半导体装置以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术可以提供一种反向阻断IGBT，其在n-型漂移区域(1)内部设有n型低寿命调整区域(1b)，该n型低寿命调整区域(1b)与终端p基极区域(2-1)以及p型保护环(7)间隔开设置，与终端p基极区域(2-1)或p型保护环(7)的底面相比，位于距离衬底表面更深的位置。n型低寿命调整区域(1b)的载流子寿命低于n-型漂移区域(1)的载流子寿命。可以在抑制关断损耗和导通电压间平衡关系劣化的同时，抑制高温反向漏电流和关断损耗的増大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置以及半导体装置的制造方法
本专利技术涉及一种半导体装置以及半导体装置的制造方法。
技术介绍
高耐压单片式功率器件在电力转换装置中发挥着核心作用。作为所述功率器件，包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)等。IGBT由于是导电率调制型双极器件，因此与单极器件的MOSFET相比导通电压较低，故而被广泛应用于特别是搭载了导通电压容易变高的高耐压器件的开关电路等。进而，为了将所述电力转换装置作为转换效率更高的矩阵转换器，需要配设双向开关器件。作为构成该双向开关器件的半导体器件，一种具有与正向耐压同等程度反向耐压的反向阻断IGBT(ReverseBlockingIGBT)受到人们的关注。其原因在于，通过反向并联连接该反向阻断IGBT，能够较为简单地构成双向开关器件。反向阻断IGBT是对常规IGBT位于集电极区域和漂移区域间的pn结进行改良，使其能够通过具有高耐压可靠性的终端构造保持反向阻断电压的一种器件。因此，反向阻断IGBT适宜作为开关器件搭载于AC-AC电力转换用的所述矩阵转换器和DC-AC转换用的多级逆变器。下面，参照图12对现有反向阻断IGBT的构造加以说明。图12是表示现有反向阻断IGBT主要部分的剖面图。如图12所示，反向阻断IGBT也与常规IGBT同样，在芯片的中央附近设有活性区域110，在包围该活性区域110的外周侧，设有耐压构造部120。并且，反向阻断IGBT的特征在于，还具有包围耐压构造部120外侧的分离区域130。分离区域130的主要区域是p+型分离层31，其用以将n-型半导体衬底一方的主面和另一方的主面在p型区域加以连接。为使所述p+型分离层31通过来自n-型半导体衬底的一个主面的p型杂质的热扩散而形成，需要形成很深的p+型分离层31，因此会伴随长时间高温的热扩散推进。通过该p+型分离层31，可以使作为反向耐压结的p型集电极区域10与n-型漂移区域1之间pn结面的终端不在作为芯片化时成为切断面的芯片侧端面12上。进而，p型集电极区域10与n-型漂移区域1间的pn结面不外露于芯片侧端面12，而外露于由绝缘膜14所保护的耐压构造部120的衬底表面(衬底表面侧的表面)13。因此，可以提高反向耐压的可靠性。活性区域110是纵型IGBT的主电流通路区域，所述纵型IGBT具有表面侧构造、以及p型集电极区域10和集电极电极11等背面构造，上述表面侧构造由n-型漂移区域1、p型基极区域2、n+型发射极区域3、栅极绝缘膜4、栅电极5、层间绝缘膜6、以及发射极9等构成。活性区域110的耐压构造部120附近的终端部110a的终端p基极区域(活性区域110最外周的p基极区域)2-1的深度大于比终端p基极区域2-1更为内侧的p型基极区域2。在相互邻接的p型基极区域2之间、栅电极5下侧的n-型漂移区域1的表面层，形成电阻低于n-型漂移区域1、且深度大于p型基极区域2的n型高浓度区域1a，使导通电压降低。耐压构造部120具有p型保护环7和场板8、以及绝缘膜14，所述p型保护环7和场板8用以缓和在施加正向电压(集电极电极11的电位高于发射极9)和施加反向电压(集电极电极11的电位低于发射极9)时容易变高的电场强度，所述绝缘膜14对于露出至衬底表面13的pn结发挥终端保护膜的作用。p型保护环7优选深于p型基极区域2，与终端p型基极区域2-1同时形成。另一方面，在将常规IGBT用于上述逆变器等时，需要使续流二极管(FreeWheelingDiode(以下、简称为FWD))反向并联连接于IGBT。此外，在FWD中，为改善反向恢复特性，需要对该漂移区域的载流子寿命(以下、简称为寿命)进行调整，使其局部有所不同。这种局部区域寿命有所不同的FWD的剖面图如图15(a)所示。图15是表示现有二极管的剖面构造和寿命分布的说明图。图15(a)是FWD的剖面构造，图15(b)表示将构成FWD的半导体衬底的深度方向作为横轴、将寿命作为纵轴的分布。下面，对图15的FWD的构造进行说明。该半导体二极管(FWD)中，在n-型低杂质浓度的n-型半导体衬底表面侧的表面层，设有p型半导体区域105。并设有与p型半导体区域105表面相接触的阳极电极109。在n-型半导体衬底的背面侧的表面层，设有n+型高浓度区域115。并设有与n+型高浓度区域115相接触的阴极电极112。被p型半导体区域105和n+型高浓度区域115所夹的部分是保持原先的n-型半导体衬底的杂质浓度不变而残留的n-型低杂质浓度区域(以下，作为n-型低浓度区域102)。成为漂移区域的n-型低浓度区域102被调整为在不同的场所寿命也有所不同。具体而言，n-型低浓度区域102具有被调整为不同寿命的第1～3寿命调整区域102a～102c。第1寿命调整区域102a位于n-型低浓度区域102的p型半导体区域105一侧，并且与p型半导体区域105的整面相接。第3寿命调整区域102c位于第1寿命调整区域102a和n+型高浓度区域115之间的器件中央。第2寿命调整区域102b在第1寿命调整区域102a和n+型高浓度区域115之间，与第3寿命调整区域102c相邻接、并且围住第3寿命调整区域102c。