(57)【要約】【課題】ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置のオン電圧を低くする。【解決手段】アクティブ領域ＡＣＲでは、トレンチＴＲＣ内にゲート電極ＧＥＬが配置されている。ゲート電極ＧＥＬとは距離を隔てられて、トレンチＴＲＣ内にエミッタ電極ＥＥＬが配置されている。アクティブ領域ＡＣＲに、ソース拡散層ＳＤＲとベース拡散層ＢＤＲとが形成されている。ベース拡散層ＢＤＲのベース底部は、エミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分よりも深い位置にある態様で傾斜している。コンタクト部ＣＣＮのコンタクト底部は、エミッタ電極ＥＥＬに接触しているコンタクト底部の部分が、ベース拡散層ＢＤＲに接触しているコンタクト底部の部分よりも深い位置にある態様で傾斜している。【選択図】図３
2018046053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置であって、
第１表面を有する第１導電型の半導体基板と、
互いに隣接するように前記半導体基板に規定された第１領域および第２領域と、
前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第１深さに達する第１トレンチ内に、第１絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極と、
前記第１領域に位置する前記半導体基板の領域を介在させる態様で前記ゲート電極とは距離を隔てられ、前記第１表面から前記第１深さに達する第２トレンチ内に、第２絶縁膜を介在させて形成されたエミッタ電極と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間の前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さよりも浅い第２深さにわたり形成された第１導電型のソース領域と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間の前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第２深さから前記第２深さよりも深く、前記第１深さよりも浅い位置にわたり形成された第２導電型のベース領域と、
前記第２領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さよりも深い位置にわたり形成された第２導電型のフローティング領域と、
前記エミッタ電極、前記ソース領域および前記ベース領域に電気的に接続されたコンタクト部と
を備え、
前記コンタクト部は、前記エミッタ電極と前記ベース領域とに跨る態様で形成され、
前記コンタクト部のコンタクト底部は、前記エミッタ電極に接触している前記コンタクト底部の第１部分が、前記ベース領域に接触している前記コンタクト底部の第２部分よりも深い位置にある態様で傾斜している、半導体装置。
【請求項２】
前記ベース領域のベース底部は、前記エミッタ電極側の前記ベース底部の第１部分が、前記ゲート電極側の前記ベース底部の第２部分よりも深い位置にある態様で傾斜し、
前記ベース底部の前記第２部分から前記ゲート電極の下端までの長さは、前記ベース底部の前記第１部分から前記ゲート電極の下端までの長さよりも長い、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記コンタクト部の前記コンタクト底部が、前記エミッタ電極と前記ベース領域とに接触し、
前記コンタクト部のコンタクト側部が、前記ソース領域と前記ベース領域とに接触している、請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置であって、
第１表面を有する第１導電型の半導体基板と、
互いに隣接するように前記半導体基板に規定された第１領域および第２領域と、
前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第１深さに達する第１トレンチ内に、第１絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記第２領域との間に位置する前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さよりも浅い第２深さにわたり形成された第１導電型のソース領域と、
前記ゲート電極と前記第２領域との間に位置する前記半導体基板の前記第２深さから前記第２深さよりも深い位置にわたり形成された第２導電型のベース領域と、
前記第１領域に位置する前記半導体基板の領域を介在させる態様で前記ゲート電極とは距離を隔てられ、前記第２領域に位置する前記半導体基板の領域に形成された、キャリアの流れを阻止する、エミッタ電極を含むキャリア通り抜け阻止部と、
前記エミッタ電極、前記ソース領域および前記ベース領域に電気的に接続されたコンタクト部と
を備え、
前記コンタクト部の底部が前記エミッタ電極に接触し、
前記コンタクト部のコンタクト側部が前記ソース領域および前記ベース領域に接触している、半導体装置。
【請求項５】
前記キャリア通り抜け阻止部は、
前記エミッタ電極と、
第２導電型のフローティング領域と
を含み、
前記エミッタ電極は、前記第１領域に位置する前記半導体基板の領域を介在させる態様で前記ゲート電極とは距離を隔てられ、前記第１表面から前記第１深さに達する第２トレンチ内に第２絶縁膜を介在させて形成され、
前記フローティング領域は、前記第２領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さよりも深い位置にわたり形成された、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ベース領域のベース底部は、前記エミッタ電極側の前記ベース底部の第１部分が、前記ゲート電極側の前記ベース底部の第２部分よりも深い位置にある態様で傾斜し、
前記ベース底部の前記第２部分から前記ゲート電極の下端までの長さは、前記ベース底部の前記第１部分から前記ゲート電極の下端までの長さよりも長い、請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記エミッタ電極の上端は、前記ゲート電極の上端よりも低い位置にある、請求項５記載の半導体装置。
【請求項８】
前記エミッタ電極の幅は前記ゲート電極の幅よりも広い、請求項５記載の半導体装置。
【請求項９】
前記キャリア通り抜け阻止部は、前記エミッタ電極であり、
前記エミッタ電極は、前記第２領域の全域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さに達する第２トレンチ内に第２絶縁膜を介在させて形成された、請求項４記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２絶縁膜の厚さは、前記第１絶縁膜の厚さよりも厚い、請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ベース領域のベース底部は、前記エミッタ電極側の前記ベース底部の第１部分が、前記ゲート電極側の前記ベース底部の第２部分よりも深い位置にある態様で傾斜し、
前記ベース底部の前記第２部分から前記ゲート電極の下端までの長さは、前記ベース底部の前記第１部分から前記ゲート電極の下端までの長さよりも長い、請求項９記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記エミッタ電極の上端は、前記ゲート電極の上端よりも低い位置にある、請求項９記載の半導体装置。
【請求項１３】
トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、
第１表面を有する第１導電型の半導体基板に、互いに隣接する第１領域と第２領域とを規定する工程と、
前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第１深さに達する第１トレンチ内に第１絶縁膜を介在させてゲート電極を形成するとともに、前記第１トレンチとは距離を隔てて、前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さに達する第２トレンチ内に第２絶縁膜を介在させてエミッタ電極を形成する工程と、
