本发明专利技术的非穿通(NPT)型IGBT(10)构成为：在n-半导体基板的背面设置有由p+集电极层(8)和集电极电极(9)形成的背面结构，在关断时从p基极区域(2)与n-漂移层(1)之间的pn结伸出的耗尽层不与p+集电极层(8)相接触。在该NPT型IGBT(10)中，关断过程中的从p+集电极层(8)和n-漂移层(1)之间的pn结(第1pn结)(11)起朝n-漂移层(1)侧深度例如在0.3μm以下的区域的空穴电流的载流子浓度、与p+集电极层(8)和n-漂移层(1)之间的pn结(11)起朝n-漂移层(1)侧深度例如为15μm的区域的累积载流子浓度之间的浓度差为30％～70％左右。由此，能够以低成本实现高速且低损耗的开关动作。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术的非穿通(NPT)型IGBT(10)构成为：在n-半导体基板的背面设置有由p+集电极层(8)和集电极电极(9)形成的背面结构，在关断时从p基极区域(2)与n-漂移层(1)之间的pn结伸出的耗尽层不与p+集电极层(8)相接触。在该NPT型IGBT(10)中，关断过程中的从p+集电极层(8)和n-漂移层(1)之间的pn结(第1pn结)(11)起朝n-漂移层(1)侧深度例如在0.3μm以下的区域的空穴电流的载流子浓度、与p+集电极层(8)和n-漂移层(1)之间的pn结(11)起朝n-漂移层(1)侧深度例如为15μm的区域的累积载流子浓度之间的浓度差为30％～70％左右。由此，能够以低成本实现高速且低损耗的开关动作。【专利说明】半导体装置
本专利技术涉及半导体装置。
技术介绍
作为开关电源，对直流（DC)电压进行降压的DC-DC转换器是公知的。通过提高 DC-DC转换器的动作频率，能够使构成DC-DC转换器的变压器小型化，从而能够力图实现 DC-DC转换器本身的小型化。为了提高DC-DC转换器的动作频率，需要提高构成DC-DC转换 器的IGBT(绝缘栅型双极晶体管）的开关特性。为了在IGBT中实现高速且低损耗的开关 动作，需要减小IGBT关断时的尾电流（tail current)。 作为抑制IGBT的尾电流的技术，提出了以下方案：利用场截止（FS :Field Stop) 型IGBT来代替现有的穿通（PT :Punch Through)型IGBT，通过减少因 IGBT关断时残留的 空穴而产生的尾电流（以下，称为空穴尾电流），来减小尾电流（例如，参照下述非专利文献 1)。关于PT型IGBT和FS型IGBT，对剖面结构和关断时集电极电流波形进行说明。 图18是表示现有的穿通型IGBT的结构的剖视图。图19是表示现有的场截止型 IGBT的结构的剖视图。图20是表示现有的穿通型IGBT关断时的集电极电流波形的特性图。 图21是表示现有的场截止型IGBT关断时的集电极电流波形的特性图。图20、图21中，全 电流是指集电极电流，是由集电极电流的空穴产生的电流分量（空穴电流）、和由集电极电 流的电子产生的电流分量（电子电流）的总和。 如图18所示，PT型IGBT具有以下背面结构，即：在p+半导体基板101与ιΓ活性 层（漂移层）102之间设置有η+缓冲层103, ιΓ活性层102中的耗尽层到达η+缓冲层103。 在与η-活性层102的与ρ+半导体基板101侧相反一侧的表面（正面），作为正面结构，设 置有Ρ基极区域1〇4、η+发射极区域105、ρ+接触区域106、由栅极绝缘膜107以及栅极电极 108构成的M0S栅（由金属-氧化膜-半导体形成的绝缘栅）结构、以及发射极电极109。 集电极电极110与作为Ρ+集电极层的Ρ+半导体基板101相接。 如图19所示，FS型IGBT中，作为背面结构，在ιΓ半导体基板111与ρ+集电极层 112之间设置有η缓冲层113。作为漂移层的ιΓ半导体基板111的厚度比ΡΤ型IGBT的 漂移层的厚度要薄。FS型IGBT的正面结构与PT型IGBT的正面结构相同。如图20、图21 所示，以下技术是公知的，即：在FS型IGBT中，通过将η缓冲层113设置为场截止层，并使 η-半导体基板111变薄，从而使得FS型IGBT关断时的空穴尾电流比ΡΤ型IGBT关断时的 空穴尾电流要小。 