[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2010年10月21日提交的日本专利申请No.2010-236389且要求该申请的优先权，该申请的内容通过引用结合于此。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及诸如IC、MOS、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等的半导体器件，尤其涉及具有双向阻断能力的双向器件或反向阻断IGBT。本发明还涉及制造这种半导体器件的方法。

2.现有技术说明

以下对一种类型的半导体器件-反向阻断IGBT进行描述。逆变器电路和断路器电路的主要应用领域中的常规IGBT在提供有正向耐压的情况下是足够的。不管反向阻断结是否存在，都在暴露在芯片切割侧面的反向阻断结表面的边缘制造常规IGBT而不考虑保持可靠性。但是近年来，对直接链接的例如矩阵转换器的转换电路作了研究，这些转换电路包括AC(交流)/AC转换电路、电流源型DC(直流)/AC转换电路、以及诸如采用具有反向阻断能力的开关元件的新三电平电路的一些类型的DC/AC转换电路，以便实现尺寸和重量减小、效率高、响应快、以及成本减少。

为了保持反向阻断IGBT的反向阻断能力，完成制造工序后的半导体衬底(还称作晶片)被切割成具有正方形形状的多个半导体芯片，且各半导体芯片中的反向阻断pn结向芯片的正面侧弯曲地延伸以避免在切割工序中暴露到切割表面。通过正面上的绝缘膜来保护pn结的边缘以保持可靠性。为了使反向阻断pn结向正面侧延伸，半导体芯片需要包括一扩散层，该扩散层具有例如p型的与芯片的背面侧的p型集电层相同的导电类型，且连接至p型扩散层的一端上的p型集电层并向另一端上的正面延伸。该扩散层沿着芯片的侧面形成。沿着芯片的侧面形成的该扩散层在本说明书中被称作隔离层。

图2(a)、2(b)和2(c)是半导体衬底的主要部分的截面图，其根据处理步骤的顺序示出在常规反向阻断IGBT中形成隔离层的方法。在附图的方法中，通过施加和扩散的方式来形成隔离层。首先，通过如图2(a)所示的热氧化法在晶片1上形成用作掺杂剂掩模的膜厚约为2.5μm的氧化物膜2。然后，在该氧化物膜2中，用如图2(b)所示的光刻技术和蚀刻通过图案化来形成p型杂质源硼的扩散用开口3。然后，在开口3处施加硼源5，之后接着在扩散炉中长时间地进行高温下的热处理，从而形成具有如图2(c)所示的数百μm深度的p型扩散层。该p型扩散层变成隔离层4。此后，形成如图3所示的正面侧MOS栅结构10，图3示出完成后的反向阻断IGBT。然后，从背面侧向下研磨晶片至隔离层4的尖端以将晶片厚度减小至由图2(c)中虚线所示的深度。由P型集电层6和集电电极7构成的背面结构如图3所示地在此研磨表面上形成。通过沿着隔离层4的正面图案中的中心线位置处的划线切割晶片来制造由图3的包含切割边缘8的截面图所示的反向阻断IGBT芯片。

图4(a)、4(b)和4(c)是常规反向阻断IGBT的晶片的主要部分的截面图，其根据处理步骤的顺序示出用于形成隔离层的另一制造方法。图4(a)、4(b)和4(c)是根据处理步骤的顺序示出诸步骤的半导体衬底的主要部分的截面图，其中从晶片1的正面垂直地挖出沟槽11，且沿着垂直侧面形成扩散层以获得与之前描述的隔离层4起到类似作用的隔离层4a。

首先，形成具有数μm厚度的厚氧化物膜2作为用于形成图4(a)所示沟槽的蚀刻掩模。之后，通过干法蚀刻技术形成如图4(b)所示的具有数百μm深度的深沟槽11。随后，通过气相扩散向沟槽11的侧面引入硼杂质以形成如图4(c)所示的p型隔离层4a。沟槽填充有多晶硅等的绝缘膜增强材料。接着，如上所述的工序的执行包括以下步骤：背面研磨、形成IGBT功能所必需的正面侧MOS栅结构10、背面p型集电层6以及集电电极7。通过沿着沟槽11的中心处或者双沟槽的中间处(图中未示出)的划线切割晶片1来形成IGBT芯片。由此，生产出如包含切割边缘部8的图5中的截面图所示的反向阻断IGBT。这种类型的反向阻断IGBT在专利文献1、2和3中公开。