前記第２領域に位置する前記半導体基板に第２導電型の不純物を導入することにより、フローティング領域を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間の前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第２深さにわたり、第１導電型のソース領域を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間の前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第２深さから前記第２深さよりも深く、前記第１深さよりも浅い位置にわたり、第２導電型のベース領域を形成する工程と、
前記第１領域および前記第２領域を覆うように、コンタクト層間絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクト層間絶縁膜にエッチング処理を行うことにより、前記エミッタ電極と前記ソース領域とを跨ぐ態様で、前記エミッタ電極および前記ソース領域を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部が形成された前記コンタクト層間絶縁膜をエッチングマスクとして、前記エミッタ電極、前記ソース領域および前記ベース領域にエッチング処理を行うことにより、コンタクト開口部を形成する工程と、
前記コンタクト開口部内の残渣を除去する工程と、
前記コンタクト開口部内に、前記エミッタ電極、前記ベース領域および前記ソース領域に電気的に接続されるコンタクト部を形成する工程と
を備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ベース領域を形成する工程は、前記コンタクト開口部を介して、前記ベース領域に第２導電型の不純物を注入し熱拡散させることにより、前記ベース領域における前記ゲート電極側のベース底部の第１部分が、前記ベース領域における前記エミッタ電極側の前記ベース底部の第２部分よりも深くなる態様で、前記ベース底部を傾斜させる工程を含む、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ゲート電極および前記エミッタ電極を形成する工程は、
前記第１トレンチ内および前記第２トレンチ内を充填する態様で、前記半導体基板を覆うように第１導電性膜を形成する工程と、
前記第１導電性膜の全面にエッチング処理を行うことにより、前記半導体基板の前記第１表面上に位置する前記第１導電性膜の部分を除去し、前記第１トレンチ内および前記第２トレンチ内のそれぞれに残される前記第１導電性膜の部分の上面の位置を、前記半導体基板の前記第１表面の位置よりも下げる工程と
を含む、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記コンタクト開口部を形成する工程は、前記コンタクト開口部における前記エミッタ電極側の開口底面の第１部分は、前記コンタクト開口部における前記ベース領域側の前記開口底面の第２部分よりも深い位置になる態様で前記開口底面を傾斜する工程を含み、
前記コンタクト部を形成する工程は、前記コンタクト部における前記エミッタ電極側のコンタクト底部の第１部分が、前記ベース領域側の前記コンタクト底部の第２部分よりも深い位置にある態様で前記コンタクト底部を傾斜させる工程を含む、請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、たとえば、トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体装置には、スイッチング素子としてトレンチゲートＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を備えたパワー半導体装置がある。トレンチゲートＩＧＢＴでは、オン電圧を低くするために、ＩＥ（Injection Enhancement）効果を高めることが求められている。ＩＥ効果を狙った特許文献の一つとして、特許文献１がある。この種のトレンチゲートＩＧＢＴを、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴと記す。
【０００３】
ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴでは、アクティブ領域とインアクティブ領域とが交互に配置されている。アクティブ領域にトレンチが形成されて、そのトレンチ内にゲート電極が形成されている。ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴでは、コレクタ側から注入されるホールが、インアクティブ領域によってエミッタ側へ抜けるのが阻止されることで、アクティブ領域とコレクタ側との間のホールの濃度が高くなる。ホールの濃度が高くなると、エミッタ（ソース）側からの電子の注入が促進されて、電子の濃度も高くなる。こうして、キャリアの濃度が高くなること（ＩＥ効果）で、伝導度変調が起こり、オン電圧を低くすることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４０８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置では、オン電圧を低くするために、ＩＥ効果を向上させることが求められており、さまざまな提案がなされている。
【０００６】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付の図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態に係る半導体装置は、トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置であって、半導体基板と、第１領域および第２領域と、ゲート電極と、エミッタ電極と、ソース領域と、ベース領域と、フローティング領域と、コンタクト部とを備えている。第１領域および第２領域は、互いに隣接するように半導体基板に規定されている。ゲート電極は、第１領域に位置する半導体基板の第１表面から第１深さに達する第１トレンチ内に、第１絶縁膜を介在させて形成されている。エミッタ電極は、第１領域に位置する半導体基板の領域を介在させる態様でゲート電極とは距離を隔てられ、第１表面から第１深さに達する第２トレンチ内に、第２絶縁膜を介在させて形成されている。ソース領域は、ゲート電極とエミッタ電極との間の第１領域に位置する半導体基板の第１表面から第１深さよりも浅い第２深さにわたり形成されている。ベース領域は、ゲート電極とエミッタ電極との間の第１領域に位置する半導体基板の第２深さから第２深さよりも深く、第１深さよりも浅い位置にわたり形成されている。フローティング領域は、第２領域に位置する半導体基板の第１表面から第１深さよりも深い位置にわたり形成されている。コンタクト部は、エミッタ電極、ソース領域およびベース領域に電気的に接続されている。コンタクト部は、エミッタ電極とベース領域とに跨る態様で形成されている。コンタクト部のコンタクト底部は、エミッタ電極に接触しているコンタクト底部の第１部分が、ベース領域に接触しているコンタクト底部の第２部分よりも深い位置にある態様で傾斜している。
【０００８】
他の実施の形態に係る半導体装置は、トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置であって、半導体基板と、第１領域および第２領域と、ゲート電極と、ソース領域と、ベース領域と、エミッタ電極を含むキャリア通り抜け阻止部と、コンタクト部とを備えている。第１領域および第２領域は、互いに隣接するように半導体基板に規定されている。ゲート電極は、第１領域に位置する半導体基板の第１表面から第１深さに達する第１トレンチ内に、第１絶縁膜を介在させて形成されている。ソース領域は、ゲート電極と第２領域との間に位置する半導体基板の第１表面から第１深さよりも浅い第２深さにわたり形成されている。ベース領域は、ゲート電極と第２領域との間に位置する半導体基板の第２深さから第２深さよりも深い位置にわたり形成されている。エミッタ電極を含むキャリア通り抜け阻止部は、第１領域に位置する半導体基板の領域を介在させる態様でゲート電極とは距離を隔てられ、第２領域に位置する半導体基板の領域に形成されて、キャリアの流れを阻止する。コンタクト部は、エミッタ電極、ソース領域およびベース領域に電気的に接続されている。コンタクト部の底部がエミッタ電極に接触している。コンタクト部のコンタクト側部がソース領域およびベース領域に接触している。
【０００９】
さらに他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。第１表面を有する第１導電型の半導体基板に、互いに隣接する第１領域と第２領域とを規定する。第１領域に位置する半導体基板の第１表面から第１深さに達する第１トレンチ内に第１絶縁膜を介在させてゲート電極を形成するとともに、第１トレンチとは距離を隔てて、半導体基板の第１表面から第１深さに達する第２トレンチ内に第２絶縁膜を介在させてエミッタ電極を形成する。第２領域に位置する半導体基板に第２導電型の不純物を導入することにより、フローティング領域を形成する。ゲート電極とエミッタ電極との間の第１領域に位置する半導体基板の第１表面から第２深さにわたり、第１導電型のソース領域を形成する。ゲート電極とエミッタ電極との間の第１領域に位置する半導体基板の第２深さから第２深さよりも深く、第１深さよりも浅い位置にわたり、第２導電型のベース領域を形成する。第１領域および第２領域を覆うように、コンタクト層間絶縁膜を形成する。コンタクト層間絶縁膜にエッチング処理を行うことにより、エミッタ電極とソース領域とを跨ぐ態様で、エミッタ電極およびソース領域を露出する開口部を形成する。開口部が形成されたコンタクト層間絶縁膜をエッチングマスクとして、エミッタ電極、ソース領域およびベース領域にエッチング処理を行うことにより、コンタクト開口部を形成する。コンタクト開口部内の残渣を除去する。コンタクト開口部内に、エミッタ電極、ベース領域およびソース領域に電気的に接続されるコンタクト部を形成する。
【発明の効果】
【００１０】
一実施の形態に係る半導体装置によれば、ＩＥ効果を向上させることができる。
他の実施の形態に係る半導体装置によれば、ＩＥ効果を向上させることができる。
【００１１】
さらに他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、ＩＥ効果を向上させることができる半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】各実施の形態に係る半導体装置の平面構造を示す平面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の部分平面図である。
【図３】同実施の形態において、図２に示す断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】同実施の形態において、図２に示す断面線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】同実施の形態において、半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図６】同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図７】同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図８】同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図９】同実施の形態において、図８に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１０】同実施の形態において、図９に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１１】同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１２】同実施の形態において、図１１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１３】同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１４】同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１５】同実施の形態において、図１４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１６】同実施の形態において、図１５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１７】同実施の形態において、図１６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１８】比較例に係る半導体装置の部分断面図である。
【図１９】実施の形態２に係る半導体装置の部分平面図である。
【図２０】同実施の形態において、図１９に示す断面線ＸＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図２１】同実施の形態において、半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図２２】同実施の形態において、図２１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２３】同実施の形態において、図２２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２４】同実施の形態において、図２３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２５】同実施の形態において、図２４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２６】同実施の形態において、図２５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２７】実施の形態３に係る半導体装置の部分平面図である。
【図２８】同実施の形態において、図２７に示す断面線ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩにおける断面図である。
【図２９】同実施の形態において、半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図３０】同実施の形態において、図２９に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３１】同実施の形態において、図３０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３２】同実施の形態において、図３１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３３】同実施の形態において、図３２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３４】同実施の形態において、図３３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３５】同実施の形態において、図３４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
はじめに、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴの全体の構造について説明する。図１に示すように、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴが形成されているセル領域ＣＥＲの周囲を取り囲むように、環状の複数のフィールドプレートＦＬＰが互いに間隔を隔てて形成されている。そのフィールドプレートＦＬＰを取り囲むように、環状のガードリングＧＵＲが形成されている。
【００１４】
セル領域ＣＥＲを覆うようにメタルエミッタ電極ＭＥＥが形成されている。メタルエミッタ電極ＭＥＥの中央部には、メタルエミッタパッドＭＥＰが配置されている。メタルエミッタパッドＭＥＰにワイヤ（図示せず）がボンディングされることになる。
【００１５】
セル領域ＣＥＲとフィールドプレートＦＬＰとの間に、メタルゲート配線ＭＧＩが形成されている。メタルゲート配線ＭＧＩは、メタルゲート電極ＭＧＬに電気的に接続されている。メタルゲート電極ＭＧＬの中央部には、ゲートパッドＧＥＰが配置されている。ゲートパッドＧＥＰに、ワイヤ（図示せず）がボンディングされることになる。
【００１６】
以下、各実施の形態において、セル領域ＣＥＲに形成されたＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴの構造について具体的に説明する。なお、各実施の形態では、代表的に、図１に示されるセル領域ＣＥＲの外周部とその近傍の点線枠内に示す領域ＲＲの構造を示す。
