專利名稱：功率用半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率用半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及利用激光退 火技術(shù)選擇性地對集電極區(qū)域和緩沖區(qū)域這二者或者任意一個的預(yù)定 位置進行活性化來改善功率用半導(dǎo)體裝置的短路容量等特性后的功率 半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
功率用半導(dǎo)體裝置被廣泛應(yīng)用于反相器等產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域或者電子領(lǐng) 域等民用設(shè)備領(lǐng)域等。特別是在功率電子學(xué)的領(lǐng)域中，以低導(dǎo)通電壓對
高耐壓化是有效的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣4冊雙極 型晶體管)成為主流。IGBT具有第一導(dǎo)電型的發(fā)射極區(qū)域。并且，與 發(fā)射極區(qū)域接觸地配置第二導(dǎo)電型的基極區(qū)域?；鶚O區(qū)域以承擔(dān)MOS 結(jié)構(gòu)的一部分的方式形成?；鶚O區(qū)域具有若對所述MOS結(jié)構(gòu)的柵極施 加電壓則導(dǎo)電型反轉(zhuǎn)的區(qū)域。并且，與基極區(qū)域接觸地配置第一導(dǎo)電型 的耐壓維持區(qū)域。耐壓維持區(qū)域是利用傳導(dǎo)率調(diào)制使電阻值降低來減小 IGBT的導(dǎo)通電壓的區(qū)域。并且，與耐壓維持區(qū)域接觸地配置第二導(dǎo)電 型的集電極。并且，在耐壓維持區(qū)域的外周以形成環(huán)的方式配置第二導(dǎo) 電型的保護環(huán)結(jié)構(gòu)。保護環(huán)有助于耐壓維持區(qū)域的電場緩和。
在所述的IGBT切斷時，若在耐壓維持區(qū)域過剩地存在第二導(dǎo)電型 的載流子，則切斷時的開關(guān)特性惡化或者發(fā)射極區(qū)域-基極區(qū)域-耐壓 維持區(qū)域構(gòu)成的寄生可控硅工作，損失電流的控制性。
對于專利文獻1公開的IGBT及其制造方法來說，只在沒有形成保 護環(huán)的部分即有源區(qū)域的正下方形成集電極區(qū)域。即，在保護環(huán)的正下 方?jīng)]有形成集電極區(qū)域。由此，防止從引起所述的問題的集電極區(qū)域向 耐壓維持區(qū)域的第二導(dǎo)電型的載流子的基準(zhǔn)值以上的進入。
專利文獻1 特開2003 - 133556號7>報
專利文獻2 特開2005 - 333055號公報
專利文獻3 特開2006 - 059876號公4艮
利用專利文獻1公開的IGBT及其制造方法，能夠抑制所述的開關(guān)特性的惡化或者寄生可控硅的工作開始。但是，專利文獻1公開的IGBT 只在對應(yīng)于有源區(qū)域的部分形成集電極區(qū)域。即，沒有在保護環(huán)正下方 形成集電極區(qū)域。因此，存在集電極區(qū)域和集電極之間的歐姆性不充分 的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決所述問題而進行的，其目的在于提供一種抑制開關(guān) 特性的惡化或者寄生可控硅的工作開始并且具有集電極區(qū)域和集電極 的接觸良好的功率用半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體裝置具有第一導(dǎo)電型的發(fā)射極區(qū)域；與該 發(fā)射極區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的基極區(qū)域；與該基極區(qū)域接觸的第 一導(dǎo) 電型的耐壓維持區(qū)域；與該耐壓維持區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的集電極區(qū) 域；與該集電極區(qū)域接觸地配置的作為電極的集電極。并且，該集電極 區(qū)域的與電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域和與有源區(qū)域重疊的區(qū)域都具有第 二導(dǎo)電型的摻雜劑，在與該電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域具有第二導(dǎo)電型載 流子的載流子密度比與該有源區(qū)域重疊的區(qū)域低的區(qū)域。
本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體裝置具有第一導(dǎo)電型的發(fā)射極區(qū)域；與該 發(fā)射極區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的基極區(qū)域；與該基極區(qū)域接觸的第 一導(dǎo) 電型的耐壓維持區(qū)域；與該耐壓維持區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的集電極區(qū) 域；配置在該耐壓維持區(qū)域和該集電極區(qū)域的中間、且第一導(dǎo)電型載流子 的載流子密度比該耐壓維持區(qū)域高的第一導(dǎo)電型的緩沖區(qū)域；與該集電極 區(qū)域接觸地配置的作為電極的集電極。并且，在該緩沖區(qū)域的與電場緩 和區(qū)域重疊的區(qū)域，存在第 一導(dǎo)電型載流子的載流子密度比與有源區(qū)域重 疊的區(qū)域高的區(qū)域。
本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體裝置的制造方法具有如下步驟背面研磨步 驟，以背面研磨機對晶片背面進行研磨；集電極形成步驟，從該晶片背面 進行離子注入，形成集電極區(qū)域；集電極活性化步驟，利用激光退火處理， 使在該集電極形成步驟中注入的離子活性化；電極形成步驟，在該晶片背 面形成電才及；電極加熱步驟，對在該電才及形成步驟中所形成的電極進行加 熱。并且，在該集電極活性化步驟中，該集電極區(qū)域的與電場緩和區(qū)域重 疊的區(qū)域具有以比與有源區(qū)域重疊的區(qū)域低的激光功率進行該激光退火 的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，能夠不損失功率用半導(dǎo)體裝置的各個特性地得到良好 的開關(guān)特性。
圖1是說明作為實施方式1的功率半導(dǎo)體裝置的IGBT芯片的正面 圖的圖。
圖2是圖1的平面圖。
圖3是圖2的A-A'剖面圖。
圖4是說明MOS區(qū)域的剖面圖。
圖5是實施方式1的IGBT的制造工藝流程的概要。
圖6是比較例1的IGBT的制造工藝流程的概要。
圖7是以圖6的工藝流程所制作的比較例1的IGBT剖面圖。
圖8是用于說明比較例1的結(jié)構(gòu)中的i果題的IGBT剖面圖。
圖9是用于說明比較例2的結(jié)構(gòu)的IGBT剖面圖。
圖IO是用于說明實施方式1的變形例的圖。
圖11是作為實施方式2的功率用半導(dǎo)體裝置的IGBT芯片的剖面圖。
圖12是用于說明實施方式2的變形例的IBGT剖面圖。 圖13是用于說明實施方式2的變形例的IBGT剖面圖。 圖14是用于說明實施方式2的變形例的IBGT剖面圖。
具體實施方式
實施方式1
圖1是作為本實施方式的功率用半導(dǎo)體裝置的IGBT芯片的正面圖。 并且，圖2是圖1的IGBT的平面圖。本實施方式的IGBT為n型，具 有電阻率為250~ 300Q/cm的硅襯底16。；圭襯底16的厚度必須是本實 施方式的IGBT為了維持耐壓特性所需的厚度以上。例如，在3300V用 IGBT的情況下，硅襯底的厚度為400ium左右。在圖1中，在硅襯底16 的表面?zhèn)刃纬砂ê笫龅腗OS區(qū)域的有源區(qū)域12。有源區(qū)域12是進行 IGBT的載流子的輸送的區(qū)域。
并且，如在圖1中所示的那樣，在有源區(qū)域12的左右以夾持有源 區(qū)域12的方式形成電場緩和區(qū)域14。由圖2可知，電場緩和區(qū)域14以
包圍有源區(qū)域12的方式形成。電場緩和區(qū)域14是為了避免IGBT芯片 的端面的電場的集中而設(shè)置的區(qū)域。換言之，電場緩和區(qū)域14有助于 確保IGBT的耐壓。因此， 一般地IGBT的工作電壓越高需要使電場緩 和區(qū)域14的寬度越寬，進行電場緩和。在本實施方式的IGBT中，電場 緩和區(qū)域的寬度d為2mm左右。
此夕卜，本實施方式的IGBT以與電場纟爰和區(qū);或14的一部分和有源區(qū) 域12重疊的方式形成鋁電極10。鋁電極10由Al-Si電極材料等形成。 并且，鋁電極IO是如上所述的MOS區(qū)域的柵電極。另一方面，在硅襯 底16的背面?zhèn)刃纬杀趁娼Y(jié)構(gòu)部18。背面結(jié)構(gòu)部18具有后述的緩沖區(qū)域 和集電極區(qū)域。與上述的背面結(jié)構(gòu)部18接觸地形成背面電極20。背面 電極20是形成在IGBT芯片背面的集電極。
圖3是圖2的A-A'剖面圖，是放大有源區(qū)域12和電場緩和區(qū)域14 的邊界周邊的圖。以下，以圖3為中心對本發(fā)明進行說明。首先，詳細 地對有源區(qū)域12進行說明。有源區(qū)域12包括MOS區(qū)域22。對于MOS 區(qū)域22,圖4中示出詳細的結(jié)構(gòu)。圖4是為了更加詳細地說明圖3的 MOS區(qū)域22和其周邊而對圖3的MOS區(qū)域22和其周邊進行放大后的 圖。在MOS區(qū)域與鋁電極10接觸的地方具有絕緣膜90。并且，以與絕 緣膜90接觸的方式配置發(fā)射極區(qū)域92。發(fā)射極區(qū)域92為n型的導(dǎo)電型。 在與發(fā)射極區(qū)域92隔離固定間隔并且與絕緣膜90接觸的地方，在MOS 區(qū)域22的端部配置N阱94。 N阱94是N型的導(dǎo)電型。并且，以與MOS 區(qū)域22的發(fā)射極區(qū)域92、絕緣膜90、 N阱94接觸的方式形成基極區(qū) 域96?；鶚O區(qū)域96是p型的導(dǎo)電型。并且，由鋁電極IO、 MOS區(qū)域 22的絕緣膜卯和發(fā)射極區(qū)域92、基極區(qū)域96 、 N阱94形成MOS結(jié)構(gòu)。 并且，作為MOS單元結(jié)構(gòu)，存在溝槽柵極型和平面柵極型DMOS結(jié)構(gòu) 等。
圖3所示的MOS區(qū)域22具有所述的結(jié)構(gòu)。并且，對于有源區(qū)域12 來說，在所述的MOS區(qū)域22的下層，在背面?zhèn)染哂心蛪壕S持區(qū)域28。 耐壓維持區(qū)域28是n型的導(dǎo)電型。并且，在IGBT切斷時，通常，耐壓 維持區(qū)域28的載流子密度比發(fā)射極區(qū)域92的載流子密度低。耐壓維持 區(qū)域28在IGBT切斷時載流子密度較低，但是，在接通時，從背面結(jié)構(gòu) 部18接受載流子的注入，成為低電阻。這樣，耐壓維持區(qū)域28是進行 傳導(dǎo)率調(diào)制的區(qū)域。
并且，與耐壓維持區(qū)域28接觸地形成緩沖區(qū)域36。緩沖區(qū)域36是 背面結(jié)構(gòu)部18的一部分。緩沖區(qū)域36是n型的導(dǎo)電型。緩沖區(qū)域36 的載流子密度比耐壓維持區(qū)域28的載流子密度高。與緩沖區(qū)域36接觸 地在緩沖區(qū)域36的下層在背面?zhèn)刃纬杉姌O活性區(qū)域38。集電極活性 區(qū)域38是p型的導(dǎo)電型。集電極活性區(qū)域38在IGBT的接通狀態(tài)下對 耐壓維持區(qū)域28供給空穴。此處，所述的緩沖區(qū)域36被耐壓維持區(qū)域 28和集電極活性區(qū)域38夾持地配置。因此，緩沖區(qū)域36抑制從集電極 活性區(qū)域38向耐壓維持區(qū)域28的空穴的注入。此外，緩沖區(qū)域36也 能夠抑制在耐壓維持區(qū)域28上所產(chǎn)生的耗盡層延伸到集電極活性區(qū)域 38而引起擊穿現(xiàn)象。
此前對有源區(qū)域12進行了說明，此后對圖3的電場緩和區(qū)域14進 行說明。所述的耐壓維持區(qū)域28不^f又形成在有源區(qū)域12,也形成在電 場緩和區(qū)域14。電場緩和區(qū)域14的耐壓維^寺區(qū)域28和有源區(qū)域12的 耐壓維持區(qū)域28連續(xù)地連接。并且，電場緩和區(qū)域14的耐壓維持區(qū)域 28利用層間絕緣膜30與鋁電極10隔開。層間絕緣膜30是熱氧化膜、 PSG (磷玻璃)、Al-Si、玻璃鍍(glass-coated)膜(SmSIN)等的多層 結(jié)構(gòu)。層間絕緣膜30保護芯片主表面部分。可利用層間絕緣膜30防止 受到來自IGBT芯片表面的水分、損傷、磁場等的影響而使IGBT的特 性變動。
并且，在電場緩和區(qū)域14,在與耐壓維持區(qū)域28和層間絕緣膜30 接觸的地方形成保護環(huán)32。保護環(huán)32是p型的導(dǎo)電型。保護環(huán)32以覆 蓋有源區(qū)域12的方式形成。即，如圖2所示，電場緩和區(qū)域14以覆蓋 有源區(qū)域12的方式以一周狀形成。并且，保護環(huán)32也沿著電場緩和區(qū) 域14以包圍有源區(qū)域12的方式配置。在本實施方式中，在三處具有保 護環(huán)32,所以，有源區(qū)域12#皮保護環(huán)32三重地包圍。
此處，保護環(huán)32是為了維持集電極-發(fā)射極間電壓而形成的。若更 具體地說明，因為利用保護環(huán)32抑制IGBT芯片端面的電場集中，所以， 能夠維持集電極-發(fā)射極間電壓。考慮到施加到IGBT上的電壓或者IGBT 芯片所需的耐壓來決定形成在IGBT芯片上的保護環(huán)32的數(shù)目或者形 狀。并且，若形成多個保護環(huán)32,需要相應(yīng)較寬面積的電場緩和區(qū)域 14。
溝道截斷環(huán)24與保護環(huán)結(jié)構(gòu)32相比，配置在IGBT芯片端面?zhèn)?。溝道截斷環(huán)24與鋁電極11以及耐壓維持區(qū)域28接觸。溝道截斷環(huán)24 是n型的導(dǎo)電型。并且，溝道截斷環(huán)24的載流子密度比耐壓維持區(qū)域 28的載流子密度高。溝道截斷環(huán)24是為了使朝向IGBT芯片端面延伸 的耗盡層的延伸停止而形成的。所以，溝道截斷環(huán)24能夠防止從MOS 結(jié)構(gòu)22延伸的耗盡層到達IGBT芯片端面。此外，溝道截斷環(huán)24的形 狀、大小等結(jié)構(gòu)根據(jù)IGBT芯片所具有的耐壓等級適當(dāng)?shù)貨Q定。
在電場緩和區(qū)域14的耐壓維持區(qū)域28的背面?zhèn)?，與耐壓維持區(qū)域 28接觸地配置緩沖區(qū)域37。在本實施方式中，電場緩和區(qū)域14的緩沖 區(qū)域37是與有源區(qū)域12的緩沖區(qū)域36相同的導(dǎo)電型、載流子密度。 并且，緩沖區(qū)域36和緩沖區(qū)域37連續(xù)地接觸地配置，形成一體的緩沖 區(qū)域。
并且，電場緩和區(qū)域14具有與緩沖區(qū)域37的背面?zhèn)冉佑|的集電極 非活性區(qū)域34。集電極非活性區(qū)域34是含有硼等的p型的摻雜劑的區(qū) 域。但是，所述的摻雜劑沒有由于熱處理等而活性化或者未充分活性化， 所以，集電極非活性區(qū)域34的空穴密度比集電極活性區(qū)域38低。并且， 集電極非活性區(qū)域34和集電極活性區(qū)域38在有源區(qū)域12與電場緩和 區(qū)域14的邊界處接觸，形成集電極區(qū)域。在集電極非活性區(qū)域34和集 電極活性區(qū)域38的背面?zhèn)刃纬杀趁骐姌O20。電場緩和層14具有所述的 結(jié)構(gòu)。
作為本實施方式的功率用半導(dǎo)體裝置的IGBT具有使用圖1、 2、 3、 4所說明的結(jié)構(gòu)。以后，對本實施方式的IGBT的制造方法進行il明。 圖5是用于說明本實施方式的IGBT的制造工藝流程的概要的圖。在圖 5中，帶有 的步驟是進行掩模組合的步驟。由從作為最初的步驟的批 量形成到p阱步驟、柵極(1)步驟、柵極(2)步驟、溝道摻雜步驟、 p+擴散步驟、源極步驟、接觸步驟、鋁布線步驟、玻璃涂敷步驟的各步 驟形成除了背面結(jié)構(gòu)部18和背面電極20之外的區(qū)域。所述的步驟在本 發(fā)明的說明上不是必須的，所以省略說明。
然后，形成圖3中所說明的背面結(jié)構(gòu)18部等。為了形成背面結(jié)構(gòu) 部18,進行步驟ll、步驟12。步驟11以如下的方式進行。首先，在晶 片表面貼上加強帶，以便即使將晶片的表面保護以及晶片背面加工得較 薄，晶片也不會破裂。
然后，以背面研磨機研磨到預(yù)定厚度。然后，以刻蝕液對由于所述研磨受到損傷后的層即破碎層進行10 20Mm的刻蝕。在這樣形成的背 面以P離子注入機進行離子注入。該離子注入是在晶片背面整個面進行 的。并且，在激光退火裝置中對以所述的離子注入進行注入后的離子的 活性化。在本實施方式中，為了進行激光退火，使用YAG激光器。并 且，激光退火裝置通過對晶片進行掃描，進行預(yù)定位置的激光退火。
并且，在本實施方式的步驟11中，使激光功率固定，進行激光退 火，所以，IGBT芯片背面的緩沖區(qū)域36、 37的活性化率即載流子密度 相同。
在步驟11之后進行步驟12。步驟12是用于形成集電極活性區(qū)域 38以及集電極非活性區(qū)域34的步驟。在步驟12中，首先，利用B離子 注入機在背面整個面上進行離子注入。然后，如以下方式，進行激光退 火。即，首先，最初在激光退火裝置中，識別晶片(IGBT芯片)主表 面的圖形。并且，根據(jù)所識別的主表面的圖形，對于電場緩和區(qū)域14 來說，使激光功率降低，在有源區(qū)域12,使激光功率提高，進行激光退 火。此處，使激光功率提高進行激光退火時，其位置在晶片深度方向到 10pm左右，在100(TC左右的溫度下進行退火。如上所述，能夠利用激 光退火裝置選擇性地僅使預(yù)定位置的離子活性化。本實施方式的集電極 活性區(qū)38和集電極非活性區(qū)34的活性化率的不同即載流子密度的不同 利用如上所述的處理來實現(xiàn)。
在步驟12之后進行步驟13。步驟13是用于形成背面電極20的步 驟。在步驟13中，首先，作為電極形成前處理，用以l: 100左右對FH 和水進行混合后的混合液除去形成在背面的氧化膜。然后，使用 Al/Mo/Ni/Au、 Al/Ti/Ni/Au的四層結(jié)構(gòu)的電極材料形成背面電極20。
在步驟13之后進行步驟14的處理。步驟14是進行燒結(jié)熱處理的 步驟。燒結(jié)熱處理是在400。C左右對背面電極20進行30分鐘左右熱處 理的步驟。利用燒結(jié)熱處理能夠確保背面電極20和晶片的粘接性。此 外，能夠進行背面電極20和晶片的歐姆接觸。
此處，對用于理解本實施方式的特征的比較例1進行說明。比較例 1的IGBT由圖6的工藝流程制作。在比較例1的工藝流程的步驟2的 背面n緩沖擴散步驟和步驟3的背面p集電極擴散步驟中，為了所注入 的離子的活性化，需要退火。在比較例l中，以熱擴散方式形成緩沖區(qū) 域和集電極。因此，例如，在背面整個面上形成應(yīng)該形成緩沖區(qū)域的離
子的情況下，緩沖區(qū)域跨過背面整個面被活性化。集電極也是同樣的。
圖7示出以圖6的工藝流程所制作的比較例1的IBGT剖面圖。圖 7是有源區(qū)域100與電場緩和區(qū)域102的邊界和其附近的放大圖。在比 較例1中，緩沖區(qū)域106和集電極區(qū)域104跨過晶片背面整體而形成。 并且，如上所述，以熱擴散方式形成緩沖區(qū)域106和集電極區(qū)域104， 所以，跨過晶片背面整個面形成被活性化后的緩沖區(qū)域和集電極區(qū)域。 即，緩沖區(qū)域的載流子濃度在晶片背面整個面上是一樣的，集電極區(qū)域 也是一樣的。比較例1具有所述的特征。
使用作為IGBT剖面圖的圖8對比較例1的結(jié)構(gòu)的課題進行說明。 圖8的IGBT具有與比較例1相同的背面結(jié)構(gòu)部。此處，考慮停止對柵 電極40施加電壓、使IGBT切斷的情況。在IGBT切斷時，為了抑制尾 電流，優(yōu)選耐壓維持區(qū)域50的空穴快速向集電極區(qū)域58等移動。但是， 如比較例l所示，集電極區(qū)域104的活性的區(qū)域跨過晶片背面整個面形 成的情況下，空穴被過剩地供給到耐壓維持區(qū)域。占有IGBT的電阻的 大部分的是耐壓維持區(qū)域，所以，大量地向耐壓維持區(qū)域供給空穴，引 起傳導(dǎo)率調(diào)制，這從工作電壓的觀點看是優(yōu)選的。但是，IGBT切斷時， 若在耐壓維持區(qū)域存在大量的空穴，則引起以下的問題。即，發(fā)射極42-基極46-耐壓維持區(qū)域50-集電極58構(gòu)成n-p-n-p的寄生可控硅，有時該 可控硅工作。若所述可控硅工作，則認為損害IGBT的電流控制性。
然后，使用圖9對比較例2進行說明。比較例2的結(jié)構(gòu)與比較例1 具有以下的不同點。即，在比較例2中，沒有在電場緩和區(qū)域102上形 成活性的集電極區(qū)域。比較例2的活性的集電極區(qū)域是只形成在有源區(qū) 域100的正下方的集電極活性區(qū)域38。此處，所謂活性是指在IGBT工 作時進行引起耐壓維持區(qū)域28的傳導(dǎo)率調(diào)制的空穴的注入的狀態(tài)。比 較例2的IGBT的活性的集電極區(qū)域只形成在有源區(qū)域100的正下方， 所以，IGBT工作時，不會從集電極活性區(qū)域38向耐壓維持區(qū)域28過 剩地供給空穴。因此，與比較例l相比較，所述的寄生可控硅難以工作。
但是，比較例2的IGBT利用掩模只對有源區(qū)域100的正下方進行 離子注入。因此，不對電場緩和區(qū)域102的正下方注入應(yīng)該形成集電^ L 區(qū)域的離子。若在這樣的晶片背面形成背面電極20，則電場緩和區(qū)域 102的背面電極20有時不能夠進行與晶片的歐姆性接觸。其結(jié)果是，在 比較例2的結(jié)構(gòu)中，存在元件電阻的降低困難的問題。
這樣，比較例1、 2的結(jié)構(gòu)分別存在切斷時的寄生可控硅的工作開 始、不能夠得到背面電極的與晶片的歐姆性接觸等問題。
本實施方式的IGBT抑制切斷時的寄生可控硅的工作開始，并且， 在電場緩和區(qū)域也可得到背面電極的與晶片的歐姆性接觸。根據(jù)圖3所 示的本實施方式的結(jié)構(gòu)，集電極非活性區(qū)域34形成在電場緩和區(qū)域14 上，所以，能夠避免IGBT工作時的針對耐壓維持區(qū)域28的空穴的過剩 供給。因此，能夠抑制寄生可控硅的工作。此處，在本實施方式中，因 為存在集電極非活性區(qū)域34,所以，與在IGBT芯片整個面上形成集電 極活性區(qū)域的情況相比，IGBT工作時，供給到耐壓維持區(qū)域28的空穴 的量減少。但是，IGBT工作時，使耐壓維持區(qū)域28的有效的電阻降低 的是專門從有源區(qū)域12正下方注入的空穴。因此，電場緩和區(qū)域的空 穴密度對于IGBT的元件電阻降低并不是非常重要。因此，如本實施方 式那樣，即使不在電場緩和區(qū)域14的正下方形成集電極活性區(qū)域，對 耐壓維持區(qū)域28的電阻的影響也是輕微的。
根據(jù)本實施方式的結(jié)構(gòu)，能夠抑制短路容量等弊病，而不使耐壓維 持區(qū)域28的有效電阻提高。
此外，在本實施方式中，利用B離子注入機跨過IGBT芯片整個面 進行應(yīng)該形成集電極區(qū)域的摻雜劑的注入。此處，無論活性非活性，注 入B摻雜劑的表面和背面電極20利用所述的燒結(jié)熱處理得到具有良好 歐姆性的接觸。因此，本實施方式的集電極區(qū)域和背面電極20構(gòu)成良 好的歐姆接觸。另一方面，在比較例2的結(jié)構(gòu)中，在電場緩和區(qū)域102 的正下方具有緩沖區(qū)域，但是，不進行電極區(qū)域形成用的離子注入。因 此，即使進行所述的燒結(jié)熱處理，在電場緩和區(qū)域102,難以得到背面 電極和晶片的歐姆性接觸。這樣，在晶片整個面上進行應(yīng)該成為集電極 區(qū)域的離子的注入，由此，可在IGBT芯片整個面上得到良好的歐姆接 觸。
在本實施方式中，有源區(qū)域12正下方的集電^l作成集電^J舌性區(qū) 域38, ^f旦是，本發(fā)明并不限于此。即，可以作成在圖IO所示的有源區(qū) 域12的集電極與集電極活性區(qū)域110、集電極非活性區(qū)域112交替地配 置的結(jié)構(gòu)。這樣進行配置，由此，能夠抑制對耐壓維持區(qū)域進行注入的 空穴的量，所以，可得到本發(fā)明的效果。
在本實施方式中，載流子的導(dǎo)電型以發(fā)射極-基極-耐壓維持區(qū)域-集
電極的順序作成n型-p型-n型-p型，但是，本發(fā)明并不限于此。即，使 其反轉(zhuǎn)，發(fā)射極-基極-耐壓維持區(qū)域-集電極的順序作成p型-n型-p型-n 型，也能夠得到本發(fā)明的效果。
在本實施方式中，在電場緩和區(qū)域配置保護環(huán)32，防止電場的集中， 但是，本發(fā)明不限于此。即，代替保護環(huán)，使用場電極(field plate)結(jié) 構(gòu)等進行電場緩和，與本發(fā)明相同地，能夠形成電場緩和區(qū)域，所以， 可得到本發(fā)明的效果。
在本實施方式中，集電極活性區(qū)域38和集電極非活性區(qū)域34的邊 界與有源區(qū)域12和電場緩和區(qū)域14的邊界一致，但是，本發(fā)明并不限 于此。即，對于集電極活性區(qū)域38和集電極非活性區(qū)域34的邊界來說， 考慮到短路容量其他所需的特性決定即可，也可以位于有源區(qū)域12中， 也可以位于電場緩和區(qū)域14中。
實施方式2
本實施方式涉及能夠通過控制緩沖區(qū)域的活性化率來使IGBT的特 性最優(yōu)化的功率用半導(dǎo)體裝置以及制造方法。關(guān)于本實施方式的結(jié)構(gòu)， 只說明與以圖3表示的實施方式1的結(jié)構(gòu)的不同點。
使用圖11說明本實施方式的結(jié)構(gòu)。作為本實施方式的功率用半導(dǎo) 體裝置的IGBT具有有源區(qū)域128和電場緩和區(qū)域130。有源區(qū)域128 的緩沖區(qū)域120和電場緩和區(qū)域130的緩沖區(qū)域122接觸。并且，緩沖 區(qū)域122和緩沖區(qū)域120都是第一導(dǎo)電型。此外，緩沖區(qū)域122和緩沖 區(qū)域120接觸。并且，緩沖區(qū)域122的載流子密度比緩沖區(qū)域120的載 流子密度高。這是在進行激光退火時利用以比緩沖區(qū)域120高的激光功 率對緩沖區(qū)域122進行退火來進行的。
此外，本實施方式的集電極在有源區(qū)域128的正下方具有集電極活 性區(qū)域124、在電場緩和區(qū)域130正下方具有集電極非活性區(qū)域126。 集電極活性區(qū)域124的載流子濃度比集電極非活性區(qū)域126高。這是利 用在對集電極進行激光退火時以比集電極活非性區(qū)域126高的激光功率 對集電極活性區(qū)域124來進行的。
本實施方式的IGBT如上所述，特征在于配置在電場緩和區(qū)域130 的正下方的緩沖區(qū)域12 2的載流子濃度比有源區(qū)域12 8正下方的緩沖區(qū) 域120的載流子密度高。利用緩沖區(qū)域122抑制來自電場緩和區(qū)域的針對耐壓維持區(qū)域28的空穴的注入的效果提高。因此，根據(jù)本實施方式 的結(jié)構(gòu)，能夠抑制電場緩和區(qū)域130的空穴的注入，所以，能夠抑制寄 生可控硅的工作開始，能夠提高短路容量。
在本實施方式中，緩沖區(qū)域中的載流子密度較高的區(qū)域配置在電場 緩和區(qū)域130，但是，本發(fā)明不限于此。即，如圖12或圖13所示，若 將緩沖區(qū)域的載流子密度較高的區(qū)域156適當(dāng)配置在有源區(qū)域128,則 能夠抑制對耐壓維持區(qū)域28注入的空穴的量，所以，不會失去本發(fā)明 的效果。并且，在圖12、 13中，緩沖區(qū)域156是載流子密度比緩沖區(qū) 域154、 122低的區(qū)域。此外，在圖12中，集電極區(qū)域152是載流子密 度比集電極活性區(qū)域150低的區(qū)域。此外，在圖13中，集電極區(qū)域124 的流子密度比集電極非活性區(qū)域126高。
此外，如圖14所示，載流子密度比緩沖區(qū)域120高的緩沖區(qū)域122 配置在電場緩和區(qū)域，即使將集電極非活性區(qū)域170適當(dāng)配置在有源區(qū) 域，也能夠抑制針對耐壓維持區(qū)域28的空穴的注入，所以，可得到本 發(fā)明的效果。此處，集電極活性區(qū)域172是載流子密度比集電極非活性 區(qū)域170高的區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有第一導(dǎo)電型的發(fā)射極區(qū)域；與所述發(fā)射極區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的基極區(qū)域；與所述基極區(qū)域接觸的第一導(dǎo)電型的耐壓維持區(qū)域；與所述耐壓維持區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的集電極區(qū)域；與所述集電極區(qū)域接觸地配置的作為電極的集電極，所述集電極區(qū)域的與電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域和與有源區(qū)域重疊的區(qū)域都具有第二導(dǎo)電型的摻雜劑，在與所述電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域具有第二導(dǎo)電型載流子的載流子密度比與所述有源區(qū)域重疊的區(qū)域低的區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述耐壓維持區(qū)域和所述集電極區(qū)域的中間，形成第 一導(dǎo)電型載流子的載流子密度比所述耐壓維持區(qū)域高的第 一導(dǎo)電型的緩沖區(qū)域。
3. —種功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有第一導(dǎo)電型的發(fā)射極區(qū)域；與所述發(fā)射極區(qū)域接觸的第二導(dǎo) 電型的基極區(qū)域；與所述基極區(qū)域接觸的第一導(dǎo)電型的耐壓維持區(qū)域； 與所述耐壓維持區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的集電極區(qū)域；配置在所述耐壓 維持區(qū)域和所述集電極區(qū)域的中間、且第 一導(dǎo)電型載流子的載流子密度 比所述耐壓維持區(qū)域高的第 一 導(dǎo)電型的緩沖區(qū)域；與所述集電極區(qū)域接 觸地配置的作為電極的集電極，在所述緩沖區(qū)域的與電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域，存在第 一導(dǎo)電型載 流子的載流子密度比與有源區(qū)域重疊的區(qū)域高的區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求1~3的任意一項的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述耐壓維持區(qū)域的與所述電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域具有作為第二導(dǎo)電型的區(qū)域的保護環(huán)；作為第一導(dǎo)電型區(qū)域的溝道頂部區(qū)域，在 比形成有所述保護環(huán)的區(qū)域進一步離開所迷有源區(qū)域的區(qū)域，第 一導(dǎo)電 型載流子的載流子密度比所述耐壓維持區(qū)域高。
5. —種功率用半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 具有如下步驟背面研磨步驟，以背面研磨機對晶片背面進行研磨；集電極形成步驟，從所述晶片背面進行離子注入，形成集電極區(qū)域；集 電極活性化步驟，利用激光退火處理，使在所述集電極形成步驟中注入 的離子活性化；電極形成步驟，在所述晶片背面形成電極；電極加熱步驟，對在所述電極形成步驟中所形成的電極進行加熱，在所述集電極活性化步驟中，所述集電極區(qū)域的與電場緩和區(qū)域重 疊的區(qū)域具有以比與有源區(qū)域重疊的區(qū)域低的激光功率進行所述激光 退火的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5的功率用半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 具有如下步驟緩沖區(qū)形成步驟，利用離子注入，從所述晶片背面 在比所述集電極區(qū)域深的地方形成導(dǎo)電型與所述集電極區(qū)域不同的緩 沖區(qū)域；緩沖區(qū)活性化步驟，利用激光退火處理，使在所述緩沖區(qū)形成 步驟中所注入的離子活性化，在所述緩沖區(qū)活性化步驟中，所述緩沖區(qū)域的與所述電場緩和區(qū)域 重疊的區(qū)域和與所述有源區(qū)域重疊的區(qū)域以相同的激光功率進行退火 處理、或者與所述電場緩沖區(qū)域重疊的區(qū)域比所述有源區(qū)域重疊的區(qū)域 強的激光功率進行退火處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及抑制開光特性的惡化或者寄生可控硅的動作開始并且具有集電極和集電極的接觸良好的歐姆特性的功率用半導(dǎo)體裝置以及制造方法，其目的在于提供一種改善了短路容量等的特性的功率用半導(dǎo)體裝置以及制造方法。具有第一導(dǎo)電型的發(fā)射極區(qū)域；與所述發(fā)射極區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的基極區(qū)域；與所述基極區(qū)域基礎(chǔ)的第一導(dǎo)電型的耐壓維持區(qū)域；與所述耐壓維持區(qū)域接觸的第二導(dǎo)電型的集電極區(qū)域；與所述集電極區(qū)域接觸地配置的作為電極的集電極。并且，該集電極區(qū)域的與電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域和與有源區(qū)域重疊的區(qū)域都具有第二導(dǎo)電型的摻雜劑，在與該電場緩和區(qū)域重疊的區(qū)域具有第二導(dǎo)電型載流子的載流子密度比與該有源區(qū)域重疊的區(qū)域低的區(qū)域。
文檔編號H01L21/331GK101345255SQ200810074210
公開日2009年1月14日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
發(fā)明者上村仁, 久本好明, 楢崎敦司 申請人:三菱電機株式會社