反向导通绝缘栅双极性晶体管制造技术

本发明专利技术涉及一种反向导通绝缘栅双极性晶体管，并提供一种在二极管区内设置有势垒区的反向导通IGBT中，使反向导通IGBT结构的功率损耗的降低与二极管结构的反向恢复特性的改善同时实现的技术。反向导通IGBT(1)具备被设置在半导体基板(10)的反向导通IGBT区(14a)内的具有格子状的布局的沟槽栅部(30)以及被设置在半导体基板(10)的二极管区(14b)内的具有条纹状的布局的虚设沟槽部(40)。半导体基板(10)的二极管区(14b)包含p型的体区(阳极区)(25)、n‑型的漂移区(23)及势垒区(24)。势垒区(24)通过从半导体基板(10)的上表面起延伸的柱区(26)而与发射极(38)电连接。

【技术实现步骤摘要】

本说明书中公开的技术涉及一种反向导通IGBT(Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor，反向导通绝缘栅双极性晶体管)。
技术介绍
例如作为车载用的功率器件而被使用的反向导通IGBT的开发不断发展。反向导通IGBT具备被划分为设置有IGBT结构的IGBT区和设置有二极管结构的二极管区的半导体基板。二极管结构相对于IGBT结构而以逆并联的方式连接，并作为续流二极管而进行工作。专利文献1公开了在半导体基板的二极管区内设置有n型的势垒区的反向导通IGBT。n型的势垒区被设置在p型的阳极区与n型的漂移区之间，并具有与漂移区的杂质浓度相比较浓的杂质浓度。势垒区通过从半导体基板的上表面起延伸的柱部而与发射极(二极管结构中的阳极电极)电连接。因此，势垒区的电位被维持在与发射极的电位相近的电位，因此能够将向由阳极区与势垒区构成的pn结的正向施加的电压抑制为较低。由此，从阳极区向漂移区注入的空穴量减少，从而二极管结构的反向恢复特性得到改善。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-48230号公报(尤其图16-17、47-50)
技术实现思路
在这种反向导通IGBT中，在IGBT区内设置有沟槽栅部的情况较多。并且，在这种反向导通IGBT中，在二极管区内设置有沟槽部，以对二极管区的电场进行缓和的情况较多。另外，对于本说明书中记载的“沟槽部”，可列举出与沟槽栅部电绝缘的类型以及与沟槽栅部电连接的类型。此外，对于与沟槽栅部电绝缘的“沟槽部”的类型，可列举出与发射极电连接的类型及电位
成为浮置的类型。如专利文献1所公开的那样，考虑到对称性，IGBT区的沟槽栅部与二极管区的沟槽部被构成为具有共通的布局。根据本专利技术人的研究可知，当IGBT区的沟槽栅部被构成为具有格子状的布局时，IGBT区的载流子浓度变浓，从而使IGBT结构的功率损耗降低。因此，IGBT区的沟槽栅部优选为具有格子状的布局。在该情况下，当考虑到对称性，从而二极管区的沟槽部也被构成为具有格子状的布局时，明显存在以下的课题。当二极管区的沟槽部具有格子状的布局时，通过格子状的沟槽部而使被设置于二极管区内的势垒区被分割为多个。如上所述，势垒区需要通过柱部而与发射极电连接。因此，为了发挥势垒区抑制空穴注入的作用，势垒区的各个分割部分必须通过柱部而与发射极电连接。然而，当对应于势垒区的分割部分的柱部存在形成不良时，该柱部与发射极的电连接将成为不良。由此，对应于该柱部的势垒区的分割部分无法发挥作用，从而使二极管结构的反向恢复特性劣化。本说明书提供一种在二极管区内设置有势垒区的反向导通IGBT中，使IGBT结构的功率损耗的降低与二极管结构的反向恢复特性的改善同时实现的技术。在本说明书中公开的反向导通IGBT的一个实施方式具备半导体基板、下表面电极、上表面电极、沟槽栅部及沟槽部。半导体基板被划分为设置有IGBT结构的IGBT区和设置有二极管结构的二极管区。下表面电极与半导体基板的IGBT区以及二极管区双方的下表面相接。上表面电极与半导体基板的IGBT区以及二极管区双方的上表面相接。沟槽栅部被设置在半导体基板的IGBT区内，并且在从与半导体基板的上表面正交的方向观察时具有格子状的布局。沟槽部被设置在半导体基板的二极管区内，并且在从与半导体基板的上表面正交的方向观察时具有条纹状的布局。沟槽部具有沿着第一方向延伸的多个条纹沟槽。半导体基板的二极管区具有第一导电型的阳极区、第二导电型的漂移区以及第二导电型的势垒区。阳极区被设置在相邻的条纹沟槽之间，且露出于半导体基板的上表面，并且与上表面电极相接。漂移区被设置在阳极区的下方。势垒区被设置在相邻的条纹沟槽之间且被设置在阳极区与漂移区之间，并含有与漂移区的杂质浓度相比较浓的杂质浓度。势垒区通过从半导体基板的上表面起延伸的柱部而与上表面电极电连接。在上述实施方式的反向导通IGBT中，IGBT区的沟槽栅部具有格子状的布局，并且二极管区的沟槽部具有条纹状的布局。由于IGBT区的沟槽栅部具有格子状的布局，因此IGBT区的载流子密度变浓，从而IGBT结构的功率损耗降低。另一方面，二极管区的沟槽部具有沿着第一方向延伸的多个条纹沟槽。因此，被设置在二极管区内的势垒区在第一方向上不会被沟槽部分割，而是能够沿着第一方向在较宽范围内扩展。因此，只要能够确保通过柱部而使在第一方向上于较宽范围内扩展的势垒区的某处与上表面电极电连接，该势垒区的整体便与上表面电极电连接。由此，势垒区能够使从阳极区向漂移区注入的空穴量减少，从而能够改善二极管结构的反向恢复特性。以此方式，上述实施方式的反向导通IGBT通过使IGBT区的沟槽栅部与二极管区的沟槽部的布局不同，从而能够使IGBT结构的功率损耗的降低与二极管结构的反向恢复特性的改善同时实现。附图说明图1示意性地表示反向导通IGBT的整体布局的概要。图2示意性地表示反向导通IGBT的IGBT区与二极管区的边界范围的主要部分剖视图(对应于图3的Ⅱ-Ⅱ线的剖视图)。图3示意性地表示反向导通IGBT的半导体基板的俯视图(对应于图2的Ⅲ-Ⅲ线的剖视图)。图4示意性地表示反向导通IGBT的层间绝缘膜的剖视图(对应于图2的Ⅳ-Ⅳ线的剖视图)。图5示意性地表示沟槽栅部与虚设沟槽部的布局的一个示例。图6示意性地表示沟槽栅部与虚设沟槽部的布局的一个示例。图7示意性地表示沟槽栅部与虚设沟槽部的布局的一个示例。图8示意性地表示反向导通IGBT的半导体基板的俯视图。图9示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的IGBT区与二极管区的边界范围的主要部分剖视图。图10示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的IGBT区与二极管区的边界范围的主要部分剖视图(对应于图11的X-X线的剖视图)。图11示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的半导体基板的俯视图。图12示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的层间绝缘膜的剖视图。图13示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的半导体基板的俯视图。图14示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的层间绝缘膜的剖视图。图15示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的半导体基板的俯视图。图16示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的层间绝缘膜的剖视图。图17示意性地表示改变例所涉及的反向导通IGBT的IGBT区与二极管区的边界范围的主要部分剖视图。具体实施方式如图1所示，反向导通IGBT1具备被划分为元件部14及终端部16的半导体基板10。在一个示例中，半导体基板10为具有40～100Ωcm的比电阻的n-型的单晶硅基板，其厚度为80～165μm。被划分于半导体基板10的中心侧的元件部14为电流在厚度方向(z轴方向)上流通的部分，并设置有后文所述的IGBT结构及二极管结构。被划分于半导体基板10的边缘侧的终端部16为缓和半导体基板10的边缘侧的电场的部分，并设置有护圈等耐压结构。此外，在半导体基板10的终端部16上设置有栅极衬垫12。在该栅极衬垫12上连接有栅极配线(省略图示)，该栅极配线被配置在半导体基板10的终端部16上。半导体基板10的元件部14进一步被划分为设置有IGBT结构的IGBT区14a和设置有二极管结构的二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反向导通绝缘栅双极性晶体管，具备：半导体基板，其被划分为设置有绝缘栅双极性晶体管结构的绝缘栅双极性晶体管区和设置有二极管结构的二极管区；下表面电极，其与所述半导体基板的所述绝缘栅双极性晶体管区以及所述二极管区双方的下表面相接；上表面电极，其与所述半导体基板的所述绝缘栅双极性晶体管区以及所述二极管区双方的上表面相接；沟槽栅部，其被设置在所述半导体基板的所述绝缘栅双极性晶体管区内，并且在从与所述半导体基板的所述上表面正交的方向观察时具有格子状的布局；沟槽部，其被设置在所述半导体基板的所述二极管区内，并且在从与所述半导体基板的所述上表面正交的方向观察时具有条纹状的布局，所述沟槽部具有沿着第一方向延伸的多个条纹沟槽，所述半导体基板的所述二极管区具有：第一导电型的阳极区，其被设置在相邻的所述条纹沟槽之间，且露出于所述半导体基板的所述上表面，并且与所述上表面电极相接；第二导电型的漂移区，其被设置在所述阳极区的下方；第二导电型的势垒区，其被设置在相邻的所述条纹沟槽之间且被设置在所述阳极区与所述漂移区之间，并含有与所述漂移区的杂质浓度相比较浓的杂质浓度，并且通过从所述半导体基板的所述上表面起延伸的柱部而与所述上表面电极电连接。...

【技术特征摘要】
2015.05.27 JP 2015-1073141.一种反向导通绝缘栅双极性晶体管，具备：半导体基板，其被划分为设置有绝缘栅双极性晶体管结构的绝缘栅双极性晶体管区和设置有二极管结构的二极管区；下表面电极，其与所述半导体基板的所述绝缘栅双极性晶体管区以及所述二极管区双方的下表面相接；上表面电极，其与所述半导体基板的所述绝缘栅双极性晶体管区以及所述二极管区双方的上表面相接；沟槽栅部，其被设置在所述半导体基板的所述绝缘栅双极性晶体管区内，并且在从与所述半导体基板的所述上表面正交的方向观察时具有格子状的布局；沟槽部，其被设置在所述半导体基板的所述二极管区内，并且在从与所述半导体基板的所述上表面正交的方向观察时具有条纹状的布局，所述沟槽部具有沿着第一方向延伸的多个条纹沟槽，所述半导体基板的所述二极管区具有：第一导电型的阳极区，其被设置在相邻的所述条纹沟槽之间，且露出于所述半导体基板的所述上表面，并且与所述上表面电极相接；第二导电型的漂移区，其被设置在所述阳极区的下方；第二导电型的势垒区，其被设置在相邻的所述条纹沟槽之间且被设置在所述阳极区与所述漂移区之间，并含有与所述漂移区的杂质浓度相比较浓的杂质浓度，并且通过从所述半导体基板的所述上表面起延伸的柱部而与所述上表面电极电连接。2.如权利要求1所述的反向导通绝缘栅双极性晶体管，其中，所述柱部露出于所述半导体基板的所述上表面的露出面沿着所述第一方向延伸。3.如权利要求1所述的反向导通绝缘栅双极性晶体管，其中，所述柱部露出于所述半导体基板的所述上表面的露出面沿着所述第一方向而分散配置。4.如权利要求1至3中任意一项所述的反向导通绝缘栅双极性晶体管，
\t其中，所述沟槽栅部具有：多个第一沟槽栅，其沿着所述第一方向延伸；多个第二沟槽栅，其在相邻的所述第一沟槽栅之间沿着与所述第一方向正交的第二方向延伸。5.如权利要求4所述的反向导通绝缘栅双极性晶体管，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：妹尾贤，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP