[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件。

背景技术

在使用半导体器件的电功率转换器的领域中，矩阵转换器作为直接转换器电路被该领域普通技术人员所熟知，该直接转换器电路提供交流电流至交流电流转换(下文中称作“交流/交流转换”)，交流电流至直流转换(下文中称作“交流/直流转换”)以及直流电流至交流电流转换(下文中称作“直流/交流转换”)而不采用任何包括电解电容器和直流电抗器的直流平滑电路。

矩阵转换器包括交流开关。因为交流电压施加于交流开关，所以要求交流开关呈现对正向和反向电压的耐压性。换言之，要求交流开关呈现正向耐压以及反向耐压。从降低矩阵转换器的尺寸、重量和成本的观点以及改善其转换效率和响应速度的观点出发，双向开关装置一直以来吸引了很多关注。作为双向开关装置的一种，包括2个相互并联连接的反向阻断绝缘栅双极型晶体管(下文中称作“反向阻断IGBT”)的开关被本领域普通技术人员所熟知。

在以下的描述和附图中，用“n型”或“p型”作前缀的层或区域中电子或孔穴是多数载流子。指示区域或层的导电类型的字母“n”或“p”的右上角处的符号指示该区域或层是相对轻掺杂的。指示区域或层的导电类型的字母“n”或“p ”的右上角处的符号+指示该区域或层是相对重掺杂的。当既没有固定+又没有固定-时，该区域或层是中间程度地掺杂的。

图11是常规反向阻断IGBT的剖面图。

现参考图11，在反向阻断IGBT中，包围有源区的隔离部分130在n 型半导体衬底的边缘地区中形成。在有源区110中形成包括n^-型漂移区1、p型基区2、n⁺型发射区3、以及p型集电区10的垂直IGBT。在隔离部分130中，从半导体衬底的正面到半导体衬底的背面穿过半导体衬底形成p型隔离区31。隔离区31与在有源区110背面上形成的集电区10接触。在隔离区130和有源区110之间形成耐击穿区120。耐击穿区120驰豫构成半导体器件的pn结上的电场强度并实现合乎要求的耐压。

图12是具体示出图11所示的半导体器件中的有源区110的剖面图。

在有源区110中，在漂移区1的正向侧的表面部分中有选择地形成p型基区2，其中漂移区1由n^-型半导体衬底形成。基区2比漂移区1更重地掺杂。在基区2表面部分中，有选择地形成n⁺型发射区3和p⁺型体区4。栅电极7经由栅绝缘薄膜6覆盖一部分n⁺型发射区3和一部分基区2。发射电极9与发射区3和体区4接触。发射电极9通过层间绝缘薄膜8与栅电极7绝缘。在漂移区1背面上形成p型集电区10和集电电极11。

通过采用由浮区法(下文中称作“FZ方法”)制造的硅(Si)衬底，如上所述的反向阻断IGBT形成为非穿通型(下文中称作“NPT型”)IGBT，其中在反向阻断IGBT的截止状态中从发射极扩展的耗尽层不会到达集电极。由于抛光由FZ方法所制造的硅衬底的技术的进步，将硅衬底在额定电压为600V的IGBT处减薄至约100μm厚度，以及在额定电压为1200V的IGBT处减薄至约180μm厚度是可能的。通过减薄集电区以及通过降低集电区中的杂质浓度，该NPT型IGBT设置有降低少数载流子的注入效率和提高少数载流子的传输效率的结构。通过将反向阻断IGBT形成为NPT型的IGBT，由导通电压特性和截止损耗之间的权衡关系所造成的问题可被排除，且导通电压和截止损耗两者皆被降低。

以下专利文献1提出如上所述的反向阻断IGBT的半导体器件。所提出的半导体器件包括：半导体衬底；在半导体衬底的表面部分中的p型基区；在p型基区的表面部分中的n⁺发射区；在半导体衬底的边缘地区中和半导体衬底的背面侧上的p⁺集电区，该p⁺集电区包围p型基区。换言之，p⁺区在半导体衬底的侧面上，以及p⁺集电区在半导体衬底的背面上。在半 导体衬底的背面侧上的p⁺集电区约为1μm厚。

以下的专利文献2提出如下所述的高压半导体器件，其呈现高正向和反向耐压。在以下专利文献2中提出的高压半导体器件包括半导体衬底，该半导体衬底包括在其两侧形成用于耐正向和反向击穿的pn结的漂移层、用于pn结的耐击穿结边缘端接结构的隔离扩散区，该隔离扩散区从半导体衬底的第一主表面侧形成。该漂移层包括一区域，该区域中的杂质浓度分布从第一主表面侧向内基本上保持恒定，或者该区域中的杂质浓度从第一主表面侧向内递减。