[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及包括反向阻断型半导体装置、双向半导体装置的半导体装置，特别涉及沟道栅型的半导体装置。

背景技术

近年来，在用于使用半导体元件进行AC(交流)/AC转换和/或AC/DC(直流)转换、DC/AC转换等的电力转换电路中，作为不使用由电解电容器和/或直流电抗器等构成的直流平滑电路而能构成的直接转换电路，已知有矩阵转换器。由于该矩阵转换器可在交流电压下使用，所以在构成矩阵转换器的多个开关器件中，需要具有可在正向和反向进行电流控制的双向性的双向开关器件。以往，作为该双向开关器件，可使用将两组由与通常的绝缘栅型双极晶体管(以下，称为IGBT)串联的反向耐压用的二极管构成的器件反向并联而可在双向进行电流控制的双向开关器件。

最近，从电路的小型化、轻量化、高效率化、高速响应化以及低成本化等观点考虑，由反向阻断IGBT(RB-IGBT)构成的上述的双向开关器件备受关注。其理由是通过构成为将两个该反向阻断IGBT反向并联，从而能够在不使用上述反向耐压用的二极管的条件下构成双向开关器件。由单芯片构成将这两个反向阻断IGBT反向并联而成的双向开关器件是双向IGBT。接下来，对以往的反向阻断IGBT的构成进行说明。

图15是示意性地表示以往的反向阻断IGBT的构成的截面图。该反向阻断IGBT通常在中央具有活性区域110，在环绕该活性区域110的外周侧，隔着耐压结构区域120设置有分离部130。分离部130具有p型的分离区域31。活性区域110是成为纵型IGBT的主电流的路径的区域，该纵型IGBT具备n^-漂移区1、p基区2、n⁺发射区3、发射电极9、p集电区10以及集电极11等。上述分离区域31是以从半导体基板的正面开始与背面侧的p集电区10接触的深度而形成的p型区域。对于活性区域110的构成，参照图16进行详细说明。

图16是详细表示图15所示的以往的反向阻断IGBT的活性区域的构成的截面图。n^-漂移区域1由通过FZ(Floating Zone)法制作的硅基板(以下，称为FZ硅基板)构成。在使用了FZ硅基板的IGBT中，与使用了以往的外延硅基板的IGBT不同，不使用高浓度半导体基板。因此，例如将IGBT的额定电压设为600V的情况下，可以使硅基板的厚度为100μm左右，将IGBT的额定电压设为1200V的情况下可以使硅基板薄化至180μm左右。

在成为n^-漂移区1的FZ硅基板的正面的表面层，选择性地设置有p基区2。在p基区2的基板正面侧的表面层，选择性地设置有n⁺发射区3和p⁺体区4。在被n⁺发射区3和n^-漂移区1夹着的部分的p基区2的表面上，隔着栅极绝缘膜6设置有由多晶硅构成的栅电极7。发射电极9在n⁺发射区3和p⁺体区4的表面均形成欧姆接触。在栅电极7与发射电极9之间设置有层间绝缘膜8，将栅电极7与发射电极9电绝缘。

在成为n^-漂移区1的FZ硅基板的背面侧，设置有p集电区10和与p集电区10欧姆接触的集电极11。使FZ硅基板的背面侧的构成为这样的构成时，通过薄化p集电区10的厚度，并且将p集电区10控制在所要求的低杂质浓度，从而能够降低来自p集电区10的少数载流子的注入效率，提高传输效率。其结果，就上述的构成的反向阻断IGBT而言，导通电压特性和关断损耗之间的权衡关系得到改善，能够同时降低导通电压的减少和关断损耗。

作为这样的反向阻断IGBT，提出了在半导体基板的正面侧形成p基区，在该p基区的内部形成n⁺发射区，在该半导体基板的外周部和背面侧，以包围p基区的方式形成基板侧面的p⁺分离区域和背面侧的p⁺集电区，将背面的p⁺集电区的厚度设为1μm左右的反向阻断IGBT(例如，参照下述专利文献1)。

另外，作为其它的反向阻断IGBT，提出了如下的反向阻断IGBT，即在半导体基板至少具备在将该半导体基板设为一层的层的两侧形成的正向反向耐压用pn结，根据分离扩散区域在上述半导体基板的第一主面侧具备这两个pn结的耐压结终端结构的高耐压半导体装置中，将半导体基板设为一层的层通过设置从第一主面朝向内部实际上一定的杂质浓度分布或者杂质浓度朝向内部减少的区域，从而能够不使反向耐压降低而减少反向漏电流(例如，参照下述专利文献2)。