设置于n-漂移层的一侧的表面层的p层通过多个沟槽(4)而被分割为p基区(5)以及浮置p区(6)。在沟槽(4)的p基区(5)侧的侧壁上隔着第一绝缘膜(8a)设置有第一栅电极(9a)，在浮置p区(6)侧的侧壁上隔着第二绝缘膜(8b)设置有屏蔽电极(9b)。在借由填入到第一接触孔(10a)的接触插塞而与栅极通路(13)导通连接的第一栅电极(9a)、和借由填入到第二接触孔(10b)的接触插塞而与发射电极(11)导通连接的屏蔽电极(9b)之间，设置有从基板正面到达沟槽(4)的底面的绝缘膜(20)。通过这样设置，能够缩减制造工序，并能够提供损耗低且可靠性高的半导体装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
在推进电力转换装置的低耗电化进程中，期望在电力转换装置中发挥核心作用的功率器件(开关器件)为低耗电化，在这样的功率器件中，通常使用能够通过电导率调制效果而降低通态电压、并且能够通过向绝缘栅施加电压而容易地控制电流的电压驱动型的绝缘棚.型双极晶体管(IGBT -1nsulated Gate Bipolar Transistor)。作为该IGBT的MOS栅(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅)结构，已知有在基板正面设置了栅电极的平面栅构造，和将栅电极填入到在基板正面侧设置的沟槽内的沟槽栅构造。由于沿沟槽的两侧壁形成有沟道的沟槽栅型IGBT比沿基板正面形成有沟道的平面栅型IGBT的沟道密度大，能够降低通态电压，所以，近年来，其应用领域在不断增加。对通常的沟槽栅型IGBT的构成进行说明。图27为表示通常的沟槽栅型IGBT的结构的截面图。如图27所示，由在构成p+集电区101的p+半导体基板的正面上层积η漂移层102而成的娃基板的正面侧(η漂移层102侧)，设置有P层103。ρ层103通过从娃基板正面贯通P层103而到达η漂移层102的多个沟槽104，被分割为ρ基区105和浮置P 区 106。ρ基区105为ρ层103中的被相邻的沟槽104的设置有η+发射区107侧的侧壁夹住的区域。浮置P区106为ρ层103中的被夹在相邻的沟槽104的不存在η+发射区107侧的侧壁之间的区域。浮置ρ区106与η漂移层102通过ρη结而绝缘，并且通过栅极绝缘膜108与栅电极109绝缘。也就是说，浮置ρ区106成为所谓的浮置状态。在沟槽104的内部，隔着栅极绝缘膜108而设有栅电极109。η+发射区107与沟槽104内的设置于ρ基区105侧的侧壁的栅极绝缘膜108接触。发射电极111与η+发射区107以及ρ基区105电连接，通过层间绝缘膜110与栅电极109绝缘。并且，发射电极111被由氮化硅膜(Si3N4)和/或聚酰亚胺膜构成的钝化保护膜(未图示)覆盖。集电极112与P+集电区ιο?接触。在图27所示的IGBT中，通常发射电极111为接地状态或施加有负的电压的状态。集电极112为施加有正的电压的状态。即使在集电极112施加有比发射电极111高的电压的状态下，当从栅极驱动电路(未图示)借由栅极电阻向栅电极109施加的电压比阈值低时，由于P基区105和η漂移层102之间的ρη结被反向偏置，因此在发射电极和集电极之间没有电流流过。也就是说，IGBT维持在关断状态。另一方面，在集电极112施加有比发射电极111高的电压的状态下，当从栅极驱动电路借由栅极电阻向栅电极109施加超过阈值的电压时，电荷在栅电极109积蓄，并且ρ基区105中的、与被η+发射区107和η漂移层102夹住的部分的沟槽104接触的区域反转而形成η型的沟道区。由此，从发射电极111出来的电子通过由η+发射区107以及沟道区构成的η型区而注入至η漂移层102。由于通过向η漂移层102中注入电子，从而ρ +集电区101和η漂移层102之间的ρη结被正向偏置，空穴被从集电极112注入至η漂移层102，所以在发射极-集电极之间有电流流过。也就是说，IGBT为导通状态。在该导通状态的发射电极111和集电极112之间的电压效果为通态电压。并且，通过使施加于栅电极109的电压在阈值以下，从而积蓄在栅电极109的电荷借由栅极电阻向栅极驱动电路放电。并且，在积蓄在栅电极109的电荷向栅极驱动电路放电时，由于ρ基区105中反转为η型的部分还原至ρ型，沟道区消失，从而不再从发射电极111向η漂移层102供给电子。由此，从集电极112向η漂移层102的空穴的供给也消失，在η漂移层102内积蓄的电子以及空穴分别被释放至集电极112和发射电极111，或者由于再结合而消失，所以发射极-集电极之间不流过电流。也就是所，IGBT为关断状态。为了进一步降低这样的沟槽栅型IGBT的通态电压，提出有各种方案。例如，已知有接近二极管的通态电压而具备临界特性的被称为IEGT(Inject1n Enhanced GateBipolar Transistor，注入增强型栅极晶体管)的IGBT (例如，参考下述专利文献I (第101图))。