[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及其制造方法。

背景技术

近年来，从节能的观点出发，在家电产品及产业用电力装置的控制等中一直广泛使用倒相电路。倒相电路是通过功率半导体器件重复电压或电流的导通和截止，进行电力控制。当额定电压为300V以上时，根据其特性，主要采用的是绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor(IGBT))。

倒相电路往往主要驱动感应电动机等电感性负载。此时由于电感性负载而产生反向电动势。因此，需要使与此反向电动势产生的IGBT的主电流反向的电流回流的续流二极管(Free Wheel Diode)。

在通常的倒相电路中一直采用将作为分立元件的IGBT与续流二极管并联。但是，为了使倒相装置小型、轻量化，正在开发将IGBT与续流二极管一体化、并单片化的半导体装置。

传统上，这种将IGBT与续流二极管一体化、并单片化的半导体装置，已经在例如特开平05-152574号公报、特开平06-085269号公报、特开平07-153942号公报等中提出。

上述半导体装置的续流二极管在正向导通状态下，在上述半导体装置中积蓄用于输送电流的多数载流子。因此，在电压刚反向切换后，会产生大的反向电流瞬间流动的现象(恢复动作)。

在上述传统技术中存在以下的问题：在此恢复动作中电流流动，以使基板上的IGBT及续流二极管的形成区域(单元区)的外围区域内积蓄的载流子向单元区的端部集中，有时半导体装置会被破坏(恢复击穿)。

被恢复击穿的半导体装置在电气上等效于在电极之间的电阻器等，因此已不能作为IGBT及续流二极管充分起作用。另外，有时也呈现出金属电极溶解等的外观异常。而如果对单元区端部的晶体结构进行分析，则有时能观察到本来的单晶结构已被破坏的部分。

另外，半导体装置中的载流子寿命越长，恢复动作中的电流就越大，越容易发生恢复击穿。载流子寿命虽然通过电子线照射等，可以变得更短，但会因增加工序而使制造成本提高。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于：提供一种半导体装置及其制造方法，该半导体装置在二极管的恢复动作时，能够抑制使单元区的外围区域内积蓄的载流子向单元区的端部集中而流动的电流，防止恢复击穿。

本发明的半导体装置备有半导体基板、第2导电型的第2杂质区、第1导电型的第3杂质区、第2导电型的第4杂质区、第1导电型的第5杂质区和控制电极层。半导体基板具有第1及第2主面，并含有第1导电型的第1杂质区。第2杂质区在半导体基板的第1主面上形成，在第1主面上由第1杂质区围住。第3杂质区在第1主面上形成，它与第1杂质区之间夹着第2杂质区。第4杂质区在半导体基板的第2主面上有选择地形成，与第2杂质区之间夹着第1杂质区。第5杂质区在半导体基板的第2主面上有选择地形成，它与第2杂质区之间夹着第1杂质区，其杂质浓度比第1杂质区高。控制电极层与夹在第1杂质区和第3杂质区之间的第2杂质区隔着绝缘膜相对而形成。与第1主面上形成第1杂质区的部分正对的第2主面的部分在第2主面上围住第4及第5杂质区的形成区域，且是具有第1杂质区的杂质浓度以下的浓度的第1导电型的区域及第2导电型的区域中的任一区域。

本发明的半导体装置制造方法包括以下工序：

首先，在具有第1及第2主面的、且具有第1导电型的第1杂质区的半导体基板的第1主面上有选择地导入杂质，从而在第1主面上形成由第1杂质区围住的第2导电型的第2杂质区。在第2杂质区内的第1主面上形成第1导电型的第3杂质区，在该区与第1杂质区之间夹着第2杂质区。控制电极层与夹在第3杂质区和第1杂质区之间的第2杂质区隔着绝缘膜相对而形成。在第2主面上有选择地形成第2导电型的第4杂质区。在与第2杂质区正对的第2主面的部分上有选择地形成杂质浓度高于第1杂质区的第1导电型的第5杂质区。

根据本发明的半导体装置及其制造方法，与半导体基板的第1主面上形成了第1杂质区的部分正对的第2主面的部分在第2主面上围住第4及第5杂质区的形成区域，而且是具有浓度小于第1杂质区的杂质浓度的第1导电型的区域和第2导电型的区域中的任一区域。也就是说，在与半导体基板的第1主面上形成第1杂质区的部分正对的第2主面的部分上未形成浓度比第1杂质区的杂质浓度高的第1导电型的区域。