[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及例如绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等半导体装置。

背景技术

从节能的角度出发，在通用逆变器、AC伺服等领域中，在用于进行三相电动机的可变速控制的功率模块等中使用IGBT、二极管。为了减少逆变器损耗，要求降低IGBT、二极管的通断损耗及导通电压。

IGBT的导通电压的大半是保持耐压所需的厚的n型基极层(漂移层)的电阻，为了降低该电阻，使构成IGBT的晶片(半导体衬底)变薄是有效的。但是，如果使晶片变薄，则在对集电极电极施加了电压时，耗尽层到达至晶片的背面(集电极侧的面)，发生耐压的下降、泄漏电流的增大。因此，在通常的IGBT的集电极侧浅浅地形成有与衬底相比杂质浓度高的n⁺缓冲层(以下将该缓冲层称为“浅n⁺缓冲层”)。

另一方面，与晶片的加工技术的进步相伴，IGBT的晶片的厚度能够薄至接近于可确保所期望的耐压的极限。在将晶片加工得薄的情况下，即使在晶片的背面侧形成有浅n⁺缓冲层，如果IGBT进行通断动作，电源电压和电涌电压(＝L×di/dt)被施加于集电极－发射极间，则耗尽层也到达至背面侧。如果耗尽层到达至背面侧，则载流子枯竭，发生电压及电流进行振荡这一问题。

作为其对策，存在下述技术，即，在晶片的背面侧设置与浅n⁺缓冲层相比杂质浓度低、且从背面起的深度大(大于或等于10μm)的n⁺缓冲层(以下将该缓冲层称为“深n⁺缓冲层”)。通过设置深n⁺缓冲层，从而在通断动作时，即使对集电极电极施加高电压，也能够平缓地阻止耗尽层的扩展。其结果，通过防止背面侧的载流子的枯竭，使载流子滞留，从而能够防止急剧的电压上升。

但是，在使用深n⁺缓冲层的技术中，由于在IGBT断开时，需要使耗尽层止于深n⁺缓冲层内，在背面侧残留载流子，因此深n⁺缓冲层的杂质浓度的最优化非常难。在杂质浓度基于杂质的注入量、注入后的热处理的条件的变动而波动的情况下，断开时的电压振荡可能会变大，或者在对集电极电极施加了高电压时耗尽层可能会到达至背面侧而使泄漏电流增大。

为了解决上述问题，提出了具有浅n⁺缓冲层和深n⁺缓冲层这两者的“2级缓冲构造”(例如下述专利文献1、2)。

专利文献1：日本专利第3325752号公报

专利文献2：日本特开2013－138172号公报

现有的2级缓冲构造的IGBT能够实现泄漏电流的降低以及断开时的电压振荡的防止。但是，另一方面，由于来自晶片背面的空穴的供给量变少，因此产生短路动作时的破坏耐量(短路耐量)下降这一问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种半导体装置，该半导体装置能够实现泄漏电流的降低以及断开时的电压振荡的防止，并且改善短路耐量。

本发明所涉及的半导体装置具有：半导体衬底，其具有第1主面及第2主面；n型的第1半导体层，其形成于所述半导体衬底；p型的第2半导体层，其形成于所述第1半导体层的所述第1主面侧，与所述第1半导体层相比杂质浓度高；以及n型的第3半导体层及第4半导体层，它们形成于所述第1半导体层的所述第2主面侧，与所述第1半导体层相比杂质浓度高，所述第3半导体层遍布所述第1半导体层的所述第2主面侧的整体而形成，所述第4半导体层选择性地形成于所述第1半导体层的所述第2主面侧，所述第4半导体层与所述第3半导体层相比杂质浓度高，与所述第3半导体层相比从所述第2主面起的深度浅。

发明的效果

根据本发明所涉及的半导体装置，由于能够通过2级缓冲构造，防止泄漏电流的增加以及断开时的电压振荡，并且确保来自半导体衬底的第2主面(背面)的空穴供给量，因此破坏耐量得到改善。

附图说明

图1是表示IGBT处的短路动作时的电场分布的模拟结果的图。

图2是本发明的实施方式1所涉及的IGBT的剖视图。

图3是表示实施方式1所涉及的IGBT为导通状态时的空穴的导通路径的图。

图4是用于对实施方式1所涉及的IGBT的制造方法进行说明的工序图。

图5是用于对实施方式1所涉及的IGBT的制造方法进行说明的工序图。

图6是用于对实施方式1所涉及的IGBT的制造方法进行说明的工序图。