IEGT通过绝缘膜覆盖一部分的n+发射区以及ρ基区，而减少η +发射区以及ρ基区与发射电极的接触面积。在下述专利文献I中所示的IEGT的动作基本与上述的沟槽栅型IGBT相同，但在下述专利文献I中所示的IEGT中，在η漂移层中，被绝缘膜覆盖的ρ基区附近的空穴很难被释放到发射电极，而积蓄在该部分。因此，在η漂移层中ρ基区附近的空穴密度上升，与之相应地，电子的注入增加。因此，η漂移层的载流子浓度分布成为接近二极管的载流子浓度分布的状态，比通常的沟槽栅型IGBT的通态电压还要低。然而，除了低通态电压以外，还要求用于电力转换装置的功率器件具有高速开关特性，高速开关特性的改善也是一个重要的课题。并且，由于沟槽栅型IGBT以及IEGT的沟槽栅构造以高密度配置，因此栅极-发射极间的电容也变大。因此，在从关断状态向导通状态转换时，电荷充电到栅极-发射极间的电容，在从导通状态向关断状态转换时，需要对积蓄在栅极-发射极间电容的电荷进行放电。因此，在栅极-发射极间的电容大时，在开关动作时，充放电时间增大，并且开关损耗也增大，导致功率器件的工作损耗增大。功率器件的工作损耗是通态电压所决定的稳态损耗和开关动作时的开关损耗的总和。因此，减小作为产生开关损耗的原因的栅极-发射极间的电容是重要的课题。作为解决了这样的问题的IGBT，提出有具备如图27所示的浮置P区的IGBT (例如，参考下述专利文献2 (第I图))。在下述专利文献2中，通过设置浮置状态的浮置ρ区106，从而抑制注入至η漂移区102的空穴释放到发射电极111而积蓄在浮置P区106，使η漂移区102的载流子浓度分布为接近二极管的载流子浓度分布的状态。并且，在下述专利文献2中，通过不在浮置状态的浮置P区106设置虚设的栅极(不作为控制电极而作用的沟槽栅构造)的构成而降低栅极-发射极间的电容，以实现缩短充放电时间以及降低开关损耗的效果。然而，作为下述专利文献1、2所示的结构上的共同的问题，有报告指出导通特性还具有改善的余地(例如，参考下述非专利文献I)。作为解决该问题、进一步实现降低损耗的IGBT，提出了将作为控制电极而起作用的栅电极和发射极电位的虚设栅电极设置于同一沟槽内部的IGBT(例如，参考下述专利文献3、4)。并且，提出有在栅极接触用多晶硅上的层间绝缘膜形成具有比沟槽的宽度还宽的栅极用连接孔(接触孔)，从而降低接触电阻的装置(例如，参考下述专利文献5)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平5-243561号公报专利文献2:日本特开2001-308327号公报专利文献3:美国专利第6815769号说明书专利文献4:日本特开2012-064641号公报专利文献5:日本特开2008-085278号公报非专利文献非专利文献1:M.Yamaguchi 等 8 位，IEGT Design Criter1n For ReducingEMI Noise， Proceedings of 2004 Intern本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，为具有沟槽结构的半导体装置，其特征在于，具备：第一沟槽，形成于第一导电型的半导体层的表面层；第二导电型的基区，沿所述第一沟槽的一侧的侧壁以比所述第一沟槽浅的深度在所述半导体层的表面层选择性地形成；发射区，在所述基区的表面层与所述第一沟槽的侧壁接触而形成；第二导电型的浮置电位区，沿所述第一沟槽的另一侧的侧壁在所述半导体层的表面层选择性地形成；第一绝缘膜，沿所述第一沟槽的一侧的侧壁而设置；第二绝缘膜，沿所述第一沟槽的另一侧的侧壁而设置；第一栅电极，在所述第一绝缘膜的内侧，沿所述第一沟槽的一侧的侧壁而设置；屏蔽电极，在所述第二绝缘膜的内侧，沿所述第一沟槽的另一侧的侧壁而设置；第三绝缘膜，在所述第一沟槽的内部，填入到所述第一栅电极和所述屏蔽电极之间；层间绝缘膜，覆盖所述第一栅电极、所述屏蔽电极以及所述发射区；第二栅电极，设置在所述层间绝缘膜上；发射电极，在所述层间绝缘膜上与所述第二栅电极分离而设置；电位固定电极，在所述层间绝缘膜上与所述第二栅电极分离而设置；第一接触孔，选择性地设置于被所述第二栅电极和所述第一栅电极夹住的部分的所述层间绝缘膜，并填入有用于导通连接所述第二栅电极和所述第一栅电极的第一接触插塞；第二接触孔，选择性地设置于被所述电位固定电极和所述屏蔽电极夹住的部分的所述层间绝缘膜，并填入有用于导通连接所述电位固定电极和所述屏蔽电极的第二接触插塞；和第三接触孔，选择性地设置于被所述发射电极和所述发射区夹住的部分的所述层间绝缘膜，并填入有用于导通连接所述发射电极和所述发射区的第三接触插塞。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：小野泽勇一，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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