[發明專利]半導體裝置

在審

• 申請號: 201380008425.0
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN104106139A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 小林勇介;武井學;中川明夫
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 熊風

技術領域

本發明涉及半導體裝置。

背景技術

作為開關電源，對直流(DC)電壓進行降壓的DC-DC轉換器是公知的。通過提高DC-DC轉換器的動作頻率，能夠使構成DC-DC轉換器的變壓器小型化，從而能夠力圖實現DC-DC轉換器本身的小型化。為了提高DC-DC轉換器的動作頻率，需要提高構成DC-DC轉換器的IGBT(絕緣柵型雙極晶體管)的開關特性。為了在IGBT中實現高速且低損耗的開關動作，需要減小IGBT關斷時的尾電流(tail?current)。

作為抑制IGBT的尾電流的技術，提出了以下方案：利用場截止(FS：Field?Stop)型IGBT來代替現有的穿通(PT：Punch?Through)型IGBT，通過減少因IGBT關斷時殘留的空穴而產生的尾電流(以下，稱為空穴尾電流)，來減小尾電流(例如，參照下述非專利文獻1)。關于PT型IGBT和FS型IGBT，對剖面結構和關斷時集電極電流波形進行說明。

圖18是表示現有的穿通型IGBT的結構的剖視圖。圖19是表示現有的場截止型IGBT的結構的剖視圖。圖20是表示現有的穿通型IGBT關斷時的集電極電流波形的特性圖。圖21是表示現有的場截止型IGBT關斷時的集電極電流波形的特性圖。圖20、圖21中，全電流是指集電極電流，是由集電極電流的空穴產生的電流分量(空穴電流)、和由集電極電流的電子產生的電流分量(電子電流)的總和。

如圖18所示，PT型IGBT具有以下背面結構，即：在p⁺半導體基板101與n^-活性層(漂移層)102之間設置有n⁺緩沖層103，n^-活性層102中的耗盡層到達n⁺緩沖層103。在與n-活性層102的與p⁺半導體基板101側相反一側的表面(正面)，作為正面結構，設置有p基極區域104、n⁺發射極區域105、p⁺接觸區域106、由柵極絕緣膜107以及柵極電極108構成的MOS柵(由金屬-氧化膜-半導體形成的絕緣柵)結構、以及發射極電極109。集電極電極110與作為p⁺集電極層的p⁺半導體基板101相接。

如圖19所示，FS型IGBT中，作為背面結構，在n^-半導體基板111與p⁺集電極層112之間設置有n緩沖層113。作為漂移層的n^-半導體基板111的厚度比PT型IGBT的漂移層的厚度要薄。FS型IGBT的正面結構與PT型IGBT的正面結構相同。如圖20、圖21所示，以下技術是公知的，即：在FS型IGBT中，通過將n緩沖層113設置為場截止層，并使n-半導體基板111變薄，從而使得FS型IGBT關斷時的空穴尾電流比PT型IGBT關斷時的空穴尾電流要小。

此外，作為通過對背面結構的壽命分布(lifetime?profile)進行優化來實現高速開關動作的IGBT，提出以下裝置，該裝置包括：由第1導電型半導體層形成的第1區域；由選擇性地形成于該第1區域的一個主面的第2導電型半導體層形成的第2區域；由選擇性地形成于該第2區域的一個主面的第1導電型半導體層形成的第3區域；由形成于所述第1區域的另一個主面的第2導電型半導體層形成的第4區域；包含所述第2區域上的至少一部分、且經由絕緣膜形成在所述第1區域上的控制電極；包含所述第3區域上的至少一部分、且形成在所述第2區域上的第1電極；形成在所述第4區域上的第2電極；以及以局部存在于所述第1區域內的方式進行配置的多個復合中心晶格缺陷(例如，參照下述專利文獻1。)。

此外，作為通過對背面結構的壽命分布進行優化來實現高速開關動作的另一種IGBT，提出以下裝置，該裝置具有：第1導電型的第1半導體層；形成于主面側的表層部的第2導電型的第2半導體層；選擇性地形成于第2半導體層的表層部的第1導電型的第3半導體層；形成于背面側的表層部的第2導電型的第4半導體層；以及形成于第1半導體層與第4半導體層之間的第1導電型且雜質濃度高于第1半導體層的第5半導體層，具有一個密度分布峰值的復合中心晶格缺陷配置在第1半導體層內，以使得峰值位置處于關斷完成時的非耗盡區域的寬度的內側(例如，參照下述專利文獻2)。