[发明专利]半导体装置以及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及改善施加额定的反向电压时的反向漏电流以及通态电压和开关损耗间的权衡关系的反向阻断IGBT(reverse blocking IGBT)及其制造方法。

背景技术

高耐压分立功率器件在功率转换装置中起到核心作用。这种功率器件包括绝缘栅型双极晶体管(IGBT)、或MOS栅(由金属－氧化物－半导体构成的绝缘栅)型场效应晶体管(MOSFET)等。IGBT由于是导电度调制型双极器件，因此与单极器件MOSFET相比，通态电压较低。因而，IGBT尤其多用于通态电压容易变高的开关用高耐压器件等。

并且，在使用转换效率更高的矩阵转换器作为上述功率转换装置的情况下，需要双向开关器件。作为构成该双向开关器件的半导体器件，反向阻断IGBT(reverse blocking IGBT)备受瞩目。其理由是因为通过将该反向阻断IGBT反向并联连接，能够简单地构成双向开关器件。反向阻断IGBT是对通常的IGBT中的位于集电极区域与漂移区域之间的pn结进行改进后得到的器件，使得能够通过具有高耐压可靠性的终端结构来保持反向阻断电压。因此，反向阻断IGBT适合用作为搭载于AC-AC功率转换用的上述矩阵转换器、或DC-AC转换用的多电平逆变器的开关器件。

下面，参照图11，对现有的反向阻断IGBT的结构进行说明。图11是表示现有的反向阻断IGBT的主要部分的结构的剖视图。如图11所示，在反向阻断IGBT中，也与通常的IGBT同样，在芯片的中央附近设置有活性区域110，在包围该活性区域110的外周侧设置有耐压结构部120。反向阻断IGBT的特征在于，还具备包围耐压结构部120的外侧的分离区域130。分离区域130具有p⁺型分离层21作为主要区域，该p⁺型分离层21用于以p型区域连接n^-型半导体基板的一个主面与另一个主面。

p⁺型分离层21能够通过从n^-型半导体基板的一个主面进行杂质(硼等)热扩散而形成。利用该p⁺型分离层21，能够形成以下结构，即：反向耐压结、即p型集电极区域10与n^-型漂移区域1之间的pn接合面、的终端不在成为芯片化时的切断面的芯片侧端面12露出。并且，利用p⁺型分离层21，使得p型集电极区域10与n^-型漂移区域1之间的pn接合面不仅不在芯片侧端面12露出，还使得该pn接合面露出至由绝缘膜14所保护的耐压结构部120的基板表面(基板正面侧的表面)13。由此，能够提高反向耐压的可靠性。

活性区域110是成为纵型IGBT的主电流路径的区域，具备由n^-型漂移区域1、p型基极区域2、n⁺发射极区域3、栅极绝缘膜4、栅极电极5、层间绝缘膜6以及发射极电极9等构成的正面侧结构、以及p型集电极区域10和集电极电极11等的背面结构。并且，靠近活性区域110的耐压结构部120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的深度要比终端p基极区域2-1内侧的p型基极区域2的深度要深。在关断时，积蓄在耐压结构部120的空穴直接流入所述较深的p型基极区域2，因此，边缘部难以发生损坏，从而能够进行关断的电流得以提高。

在终端p基极区域2-1和与终端p基极区域2-1相邻的p型基极区域2之间，在栅极电极5下侧的n^-型漂移区域1的表面层以低于n^-型漂移区域1的电阻以及比p型基极区域2深的深度形成n型高浓度区域1a。通电时n型高浓度区域1a成为壁垒，从而使得空穴积蓄在n^-型漂移区域1中，由此，能够减小通态电压(例如，参照下述专利文献1。)。此外，所述n型高浓度区域1a中，在与栅极电极5与n^-型漂移区域1之间的界面平行的方向上，从p型基极区域2延展至n^-型漂移区域1的距离(宽度)被设置成比垂直方向的距离(厚度)要大，由此能够进一步降低活性部p基极间的电阻(JFET电阻)和元胞间距(cell pitch)。