[發明專利]半導體裝置以及半導體裝置的制造方法

有效

• 申請號: 201380018951.5
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN104221152B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 魯鴻飛
• 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;H01L21/76;H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 張鑫

技術領域

本發明涉及改善施加額定的反向電壓時的反向漏電流以及通態電壓和開關損耗間的權衡關系的反向阻斷IGBT(reverse blocking IGBT)及其制造方法。

背景技術

高耐壓分立功率器件在功率轉換裝置中起到核心作用。這種功率器件包括絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)、或MOS柵(由金屬－氧化物－半導體構成的絕緣柵)型場效應晶體管(MOSFET)等。IGBT由于是導電度調制型雙極器件，因此與單極器件MOSFET相比，通態電壓較低。因而，IGBT尤其多用于通態電壓容易變高的開關用高耐壓器件等。

并且，在使用轉換效率更高的矩陣轉換器作為上述功率轉換裝置的情況下，需要雙向開關器件。作為構成該雙向開關器件的半導體器件，反向阻斷IGBT(reverse blocking IGBT)備受矚目。其理由是因為通過將該反向阻斷IGBT反向并聯連接，能夠簡單地構成雙向開關器件。反向阻斷IGBT是對通常的IGBT中的位于集電極區域與漂移區域之間的pn結進行改進后得到的器件，使得能夠通過具有高耐壓可靠性的終端結構來保持反向阻斷電壓。因此，反向阻斷IGBT適合用作為搭載于AC-AC功率轉換用的上述矩陣轉換器、或DC-AC轉換用的多電平逆變器的開關器件。

下面，參照圖11，對現有的反向阻斷IGBT的結構進行說明。圖11是表示現有的反向阻斷IGBT的主要部分的結構的剖視圖。如圖11所示，在反向阻斷IGBT中，也與通常的IGBT同樣，在芯片的中央附近設置有活性區域110，在包圍該活性區域110的外周側設置有耐壓結構部120。反向阻斷IGBT的特征在于，還具備包圍耐壓結構部120的外側的分離區域130。分離區域130具有p⁺型分離層21作為主要區域，該p⁺型分離層21用于以p型區域連接n^-型半導體基板的一個主面與另一個主面。

p⁺型分離層21能夠通過從n^-型半導體基板的一個主面進行雜質(硼等)熱擴散而形成。利用該p⁺型分離層21，能夠形成以下結構，即：反向耐壓結、即p型集電極區域10與n^-型漂移區域1之間的pn接合面、的終端不在成為芯片化時的切斷面的芯片側端面12露出。并且，利用p⁺型分離層21，使得p型集電極區域10與n^-型漂移區域1之間的pn接合面不僅不在芯片側端面12露出，還使得該pn接合面露出至由絕緣膜14所保護的耐壓結構部120的基板表面(基板正面側的表面)13。由此，能夠提高反向耐壓的可靠性。

活性區域110是成為縱型IGBT的主電流路徑的區域，具備由n^-型漂移區域1、p型基極區域2、n⁺發射極區域3、柵極絕緣膜4、柵極電極5、層間絕緣膜6以及發射極電極9等構成的正面側結構、以及p型集電極區域10和集電極電極11等的背面結構。并且，靠近活性區域110的耐壓結構部120的終端部110a的終端p基極區域(活性區域110最外周的p基極區域)2-1的深度要比終端p基極區域2-1內側的p型基極區域2的深度要深。在關斷時，積蓄在耐壓結構部120的空穴直接流入所述較深的p型基極區域2，因此，邊緣部難以發生損壞，從而能夠進行關斷的電流得以提高。

在終端p基極區域2-1和與終端p基極區域2-1相鄰的p型基極區域2之間，在柵極電極5下側的n^-型漂移區域1的表面層以低于n^-型漂移區域1的電阻以及比p型基極區域2深的深度形成n型高濃度區域1a。通電時n型高濃度區域1a成為壁壘，從而使得空穴積蓄在n^-型漂移區域1中，由此，能夠減小通態電壓(例如，參照下述專利文獻1。)。此外，所述n型高濃度區域1a中，在與柵極電極5與n^-型漂移區域1之間的界面平行的方向上，從p型基極區域2延展至n^-型漂移區域1的距離(寬度)被設置成比垂直方向的距離(厚度)要大，由此能夠進一步降低活性部p基極間的電阻(JFET電阻)和元胞間距(cell pitch)。