[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本公开内容涉及具有绝缘栅极双极晶体管（IGBT）元件的半导体器件。

背景技术

例如，JP2007-266134A描述了一种具有IGBT元件的半导体器件，该半导体器件用作逆变器等的开关元件。该半导体器件具有形成漂移层的半导体衬底和位于该半导体衬底的前表面的两种类型的局部区域。

每个第一类型局部区域均包括P型第一体区、N⁺型发射极区和P⁺型第一体接触区。在第一体区的表面层部分形成N⁺型发射极区和P⁺型第一体接触区。每个第二类型局部区域具有P型第二体区和空穴阻挡层。形成空穴阻挡层，使得将P型第二体区划分为邻近半导体衬底的前表面的第一部分和邻近第二体区的底部的第二部分。

也就是说，第一体区未形成有空穴阻挡层，而第二体区未形成有发射极区。第一类型局部区域的第一体区作为沟道区，而第二类型局部区域的第二体区作为减薄（thinning-out）区。第一类型局部区域和第二类型局部区域在沿半导体衬底的表面的平面方向上交替布置。这种半导体器件被称为减薄半导体器件。在所描述的半导体器件中，沿半导体衬底的后表面形成集电极层。

在这种半导体器件中，由空穴阻挡层积累从集电极层注入的空穴。因此，有可能增加漂移层的空穴浓度。由于增强了漂移层中的电导率调制，所以可以减小导通态电压。在具有空穴阻挡层的第二类型局部区域中，由于未形成发射极区，所以未形成寄生晶体管。因此，比较不可能出现闩锁。

在这种半导体器件中，随着空穴阻挡层的面密度的增大，可以减小导通态电压。然而，如果空穴阻挡层的面密度过大，则会影响击穿特性。

即，在空穴阻挡层的面密度低的情况下，当向集电极层施加正电压时，耗尽层可以穿通（punch through）空穴阻挡层。因此，在此情况下，击穿特性不受影响。也就是说，因为由于耗尽的原因空穴阻挡层不作为PN结，所以击穿特性与未形成空穴阻挡层的情况下的击穿特性是相同水平。

另一方面，在空穴阻挡层的面密度高的情况下，耗尽层不能容易地在空穴阻挡层中扩展。也就是说，耗尽层不能穿通空穴阻挡层。因此，空穴阻挡层中仍留有非耗尽区。在这种情况下，空穴阻挡层的非耗尽区与第二体区的第二部分之间的PN结在正向方向上偏置。因此，由集电极层、漂移层、第二部分、空穴阻挡层和第一部分提供的寄生晶闸管被闩锁。因此，空穴阻挡层的面密度的过度增大导致了击穿特性的降低。

应当注意空穴阻挡层的面密度是由空穴阻挡层的杂质密度的积分值来限定。另外，空穴阻挡层的面密度的增大意味着空穴阻挡层的杂质的总量的增大。

发明内容

本公开内容的目的是提供一种能在不降低击穿特性的情况下减小导通态电压的半导体器件。

根据本公开内容的一个方面，半导体器件包括第一导电类型半导体衬底、第二导电类型沟道区和第二导电类型减薄区。沟道区和减薄区邻近于半导体衬底的衬底表面而设置。在平行于衬底表面的方向上布置沟道区和减薄区，使得至少一个减薄区设置在相邻的沟道区之间。半导体器件还具有第一导电类型发射极区、第一导电类型空穴阻挡层、发射极电极、集电极层和集电极电极。发射极区设置在每个沟道区的表面层部分上。空穴阻挡层设置在每个减薄区中，以将减薄区划分为邻近于衬底表面的第一部分和邻近于减薄区的底部的第二部分。发射极电极连接至发射极区和第一部分。集电极层设置在半导体衬底中的与沟道区和减薄区分离的位置。集电极电极电连接至集电极层。空穴阻挡层的面密度小于或等于4.0×10¹²cm^-2。

在上述半导体器件中，由于空穴阻挡层的面密度小于或等于4.0×10¹²cm^-2，所以能够在不减小击穿特性的情况下降低导通态电压。

附图说明

通过参照附图作出的以下详细描述，本公开内容的以上及其它目的、特征和优点会变得更加明显，在附图中，用相似的附图标记表示相似的部分，其中：

图1是根据第一实施例的半导体器件的截面图，其对应于沿图2中的线I-I获得的截面；

图2是图1中所示的半导体器件的平面图；

图3是示出根据第一实施例的空穴阻挡层的面密度与击穿特性之间的关系的曲线图；

图4是示出根据第一实施例的空穴阻挡层的面密度与导通态电压之间的关系的曲线图；

图5是示出根据第一实施例的减薄区的第一部分的面密度与耐受电压的降低之间的关系的曲线图；