[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置。

背景技术

由于当今的二氧化碳(CO₂)减排对策、智能电网发展等，功率转换装置的需求正在扩大，这一趋势在将来也会持续。该功率转换装置往往搭载了较多的BJT(Bipolar Junction Transistor：双极结晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)、MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：绝缘栅场效应晶体管)、FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)等功率半导体装置。

功率转换装置中伴随有相当大的能量损耗，因此，降低该损耗不仅是过去的课题，在当下也是一个课题。为了降低功率转换装置的损耗，历史上将搭载在功率转换装置中的功率半导体装置从损耗较多的电流驱动型的BJY替换为损耗较少的电压驱动型的IGBT、MOSFET。此外，搭载在这些功率转换装置上的器件中，特别是IGBT兼具MOSFET的高速开关特性和电压驱动特性、以及双极型晶体管的低导通电压特性而受到关注。

另外，通过对搭载在这些功率转换装置中的IGBT、MOSFET等器件的制造方法施以精细加工、基板的薄型化等改良，从而能进一步降低器件本身的损耗，并能兼顾器件小型化和低成本化而发展。其结果，这些器件的应用范围从通用逆变器、AC伺服器、不间断电源(UPS)或开关电源等工业领域扩大到了微波炉、电饭煲或闪光灯等民用设备领域。

另一方面，在进行AC(交流)/AC转换、AC/DC(直流)转换、DC/AC转换等的功率转换电路中，作为不需要由电解电容器、直流电抗器等构成的直流平滑电路的直接转换电路，矩阵转换器受到了关注。由于该矩阵转换器在交流电压下使用，因此，用作其构成元器件的多个开关器件需要采用能在正向和反向上进行电流控制的具有双向性电特性的双向开关器件。作为这种双向开关器件，已知有在正向和反向的双向上具有耐压特性的IGBT(以下称为反向阻止IGBT)。

通过采用将该反向阻止IGBT反向并联连接的器件结构，从而不需要利用现有的IGBT构成双向开关器件时所需的反向阻止用二极管，因此能实现双向开关器件的低损耗化。由于实现了双向开关器件的低损耗化，因此能实现矩阵转换器的小型化、轻量化、高效化、高速响应化、以及低成本化等。因此，近年来，反向阻止IGBT也受到市场的需求。反向阻止IGBT除了通常的正向耐压(正耐压)以外，其反向耐压(反耐压)也具有高可靠性，要求以低成本来提供具有这种特性的反向阻止IGBT。

作为现有的反向阻止IGBT，已知具有图5所示的半导体基板(芯片)端部的剖面结构的反向阻止IGBT100(例如参照下述专利文献1)。图5是表示现有的反向阻止IGBT的主要部分的结构的剖视图。比该反向阻止IGBT100更早的反向阻止IGBT(例如参照下述专利文献2的图14)需要从半导体基板的表面到达背面的较深的扩散层(p型分离层)。然而，已知该较深的扩散层(p型分离层)的形成对于器件的特性、制造装置会带来很多不好的问题(特性不良、高成本)，因此其实用性较低。

因此，在图5的反向阻止IGBT100中，不形成现有那样由较深的扩散层构成的p型分离层，而形成从基板的表面到规定深度的更浅的p⁺型分离层4，从而减少现有的具有由较深的扩散层构成的p型分离层的反向阻止IGBT中产生的上述问题，提高了实用性。在这种具有p⁺型分离层4的反向阻止IGBT100中，形成V字槽8，其深度从与p型分离层4相对的基板背面侧到与p⁺型分离层4的底部相接触。由V字槽8所包围的背面平坦部上形成有p型集电极层9。沿着V字槽8的内表面(侧壁部10)形成有p型薄层11。p型薄层11与p⁺型分离层4以及p型集电极层9相接。

由于p型薄层11以相同的导电型与p型分离层4和p型集电极层9相连，因此p型分离层4具有与上述由较深的扩散层构成的p型分离层相同的功能。通过采用包含这种p型分离层4的结构的反向阻止IGBT100，不仅不用形成由现有需要高温且长时间扩散的深度的扩散层构成的p型分离层，还能避免伴随着高温长时间扩散而产生的n^-漂移层1的施主化所引起的耐压下降、结晶缺陷的产生所引起的漏电流的增加以及设备吞吐量的劣化等缺点。标号5为保护环，标号6为场绝缘膜，标号7为场板，标号12为集电极。