半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在半导体衬底（２０）的第二主面（２０ｂ）上交互地形成ＩＧＢＴ的ｐ型集电极区（９）和续流二极管的ｎ型阴极区（１０）。背面电极（１４）在第二主面（２０ｂ）上形成，连接ｐ型集电极区（９）和ｎ型阴极区（１０），且从第二主面（２０ｂ）侧起具有依次层叠的钛层（１１）、镍层（１２）和金层（１３）。由此可实现不论在绝缘栅型场效应晶体管导通时，还是在续流二极管导通时，均可获得良好导通电压的半导体器件及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体地说，涉及具有绝 缘栅型双极晶体管及续流二极管的。
技术介绍
近年来，从节能观点出发，控制家电产品和工业用电力装置等 用的逆变器电路得到了广泛应用。逆变器电路用功率半导体装置反 复使电压或电流通断，对功率进行控制。在这种逆变器电路中，额定电压在300V以上，从此特性出发，主要采用绝缘栅型双极晶体管 (以下简称IGBT)。逆变器电路往往主要驱动感应电动机等的电感负载，在这种场 合，从电感负载产生反电动势，因此需要使该反电动势引起的电流 回流的续流二极管。通常的逆变器电路由IGBT和续流二极管反向并 联(反向导通IGBT)构成。为了达到使逆变器装置小型化的目的， 将续流二极管和IGBT集成在一起，实现单片化的半导体装置的开 发。传统技术中，例如，在日本专利特开平06-085269号公告、特 开平06- 196705号公告、特开平2005 -057235号公告中提出这样 的IGBT和续流二极管等形成为 一体而单片化的半导体装置。在反向导通IGBT中，在半导体衬底表面侧形成绝缘栅型场效应 晶体管部和续流二极管的阳极区，在背面侧形成IGBT集电极区和续 流二极管的阴极区。然后，在半导体衬底的背面上形成背面电极， 在电气上连接该集电极区和阴极区。传统技术中，该背面电极具有从半导体衬底背面侧依次层叠Al(铝)、Mo(钼)、Ni(镍)和Au(金)的结构。该背面电极Al/Mo/Ni/Au 可以与P型杂质形成良好的欧姆接触。因此，IGBT的绝缘栅型场效 应晶体管部导通时，可得到良好的导通电压。可是，背面电极Al/Mo/Ni/Au难以与n型杂质形成良好的欧姆 接触。因此，存在续流二极管导通时导通电压恶化的问题。另外，在反向导通IGBT上，须用电子射线、Y射线、中子射线、 离子射线等辐射线照射半导体晶圆，进行寿命控制。此外，为了使 背面电极Al/Mo/Ni/Au与半导体衬底的欧姆接触良好，必须在背面电 极形成后对半导体晶圓进行热处理。但是，反向导通IGBT的半导体晶圓在背面研磨后厚度变薄。因 此，若在背面电极形成后进行热处理，由于硅与背面电极的热膨胀 系数不同，半导体晶圆会发生翘曲，存在使批量生产性能恶化的问 题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，提供一种不论在绝缘栅型场效应晶体 管部导通时，还是续流二极管导通时，都能得到良好导通电压的半 导体装置及其制造方法。另外，本专利技术的另一目的在于，提供一种难以造成热处理翘曲 的。本专利技术的半导体装置具有半导体衬底、绝缘栅型双极晶体管的 绝缘栅型场效应晶体管部及第 一导电型集电极区、续流二极管的第 一导电型阳极区和第二导电型阴极区和背面电极。半导体衬底具有 彼此相对的第一主面和第二主面。绝缘栅型场效应晶体管部在半导 体衬底的第一主面上形成。阳极区在半导体衬底的第一主面上形成。 集电极区在半导体衬底的笫二主面上形成。阴极区在半导体衬底的 第二主面上形成。背面电极在第二主面上形成，连接集电极区和阴 极区，而且具有从第二主面侧依次层叠的钛层、镍层及金层。本专利技术的半导体装置制造方法包括以下工序。首先，在半导体衬底的第一主面上形成绝缘栅型双极晶体管的 绝缘栅型场效应晶体管部和续流二极管的第 一导电型阳极区。研磨 与笫一主面相对的第二主面。在半导体第二主面上，形成绝缘栅型 双极晶体管的第一导电型集电^l区。在半导体笫二主面上，形成续 流二极管第二导电型的阴极区。从第二主面侧依次层叠钛层、镍层 及金层，在第二主面上形成背面电极，连接集电极区和阳极区。按照本专利技术，由于形成钛层，连接集电极区和阴极区，不论在 绝缘栅型场效应晶体管部导通时，还是在续流二极管导通时，都可 以得到良好的导通电压。此外，由于可以得到上述良好的导通电压，没有必要为了使背 面电极与半导体衬底的欧姆接触良好，而在背面电极形成后进行热 处理。因此，不会由于热处理而使半导体衬底翘曲。由于在钛层上形成镍层，才莫块组装连接背面侧时，镍层起到焊 锡的作用，可以获得良好的连4妾。另外，由于在容易氧化的镍层上 形成金层，故可防止镍层氧化。附图说明联系附图，从以下对本专利技术的详细说明中可以明白本专利技术的上 述和其他目的、特征、形态和优点。图1是概略表示本专利技术一实施例的半导体装置的剖视图； 图2是表示沿着图1的II-II线(剖面)部分p型杂质的浓度分 布图3 -图8依次表示本专利技术一实施例的半导体装置制造方法各工序的概略剖视图。具体实施例方式以下根据附图说明本专利技术的实施例。参见图1，本专利技术的实施例的半导体装置具有在半导体村底20的单元区上形成的IGBT和续流二极管。