【００１７】
実施の形態１
実施の形態１に係るＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置について説明する。
【００１８】
図２および図３に示すように、半導体基板ＳＵＢ（セル領域ＣＥＲ）には、アクティブ領域ＡＣＲ（第１領域）とインアクティブ領域ＩＡＣＲ（第２領域）とが交互に規定されている。一のインアクティブ領域ＩＡＣＲと他のインアクティブ領域ＩＡＣＲとに間に、アクティブ領域ＡＣＲが位置する。アクティブ領域ＡＣＲでは、Ｙ方向に延在するようにゲート電極ＧＥＬが配置されている。ゲート電極ＧＥＬは、トレンチＴＲＣ内に、ゲート絶縁膜ＧＩＦを介在させて形成されている。
【００１９】
ゲート電極ＧＥＬとは、アクティブ領域ＡＣＲ（半導体基板ＳＵＢの領域）を挟んでＸ方向に距離を隔てられて、ゲート電極ＧＥＬと対向するようにエミッタ電極ＥＥＬが配置されている。エミッタ電極ＥＥＬは、Ｙ方向に延在する。エミッタ電極ＥＥＬは、トレンチＴＲＣ内にエミッタ絶縁膜ＥＩＦを介在させて形成されている。
【００２０】
ゲート電極ＧＥＬとエミッタ電極ＥＥＬとの間に位置するアクティブ領域ＡＣＲ（半導体基板ＳＵＢの領域）には、半導体基板ＳＵＢの一方の表面から所定の深さにわたり、ｎ＋型のソース拡散層ＳＤＲが形成されている。そのソース拡散層ＳＤＲの底からさらに所定の深さにわたり、ｐ型のベース拡散層ＢＤＲが形成されている。ベース拡散層ＢＤＲのベース底部は、エミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分よりも深い位置にある態様で傾斜している。
【００２１】
ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分からゲート電極ＧＥＬの下端までの長さは、ベース拡散層ＢＤＲのエミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分からゲート電極ＧＥＬの下端までの長さよりも長い。そのベース拡散層ＢＤＲの底からさらに所定の深さにわたり、ｎ型のホールバリア層ＨＢＲが形成されている。ホールバリア層ＨＢＲは、ゲート電極ＧＥＬの下端部に達する程度に形成されている。
【００２２】
インアクティブ領域ＩＡＣＲには、ｐ型のフローティング拡散層ＦＰＲが形成されている。フローティング拡散層ＦＰＲは、半導体基板ＳＵＢの一方の表面から、エミッタ電極ＥＥＬの下端部よりも深い位置にわたり形成されている。
【００２３】
ゲート電極ＧＥＬ、ソース拡散層ＳＤＲおよびエミッタ電極ＥＥＬ等を覆うようにコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬが形成されている。コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを貫通して、エミッタ電極ＥＥＬ、ベース拡散層ＢＤＲおよびソース拡散層ＳＤＲに接触するように、コンタクト部ＣＣＮが形成されている。
【００２４】
コンタクト部ＣＣＮは、共通のコンタクト部として、エミッタ電極ＥＥＬとベース拡散層ＢＤＲとに跨る態様で形成されている。コンタクト部ＣＣＮのコンタクト底部は、エミッタ電極ＥＥＬに接触しているコンタクト底部の部分が、ベース拡散層ＢＤＲに接触しているコンタクト底部の部分よりも深い位置にある態様で傾斜している。そのコンタクト部ＣＣＮに接触するように、メタルエミッタ電極ＭＥＥが形成されている。メタルエミッタ電極ＭＥＥは、たとえば、アルミニウム膜から形成されている。
【００２５】
半導体基板ＳＵＢの他方の表面から所定の深さにわたり、ｐ型のコレクタ拡散層ＣＤＲが形成されている。そのコレクタ拡散層ＣＤＲの底からさらに所定の深さにわたり、Ｎ型バッファ層ＮＢＲが形成されている。コレクタ拡散層ＣＤＲに接するように裏面電極ＢＥＬ（コレクタ電極）が形成されている。
【００２６】
次に、ゲート電極ＧＥＬとメタルゲート配線ＭＧＩとの接続構造について説明する。図２および図４に示すように、ゲート電極ＧＥＬは、メタルゲート配線ＭＧＩが配置されている領域の直下まで延在する。隣り合う一のゲート電極ＧＥＬの端部と他のゲート電極ＧＥＬの端部とが、Ｘ方向に延在するゲート電極ＧＥＬの部分を介して繋がっている。
【００２７】
メタルゲート配線ＭＧＩの直下には、ゲート配線引き出し部ＭＧＥが形成されている。ゲート配線引き出し部ＭＧＥは、Ｘ方向に延在するゲート電極ＧＥＬの部分に接触するように形成されている。ゲート配線引き出し部ＭＧＥは、ゲートコンタクト部ＧＥＣを介してメタルゲート配線ＭＧＩに電気的に接続されている。
【００２８】
このように、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置では、エミッタ電極ＥＥＬと、ベース拡散層ＢＤＲおよびソース拡散層ＳＤＲとが、エミッタ電極ＥＥＬ、ベース拡散層ＢＤＲおよびソース拡散層ＳＤＲに接触する共通のコンタクト部ＣＣＮによって電気的に接続されている。そのコンタクト部ＣＣＮのコンタクト底部は、エミッタ電極ＥＥＬに接触しているコンタクト底部の部分が、ベース拡散層ＢＤＲに接触しているコンタクト底部の部分よりも深い位置にある態様で傾斜している。
【００２９】
また、ベース拡散層ＢＤＲでは、ベース拡散層ＢＤＲのベース底部は、エミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分よりも深い位置にある態様で傾斜している。ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分からゲート電極ＧＥＬの下端までの長さは、ベース拡散層ＢＤＲのエミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分からゲート電極ＧＥＬの下端までの長さよりも長い。
【００３０】
上述した半導体装置では、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴをオンさせる際には、ゲート電極ＧＥＬにしきい値電圧以上の電圧を印加することにより、ソース拡散層ＳＤＲからチャネルを経て半導体基板ＳＵＢのＮ型領域ＮＳＲへ電子が注入されると、Ｎ型領域ＮＳＲとコレクタ拡散層ＣＤＲとのＰＮ接合が順バイアスされた状態になって、コレクタ拡散層ＣＤＲからＮ型領域ＮＳＲへホールが注入される。注入されたホールは、インアクティブ領域ＩＮＣＡによって、ソース拡散層ＳＤＲ（エミッタ）側へ抜けるのが阻止されて、半導体基板ＳＵＢのＮ型領域ＮＳＲとフローティング拡散層ＦＰＲとにホールが蓄積されて、ホールの濃度が高くなる。
【００３１】
Ｎ型領域ＮＳＲ等におけるホールの濃度が高くなると、ソース拡散層ＳＤＲ（エミッタ）からの電子の注入が促進されて、電子の濃度も高くなる。こうして、Ｎ型領域ＮＳＲ等におけるキャリアの濃度が高くなることで、伝導度変調が起こり、オン電圧を低くすることができる。
【００３２】
次に、上述したＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置の製造方法の一例について説明する。
【００３３】
図５に示すように、まず、半導体基板の一方の表面を覆うように、シリコン酸化膜ＳＯＦ１が形成される。次に、そのシリコン酸化膜ＳＯＦ１が形成された状態で、インアクティブ領域ＩＡＣＲにｐ型の不純物を注入することにより、フローティング拡散層となるＰ型領域ＰＲが形成される。次に、アクティブ領域ＡＣＲにｎ型の不純物を注入することにより、ホールバリア層となるＮ型領域ＮＲが形成される。
【００３４】
次に、トレンチを形成するための、たとえば、シリコン酸化膜等からなるハードマスク（図示せず）が形成される。次に、そのハードマスクをエッチングマスクとして、半導体基板ＳＵＢにエッチング処理を行うことにより、トレンチＴＲＣ（図６参照）が形成される。その後、ハードマスクが除去されて、図６に示すように、トレンチＴＲＣが形成された半導体基板ＳＵＢの表面が露出する。
【００３５】
トレンチＴＲＣの深さは、たとえば、約３μｍ〜５μｍ程度とされる。トレンチＴＲＣの幅は、たとえば、約０．４μｍ〜０．５μｍ程度とされる。隣り合うトレンチＴＲＣ間の間隔は、たとえば、約０．８μｍ〜０．９μｍ程度とされる。なお、これらの数値は一例に過ぎない。
【００３６】
次に、所定の熱処理を行うことにより、Ｐ型領域ＰＲのｐ型の不純物が拡散することで、フローティング拡散層ＦＰＲが形成される。また、Ｎ型領域ＮＲのｎ型の不純物が拡散することで、ホールバリア層ＨＢＲが形成される。その後、図７に示すように、たとえば、熱酸化処理を行うことにより、トレンチＴＲＣの内壁面を含む半導体基板ＳＵＢの表面に、ゲート絶縁膜等となる絶縁膜ＩＦが形成される。
【００３７】
次に、図８に示すように、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、トレンチＴＲＣ内を充填する態様で、半導体基板ＳＵＢを覆うようにポリシリコン膜ＰＳＦが形成される。
【００３８】
次に、ポリシリコン膜ＰＳＦの全面にエッチング処理を行うことにより、半導体基板ＳＵＢの上面上に位置するポリシリコン膜ＰＳＦの部分が除去される。さらに、ポリシリコン膜ＰＳＦにオーバエッチング処理が行われる。これにより、図９に示すように、トレンチＴＲＣ内に残されるポリシリコン膜ＰＳＦの上面が、半導体基板ＳＵＢの表面より低い位置にされる。
【００３９】
次に、図１０に示すように、半導体基板ＳＵＢの上面上に露出する絶縁膜ＩＦが除去される。これにより、トレンチＴＲＣ内にゲート絶縁膜ＧＩＦを介在させてゲート電極ＧＥＬが形成されるとともに、トレンチＴＲＣ内にエミッタ絶縁膜ＥＩＦを介在させてエミッタ電極ＥＥＬが形成される。
【００４０】
次に、図１１に示すように、半導体基板ＳＵＢを覆うように、シリコン酸化膜ＳＯＦ２が形成される。次に、所定の写真製版処理を行うことにより、ソース拡散層およびベース拡散層を形成するためのフォトレジストパターン（図示せず）が形成される。次に、そのフォトレジストパターンを注入マスクとして、ｐ型の不純物を注入される。さらに、フォトレジストパターンを注入マスクとして、ｎ型の不純物が注入される。その後、フォトレジストパターンが除去される。
【００４１】
これにより、図１１に示すように、アクティブ領域ＡＣＲに位置する半導体基板ＳＵＢの表面から所定の深さにわたりソース拡散層ＳＤＲが形成される。そのソース拡散層ＳＤＲの底からさらに深い位置にわたりベース拡散層ＢＤＲが形成される。この時点では、ベース拡散層ＢＤＲの底部は、ほぼ一定の深さに位置する。
【００４２】
次に、図１２に示すように、半導体基板ＳＵＢを覆うように、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬが形成される。次に、所定の写真製版処理を行うことにより、コンタクト部（コンタクト開口部）を形成するためのフォトレジストパターン（図示せず）が形成される。次に、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬにエッチング処理を行うことにより、開口部ＨＯＰ（図１３参照）が形成される。
【００４３】
このとき、オーバエッチングにより、ゲート絶縁膜ＧＩＦがエッチングされて、凹みが形成される。最終的に局所的な段差のないコンタクト開口部を形成する必要があるため、このコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬのエッチング処理では、後のエッチング処理のエッチング量を考慮した条件が設定が必要とされる。その後、フォトレジストパターンが除去される。
【００４４】
こうして、図１３に示すように、ハードマスクとして、開口部ＨＯＰが形成されたコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬが形成される。開口部ＨＯＰは、ソース拡散層ＳＤＲとエミッタ電極ＥＥＬとに跨るように形成されている。次に、図１４に示すように、ハードマスクとしてのコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬをエッチングマスクとして、露出したソース拡散層ＳＤＲ（半導体基板ＳＵＢ）およびエミッタ電極ＥＥＬ（ポリシリコン膜ＰＳＦ）等にエッチング処理を行うことにより、コンタクト開口部ＣＯＰが形成される。
【００４５】
このとき、エミッタ電極ＥＥＬ（ポリシリコン膜ＰＳＦ）のエッチング速度が、ソース拡散層ＳＤＲ（半導体基板ＳＵＢ）のエッチング速度よりも高くなる。このため、コンタクト開口部ＣＯＰでは、エミッタ電極ＥＥＬ側の深さが、ベース拡散層ＢＤＲ側の深さよりも深くなる。
【００４６】
また、エミッタ電極ＥＥＬのエッチング速度とベース拡散層ＢＤＲのエッチング速度との違いに加えて、半導体基板ＳＵＢとエミッタ電極ＥＥＬ（ポリシリコン膜ＰＳＦ）との間にエミッタ絶縁膜ＥＩＦが介在していることで、エミッタ絶縁膜ＥＩＦの一部とシリコン（半導体基板ＳＵＢ）の一部等が残渣ＲＥＳとして残る。
【００４７】
次に、図１５に示すように、ドライエッチング処理を行うことにより、その残渣ＲＥＳが除去される。さらに、エミッタ電極ＥＥＬとベース拡散層ＢＤＲにエッチング処理が行われて、所定の深さのコンタクト開口部ＣＯＰが形成される。コンタクト開口部ＣＯＰでは、コンタクト開口部ＣＯＰのエミッタ電極ＥＥＬ側の開口底面の部分が、ベース拡散層ＢＤＲ側の開口底面の部分よりも深くなる態様で、開口底面が傾斜している。
【００４８】
次に、図１６に示すように、コンタクト開口部ＣＯＰが形成されたコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを注入マスクとして、ｐ型の不純物がベース拡散層ＢＤＲに注入される。このとき、コンタクト開口部ＣＯＰからｐ型の不純物が注入されることで、ベース拡散層ＢＤＲでは、エミッタ電極ＥＥＬ側の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側の部分よりも深い位置にまで形成される。これにより、エミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分よりも深い位置にある態様で、ベース拡散層ＢＤＲのベース底部が傾斜することになる。
【００４９】
次に、図１７に示すように、コンタクト開口部ＣＯＰの内壁面を覆うように、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上に、たとえば、チタンタングステン膜等のバリアメタル膜ＢＭＥが形成される。次に、コンタクト開口部ＣＯＰ内を充填する態様で、バリアメタル膜ＢＭＥを覆うように、たとえば、アルミニウム膜が形成される。コンタクト開口部ＣＯＰ内に充填されたバリアメタル膜ＢＭＥの部分とアルミニウム膜の部分とによってコンタクト部ＣＣＮが形成される。また、コンタクト部ＣＣＮに電気的に接続されるメタルエミッタ電極ＭＥＥが形成される。
【００５０】
一方、半導体基板ＳＵＢの他方の表面にｎ型の不純物を注入することにより、Ｎ型バッファ層ＮＢＲが形成される。次に、半導体基板ＳＵＢの他方の表面にｐ型の不純物を注入することにより、ｐ型のコレクタ拡散層ＣＤＲが形成される。その後、コレクタ拡散層ＣＤＲに接触する裏面電極ＢＥＬが形成されて、図２および図３等に示す半導体装置の主要部分が完成する。
【００５１】
上述したＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置では、ＩＥ効果をより向上させることができる。これについて、比較例に係る、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置と比べて説明する。
【００５２】
図１８に示すように、比較例に係る半導体装置では、エミッタ電極ＥＥＬに電気的接続されるコンタクト部ＣＮＥと、ソース拡散層ＳＤＲおよびベース拡散層ＢＤＲに電気的に接続されるコンタクト部ＣＮＰとが個々に形成されている。なお、これ以外の構成について、実施の形態１に係る半導体装置と同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
【００５３】
一般的に、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置において、ＩＥ効果を高めるために、次の３つの点が有効とされる。すなわち、ゲート電極とエミッタ電極との間隔（メサ幅）を狭めること（手法Ａ）、ベース拡散層からトレンチの下端（ゲート電極の下端）までの距離を長くすること（手法Ｂ）、インアクティブ領域を広げること（手法Ｃ）、とされる。ここでは、主として手法Ａの観点からＩＥ効果の向上を図るものである。
【００５４】
比較例に係る半導体装置では、メサ幅ＭＷを狭めようとすると、コンタクト部ＣＮＰがゲート電極ＧＥＬに接近してしまい、コンタクト部ＣＮＰとゲート電極ＧＥＬとが電気的に短絡するおそれがある。このため、メサ幅ＭＷを狭めるのには限界がある。
【００５５】
比較例に係る半導体装置に対して実施の形態１に係る半導体装置では、エミッタ電極ＥＥＬに電気的に接続されるコンタクト部と、ソース拡散層ＳＤＲおよびベース拡散層ＢＤＲに電気的に接続されるコンタクト部として、共通のコンタクト部ＣＣＮが形成されている。このコンタクト部ＣＣＮは、ソース拡散層ＳＤＲおよびベース拡散層ＢＤＲとエミッタ電極ＥＥＬとに跨るように形成されている。これにより、比較例に係る半導体装置と比べて、メサ幅ＭＷ（図３参照）をさらに狭めることが可能になる。その結果、ＩＥ効果をさらに向上させることができて、オン電圧を下げることができる。
【００５６】
また、実施の形態に係る半導体装置では、コンタクト開口部ＣＯＰが、コンタクト開口部ＣＯＰの底面にエミッタ電極ＥＥＬとベース拡散層ＢＤＲとが露出し、コンタクト開口部ＣＯＰの側面にベース拡散層ＢＤＲとソース拡散層ＳＤＲとが露出するように形成される。そのコンタクト開口部ＣＯＰから、ｐ型の不純物がベース拡散層ＢＤＲに注入されることで、ベース拡散層ＢＤＲでは、エミッタ電極ＥＥＬ側の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側の部分よりも深い位置にまで形成されることになる。
【００５７】
これにより、ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側の深さを、コンタクト開口部ＣＯＰの底部の傾斜に合わせて、浅く形成することが可能になり、ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側の底部の部分からゲート電極ＧＥＬの下端までの長さＬＧをより長くすることができる（図３参照、手法Ｂ）。その結果、ＩＥ効果をさらに向上させることができる。
【００５８】
また、ＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴをオフさせる際には、Ｎ型領域ＮＳＲに蓄積したキャリア（ホール）が、ベース拡散層ＢＤＲにおける、エミッタ電極ＥＥＬ側のより深い位置にまで形成された部分を流れることになり、ホールがベース拡散層ＢＤＲにおけるゲート電極ＧＥＬ側の部分を流れることに起因する寄生トランジスタの動作を抑制することができる。
【００５９】
実施の形態２
実施の形態２に係るＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置として、メサ幅をさらに狭めることができる半導体装置について説明する。
【００６０】
図１９および図２０に示すように、アクティブ領域ＡＣＲでは、Ｙ方向に延在するようにゲート電極ＧＥＬが配置されている。ゲート電極ＧＥＬは、トレンチＴＲＣ内に、ゲート絶縁膜ＧＩＦを介在させて形成されている。
【００６１】
ゲート電極ＧＥＬとは、アクティブ領域ＡＣＲ（半導体基板ＳＵＢの領域）を挟んでＸ方向に距離を隔てられて、ゲート電極ＧＥＬと対向するようにエミッタ電極ＥＥＬが配置されている。エミッタ電極ＥＥＬは、Ｙ方向に延在する。エミッタ電極ＥＥＬは、トレンチＴＲＣ内にエミッタ絶縁膜ＥＩＦを介在させて形成されている。エミッタ電極ＥＥＬの幅ＥＷは、ゲート電極ＧＥＬの幅ＧＷよりも広くなるように形成されている。
【００６２】
共通のコンタクト部ＣＣＮでは、コンタクト部ＣＣＮのコンタクト底部においてエミッタ電極ＥＥＬに接触している。また、コンタクト部ＣＣＮのコンタクト側部において、ソース拡散層ＳＤＲとベース拡散層ＢＤＲとに接触している。エミッタ電極ＥＥＬの上面は、ゲート電極ＧＥＬの上面よりも下の位置にある。なお、これ以外の構成については、図１〜図３に示す半導体装置の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
【００６３】
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。図５および図６に示す工程と同様の工程を経た後、図２１に示すように、半導体基板ＳＵＢに、所定の深さのトレンチＴＲＣとトレンチＴＲＣＷとが形成される。エミッタ電極が形成されることになるトレンチＴＲＣＷの幅ＴＥＷは、ゲート電極が形成されることになるトレンチＴＲＣの幅ＴＧＷよりも広い幅とされる。
【００６４】
次に、図２２に示すように、トレンチＴＲＣ内およびトレンチＴＲＣＷ内を充填する態様で、半導体基板ＳＵＢを覆うようにポリシリコン膜ＰＳＦが形成される。次に、ポリシリコン膜ＰＳＦの全面にエッチング処理を行うことにより、半導体基板ＳＵＢの上面上に位置するポリシリコン膜ＰＳＦの部分が除去される。さらに、ポリシリコン膜ＰＳＦにオーバエッチング処理が行われる。これにより、図２３に示すように、トレンチＴＲＣに残されるポリシリコン膜ＰＳＦの上面の位置が、半導体基板ＳＵＢの表面より低い位置にされる。
【００６５】
また、このとき、幅の広いトレンチＴＲＣＷ内に充填されているポリシリコン膜ＰＳＦのエッチングレートが、幅の狭いトレンチＴＲＣ内に充填されているポリシリコン膜ＰＳＦのエッチングレートよりも速くなる。このため、１回のエッチング処理によって、トレンチＴＲＣＷ内に残されるポリシリコン膜ＰＳＦの上面の位置を、トレンチＴＲＣ内に残されるポリシリコン膜ＰＳＦの上面の位置よりも低くすることができる。
【００６６】
なお、この場合、フォトレジストパターンを形成することにより、トレンチＴＲＣＷ内に残されるポリシリコン膜ＰＳＦとトレンチＴＲＣ内に残されるポリシリコン膜ＰＳＦとを分けてエッチング処理を行うようにしてもよい。
【００６７】
次に、図９〜図１３に示す工程と同様の工程を経て、図２４に示すように、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを貫通するように、コンタクト開口部ＣＯＰが形成される。コンタクト開口部ＣＯＰの底面には、エミッタ電極ＥＥＬが露出し、コンタクト開口部ＣＯＰの側面には、ソース拡散層ＳＤＲとベース拡散層ＢＤＲとが露出する。
【００６８】
次に、図２５に示すように、コンタクト開口部ＣＯＰが形成されたコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを注入マスクとして、ｐ型の不純物がベース拡散層ＢＤＲに注入される。このとき、コンタクト開口部ＣＯＰからｐ型の不純物が注入されることで、ベース拡散層ＢＤＲでは、エミッタ電極ＥＥＬ側の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側の部分よりも深い位置にまで形成される。これにより、エミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分よりも深い位置にある態様で、ベース拡散層ＢＤＲのベース底部が傾斜することになる。
【００６９】
次に、図２６に示すように、コンタクト開口部ＣＯＰの内壁面を覆うように、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上にバリアメタル膜ＢＭＥが形成される。次に、コンタクト開口部ＣＯＰ内を充填する態様で、バリアメタル膜ＢＭＥを覆うように、アルミニウム膜が形成される。コンタクト開口部ＣＯＰ内に充填されたバリアメタル膜ＢＭＥの部分とアルミニウム膜の部分とによってコンタクト部ＣＣＮが形成される。また、コンタクト部ＣＣＮに電気的に接続されるメタルエミッタ電極ＭＥＥが形成される。
【００７０】
一方、半導体基板ＳＵＢの他方の表面に、Ｎ型バッファ層ＮＢＲおよびｐ型のコレクタ拡散層ＣＤＲが形成される。その後、コレクタ拡散層ＣＤＲに接触する裏面電極ＢＥＬが形成されて、図１９および図２０に示す半導体装置の主要部分が完成する。
【００７１】
上述した半導体装置では、エミッタ電極ＥＥＬの幅はゲート電極ＧＥＬの幅よりも広く、コンタクト部ＣＣＮの底面の全体がエミッタ電極ＥＥＬに接触している。このことは、実施の形態１に係る半導体装置におけるエミッタ電極ＥＥＬを、ゲート電極ＧＥＬの側にさらに接近させた構造に相当することになる。これにより、エミッタ電極ＥＥＬとゲート電極ＧＥＬとの間のメサ幅ＭＷは、さらに縮められることになる（手法Ａ）。その結果、ＩＥ効果をさらに向上させることができる。
【００７２】
また、前述したように、ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側の深さを、コンタクト開口部ＣＯＰの底部の傾斜に合わせて浅く形成することが可能になり、ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側の底部の部分からゲート電極ＧＥＬの下端までの長さＬＧをより長くすることができる（図２０参照、手法Ｂ）。その結果、ＩＥ効果の向上に寄与することができる。
【００７３】
また、エミッタ電極ＥＥＬの幅がゲート電極ＧＥＬの幅よりも広く形成されることで、コンタクト部ＣＣＮが形成されるコンタクト開口部ＣＯＰのサイズの自由度を上げることができる。これにより、コンタクト開口部ＣＯＰのアスペクト比（深さ／底のサイズ）を低減することができ、バリアメタル膜ＢＭＥのカバレッジを改善することができるとともに、コンタクト部ＣＣＮとなるアルミニウム膜を確実に充填させることができる。
【００７４】
実施の形態３
実施の形態３に係るＩＥ型トレンチゲートＩＧＢＴを備えた半導体装置として、インアクティブ領域にエミッタ電極が形成された半導体装置について説明する。
【００７５】
図２７および図２８に示すように、アクティブ領域ＡＣＲでは、Ｙ方向に延在するようにゲート電極ＧＥＬが配置されている。ゲート電極ＧＥＬは、トレンチＴＲＣ内に、ゲート絶縁膜ＧＩＦを介在させて形成されている。
【００７６】
ゲート電極ＧＥＬとは、アクティブ領域ＡＣＲ（半導体基板ＳＵＢの領域）を挟んでＸ方向に距離を隔てられて、ゲート電極ＧＥＬと対向するようにエミッタ電極ＥＥＬが配置されている。エミッタ電極ＥＥＬは、インアクティブ領域ＩＡＣＲの全域にわたって形成されている。エミッタ電極ＥＥＬは、トレンチＴＲＣＨ内にエミッタ絶縁膜ＥＩＦを介在させて形成されている。エミッタ絶縁膜ＥＩＦの厚さは、耐圧を確保するために、ゲート絶縁膜ＧＩＦの厚さよりも厚く形成されている。
【００７７】
共通のコンタクト部ＣＣＮでは、コンタクト部ＣＣＮのコンタクト底部においてエミッタ電極ＥＥＬと接触している。また、コンタクト部ＣＣＭのコンタクト側部において、ソース拡散層ＳＤＲとベース拡散層ＢＤＲとに接触している。エミッタ電極ＥＥＬの上面は、ゲート電極ＧＥＬの上面よりも下の位置にある。なお、これ以外の構成については、図１〜図３に示す半導体装置の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
【００７８】
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。図５および図６に示す工程と同様の工程を経た後、図２９に示すように、半導体基板ＳＵＢに、所定の深さのトレンチＴＲＣとトレンチＴＲＣＨとが形成される。エミッタ電極が形成されることになるトレンチＴＲＣＨは、インアクティブ領域ＩＡＣＲの全域にわたって形成される。
【００７９】
次に、図３０に示すように、熱酸化処理を行うことにより、トレンチＴＲＣおよびトレンチＴＲＣＨのそれぞれの内壁面を含む半導体基板ＳＵＢの表面に、比較的厚い絶縁膜ＩＦＣが形成される。次に、所定の写真製版処理を行うことにより、トレンチＴＲＣ内に形成された絶縁膜ＩＦＣを露出し、トレンチＴＲＣＨ内に位置する絶縁膜ＩＦＣを覆うフォトレジストパターン（図示せず）が形成される。
【００８０】
次に、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、エッチング処理を行い、トレンチＴＲＣ内に形成された絶縁膜ＩＦＣを除去することによって、半導体基板ＳＵＢを露出させる。
【００８１】
次に、図３１に示すように、熱酸化処理を行うことにより、トレンチＴＲＣ内に露出した半導体基板ＳＵＢの表面に、比較的薄い絶縁膜ＩＦＮが形成される。比較的薄い絶縁膜ＩＦＮは、ゲート絶縁膜となり、比較的厚い絶縁膜ＩＦＣは、エミッタ絶縁膜となる。
【００８２】
次に、トレンチＴＲＣおよびトレンチＴＲＣＨを充填する態様で、ポリシリコン膜（図示せず）が形成される。次に、ポリシリコン膜の全面にエッチング処理を行うことにより、半導体基板ＳＵＢの上面上に位置するポリシリコン膜の部分が除去される。さらに、ポリシリコン膜にオーバエッチング処理が行われる。これにより、図３２に示すように、トレンチＴＲＣに残されるポリシリコン膜ＰＳＦの上面の位置が、半導体基板ＳＵＢの表面より低い位置にされる。
【００８３】
このとき、インアクティブ領域ＩＡＣＲの全域にわたって形成されたトレンチＴＲＣＷ内に充填されているポリシリコン膜ＰＳＦのエッチングレートが、トレンチＴＲＣ内に充填されているポリシリコン膜ＰＳＦのエッチングレートよりも速くなる。このため、１回のエッチング処理によって、トレンチＴＲＣＨ内に残されるポリシリコン膜ＰＳＦの上面の位置を、トレンチＴＲＣ内に残されるポリシリコン膜ＰＳＦの上面の位置よりも低くすることができる。
【００８４】
次に、図９〜図１３に示す工程と同様の工程を経て、図３３に示すように、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを貫通するように、コンタクト開口部ＣＯＰが形成される。コンタクト開口部ＣＯＰの底面には、エミッタ電極ＥＥＬが露出し、コンタクト開口部ＣＯＰの側面には、ソース拡散層ＳＤＲとベース拡散層ＢＤＲとが露出する。
【００８５】
次に、図３４に示すように、コンタクト開口部ＣＯＰが形成されたコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを注入マスクとして、ｐ型の不純物がベース拡散層ＢＤＲに注入される。このとき、コンタクト開口部ＣＯＰからｐ型の不純物が注入されることで、ベース拡散層ＢＤＲでは、エミッタ電極ＥＥＬ側の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側の部分よりも深い位置にまで形成される。これにより、エミッタ電極ＥＥＬ側のベース底部の部分が、ゲート電極ＧＥＬ側のベース底部の部分よりも深い位置にある態様で、ベース拡散層ＢＤＲのベース底部が傾斜することになる。
【００８６】
次に、図３５に示すように、コンタクト開口部ＣＯＰの内壁面を覆うように、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上にバリアメタル膜ＢＭＥが形成される。次に、コンタクト開口部ＣＯＰ内を充填する態様で、バリアメタル膜ＢＭＥを覆うように、アルミニウム膜が形成される。コンタクト開口部ＣＯＰ内に充填されたバリアメタル膜ＢＭＥの部分とアルミニウム膜の部分とによってコンタクト部ＣＣＮが形成される。また、コンタクト部ＣＣＮに電気的に接続されるメタルエミッタ電極ＭＥＥが形成される。
【００８７】
一方、半導体基板ＳＵＢの他方の表面に、Ｎ型バッファ層ＮＢＲおよびｐ型のコレクタ拡散層ＣＤＲが形成される。その後、コレクタ拡散層ＣＤＲに接触する裏面電極ＢＥＬが形成されて、図２７および図２８に示す半導体装置の主要部分が完成する。
【００８８】
上述した半導体装置では、前述した半導体装置と同様に、エミッタ電極ＥＥＬとゲート電極ＧＥＬとの間のメサ幅ＭＷは、さらに縮められることになる（手法Ａ）。その結果、ＩＥ効果をさらに向上させることができる。また、ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側の深さを、コンタクト開口部ＣＯＰの底部の傾斜に合わせて浅く形成することが可能になり、ベース拡散層ＢＤＲのゲート電極ＧＥＬ側の底部の部分からゲート電極ＧＥＬの下端までの長さＬＧをより長くすることができる（図２８参照、手法Ｂ）。その結果、ＩＥ効果の向上に寄与することができる。
【００８９】
さらに、実施の形態３に係る半導体装置では、次のような効果を得ることができる。まず、インアクティブ領域ＩＡＣＲの全域にわたってエミッタ電極ＥＥＬが形成されている。これにより、インアクティブ領域ＩＮＡＣＲにフローティング拡散層を形成する必要がなくなる。
【００９０】
また、コレクタ拡散層ＣＤＲから注入されたホールは、フローティング拡散層に蓄積されることがなくなり、Ｎ型領域ＮＳＲに蓄積されることになる。これにより、フローティング拡散層に蓄積されるホールがない分、ＩＧＢＴをオフさせる際に、より速くオフさせることができる。
【００９１】
また、フローティング拡散層が形成されないため、オフ時の電界が非常に強くなってしまう。このため、エミッタ電極ＥＥＬとトレンチＴＲＣＨとの間に介在するエミッタ絶縁膜ＥＩＦの膜厚を、ゲート絶縁膜ＧＩＦの膜厚よりも厚く形成することで、オフ時の耐圧を確保することができる。特に、トレンチのコーナー部における電界集中に対して、耐圧を確保することができる。
【００９２】
なお、各実施の形態において説明した半導体装置とその製造方法については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
【００９３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９４】
上述した実施の形態２、３は、以下の態様を含む。
（付記１）
トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、
第１表面を有する第１導電型の半導体基板に、互いに隣接する第１領域と第２領域とを規定する工程と、
前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第１深さに達し、第１幅を有する第１トレンチを形成するとともに、前記第１トレンチとは距離を隔てて、前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さに達し、前記第１幅よりも広い第２幅を有する第２トレンチを形成する工程と、
前記第１トレンチ内に第１絶縁膜を介在させてゲート電極を形成するとともに、前記第２トレンチ内に第２絶縁膜を介在させて、前記ゲート電極の上端よりも低い上端を有するエミッタ電極を形成する工程と、
前記第２領域に第２導電型の不純物を導入することにより、フローティング拡散層を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第２深さにわたり、第１導電型のソース領域を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間に位置する前記半導体基板の前記第２深さから前記第２深さよりも深く、前記第１深さよりも浅い位置にわたり第２導電型のベース領域を形成する工程と、
前記第１領域および前記第２領域を覆うように、コンタクト層間絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクト層間絶縁膜にエッチング処理を行うことにより、底面に前記エミッタ電極が露出し、側面に前記ソース領域および前記ベース領域が露出するコンタクト開口部を形成する工程と、
前記コンタクト開口部内に、コンタクト底部とコンタクト側部を有し、前記コンタクト底部が前記エミッタ電極に接触し、前記コンタクト側部が前記ベース領域および前記ソース領域に接触するコンタクト部を形成する工程と
を備えた、半導体装置の製造方法。
【００９５】
（付記２）
付記１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース領域を形成する工程は、前記コンタクト開口部を介して、前記ベース領域に第２導電型の不純物を注入し熱拡散させることにより、前記ベース領域における前記ゲート電極側のベース底部の第１部分が、前記ベース領域における前記エミッタ電極側の前記ベース底部の第２部分よりも深くなる態様で、前記ベース領域の前記ベース底部を傾斜させる工程を含む。
【００９６】
（付記３）
付記１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート電極および前記エミッタ電極を形成する工程は、
前記第１トレンチ内および前記第２トレンチ内を充填する態様で、前記半導体基板を覆うように導電性膜を形成する工程と、
前記導電性膜の全面にエッチング処理を行うことにより、前記半導体基板の前記第１表面上に位置する前記導電性膜の部分を除去し、前記第１トレンチ内および前記第２トレンチ内のそれぞれに残される前記導電性膜の部分の上面の位置を、前記半導体基板の前記第１表面の位置よりも低くする工程と、
前記第２トレンチ内に残される前記導電性膜の部分の上面の位置を、前記第１トレンチ内に残される前記導電性膜の部分の上面の位置よりも低くする工程と
を含む。
【００９７】
（付記４）
トレンチゲートバイポーラトランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、
第１表面を有する第１導電型の半導体基板に、互いに隣接する第１領域と第２領域とを規定する工程と、
前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第１深さに達する第１トレンチを形成するとともに、前記第１トレンチとは距離を隔てて、前記第２領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から前記第１深さに達し、前記第２領域の全域にわたり第２トレンチを形成する工程と、
前記第１トレンチ内に第１膜厚を有する第１絶縁膜を形成し、前記第２トレンチ内に、前記第１膜厚よりも厚い第２膜厚を有する第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第１トレンチ内に前記第１絶縁膜を介在させてゲート電極を形成するとともに、前記第２トレンチ内に前記第２絶縁膜を介在させて、前記ゲート電極の上端よりも低い上端を有するエミッタ電極を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間の前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第１表面から第２深さにわたり、第１導電型のソース領域を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記エミッタ電極との間の前記第１領域に位置する前記半導体基板の前記第２深さから前記第２深さよりも深く、前記第１深さよりも浅い位置にわたり第２導電型のベース領域を形成する工程と、
前記第１領域および前記第２領域を覆うように、コンタクト層間絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクト層間絶縁膜にエッチング処理を行うことにより、底面に前記エミッタ電極が露出し、側面に前記ソース領域および前記ベース領域が露出するコンタクト開口部を形成する工程と、
前記コンタクト開口部内に、コンタクト底部とコンタクト側部を有し、前記コンタクト底部が前記エミッタ電極に接触し、前記コンタクト側部が前記ベース領域および前記ソース領域に接触するコンタクト部を形成する工程と
を備えた、半導体装置の製造方法。
【００９８】
（付記５）
付記４に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース領域を形成する工程は、前記コンタクト開口部を介して、前記ベース領域に第２導電型の不純物を注入し熱拡散させることにより、前記ベース領域における前記ゲート電極側のベース底部の第１部分が、前記ベース領域における前記エミッタ電極側の前記ベース底部の第２部分よりも深くなる態様で、前記ベース領域の前記ベース底部を傾斜させる工程を含む。
【００９９】
（付記６）
付記４に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート電極および前記エミッタ電極を形成する工程は、
前記第１トレンチ内および前記第２トレンチ内を充填する態様で、前記半導体基板を覆うように導電性膜を形成する工程と、
前記導電性膜の全面にエッチング処理を行うことにより、前記半導体基板の前記第１表面上に位置する前記導電性膜の部分を除去し、前記第１トレンチ内および前記第２トレンチ内のそれぞれに残される前記導電性膜の部分の上面の位置を、前記半導体基板の前記第１表面の位置よりも低くする工程と、
前記第２トレンチ内に残される前記導電性膜の部分の上面の位置を、前記第１トレンチ内に残される前記導電性膜の部分の上面の位置よりも低くする工程と
を含む。
【符号の説明】
【０１００】
ＳＥＤ  半導体装置、ＡＣＲ  アクティブ領域、ＩＡＣＲ  インアクティブ領域、ＳＵＢ  半導体基板、ＣＥＲ  セル形成領域、ＧＥＰ  ゲートパッド、ＭＧＬ  メタルゲート電極、ＭＧＩ  メタルゲート配線、ＭＧＥゲート配線引き出し部、ＧＥＣ  ゲートコンタクト部、ＭＥＰ  メタルエミッタパッド、ＭＥＥ  メタルエミッタ電極、ＦＬＰ  フィールドプレート、ＧＵＲ  ガードリング、ＧＥＬ  ゲート電極、ＥＥＬ  エミッタ電極、ＧＩＦ  ゲート絶縁膜、ＥＩＦ  エミッタ絶縁膜、ＣＣＮ  コンタクト部、ＳＤＲ  ソース拡散層、ＢＤＲ  ベース拡散層、ＨＢＲ  ホールバリア層、ＦＰＲ  フローティング拡散層、ＮＢＲ  Ｎバッファ層、ＣＤＲ  コレクタ拡散層、ＮＳＲ  Ｎ型領域、ＢＥＬ  裏面電極、ＦＥＬ  アルミニウム電極、ＣＩＬ  コンタクト層間絶縁膜、ＢＭＥ  バリアメタル膜、ＳＯＦ１  シリコン酸化膜、ＮＲ  Ｎ型領域、ＰＲ  Ｐ型領域、ＴＲＣ、ＴＲＣＷ、ＴＲＣＨ  トレンチ、ＩＦ、ＩＦＣ、ＩＦＮ  絶縁膜、ＰＳＦ  ポリシリコン膜、ＳＯＦ２  シリコン酸化膜、ＨＯＰ  開口部、ＣＯＰ  コンタクト開口部、ＲＥＳ  残渣。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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