此外，作为通过对背面结构的寿命分布（lifetime profile)进行优化来实现高速 开关动作的IGBT，提出以下装置，该装置包括：由第1导电型半导体层形成的第1区域；由 选择性地形成于该第1区域的一个主面的第2导电型半导体层形成的第2区域；由选择性 地形成于该第2区域的一个主面的第1导电型半导体层形成的第3区域；由形成于所述第 1区域的另一个主面的第2导电型半导体层形成的第4区域；包含所述第2区域上的至少 一部分、且经由绝缘膜形成在所述第1区域上的控制电极；包含所述第3区域上的至少一部 分、且形成在所述第2区域上的第1电极；形成在所述第4区域上的第2电极；以及以局部 存在于所述第1区域内的方式进行配置的多个复合中心晶格缺陷（例如，参照下述专利文 献 1。）。 此外，作为通过对背面结构的寿命分布进行优化来实现高速开关动作的另一种 IGBT，提出以下装置，该装置具有：第1导电型的第1半导体层；形成于主面侧的表层部的 第2导电型的第2半导体层；选择性地形成于第2半导体层的表层部的第1导电型的第3 半导体层；形成于背面侧的表层部的第2导电型的第4半导体层；以及形成于第1半导体层 与第4半导体层之间的第1导电型且杂质浓度高于第1半导体层的第5半导体层，具有一 个密度分布峰值的复合中心晶格缺陷配置在第1半导体层内，以使得峰值位置处于关断完 成时的非耗尽区域的宽度的内侧（例如，参照下述专利文献2)。 此外，作为通过对背面结构的寿命分布进行优化来实现高速开关动作的另一种 IGBT，提出了以下装置，该装置中，在关断状态时漂移层内的累积载流子分布从集电极侧到 发射极侧均匀地减少，发射极端变为最小，且所述漂移层内的累积载流子分布的变化在所 述漂移层的集电极层侧小于所述漂移层的沟道扩散层侧（例如，参照下述专利文献3。）。 此外，作为通过对集电极层的杂质浓度分布进行优化来实现高速开关动作的 IGBT，提出了以下装置，该装置是具备第1导电型区域、第2导电型区域、以及电极的开关用 半导体装置，第2导电型区域具有第1部位?第3部位，第2部位具有比第1部位和第3部 位都要低的杂质浓度，第1部位和第2部位位于第1导电型区域与第3部位之间，第3部位 位于第1部位及第2部位与电极之间，在导通状态下，从第2导电型区域向第1导电型区域 注入第2导电型载流子，在关断状态下，第1导电型载流子从第1导电型区域向第2导电型 区域流出（例如，参照下述专利文献4)。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本专利特开平10-50724号公报 专利文献2 :日本专利特开2011-86883号公报 专利文献3 :日本专利第4904612号公报 专利文献4 :日本专利特开2003-318400号公报 非专利文献 非专利文献 1 :T. Matsudai and A. Nakagawa, "Ultra High Switching Speed 600V Thin Wafer PT-IGBT Based on New Turn-off Mechanism，'，IEEE Proceedings of the 14th International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's 2002(ISPSD 2002)，（美国），2002 年，第 285-288 页
技术实现思路
专利技术所要解决的问题 然而，图19所示的FS型IGBT以n_半导体基板的厚度较薄为前提，IGBT的开关特 性取决于η-半导体基板的厚度。此外，在上述专利文献1?3中，存在以下问题：背面结构 的寿命特性会发生偏差，或者用于控制寿命的工序流程变长从而导致成本上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：作为第1导电型漂移层的第1导电型半导体基板；设置于所述第1导电型半导体基板背面的表面层的第2导电型集电极层；以及与所述第2导电型集电极层相接的集电极电极，从所述第1导电型漂移层与所述第2导电型集电极层之间的第1pn结起朝所述第1导电型漂移层侧深度在0.3μm以下的区域的载流子浓度是从所述第1pn结起朝所述第1导电型漂移层侧深度大于0.3μm的区域的累积载流子浓度的30％～70％。
【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：小林勇介，武井学，中川明夫，
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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