IGBT以及IGBT的制造方法技术

本发明专利技术提供一种IGBT的制造方法，所述IGBT具有：n型的发射区；p型的顶部体区；n型的中间区；p型的底部体区；n型的漂移区；p型的集电区；多个沟槽，其从半导体基板的上表面起，贯穿发射区、顶部体区、中间区以及底部体区并到达漂移区；栅电极，其被形成在沟槽内。该制造方法包括：在半导体基板的上表面上形成沟槽的工序；在沟槽内形成绝缘膜的工序；在绝缘膜形成之后，在半导体基板上以及沟槽内形成电极层的工序；使电极层的上表面平坦化的工序；在使电极层的上表面平坦化之后，从半导体基板的上表面侧将n型杂质注入至中间区的深度的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】IGBT以及IGBT的制造方法
本说明书所公开的技术涉及IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极性晶体管)等开关元件。
技术介绍
在日本专利公开公报2010-103326(以下，称之为专利文献1)中，公开了一种IGBT。在该IGBT中，通过n型的中间区，而使体区与顶部体区和底部体区分离。此外，该IGBT具有贯穿顶部体区、中间区及底部体区并到达漂移区的沟槽型的栅电极。通过以这样的方式在体区内设置中间区，从而能够对在IGBT处于导通时漂移区内的空穴向顶部体区流出的情况进行抑制。由此，能够在漂移区内积蓄更多的空穴，从而能够减小IGBT的通态电压。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题上述的具有中间区的IGBT的特性，尤其是栅极阈值、通态电压、栅电极的电容等会根据栅极绝缘膜附近的中间区的n型杂质浓度而发生较大变化。一直以来，都难以准确地控制栅极绝缘膜附近的中间区的n型杂质浓度。因此，在对IGBT进行量产时，存在IGBT间的特性的偏差较大的问题。所以，在本说明书中，提供一种具有中间区，并且具有在量产时不易产生特性的偏差的结构的IGBT。用于解决课题的方法专利技术者们发现了栅极绝缘膜附近的中间区的n型杂质浓度与栅极绝缘膜附近的中间区的下端的深度有关。即，在进行用于形成中间区的离子注入时，受到栅电极的形状的影响，存在与其他区域相比，在栅极绝缘膜附近离子被注入的深度变深的趋势。因此，例如图17所示，栅极绝缘膜42附近的中间区24的下端的深度与远离栅极绝缘膜42的位置处的中间区24的下端的深度之间产生有差值ΔD1。根据栅极绝缘膜附近的中间区的下端的深度，栅极绝缘膜附近的中间区(例如，图17中参照符号24s所示的区域)的n型杂质的浓度分布会发生变化。本专利技术者们发现了能够通过将中间区的下端的深度控制在预定的值，从而准确地控制栅极绝缘膜附近的中间区的n型杂质浓度。本说明书所公开的第一IGBT具有：n型的发射区；p型的顶部体区，其被形成在发射区的下侧；n型的中间区，其被形成在顶部体区的下侧；p型的底部体区，其被形成在中间区的下侧；n型的漂移区，其被形成在底部体区的下侧；p型的集电区，其与漂移区相接；多个沟槽，其从半导体基板的上表面起，贯穿发射区、顶部体区、中间区以及底部体区并到达漂移区；栅电极，其被形成在沟槽内，并隔着绝缘膜而与发射区和漂移区之间的顶部体区、中间区以及底部体区对置。存在于两个栅电极之间的中间区的下端的深度的偏差在110nm以下。另外，存在于两个栅电极之间的中间区的下端的深度的偏差是指，该中间区之中的最深的部分的下端的深度与该中间区之中的最浅的部分的下端的深度之差。例如，在图17的示例中，差值ΔD1为两个栅电极40之间的中间区24的下端的深度的偏差。图1图示了存在于两个栅电极之间的中间区的下端的深度的偏差ΔD1与栅极绝缘膜附近的中间区的n型杂质浓度C1之间的关系。另外，在图1中，作为n型杂质浓度C1，表示了标准化后的值。更详细而言，表示了相对于在深度的偏差ΔD1为0的情况(通过模拟试验所计算出的值)，n型杂质浓度以何种程度变低。从图1可明显看出，在深度的偏差ΔD1在110nm以下的情况下，n型杂质浓度C1以1％左右的值而大致固定。因此，当深度的偏差ΔD1在110nm以下时，即使深度的偏差ΔD1发生变化，n型杂质浓度C1也几乎不发生变化。此外，当深度的偏差ΔD1变得大于110nm时，n型杂质浓度C1将发生急剧变化。因此，当深度的偏差ΔD1大于110nm时，哪怕深度的偏差ΔD1仅发生少许变化，IGBT的特性也会发生变化。所以，如上所述，通过将中间区的下端的深度的偏差设定在110nm以下，从而能够在量产时抑制IGBT的特性的偏差。此外，本说明书提供了一种能够对中间区的下端的深度的偏差进行抑制的IGBT的制造方法。本说明书所公开的第一制造方法中，制造出如下的IGBT，所述IGBT具有：n型的发射区；p型的顶部体区，其被形成在发射区的下侧；n型的中间区，其被形成在顶部体区的下侧；p型的底部体区，其被形成在中间区的下侧；n型的漂移区，其被形成在底部体区的下侧；p型的集电区，其与漂移区相接；多个沟槽，其从半导体基板的上表面起，贯穿发射区、顶部体区、中间区以及底部体区并到达漂移区；栅电极，其被形成在沟槽内，并隔着绝缘膜而与发射区和漂移区之间的顶部体区、中间区以及底部体区对置。该制造方法包括：在半导体基板的上表面上形成沟槽的工序；在沟槽内形成绝缘膜的工序；在形成绝缘膜之后，在半导体基板上及沟槽内形成电极层的工序；使电极层的上表面平坦化的工序；在使电极层的上表面平坦化之后，从半导体基板的上表面侧将n型杂质注入至中间区的深度的工序。上述的电极层中，被形成在沟槽内的电极层为栅电极。当形成电极层时，将在沟槽上部的电极层的表面上形成有凹部。假设在该状态下向半导体基板注入杂质，则与其他区域相比，在沟槽的周边，杂质的注入深度变深。因此，在该制造方法中，在形成了电极层之后使电极层的表面平坦化。之后，从半导体基板的上表面侧将n型杂质注入至中间区的深度。由此，能够将n型杂质注入至半导体基板内的大致固定的深度。因此，根据该方法，能够将中间区形成在大致固定的深度，从而能够抑制中间区的下端的深度的偏差。在本说明书所公开的第二制造方法中，制造出如下的IGBT，所述IGBT具有：n型的发射区；p型的顶部体区，其被形成在发射区的下侧；n型的中间区，其被形成在顶部体区的下侧；p型的底部体区，其被形成在中间区的下侧；n型的漂移区，其被形成在底部体区的下侧；p型的集电区，其与漂移区相接；多个沟槽，其从半导体基板的上表面起，贯穿发射区、顶部体区、中间区以及底部体区并到达漂移区；栅电极，其被形成在沟槽内，并隔着绝缘膜而与发射区和漂移区之间的顶部体区、中间区以及底部体区对置，该制造方法包括：在半导体基板的上表面上形成沟槽的工序；在沟槽内形成绝缘膜的工序；在形成绝缘膜之后，在沟槽内，以栅电极的上表面位于与沟槽的上端相比靠下侧的位置处的方式形成栅电极的工序；在栅电极上形成掩膜部件的工序，或以在栅电极上厚于其他区域的方式在半导体基板上形成掩膜部件的工序；在形成掩膜部件之后，从半导体基板的上表面侧将n型杂质注入至中间区的深度的工序。当形成栅电极时，将在栅电极的上表面与半导体基板的上表面之间形成高低差(凹部)。假设在该状态下向半导体基板注入杂质，则与其他区域相比，在沟槽的周围，杂质的注入深度变深。因此，在该制造方法中，在形成了栅电极之后形成掩膜。之后，从半导体基板的上表面侧将n型杂质注入至中间区的深度。若在栅电极上形成掩膜，则能够防止与其他区域相比在沟槽的周围杂质的注入深度变深的情况。此外，在以在栅电极上厚于其他区域的方式在半导体基板上形成掩膜部件的情况下，也能够防止与其他区域相比在沟槽的周围杂质的注入深度变深的情况。所以，能够将n型杂质注入至半导体基板内的大致固定的深度。所以，根据该方法，能够将中间区形成在大致固定的深度，从而能够抑制中间区的下端的深度的偏差。此外，专利技术者们发现，即使在不具有底部体区的IGBT中，存在于两个栅电极之间的中间区的下端的深度的偏差ΔD1也会较大地影响IGBT的特性。因此，本说明书提供第二IGBT。由本说明书所提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极性晶体管，具有：n型的发射区；p型的顶部体区，其被形成在发射区的下侧；n型的中间区，其被形成在顶部体区的下侧；p型的底部体区，其被形成在中间区的下侧；n型的漂移区，其被形成在底部体区的下侧；p型的集电区，其与漂移区相接；多个沟槽，其从半导体基板的上表面起，贯穿发射区、顶部体区、中间区以及底部体区并到达漂移区；栅电极，其被形成在沟槽内，并隔着绝缘膜而与发射区和漂移区之间的顶部体区、中间区以及底部体区对置，存在于两个栅电极之间的中间区的下端的深度的偏差在110nm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种绝缘栅双极性晶体管的制造方法，所述绝缘栅双极性晶体管具有：n型的发射区；p型的顶部体区，其被形成在发射区的下侧；n型的中间区，其被形成在顶部体区的下侧；p型的底部体区，其被形成在中间区的下侧；n型的漂移区，其被形成在底部体区的下侧；p型的集电区，其与漂移区相接；多个沟槽，其从半导体基板的上表面起，贯穿发射区、顶部体区、中间区以及底部体区并到达漂移区；栅电极，其被形成在沟槽内，并隔着绝缘膜而与发射区和漂移区之间的顶部体区、中间区以及底部体区对置，所述绝缘栅双极性晶体管的制造方法包括：在半导体基板的上表面上形成沟槽的工序；在沟槽内形成绝缘膜的工序；在形成绝缘膜之后，在半导体基板上及沟槽内形成电极层的工序；使电极层的上表面平坦化的工序；在电极层的上表面的平坦化之后，从半导体基板的上表面侧将n型杂质注入至位于中间区的深度处且跨及沟槽内的电极层和沟槽外的半导体基板的范围内的工序。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，还具有在将n型杂质注入的所述工序之后，将电极层的平坦化的部分去除的工序。3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，在将n型杂质注入的所述工序中，在沟槽的上方的电极层的表面上不存在掩膜部件的状态下将n型杂质注入。4.一种绝缘栅双极性晶体管的制造方法，所述绝缘栅双极性晶体管具有：n型的发射区；p型的顶部体区，其被形成在发射区的下侧；n型的中间区，其被形成在顶部体区的下侧；p型的底部体区，其被形成在中间区的下侧；n型的漂移区，其被形成在底部体区的下侧；p型的集电区，其与漂移区相接；多个沟槽，其从半导体基板的上表面起，贯穿发射区、顶部体区、中间区以及底部体区并到达漂移区；栅电极，其被形成在沟槽内，并隔着绝缘膜而与发射区和漂移区之间的顶部体区、中间区以及底部体区对置，所述绝缘栅双极性晶体管的制造方法包括：在半导体基板的上表面上形成沟槽的工序；在沟槽内形成绝缘膜的工序；在形成绝缘膜之后，在沟槽内，以栅电极的上表面位于与沟槽的上端相比靠下侧的位置处的方式形成栅电极的工序；在栅电极上形成掩膜部件的工序，或以在栅电极上厚于其他区域的方式在半导体基板上形成掩膜部件的工序；在形成掩膜部件之后，从半导体基板的上表面侧将n型杂质注入至位于中间区的深度处且跨及沟槽内的电极层和沟槽外的半导体基板的范围内的工序。5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，掩膜部件的至少一部分被形成在与沟槽的上端相比位于下侧的栅电极的上表面上。6.根据权利要求4或5所述的制造方法，其中，掩膜部件以在栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤武宽，大西徹，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP