[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造方法。

背景技术

具有高击穿电压的分立半导体在功率转换设备中起重要的作用。例如，绝缘栅双极晶体管（IGBT）或绝缘栅场效应晶体管（MOSFET）已知为分立半导体。具体而言，由于IGBT具有通过电导率调制来减小导通电压的特性，因此它适用于在高电压处需要功率转换的情况。

近年来，已开发了具有端接结构的反向阻断IGBT（RB-IGBT），其中当向包括IGBT的集电极区和漂移区的pn结施加反向偏压时获取高击穿电压（在下文中称为反向击穿电压）。例如，反向阻断IGBT开始施加到AC（交流）/AC直接转换设备。

图26是示出根据现有技术的反向阻断IGBT的截面图。图26所示的反向阻断IGBT包括其中在n^-晶片101中形成将作为n^-漂移区的IGBT的元件结构的有源区100、以及包围有源区100的击穿电压结构110。在有源区100中，例如，包括p基极区或n⁺发射极区、栅电极、以及发射电极的平面栅型IGBT的表面元件结构在晶片101的第一主表面中形成。p集电极区102设置在晶片101的整个第二主表面上。集电电极103与p集电极区102接触。

在击穿电压结构110中，多个p型区111以及与p型区111接触的多个导电膜112设置在晶片101的第一主表面中。p型隔离区（在下文中称为硅贯通隔离区（through silicon isolation region））121设置在晶片101的外周端部120以使其从晶片101的第一主表面延伸到漂移区并与p集电极区102接触。隔离区121包围击穿电压结构110。击穿电压结构110和外周端部120（端接结构）包围有源区100。

例如，反向阻断IGBT的隔离区121如下地形成。首先，从晶片101的第一主表面注入p型杂质。然后，长时间地进行热处理以使所注入的p型杂质深深地扩散到晶片101的第二主表面中。以此方式，形成通过扩散p型杂质而获取的隔离区121。然后，晶片101从晶片101的第二主表面研磨以露出隔离区121。以此方式，形成从晶片101的第一主表面延伸到第二主表面的隔离区121。

作为形成反向阻断IGBT的隔离区的方法，提出了以下方法。n^-硅基板具有彼此相对的下表面和上表面。通过扩散p型杂质在n^-硅基板的整个底部上形成高浓度的p型杂质扩散层。另外，通过扩散p型杂质在n^-硅基板的上表面中部分地形成p型隔离区。p型隔离区具有到达p型杂质扩散层的上表面的底部（例如，参见以下专利文献1）。

图27是示出根据现有技术的反向阻断IGBT的另一示例的截面图。在图27所示的反向阻断IGBT中，p型隔离区130沿着从晶片101的第一主表面延伸到p集电极区102且连接到p集电极区102的沟槽的侧壁设置。沟槽包围有源区100以及晶片101的击穿电压结构110。沟槽填充有填充物131。

作为形成具有沟槽结构的隔离区的方法，提出了以下方法。其中依次执行：在作为第一导电类型且具有第一主表面以及与该第一主表面相对的第二主表面的半导体基板的第二主表面中形成第二导电类型的第一杂质区的步骤、使用各向异性蚀刻来形成从第一主表面延伸到半导体基板的周边区域中的第一杂质区的沟槽的步骤、以及使用离子注入将第二导电型杂质从沟槽的侧壁引入到半导体基板以形成第二杂质区的步骤（例如，参见以下专利文献2）。

图28是示出根据现有技术的反向阻断IGBT的另一示例的截面图。在图28所示的反向阻断IGBT中，有源区100和击穿电压结构110设置在晶片101中。隔离区122设置在晶片101的外周端部120的第一主表面中。另外，经由隔离区122从第二主表面延伸到第一主表面的凹部123设置在晶片101的外周端部120处。

凹部123的侧壁和晶片101的第二主表面之间的角为例如54.7°。即，晶片101的外周端部120比有源区100薄。p集电极区102和p型区124设置在晶片101的第二主表面和凹部123的侧壁中。隔离区122通过p型区124连接到p集电极区102。

例如，图28所示的反向阻断IGBT如下地制造。首先，晶片101的第一主表面是（100）平面，并且在晶片101的第一主表面上形成隔离区122、反向阻断IGBT的表面元件结构、以及击穿电压结构。然后，将晶片101减薄到从晶片101的第二主表面起的预定厚度。