部的非有源区域，在所述有源区域中，所述半导体层包含：第一导电型的源极层，形成为在所述半导体层的所述表面侧露出，形成所述栅极沟槽的所述侧面的一部分；第二导电型的沟道层，形成为相对于所述源极层在所述半导体层的背面侧相接于所述源极层，形成所述栅极沟槽的所述侧面的一部分；以及第一导电型的漂移层，形成为相对于所述沟道层在所述半导体层的所述背面侧相接于所述沟道层，形成所述栅极沟槽的所述底面，在所述非有源区域中，所述半导体层包含形成于与所述沟道层相同深度位置的第二导电型层。8.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，在所述非有源区域中，所述半导体层进一步包含形成于与所述源极层相同深度位置的第一导电型层。9.根据权利要求7或者8所述的半导体装置，其特征在于，在所述有源区域中，所述半导体层进一步包含：第二导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野佑纪，中村亮太，坂入宽之，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP