[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件。

背景技术

在使用半导体器件的电功率变换器领域，本领域技术人员已知将矩阵式转换器作为执行交流到交流转换(下文称为“AC/AC转换”)、交流到直流转换(下文称为“AC/DC转换”)以及直流到交流转换(下文称为“DC/AC转换”)的直接转换器电路。

该矩阵式转换器包括交流开关。因为对交流开关施加交流电压，所以需要这些交流开关在正向和反向呈现耐电压。换言之，这些交流开关需要呈现正向耐电压和反向耐电压。从减小矩阵式转换器的大小、重量和成本以及提高其转换效率和响应速度的角度出发，双向开关装置已经吸引了很多注意力。作为一种双向开关装置，本领域技术人员已知一种包括相互并联的两个反向阻断绝缘栅双极晶体管(下文称为“反向阻断IGBT”)的开关。

图10是常规反向阻断IGBT的横截面图。在以下描述和附图中，在前置有“n型”或“p型”的层和区域中，电子或空穴是多数载流子。

现参照图10，隔离部210在该反向阻断IGBT中的n型半导体衬底的边缘区域中形成，以将由于将该半导体衬底切割成芯片时在半导体衬底的侧面引起的晶体缺陷与有源区100隔离开。在有源区100中，形成了包括n型漂移区1、p型沟道区2、n型发射极区3以及p型集电极区10的垂直IGBT。在隔离部210中，隔离区211被形成为从衬底正面穿过该半导体衬底至衬底背面，以使该隔离区211覆盖该衬底侧平面。隔离区211连接至形成于有源区100背面上的集电极区10。

通过如上所述地沉积隔离区211，当施加反向电压时，耗尽层从衬底背面上的集电极区10沿隔离区211扩展。因此，防止了耗尽层到达衬底侧平面，且防止在如图10所示的反向阻断IGBT中引起漏电流。因此，有可能提供具有反向耐电压的反向阻断IGBT。在隔离区211与有源区100之间，形成了耐击穿结边缘终止区(以下简称为“耐击穿区”)200。耐击穿区200使构成该半导体器件的pn结上的电场驰豫，并实现期望的耐电压。

图11是详细示出该半导体器件中的有源区100的横截面图。

在有源区100中，在构成n型半导体衬底的漂移区1的正面侧上的表面部分中选择性地形成了p型沟道区2。在该沟道区2表面部分中，选择性地形成了n型发射极区3和p型体区4。在漂移区1上，利用夹在漂移区1与栅电极7之间的栅绝缘膜6形成了栅电极7。在栅电极7上，形成了层间绝缘膜8。形成发射极电极9以使发射极电极9与发射极区3和体区4接触。发射极电极9通过层间绝缘膜8与栅电极7绝缘。在漂移区1的背面侧上，形成了p型集电极区10和集电极电极11。

图12是详细示出该半导体器件中的耐击穿结边缘终端区200的横截面图。

在耐击穿结边缘终端区(下文简称为“耐击穿区”)200中，在漂移区1正面侧上的表面部分中形成了作为浮置p型区的多个场限制环(以下称为“FLR”)201。下方未形成FLR 201的漂移区1正面被层间绝缘膜8覆盖。在层间绝缘膜8上，形成了场电极(下文称为“FP”)202，该场电极是浮置导电膜。FP 202与FLR 201接触并电连接。在衬底边缘区域中，具有与隔离区211电位相同的电位的场电极212(以下称为“等电位FP 212”)在层间绝缘膜8上形成。等电位FP 211与隔离区212接触并电连接。

耐击穿区200包括在施加正向电压时主要提高正向耐电压的区域(下文称为“耐正向击穿区”)以及在施加反向电压时主要提高反向耐电压的区域(下文称为“耐反向击穿区”)。虽然未在图12中示出，但耐正向击穿区在耐击穿区200中的有源区100侧形成。耐反向击穿区在耐击穿区200中的边缘区域侧形成。除耐正向击穿区和耐反向击穿区以外，形成了上述的多个FLR 201和上述的多个FP 202。

图13是详细示出该半导体器件中的耐正向击穿区的横截面图。

在耐击穿区200中，p型沟道截断区231在耐正向击穿区220与耐反向击穿区240之间形成。场电极232(下文称为中间FP 232)电连接至沟道截断区231。耐正向击穿区220在有源区100与中间FP 232之间形成。在耐正向击穿区220中，形成了电连接至场限制环221(下文称为“内FLR221”)的场电极222(下文称为“内FP 222”)，以使内FP 222向耐击穿区200的边缘区域突出。

图14是详细示出该半导体器件中的耐反向击穿区的横截面图。