專利名稱：絕緣柵型半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣柵型半導(dǎo)體器件。
IGBT10，為使關(guān)斷時(shí)來(lái)自p型基層14的耗盡層不能到達(dá)陽(yáng)極，基層13的厚度必須較厚且比阻抗較低。由此，使得關(guān)斷時(shí)尾電流變大。所以，為使關(guān)斷特性高速化，需要通過(guò)壽命控制降低來(lái)自陽(yáng)極的空穴的注入效率。典型的壽命控制，是在晶圓工序(wafer process)完成后用電子線照射進(jìn)行退火處理。
但是，通過(guò)該壽命控制，使高阻抗的n-型基層13中的載流子濃度低下。因此，使開通電壓變高。另一方面，如果不進(jìn)行縮短壽命的處理，則開通電壓可維持較低，但關(guān)斷時(shí)間變長(zhǎng)。即，開通電壓和關(guān)斷時(shí)間呈相反關(guān)系。


圖10(B)所示為現(xiàn)有絕緣柵型半導(dǎo)體器件擊穿型的縱型IGBT的部分剖面圖。該IGBT20與IGBT10的不同點(diǎn)是在n-型基層13和p+型漏層11之間設(shè)置n+型緩沖層23。
通過(guò)設(shè)置n+型緩沖層23，即使n-型基層13的厚度較薄且具有較高阻抗，從p型基層13的耗盡層也不能到達(dá)陽(yáng)極。因此，IGBT20與IGBT10相比，n-型基層13的厚度較薄且維持高阻抗，也可以維持耐壓。
而且，IGBT20中，來(lái)自陽(yáng)極的空穴的注入效率，受p+型漏層11的厚度(寬)及其濃度的控制。因此，IGBT20不進(jìn)行壽命控制也可以實(shí)現(xiàn)高速化。
近年來(lái)，已有工作在150kHz左右的高速IGBT。但是包括上述IGBT20在內(nèi)的高速IGBT在高溫狀態(tài)下尾電流增大。尾電流成為開關(guān)損耗。開關(guān)損耗已成為IGBT高速開關(guān)的障礙。
圖11所示為L(zhǎng)(電感)負(fù)載的IGBT20關(guān)斷時(shí)電流電壓特性的時(shí)間變化。如柵極電壓VG降低、流經(jīng)溝道的電子電流降低，則在L負(fù)載的兩端會(huì)產(chǎn)生反向電壓。反向電壓施加在陽(yáng)極和陰極之間，漏極電壓VD上升(參照從時(shí)刻t1到時(shí)刻t3)。
在漏極電壓VD的作用下，從高阻抗的n-型基層13和p型基層14的接合區(qū)產(chǎn)生耗盡層(未圖示)。通過(guò)耗盡層，在高阻抗的n-型基層積累的電子由溝道的電子電流來(lái)補(bǔ)充。如上所述，則IGBT20流過(guò)一定的漏極電流ID。因此，幾乎一定的空穴電流從p+型漏層11流過(guò)。即，從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2期間，漏極電流ID幾乎保持一定。
其次，在n-型基層蓄積的電子消失。隨之而來(lái)，來(lái)自p+型漏層的空穴電流也減少。即，從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3期間，漏極電流ID減小。
時(shí)刻t3以后的漏極電流ID稱為尾電流。
如上說(shuō)述，時(shí)刻t1到時(shí)刻t3期間，產(chǎn)生電力消耗(圖11的斜線部)。該電力消耗是IGBT的開關(guān)損耗。而且，t3以后由尾電流引起的電力消耗，即使尾電流較小的場(chǎng)合，因長(zhǎng)期流動(dòng)也會(huì)變大。
而且，時(shí)刻t3是漏極電流ID下降時(shí)間(fall time)的終點(diǎn)。其中，漏極電流ID的下降時(shí)間，是以IGBT開通狀態(tài)時(shí)漏極電流ID的90％為起點(diǎn)，以漏極電流ID的10％為終點(diǎn)的期間。圖11中，從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3期間是下降時(shí)間。
而且，IGBT20通過(guò)其具有的n+型過(guò)渡層，使耐壓維持。
但是，對(duì)IGBT施加更高的耐壓，則必須增加n-型基層13的厚度。例如IGBT20耐壓為600V系的元件，即基層13的厚度為60μm的場(chǎng)合，該耐壓為600V以上時(shí)，n-型基層13的厚度必須增加。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供維持薄的n-型基層的厚度，并且耐壓更高的絕緣柵型半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明涉及的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的實(shí)施形態(tài)，包括第1導(dǎo)電型的第1基層；在上述第1基層的第1面形成的第2導(dǎo)電型的第2基層；在上述第2基層的表面區(qū)域有選擇地形成的第1導(dǎo)電型的源層；在上述第1基層的第1面的相反側(cè)的第1基層的第2面上形成的第2導(dǎo)電型的漏層；柵電極，與上述源層、上述第1基層以及第2基層絕緣，并且，在上述第1基層上形成使上述源層和第2基層之間導(dǎo)電的溝道；來(lái)自上述漏層的空穴電流的注入效率小于電子遷移率除以電子與空穴的遷移率之和的值，即在0.27以下。
上述第1基層的厚度在70μm以下較為理想，在60μm以下則更加理想。
本發(fā)明涉及的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施形態(tài)，包括第1導(dǎo)電型的第1基層；在上述第1基層的第1面形成的第2導(dǎo)電型的第2基層；在上述第2基層的表面區(qū)域有選擇地形成的第1導(dǎo)電型的源層；在上述第1基層的第1面的相反側(cè)的第1基層的第2面上形成的第2導(dǎo)電型的漏層；柵電極，與上述源層、上述第1基層以及第2基層絕緣，并且在上述第1基層上形成使上述源層和第2基層之間導(dǎo)電的溝道；來(lái)自上述漏層的空穴電流的注入效率，小于空穴的飽和速度除以電子和空穴飽和速度之和的值，即在9/19以下。
上述第1基層的厚度在60μm以下較為理想。
而且本發(fā)明的芯片還具有的另一特征為，通過(guò)1μH到1mH之間適當(dāng)?shù)碾姼行载?fù)載，不附加保護(hù)電路關(guān)斷額定電流時(shí)，過(guò)渡施加的電壓(Vsus)比源和漏之間的靜態(tài)耐壓大。該電感性負(fù)載，也可由1μH到1mH的L負(fù)載和續(xù)流二極管逆向并聯(lián)后與電阻串聯(lián)組成。
本發(fā)明涉及的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的又一實(shí)施形態(tài)，其特征為具有第1導(dǎo)電型的第1基層；在上述第1基層的第1面形成的第2導(dǎo)電型的第2基層；在上述第2基層的表面區(qū)域選擇形成的第1導(dǎo)電型的源層；在上述第1基層的第1面相反側(cè)的第2面形成的第2導(dǎo)電型的漏層；柵電極，與上述源層、上述第1基層以及第2基層絕緣，并且在上述第1基層上形成使上述源層和第2基層之間導(dǎo)電的溝道；在上述第1基層和上述漏層之間還具有比上述第1基層阻抗更低的第1導(dǎo)電型的過(guò)渡層較為理想。上述第1導(dǎo)電型的漏層的厚度在0.5μm以下更為理想。
上述第1導(dǎo)電型的過(guò)渡層也可以具有多個(gè)阻抗相互不同的層。
上述第1導(dǎo)電型的過(guò)渡層的全部雜質(zhì)總量相對(duì)上述漏層全部雜質(zhì)總量之比在0.27/0.73(空穴遷移率和電子遷移率之比)以下較宜。
上述第1導(dǎo)電型的過(guò)渡層的全部雜質(zhì)總量相對(duì)上述漏層全部雜質(zhì)總量的比，小于空穴的飽和速度除以電子和空穴飽和速度之和的值，即在9/19以下亦可。
上述第1基層的厚度在70μm以下較為理想，在60μm以下則更加理想。
圖2是L負(fù)載的IGBT30關(guān)斷時(shí)電流電壓特性的時(shí)間變化圖。
圖3是時(shí)刻為TA時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。
圖4是時(shí)刻為TB時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。
圖5是時(shí)刻為TC時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。
圖6是時(shí)刻為TD時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。
圖7是耐壓600V系的IGBT30的V-I特性圖。
圖8是本發(fā)明的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的第2實(shí)施形態(tài)的非擊穿型IGBT40的剖面圖。
圖9是本發(fā)明的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的第3實(shí)施形態(tài)的擊穿型IGBT50的剖面圖。
圖10是已有絕緣柵型半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖11是已有IGBT關(guān)斷時(shí)電流電壓特性圖。
圖1是本發(fā)明的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的第1實(shí)施形態(tài)的擊穿型IGBT30的剖面圖。IGBT30具有n-型基層21和在n型基層21表面形成的p型基層14。在p型基層14的表面區(qū)域選擇形成n+型源層15。在n型基層21表面相反側(cè)的背面形成p型漏層(陽(yáng)極)31。在n型基層21形成使源層15和p型基層14之間導(dǎo)電的溝道的柵極電極16，通過(guò)絕緣層17與n型基層21、源層15以及p型基層14絕緣。并且，p型基層14以及源層15與源電極41(陰極)連接。漏層31與漏電極42連接。
其中，漏層31形成較低注入且較低濃度的p型。因此，可以降低來(lái)自陽(yáng)極的載流子的注入效率，不控制壽命(life time)就可以達(dá)成高速化。
而且，為了不進(jìn)行壽命控制，可以增大高阻抗的n-型基層21的載流子濃度。為此，例如開通時(shí)的電壓降低約1.2V，與已有IGBT的壓降相比較低。
因此，通過(guò)漏層31為較低注入且較低濃度的p+型，開關(guān)速度高速化和低開通電壓的折衷選擇關(guān)系可以得到改善。
而且，本實(shí)施形態(tài)中，來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率控制在0.27以下。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，漏層31的全部雜質(zhì)總量在5×1013cm-3以下。例如，過(guò)渡層濃度為1×1016cm-3、厚度為5μm，漏層的厚度為0.3微米、全部雜質(zhì)總量在5×1013cm-3以下。
并且，為使漏層31的全部雜質(zhì)總量在5×1013cm-3以下，漏層31的擴(kuò)散厚度在0.5μm以下。
以下，說(shuō)明把來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率控制在0.27以下的原因及其效果。
圖2是L負(fù)載的IGBT30關(guān)斷時(shí)電流電壓特性的時(shí)間變化圖。為了便于理解，分別圖示時(shí)間軸相同的柵極電壓VG的圖。
圖3至圖6所示分別為時(shí)刻tA到tD的載流子濃度分布圖。圖3至圖6，都以從源層15的表面到漏層31的深度為橫軸、以載流子濃度為縱軸。而且，為了明確本實(shí)施形態(tài)的IGBT和已有IGBT的區(qū)別，已有的耗盡型IGBT中n型基層21內(nèi)的過(guò)剩載流子用虛線表示。
首先，IGBT30被關(guān)斷(時(shí)刻tA)。
圖3所示是時(shí)刻為tA時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的IGBT30，n型基層21內(nèi)過(guò)剩載流子的分布，從p型基層14近側(cè)朝漏層31方向減少。
這是因?yàn)閬?lái)自漏極的空穴電流較小、空穴電流的注入效率低于0.27，所以n型基層21內(nèi)過(guò)剩載流子的分布，從p型基層14近側(cè)朝漏層31方向減少。
而且，當(dāng)漏區(qū)p層的注入效率等于0.27時(shí)，該過(guò)剩載流子幾乎成水平分布。即n型基層21的過(guò)剩載流子，從源層15的表面至深層方向幾乎相等分布。
接著，柵極電壓VG接著下降，隨之而來(lái)在p型基層14形成的溝道流動(dòng)的電子電流減少(時(shí)刻tB)。
圖4所示是時(shí)刻為tB時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。因?yàn)榱鹘?jīng)溝道的電子電流減少，如上所述，由在n型基層21積累的電子來(lái)補(bǔ)充。是因?yàn)橐ㄟ^(guò)IGBT30陽(yáng)極與陰極之間的L負(fù)載，使漏極電流ID維持。
在此，定義存儲(chǔ)期間。所謂存儲(chǔ)期間，就是如果IGBT關(guān)斷時(shí)施加漏極電壓VDO，IGBT30從關(guān)斷時(shí)刻tA到漏極電壓VD下降為0.1×VDO的時(shí)刻tC的期間。
空穴電流的注入效率大于0.5的已有IGBT，溝道電子電流減少時(shí)，由積累在n型基層21的過(guò)剩電子中的靠近p型基層14的過(guò)剩電子來(lái)補(bǔ)充。所以，p型基層14和n型基層21之間的耗盡層擴(kuò)展，漏極電壓開始上升。即，根據(jù)已有的IGBT，存儲(chǔ)期間過(guò)后(時(shí)刻tC至?xí)r刻tE)，n型基層21的過(guò)剩載流子幾乎都被排出。因此，已有IGBT中，尾電流較大。
另一方面，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，因?yàn)榭昭娏鞯淖⑷胄市∮?.27，所以，由在n型基層21積累的過(guò)剩電子中的靠近n型過(guò)渡層33的過(guò)剩電子來(lái)補(bǔ)充。因此，在p型基層14和n型基層21之間產(chǎn)生耗盡層之前，在n型基層21積累的過(guò)剩載流子已被排出。
換而言之，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，在n型基層21的過(guò)剩載流子幾乎在存儲(chǔ)期間已被排出。所以，存儲(chǔ)期間過(guò)后(時(shí)刻tC至?xí)r刻tE)，n型基層21的過(guò)剩載流子幾乎都被排出。因此，漏極電壓VD上升較早。如上所述，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的IGBT30，尾電流較小(參照?qǐng)D2)。
而且，漏層31的注入效率小于0.27時(shí)，需考慮位于低電場(chǎng)的空穴遷移率μh和電子遷移率μe。即，因?yàn)棣蘦∶μe＝0.27∶0.73，所以來(lái)自陽(yáng)極的過(guò)?？昭娏鞑⑽幢蛔⑷氲絥型基層21，可以使n型基層21中的過(guò)剩載流子消少。因此，繼續(xù)保持圖3以及圖4所示的過(guò)剩載流子分布的斜率，使n型基層21內(nèi)的過(guò)剩載流子減少。如上所述，在存儲(chǔ)期間盡量多地將過(guò)剩載流子從n型基層21排出。
接著，當(dāng)存儲(chǔ)期間結(jié)束n型基層21內(nèi)過(guò)剩載流子幾乎消失時(shí)，漏極電壓VD開始上升。即，p型基層14和n型基層21之間開始形成耗盡層(時(shí)刻tC)。
圖5所示是時(shí)刻為tC時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。過(guò)剩電子以及過(guò)?？昭?，分別相應(yīng)遷移率μh以及μe的比例剩余。
接著，當(dāng)p型基層14和n型基層21之間形成耗盡層時(shí)，漏極電壓VD急速上升(時(shí)刻tD)。
圖6所示是時(shí)刻為tD時(shí)的IGBT30的載流子分布圖。
根據(jù)已有的IGBT，n型基層21內(nèi)積累的過(guò)剩載流子，使在基層14和n型基層21之間不繼續(xù)形成耗盡層。所以，通過(guò)在該耗盡層施加電場(chǎng)，使漏極電壓VD上升。因此，n型基層21內(nèi)積累的過(guò)剩載流子，在漏極電壓VD上升途中減少。即，如上所述，已有的IGBT，在存儲(chǔ)期間過(guò)后，n型基層21內(nèi)的過(guò)剩載流子從n型基層2被1排出。
另一方面，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，如圖6所示，在存儲(chǔ)期間內(nèi)n型基層21內(nèi)的過(guò)剩載流子幾乎全部從n型基層21排出。因此，p型基層14和n型基層21間的耗盡層急速擴(kuò)大。隨之而來(lái)，漏極電壓VD也比已有的上升更快。
圖2中，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的IGBT30的漏極電壓VD的斜率比已有IGBT的大。圖2的斜線區(qū)域，表示根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的IGBT30關(guān)斷時(shí)的電力損耗，即開關(guān)損耗。
因?yàn)镮GBT30的漏極電壓VD的斜率較大、尾電流較小，所以IGBT30的開關(guān)功耗比已有IGBT小。
而且，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，為了控制來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入比率，需調(diào)節(jié)p型漏層31和n型過(guò)渡層33之間的雜質(zhì)濃度。所以，不改變n型基層21的雜質(zhì)濃度或厚度。因此，可以維持較低的開通電壓和開通阻抗。
而且，本實(shí)施形態(tài)中，時(shí)刻tE為下降時(shí)間的終點(diǎn)。已有的IGBT的下降時(shí)間的終點(diǎn)是tF。因此，可以理解根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的IGBT30，開關(guān)損耗更小、關(guān)斷時(shí)間更短。因此，IGBT30的開關(guān)速度更快。
而且，時(shí)刻tD之后，當(dāng)耗盡層完全在n型基層21內(nèi)擴(kuò)大，則漏極電流ID下降。耗盡層擴(kuò)大時(shí)，在n型基層21的過(guò)剩載流子隨之減少。但是，在n型基層21的耗盡層內(nèi)，積累的電子濃度大于積累的空穴濃度。因此，耗盡層內(nèi)，即高電場(chǎng)中的總電荷量低于原來(lái)的施主濃度。所以，漏極電壓VD比IGBT30的靜態(tài)耐壓高。靜態(tài)耐壓是指漏極電流ID約為零時(shí)的芯片耐壓。當(dāng)耗盡層擴(kuò)展到n型基層21全體、漏極電流ID減少時(shí)，則n型基區(qū)內(nèi)的電荷密度回復(fù)到施主濃度。所以，IGBT30的耐壓回復(fù)到靜態(tài)耐壓。
即，IGBT30關(guān)斷后的IGBT30的峰值電壓VDS(參照?qǐng)D2)，在漏極電壓VD開始上升時(shí)變高，接著降低。
而且之后，通過(guò)與L負(fù)載并聯(lián)的鉗位二極管等的導(dǎo)通，漏極電壓VD維持在電壓VDO。
圖7是根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的IGBT耐壓600V系的IGBT30的V-I特性圖。圖7中圖，以施加在IGBT30陽(yáng)極和陰極之間的電壓為橫軸，以流經(jīng)IGBT 30陽(yáng)極和陰極之間電流的電流密度為縱軸。已有的耐壓600系的IGBT的耐壓，隨電流密度的上升，而耐壓下降(未圖示)。
但是，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的IGBT30，隨電流密度的上升，耐壓一度上升。電流密度繼續(xù)上升時(shí)，該耐壓下降。
對(duì)IGBT30具有上述特性的理由進(jìn)行說(shuō)明。
形成IGBT30，使其來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率低于0.27。在低電場(chǎng)中，空穴的遷移率μh與電子的遷移率μe之比為μh∶μe＝0.27∶0.73。另一方面，在高電場(chǎng)中，空穴的飽和速度Vh與電子的飽和速度Ve之比Vh∶Ve＝9∶10。IGBT30，因?yàn)閬?lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率低于0.27，所以在靠近p型基層14的n型基層21內(nèi)的電子電流過(guò)剩。
N型基區(qū)內(nèi)的電荷量為z，則z＝ND-Jn/(q×Vn)+Jp/(q×Vp)(式1)成立。其中，ND為n型基層21內(nèi)的施主濃度。Jn為電子電流密度、Jp為空穴電流密度。而且，Vn是電子在高電場(chǎng)的飽和速度、Vp是空穴在高電場(chǎng)的飽和速度。q是電子的電荷量。
高電場(chǎng)中Vn∶Vp＝9∶10。而且，Jn以及Jp與來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率相依存。因此，Jp/(Jn+Jp)＝Y(jié)≤0.27。Y表示注入效率。
所以，根據(jù)Vn∶Vp＝9∶10、Jp/Jn≤0.27以及式1的關(guān)系，電荷量z，隨電流密度變大，而從施主濃度ND開始下降。
如上所述，p型基層14近側(cè)的n型基層21的雜質(zhì)濃度，看上去在下降。因此，p型基層14與n型基層21之間的耐壓上升。
另一方面，當(dāng)流經(jīng)IGBT30電流的電流密度繼續(xù)上升時(shí)，會(huì)發(fā)生電荷量z變成負(fù)值的情況。隨之，p型基層14近側(cè)的n型基層21，看起來(lái)變成p型。因此，p型基層14和n型基層21的導(dǎo)電型，看起來(lái)變得相同。所以，p型基層14與n型基層21之間的耐壓下降。
即，當(dāng)電流密度上升時(shí)，p型基層14與n型基層21間的耐壓，在電荷量z變成零之前一直上升，電荷量z變?yōu)樨?fù)值時(shí)下降。
該特性可以在來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率不足9/19的條件下得到。在高電場(chǎng)中空穴和電子的飽和速度的比率為Vn∶Vp＝9∶10。所以，如果來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率不足9/19，則是因?yàn)槭?的電荷量z隨電荷密度的上升而下降。
根據(jù)該特性，IGBT30，即可保持n型基層13的薄度以及雜質(zhì)濃度，也可得到超過(guò)600V靜態(tài)耐壓的耐壓。
而且，來(lái)自陽(yáng)極的空穴電流的注入效率不足9/19的條件，等同于Vsus大于IGBT30的靜態(tài)耐壓。其中，Vsus是連接1μH到1mH間適當(dāng)值的電感性負(fù)載、不附帶保護(hù)電路的額定電流關(guān)斷時(shí)，過(guò)渡施加在芯片上的電壓。該電感性負(fù)載，也可由1μH到1mH的L負(fù)載和續(xù)流二極管逆向并聯(lián)后與電阻串聯(lián)組成。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的第2實(shí)施形態(tài)的非擊穿型IGBT40的剖面圖。IGBT40沒有n型過(guò)渡層，此點(diǎn)與第1實(shí)施形態(tài)不同。
所以，IGBT40通過(guò)控制n-型基層45的雜質(zhì)濃度和p+型漏層的雜質(zhì)濃度的比例，也可以得到與第1實(shí)施形態(tài)相同的下降的效果。
更詳細(xì)地說(shuō)，p+型漏層的雜質(zhì)總量在5×1013cm-3以下。因此，IGBT40可以維持較低的開通阻抗，而降低關(guān)斷時(shí)的開關(guān)損耗。
而且，在漏層的注入效率低于9/19的條件下，IGBT40隨電流密度上升，可以維持n型基層45的薄度以及雜質(zhì)濃度而得到大于靜態(tài)耐壓的耐壓。
圖9是本發(fā)明的絕緣柵型半導(dǎo)體器件的第3實(shí)施形態(tài)的擊穿型IGBT50的剖面圖。IGBT50具有多個(gè)雜質(zhì)濃度不同的n型過(guò)渡層51以及53，此點(diǎn)與第1實(shí)施形態(tài)不同。
因此，IGBT50通過(guò)控制n+型過(guò)渡層51的雜質(zhì)濃度和p+型漏層52的雜質(zhì)濃度的比例，可以得到與第1實(shí)施形態(tài)相同的效果。
更詳細(xì)地說(shuō)，p型漏層的雜質(zhì)總量在5×1013cm-3以下。因此，IGBT50可以維持較低的開通阻抗而降低關(guān)斷時(shí)的開關(guān)損耗。
而且，IGBT50隨著電流密度上升，可以維持n型基層54的薄度以及雜質(zhì)濃度而得到大于靜態(tài)耐壓的耐壓。
因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)雜質(zhì)濃度不同的n型過(guò)渡層51以及53，IGBT50還具有以下效果。
首先，IGBT50關(guān)斷時(shí)，從基層14開始擴(kuò)展的耗盡層并不急速停止。因此，關(guān)斷時(shí)漏極電流密度緩慢減少。由此，峰值電壓被緩和，可以防止漏極電流或漏極電壓發(fā)生振動(dòng)。
另一方面，在不形成n型過(guò)渡層51的場(chǎng)合，當(dāng)施加高電壓的反向偏壓時(shí)耐壓不能維持。為此，通常講到的確保耐壓的方法是增加n型過(guò)渡層53的厚度。但是，如果使用該方法，則會(huì)導(dǎo)致基板的總厚度增加、開通電壓上升。
這里，通過(guò)形成雜質(zhì)濃度互不相同的n型過(guò)渡層51以及53，可以充分確保施加反向偏置電壓時(shí)的耐壓。
設(shè)定濃度使n型過(guò)渡層53相應(yīng)施加電壓緩慢耗盡較理想。也就是說(shuō)，維持芯片的耐壓使耗盡層到n型過(guò)渡層53為止，而且為了關(guān)斷時(shí)不發(fā)生振動(dòng)，設(shè)定耗盡層不能到達(dá)高濃度的n+型過(guò)渡層51較理想。
而且，本發(fā)明涉及的第1至第3的實(shí)施形態(tài)的IGBT，可以使用特愿2001-054945所記載的制造方法制造。
而且，分別替換p型以及n型的導(dǎo)電型，也不會(huì)失去本發(fā)明的效果。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的絕緣柵型半導(dǎo)體器件，即使繼續(xù)維持較低的開通阻抗，也可使關(guān)斷時(shí)的開關(guān)損耗較小。
而且，根據(jù)本發(fā)明的絕緣柵型半導(dǎo)體器件，即使繼續(xù)維持較薄的n-型基層，也可使耐壓更高。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵型半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括第1導(dǎo)電型的第1基層；在上述第1基層的第1面形成的第2導(dǎo)電型的第2基層；在上述第2基層的表面區(qū)域有選擇地形成的第1導(dǎo)電型的源層；在上述第1基層的第1面的相反側(cè)的第1基層的第2面上形成的第2導(dǎo)電型的漏層；柵電極，與上述源層、上述第1基層以及第2基層絕緣，并且，在上述第1基層上形成使上述源層和第2基層之間導(dǎo)電的溝道；來(lái)自上述漏層的空穴電流的注入效率在0.27以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的絕緣柵半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第1基層的厚度在70μm以下。
3.一種絕緣柵型半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括第1導(dǎo)電型的第1基層；在上述第1基層的第1面形成的第2導(dǎo)電型的第2基層；在上述第2基層的表面區(qū)域有選擇地形成的第1導(dǎo)電型的源層；在上述第1基層的第1面的相反側(cè)的第1基層的第2面上形成的第2導(dǎo)電型的漏層；柵電極，與上述源層、上述第1基層以及第2基層絕緣，并且在上述第1基層上形成使上述源層和第2基層之間導(dǎo)電的溝道；利用1μH到1mH之間適當(dāng)?shù)碾姼行载?fù)載，不附加保護(hù)電路，使得關(guān)斷額定電流時(shí)過(guò)渡施加的電壓比源極和漏極之間的靜態(tài)耐壓大；而且，上述第1基層的厚度在70μm以下。
4.一種絕緣柵型半導(dǎo)體器件，包括第1導(dǎo)電型的第1基層；在上述第1基層的第1面形成的第2導(dǎo)電型的第2基層；在上述第2基層的表面區(qū)域有選擇地形成的第1導(dǎo)電型的源層；在上述第1基層的第1面相反側(cè)的第2面上形成的第2導(dǎo)電型的漏層；柵電極，與上述源層、上述第1基層以及第2基層絕緣，并且在上述第1基層上形成使上述源層和第2基層之間導(dǎo)電的溝道；來(lái)自上述漏層的空穴電流的注入效率在9/19以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的絕緣柵半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第1基層的厚度在70μm以下。
6.一種絕緣柵型半導(dǎo)體器件，包括第1導(dǎo)電型的第1基層；在上述第1基層的第1面形成的第2導(dǎo)電型的第2基層；在上述第2基層的表面區(qū)域有選擇地形成的第1導(dǎo)電型的源層；在上述第1基層的第1面的相反側(cè)的第2面上形成的厚度在0.5μm以下的第1導(dǎo)電型的漏層；柵電極，與上述源層、上述第1基層以及第2基層絕緣，并且在上述第1基層上形成使上述源層和第2基層之間導(dǎo)電的溝道；利用1μH到1mH之間適當(dāng)?shù)碾姼行载?fù)載，不附加保護(hù)電路，使得關(guān)斷額定電流時(shí)，過(guò)渡施加的電壓比源極和漏極之間的靜態(tài)耐壓大；而且，上述第1基層的厚度在70μm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6的任意一項(xiàng)的絕緣柵半導(dǎo)體器件，其特性在于在上述第1基層和上述漏層之間還具有比上述第1基層阻抗值更低的第1導(dǎo)電型的過(guò)渡層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的絕緣柵半導(dǎo)體器件，其特性在于上述第1導(dǎo)電型的過(guò)渡層是多個(gè)阻抗相互不同的層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的絕緣柵半導(dǎo)體器件，其特性在于上述第1導(dǎo)電型的過(guò)渡層具有低濃度和高濃度的階梯狀2層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種維持較低開通阻抗且關(guān)斷時(shí)開關(guān)損耗較小的絕緣柵型半導(dǎo)體器件。而且，提供一種維持較薄n
文檔編號(hào)H01L29/78GK1412855SQ02146830
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月15日
發(fā)明者末代知子, 中川明夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