对寿命调整后第1～3寿命调整区域102a～102c的寿命分别加以比较，其结果为第1寿命调整区域102a＜第2寿命调整区域102b＜第3寿命调整区域102c。众所周知，上述局部性的寿命调整可通过使金(Au)、铂(Pt)等重金属向规定区域选择性地扩散，或向规定区域选择性地照射电子线等高能粒子进行导入而获得。(例如，参照下述专利文献1)。众所周知，通过荷电氢(质子)的离子注入和其后的低温退火，可对Si半导体衬底进行掺杂，使其为n型。在退火条件为350℃、30分钟等条件下，质子剂量与热处理后的杂质浓度间的关系已经公开发表(例如，参照下述非专利文献1参照)。此外，采用质子注入和热退火技术形成IGBT的n+型缓冲层的技术已为人们所周知。其最具代表性的器件构造和各部分的掺杂分布分别概要显示于图16、图17。图16是表示现有IGBT另一例的主要部分的剖面图。图17是图16现有IGBT的掺杂分布图。图16中所示的n+型缓冲层24是在n-型半导体衬底表面形成IGBT的表面构造(符号25～29)，并将n-型半导体衬底从背面研削使其变薄之后，再通过加速能量为500KeV以下的单发或多次质子注入(例如，图17中NH1～NH3的3次)、以及其后的300℃～400℃温度下30分钟～60分钟的热退火处理而形成。用以形成n+型缓冲层24所需的质子剂量和退火条件参照下述非专利文献1就可以简单确定。通过质子掺杂法形成n+型缓冲层24的优点在于，可将n+型缓冲层24施主化所需的退火温度设定为不会对先前形成的表面构造的金属电极膜产生不良影响的350℃左右。关于图16、图17所述说明中未提及的符号，符号22表示n-型漂移区域、符号25表示p型基极区域、符号26表示n+型发射极区域、符号27表示栅极绝缘膜、符号28表示栅电极、符号29表示发射极、符号31表示p-型集电极区域、符号32表示集电极电极(例如，参照下述专利文献2、3)。反向阻断IGBT在栅极断开并被施加反向(将集电极电极连接于负电极、将发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，具有活性区域，其具有绝缘栅极构造，该绝缘栅极构造含有：第2导电型基极区域、第1导电型发射极区域、以及栅电极，所述第2导电型基极区域选择性地设置在第1导电型半导体衬底的一个主面侧；所述第1导电型发射极区域选择性地设置在所述第2导电型基极区域的内部；所述栅电极隔着栅极绝缘膜而设置在所述第2导电型基极区域的、由漂移区域和所述第1导电型发射极区域所夹部分的表面上，所述漂移区域由所述第1导电型半导体衬底构成；耐压构造部，其围住所述活性区域的外周；第2导电型集电极层，其设置在所述第1导电型半导体衬底的另一主面侧；第2导电型分离层，其设置在所述耐压构造部的外周部，将所述第1导电型半导体衬底的一个主面与另一主面加以连接，并电性连接于所述第2导电型集电极层；第1导电型低寿命调整区域，其设置在所述漂移区域的内部的从第1导电型半导体衬底的一个主面起的深度比所述第2导电型基极区域的底面更深的位置与所述第2导电型基极区域分开设置；并且所述第1导电型低寿命调整区域从所述活性区域跨至所述第2导电型分离层，所述第1导电型低寿命调整区域的载流子寿命t1低于所述漂移区域的载流子寿命t2，具有t2＞t1的关系。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.22 JP 2012-1830921.一种半导体装置，其特征在于，具有活性区域，其具有绝缘栅极构造，该绝缘栅极构造含有：第2导电型基极区域、第1导电型发射极区域、以及栅电极，所述第2导电型基极区域选择性地设置在第1导电型半导体衬底的一个主面侧；所述第1导电型发射极区域选择性地设置在所述第2导电型基极区域的内部；所述栅电极隔着栅极绝缘膜而设置在所述第2导电型基极区域的、由漂移区域和所述第1导电型发射极区域所夹部分的表面上，所述漂移区域由所述第1导电型半导体衬底构成；耐压构造部，其围住所述活性区域的外周；第2导电型集电极层，其设置在所述第1导电型半导体衬底的另一主面侧；第2导电型分离层，其设置在所述耐压构造部的外周部，将所述第1导电型半导体衬底的一个主面与另一主面加以连接，并电性连接于所述第2导电型集电极层；第1导电型低寿命调整区域，其设置在所述漂移区域的内部的从第1导电型半导体衬底的一个主面起的深度比所述第2导电型基极区域的底面更深的位置与所述第2导电型基极区域以及所述第2导电性集电极层分开设置；并且所述第1导电型低寿命调整区域从所述活性区域跨至所述第2导电型分离层，所述第1导电型低寿命调整区域的载流子寿命t1低于所述漂移区域的载流子寿命t2，具有t2＞t1的关系，所述第1导电型低寿命调整区域掺杂浓度的峰值浓度n1小于所述漂移区域掺杂浓度n2的4倍，具有n1＜4n2的关系。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，与位于比所述第2导电型基极区域更内侧的该第2导电型基极区域的深度相比，所述活性区域内最外周的所述第2导电型基极区域的深度更深。3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述活性区域内最外周的所述第2导电型基极区域的深度与构成所述耐压构造部的第2导电型保护环的深度相等。4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还具有第1导电型区域，所述第1导电型区域设置在所述漂移区域的、由相邻的所述第2导电型基极区域所夹的部分，其底面的深度位于比所述活性区域内最...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁鸿飞，
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