[发明专利]半导体装置及制造所述半导体装置的方法

说明书

半导体装置(10)包括：半导体基板(12)、上部电极(14)、下部电极(16)和栅电极(42)。在半导体基板中，形成体区(22)、柱区(24)和势垒区(26)。柱区具有n型杂质，形成在体区的横向侧上，并且沿着从半导体基板的顶表面到体区的下端的深度延伸。势垒区具有n型杂质，并形成在体区和柱区的下侧上。势垒区形成在柱区的下侧上。在柱区和势垒区中沿深度方向的n型杂质浓度分布具有在柱区中的极大值。n型杂质浓度分布在比极大值深的侧上具有折点。

发明领域

本说明书公开的技术涉及半导体装置和制造所述半导体装置的方法。

背景技术

日本专利申请公开第2013-48230号(JP2013-48230A)公开了形成有IGBT和二极管的半导体装置。半导体装置的IGBT包括势垒区和柱区。势垒区是具有高n型杂质浓度的n型区，并形成在体区的下侧上。柱区从半导体基板的顶表面延伸到势垒区。在半导体装置中，IGBT的体区(p型)和IGBT的势垒区(n型)形成pn结。使得pn结难以通过柱区导通。即，由于势垒区经由柱区连接到上部电极，所述势垒区的电位接近上部电极的电位。即使当使得上部电极变成比下部电极高的电位的电压被施加到半导体装置时，高电压也不施加到上述的pn结。因此，难以从体区向漂移区供给空穴。因此，在半导体装置中，主电流并非通过以上描述的pn结流动，而是通过柱区和所述势垒区流动。此后，当施加的电压切换到相反的方向时，由于漂移区中的空穴排出到上部电极，电流(相对于上述的pn结的反向电流)瞬时流向半导体装置。然而，在半导体装置中，由于难以向漂移区供给空穴，所述当施加电压被切换时将要排出到上部电极的空穴是缺乏的，以及反向电流是小的。因此，半导体装置具有优良的反向恢复特性。

在JP2013-48230A的半导体装置中，当IGBT关断时，耗尽层从体区和势垒区的pn结扩展至其周围。此时，当势垒区中的n型杂质浓度高时，耗尽层在体区中广泛地延伸。当耗尽层这样地在体区中广泛地延伸时，体区的电阻变高。当体区的电阻高时，由于当IGBT导通时体区的电位可能是高的，体区和发射极区之间的pn结可能被导通。结果是，由发射极区、体区和势垒区形成的寄生npn晶体管可能被导通，从而IGBT可能引起闩锁。

发明内容

在本说明书中，提供了具有势垒区和柱区并且较小可能引起闩锁的半导体装置，以及制造所述半导体装置的方法。

根据本发明的第一方面的半导体装置包括半导体基板、上部电极、下部电极、和栅电极。上部电极形成在所述半导体基板的顶表面上。下部电极形成在所述半导体基板的底表面上。在所述半导体基板中，形成发射极区、体区、柱区、势垒区、漂移区、集电极区和阴极区。所述发射极区具有n型杂质并且连接到所述上部电极。所述体区具有p型杂质，形成在所述发射极区的横向侧上和下侧上，并且连接到所述上部电极。所述柱区具有n型杂质，形成在所述体区的横向侧上，沿着从所述半导体基板的所述顶表面到所述体区的下端的深度延伸，并连接到所述上部电极，且通过所述体区与所述发射极区分隔。所述势垒区具有n型杂质，形成在所述体区和所述柱区的下侧上，并通过所述体区与所述发射极区分隔。所述漂移区具有n型杂质，形成在所述势垒区的下侧上，通过所述势垒区与所述发射极区分隔，并且具有比所述势垒区中的n型杂质浓度低的n型杂质浓度。所述集电极区具有p型杂质，形成在所述漂移区的下侧上，连接到所述下部电极，并通过所述漂移区与所述势垒区分隔。所述阴极区具有n型杂质，形成在所述漂移区的下侧上，连接到所述下部电极，通过所述漂移区与所述势垒区分隔，并具有比所述漂移区中的所述n型杂质浓度高的n型杂质浓度。穿过所述发射极区、所述体区和所述势垒区并到达所述漂移区的沟槽形成在所述半导体基板的所述顶表面上。所述沟槽的内表面覆盖有栅极绝缘膜。所述栅电极布置在所述沟槽中。在所述柱区和所述势垒区中沿深度方向的n型杂质浓度分布具有在所述柱区中的极大值。进一步地，所述n型杂质浓度分布沿所述深度方向比在所述柱区中的所述极大值深的侧上具有折点。

上述n型杂质浓度分布是指通过消除浓度的测量期间产生的噪声而获得的分布。因此，上述极大值和折点不包含由噪声产生的极大值和折点。另外，折点是指杂质浓度分布的斜率不连续地改变处的点。