[发明专利]用于制造半导体器件的方法

说明书

领域

本发明涉及用于制造半导体器件的方法。

背景

作为一种功率半导体元件的绝缘栅双极晶体管（IGBT）是单芯片功率元件，该单芯片功率元件具有金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的高速开关特性和电压驱动特性以及双极晶体管的低导通电压特性。IGBT可应用于包括通用逆变器、AC伺服机构、不间断电源（UPS）、或开关电源的工业领域以及包括微波炉、电饭煲、或闪光灯的消费设备领域。

此外，已经对使用双向开关元件作为矩阵转换器（诸如，直接链接转换电路）以执行AC（交流电）/AC转换来减少电路的尺寸、重量、和成本以及提高电路的效率和响应的技术进行了研究。需要具有反向击穿电压的IGBT（下文中称为反向阻断IGBT）以利用具有反向击穿电压的IGBT的反向并联连接形成双向开关元件。将描述反向阻断IGBT的结构。

图11为示出反向阻断IGBT的结构的主要部分的截面图。图11示出在边缘终止区110附近的反向阻断IGBT的截面结构。反向阻断IGBT100包括有源区（未示出）、用于保持击穿电压的边缘终止区110、以及用于保持反向击穿电压的隔离结构部分120。边缘终止区110围绕有源区且隔离结构部分120围绕边缘终止区110。在有源区中，IGBT的发射极电极（未示出）或MOS栅结构形成于将作为n型漂移区的半导体衬底101的第一主表面（前表面）上。

在边缘终止区110中，p型场限制环111和p型沟道截止区112形成于半导体衬底101的第一主表面的表面层中。P型沟道截止区112形成于边缘终止区110的元件端部侧上。导电膜113分别连接至p型场限制环111和p型沟道截止区112。导电膜113通过层间绝缘膜114彼此绝缘。

p型集电极层102形成于半导体衬底101的第二主表面（后表面）的表面层中以从有源区延伸至边缘终止区110。于是，设置在半导体衬底101的第二主表面中的p型集电极层102和设置在半导体衬底101的第一主表面中的p型沟道截止区112需要彼此连接以保持反向阻断IGBT100的反向击穿电压。因此，与p型集电极层102和p型沟道截止区112接触的p型隔离区121形成于设置在半导体衬底101的元件的端部处的隔离结构部分120中。

可通过例如从半导体衬底101的第一主表面到第二主表面的深扩散将P型隔离区121形成为具有等于半导体衬底101的厚度的深度的扩散层。当以此方式形成作为p型隔离区121的扩散层时，必须针对每个击穿电压在与n型漂移区的厚度对应的深度处形成扩散层。特定地，作为n型隔离区121的扩散层的深度，在具有600V的击穿电压的反向阻断IGBT中需要等于或大于120μm以及在具有1200V的击穿电压的反向阻断IGBT中需要等于或大于200μm。因此，必须在1300℃温度处执行热处理达100小时或以上，以在120μm或更大的深度处形成扩散层，这是不切实际的。

为了解决上述问题，如图11所示，已知反向阻断IGBT100，其中p型集电极层102和p型沟道截止区112通过p型隔离区121和p型层131彼此连接，该P型隔离区121形成在到达从半导体衬底101的第一主表面到第二主表面形成的沟槽130的深度处且具有厚度小于半导体衬底101厚度，该p型层131形成在沟槽130的侧壁中。因此，当在沟槽130的侧壁中形成p型层131时，反向阻断IGBT100可具有与包括从半导体衬底101的第一主表面延伸至第二主表面的深扩散层的反向阻断IGBT相同的反向击穿电压。

特定地，例如，如下制造（产生）反向阻断IGBT100。首先，在距离半导体衬底101的第一主表面预定深度处形成p型隔离区121，从而不到达第二主表面。然后，在半导体衬底101的第一主表面上形成边缘终止区110的前表面元件结构（包括例如MOS栅结构或发射极电极和前表面元件结构）。将形成作为边缘终止区110的前表面元件结构的p型沟道截止区112形成为与p型隔离区121接触。

然后，将沟槽130形成为从半导体衬底101的第二主表面到达p型隔离区121。形成沟槽130从而围绕边缘终止区110。接着，在半导体衬底101的第二主表面的表面层中形成p型集电极层102且在沟槽130的侧壁的表面层中形成p型层131，以便与p型集电极层102和p型隔离区121接触。接着，形成集电极电极（未示出）与p型集电极层102和p型层131接触。