半导体衬底20例如，由掺 入n型杂质的硅组成，具有彼此相对的第一主面20a和笫二主面20b。 该半导体衬底20厚度最好在15(^im以下。IGBT主要有半导体衬底20的rT半导体层1、 p型基极区2、 n+ 发射极区3、沟道栅极5和p型集电极区9。半导体衬底20的单元 区上，在iT型半导体层的第一主面20a侧上，通过扩散p型杂质选 择性地形成p型基极区2。在p型基极区2内的第一主面20a上，通 过选择性地扩散高浓度n型杂质而选择性地形成n+型发射极区3。在 半导体衬底20的第一主面20a上，形成多个沟槽4,贯穿n+型发射 极区3和p型基极区2，达到n —型半导体层l。沿着各个沟槽4的内 壁形成栅绝缘层6，在该沟槽4内进行填充而形成沟槽栅极5。形成 该沟槽栅极5,它隔着栅绝缘层6与iT半导体层1和n +型发射极区 3所夹持的p型基极区2相对。通过这些n —半导体层1、 p型基极区2、 n+型发射极区3及沟槽 栅极5,在半导体村底20的笫一主面20a侧构成IGBT的绝缘栅型 场效应晶体管部。就是说，iT半导体层1及n+发射极区3起一对源 极/漏极的作用，隔着栅绝缘层6,与沟槽栅极5相对的p型基极区2 部分(沟槽栅极的周边部分)起沟道作用，沟槽栅极5起控制该沟 道形成的栅极作用。在半导体衬底20的单元区，在第二主面20b上，通过扩散p型 杂质选择性地形成p型集电极区9。续流二极管具有半导体衬底20的n—半导体层1、 p型阴极区2 和n型阴极区10。上述p型基极区2还起续流二极管阳极区的作用。 半导体衬底20的单元区上，在第二主面20b上，通过扩散n型杂质， 选择性地形成n型阴极区10。相邻地交替形成n型阴极区10与p型 集电极区9。在半导体衬底20的第一主面20a上形成绝缘层7，覆盖沟槽栅 极5并露出p型基极区2和n +型发射极区3的表面。在第一主面20a上形成发射极8，与该露出的p型基极区2和n+型发射极区3表面接 触。该发射极8兼作续流二极管的阳极。在半导体衬底20的整个第二主面20b上，形成背面电极14。背 面电极14在单元区上连接p型集电极区9和n型阴极区10。背面电 极14从第二主面20b侧依次层叠钬(Ti) j: 11 、镍(Ni)层12和金(Au) 层13。从而，钛层11连接p型集电极区9和n型阴极区10。另夕卜， 形成镍层12与钛层11连接，形成金层13与镍层12连接。该背面 电极14既是IGBT的集电极，又是续流二极管的阴极。4太层的厚度例如最好在0.05pm以上、0.3|im以下，镍层的厚度 例如最好在0.3pm以上、2.0nm以下，金层的厚度例如最好在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，设有：半导体衬底（２０），具有彼此相对的第一主面（２０ａ）和第二主面（２０ｂ）；绝缘栅型双极晶体管的绝缘栅型场效应晶体管部，在所述半导体衬底（２０）的第一主面（２０ａ）侧形成；续流二极管的第一导电型的阳极区（２），在所述半导体衬底（２０）的所述第一主面（２０ａ）上形成；绝缘栅型双极晶体管的第一导电型的集电极区（９），在所述半导体衬底（２０）的所述第二主面（２０ｂ）上形成；续流二极管的第二导电型的阴极区（１０），在所述半导体衬底（２０）的所述第二主面（２０ｂ）上形成；以及在所述第二主面（２０ｂ）上形成的背面电极（１４），具有从所述第二主面（２０ｂ）侧起依次层叠的钛层（１１）、镍层（１２）及金层（１３），连接所述集电极区（９）和所述阴极区（１０）。

【技术特征摘要】
JP 2006-10-27 2006-2924861.一种半导体装置，设有半导体衬底(20)，具有彼此相对的第一主面(20a)和第二主面(20b)；绝缘栅型双极晶体管的绝缘栅型场效应晶体管部，在所述半导体衬底(20)的第一主面(20a)侧形成；续流二极管的第一导电型的阳极区(2)，在所述半导体衬底(20)的所述第一主面(20a)上形成；绝缘栅型双极晶体管的第一导电型的集电极区(9)，在所述半导体衬底(20)的所述第二主面(20b)上形成；续流二极管的第二导电型的阴极区(10)，在所述半导体衬底(20)的所述第二主面(20b)上形成；以及在所述第二主面(20b)上形成的背面电极(14)，具有从所述第二主面(20b)侧起依次层叠的钛层(11)、镍层(12)及金层(13)，连接所述集电极区(9)和所述阴极区(10)。2. 权利要求1记载的半导体装置，其特征在于所述集电极区(IO) 的第一导电型杂质从所述第二主面(20b)起的扩散深度为l.Opm以下。3. —种半导体装置的制造方法，包括如下工序 在半导体衬底(20)的第一主面(20a)侧形成绝缘栅型双极晶体管的绝缘栅型场效应晶体管部和续流二极管的第 一 导电型的阳极区 (2);研磨与所述半导体衬底(20)的第一主面(20a)相对的第二主面 (20b);在所述半导体衬底(20)的第二主面(20b)上形...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木健司，高桥英树，友松佳史，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]