CN114388610B 反向导通型半导体装置及反向导通型半导体装置的制造方法 （三菱电机株式会社）

反向导通型半导体装置及反向导通型半导涉及反向导通型半导体装置及反向导通型向导通型半导体装置。半导体基板(50)具有第1主面(F1)及第2主面(F2)。基极接触层(14)配置部分，阳极接触区域具有比阳极层(25)高的第21阳极接触层(24b)，该第1阳极接触层具有比基极接触层(14)低的净浓度和比基极接触层(14)2具有半导体基板，该半导体基板被包含于所述绝缘栅双极晶绝缘栅极构造，其用于通过所述基极层而形成用于对所述发射所述阳极接触区域包含第1阳极接触层，该第1阳极接触层具有比所所述阳极接触区域包含第2阳极接触层，所述第1阳极接触层具有比所述第2阳极接触所述第1阳极接触层具有比所述第2阳极接触层高的第1导电型杂所述第1主面在所述二极管区域不呈所述第3所述阳极层的净浓度的峰值即净峰浓度大于或等于1×1016所述第1阳极接触层的净浓度的峰值即净峰浓度大于或等于1×1018在所述二极管区域，所述半导体基板在所述第1阳极接触层和所述阳极层之间的深度所述第1阳极接触层在离开了所述第1主面的深度位置处具有厚度方向上的净浓度分所述半导体基板在所述二极管区域的厚度方向上在所述第1阳极接触层和所述阳极层通过向所述半导体基板的所述第1主面之上的离子注入通过向所述半导体基板的所述第1主面之上的离子注入，进行进行所述发射极层的所述第1导电型杂质的添加的工序和进行所述第1阳极接触层的所述第1导电型杂质的添加的工序被作为共通的第1导电型杂质添加工序12.根据权利要求11所述的反向导通型半导体装置的制造方法，其中，还具有如下工通过向所述半导体基板的所述第1主面之上的离子注入，进行所述基极通过向所述半导体基板的所述第1主面之上的离子注入，进行进行所述基极接触层的所述第2导电型杂质的添加的工序和进行所述第1阳极接触层的所述第2导电型杂质的添加的工序被作为共所述共通的第1导电型杂质添加工序中的每单位面积的第1导电型杂质离子的注入量4[0002]对于在通用逆变器、AC伺服等领域中进行三相电动机的可变速控制的功率模块等，从节能的观点出发，使用绝缘栅双极晶体管(IGBT：InsulatedGateBipolar[0007]本发明涉及的反向导通型半导体装置具有绝缘栅双极晶体管区域及二极管区域，5在绝缘栅双极晶体管区域配置于漂移层和第2主面之间。阳极层在二极管区域配置于漂移配置于漂移层和第2主面之间。绝缘栅极构造用于通过基极层形成用于对发射极层和漂移比基极接触层低的净浓度和比基极接触层高的第1导电[0008]用于对上述反向导通型半导体装置进行制造的反向导通型半导体装置的制造方第1导电型杂质的添加。进行发射极层的第1导电型杂质的添加的工序和进行第1阳极接触层的第1导电型杂质的添加的工序被作为共通的第1导电型杂质添加工序[0012]图2是概略地表示图1的区域II中的沿半导体基板的第1主面观察的反向导通型半[0021]图11是与图2中的线III-III的剖面对应地，概略地表示图8的制造方法中的一个[0022]图12是与图2中的线IV-IV及线V-V所共通的剖面对应地，概略地表示图11的工序[0023]图13是与图2中的线III-III的剖面对应地，概略地表示图8的制造方法中的一个6[0027]图17是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式2的沿半导体基板的第1主面观[0028]图18是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式3的沿半导体基板的第1主面观[0029]图19是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式4的沿半导体基板的第1主面观[0030]图20是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式5的沿半导体基板的第1主面观[0031]图21是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式6的沿半导体基板的第1主面观[0032]图22是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式7的沿半导体基板的第1主面观[0033]图23是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式8的沿半导体基板的第1主面观[0034]图24是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式9的沿半导体基板的第1主面观[0035]图25是在图3的单点划线DD的深度范围中，示出实施方式10的反向导通型半导体[0036]图26是表示实施方式10的反向导通型半导体装置的阳极层的净峰浓度与可控制[0037]图27是表示实施方式10的反向导通型半导体装置的第1阳极接触层的净峰浓度和二极管的接通电压之间的关系的测量结果的[0038]图28是在图2的单点划线的深度范围中，示出实施方式11的反向导通型半导体装[0039]图29是在图2的单点划线的深度范围中，示出实施方式12的反向导通型半导体装[0040]图30是在图2的单点划线的深度范围中，示出实施方式13的反向导通型半导体装7导电型杂质为施主且第2导电型杂质为受主的情况进行说明。导电型的这样的选择是用于[0046]图1是概略地表示本实施方式1的RC-IGBT100(反向导通型半导体装置)的结构的域的周围配置有用于RC-IGBT100的耐压保持的末[0047]图2是概略地表示图1的区域II中的沿半导体基板50的第1主面观察的RC-IGBT[0048]RC-IGBT100具有半导体基板50、有源沟槽栅极11(绝缘栅极构造)、集电极各自在IGBT区域10和二极管区域20之间连续地延伸。优选上表面F1在二极管区域20不呈n移层1横跨IGBT区域10及二极管区域20。[0050]p型基极层15在IGBT区域10配置于n-漂移层1和上表面F1之间。n型发射极层13在[0051]p型阳极层25在二极管区域20配置于n-漂移层1和上表面F1之间。优选p型阳极层[0052]p型阳极接触区域24包含p+阳极接触层24b(第1阳极接触层)、p++阳极接触层24a8[0053]有源沟槽栅极11用于通过p型基极层13形成用于对n型发射极层13和n-漂移层1之间的电气路径进行控制的沟道。通过向栅极焊盘41c施加电位而对有源沟槽栅极11的电位序和进行p+阳极接触层24b的施主添加的工序被作为共通的施主添加工序(后面会参照图极接触层24b的受主添加的工序被作为共通的受主添加工序(后面会参照图13～图15进行的注入量比共通的受主添加工序中的每单位面积的受主离子(第2导电型杂质离子)的注入浓度比p++基极接触层14的净浓度低的反盘41a以流过在RC-IGBT100的单元区域整体流动的电流的几分之一至几万分之一的电流的方式，与单元区域的一部分IGBT单元或二极管单元电连接。向栅极焊盘41c施加用于对RC-IGBT100进行通断控制的栅极驱动电压。开尔文发射极焊盘41b与IGBT单元的p型基极单元区域包围的方式，设置FLR(FieldLimmitingRing：场限环)或VLD(Variationof9处的p型末端阱层的数量及VLD处的浓度分布可以根据RC-IGBT100的耐压设计而适当选设置p型末端阱层，或者也可以在焊盘区域40设置IGBT单元及二极管单元中的至少任意一[0062]参照图2，在IGBT区域10配置有由有源栅极电极11a及栅极绝缘膜11b构成的有源[0063]在二极管区域20配置有由二极管沟槽电极21a及二极管沟槽绝缘膜21b构成的二层1高的施主浓度。通过n型载流子积蓄层2，能够降低在IGBT区域10流过电流时的通电损[0066]p型基极层15配置于n型载流子积蓄层2(在省略了n型载流子积蓄层2的情况下为金层之上也可以形成有由化学镀法或电解镀法形成的至少1个镀膜。镀膜例如由镍(Ni)构材料构成的部分。栅极驱动电压施加于有源栅极电极11a，则在与栅极绝缘膜11b接触的p型基极层15形成沟[0070]IGBT区域10具有在n-漂移层1和下表面F2之间配置的n型缓冲层3。n型缓冲层3具有比n-漂移层1高的施主浓度。n型缓冲层3是为了抑制在RC-IGBT100为断开状态时从p型[0071]另外，IGBT区域10在n型缓冲层3(省略了n型缓冲层3的情况下为n-漂移层1)和下极电极7的结构也可以与发射极电极5的结[0072]n型发射极层13设置为在Y方向(有源沟槽栅极11的宽度方向)的两侧与栅极绝缘电极层5a可以由Al及AlSi中的至少任意一者构成。发射极电极5的阻挡金属层5b也可以由间。另外，二极管区域20具有从上表面F1将达n-漂移层1的二极管沟槽栅极21。二极管沟槽栅极21设置于在半导体基板50形成的沟槽管沟槽栅极21之上设置层间绝缘膜4，在该情况下，二极管沟槽栅极21的二极管沟槽电极21a通过未图示的配线与发射极电极5电连接。二极管沟槽电极21a隔着二极管沟槽绝缘膜置有p++阳极接触层24a而没有配置p+阳极接触层24b。p++阳极接触层24a的净掺杂浓度比p+在p型阳极层25和p+阳极接触层24b之间配置有p+层26和有源沟槽栅极11的距离，因此即使在RC-IGBT100的续流二极管动作时栅极驱动电压被施加于有源栅极电极11a的情况下，也能够抑制从与IGBT区域10的有源沟槽栅极11相[0082]n-漂移层1的施主可以为砷或磷，n-漂移层1的施主浓度例如大于或等于1×1012/为砷或磷，n型载流子积蓄层2的施主浓度例如大于或等于1×1013/cm3且小于或等于1×1017/cm3。n型缓冲层3的施主可主浓度例如大于或等于1×1012/cm3且小于或等于1×1018/cm3。n型阴极层26的施主可以为基极接触层14的受主浓度例如大于或等于1×1015/cm3且小于或等于1×1020/cm3。p型基极层15的施主可以是硼或铝，p型基极层15的施主浓度例如大于或等于1×1012/cm3且小于或极层25的受主浓度例如大于或等于1×1012/cm3且小于或等于1×1019或等于1×1014/cm3且小于或等于1×1019/cm3。p型末端阱层31将包含IGBT区域10及二极管区域20的单元区域包围。p型末端阱层31被设置为多个环状图案，其数量是根据RC-IGBT[0088]集电极电极7不仅如上所述地横跨IGBT区域10及二极管区域20，还横跨末端区域[0089]发射极电极5不仅如上所述地横跨IGBT区域10及二极管区域20，还横跨末端区域之上的层间绝缘膜4形成的接触孔而电连接。发射极电极5和末端电极6经由半绝缘性膜33[0092]图8是概略地表示上述RC-IGBT100的制造方法的流程图。图9～图15是通过FZ(FloatingZone)法制作的晶片即FZ晶片、通过MCZ(Magneticapplied[0095]在步骤ST30及ST40(图8)中，通过从半导体基板50的上表面F1侧注入硼(B)等受通过用于形成p型阳极层25的受主的离子注入，可以同时形成p型末端阱层51(图6及图7)。面F1之上的离子注入而进行n型发射极层13的施主添加的工序和进行p+阳极接触层24b(参接触层24b(参照图3)的区域是呈n型而不是p型的临时区域24bD。通过与n型发射极层13相+阳极接触层24b(第1阳极接触层)、p++阳极接触层24a(第2阳极接触层)用的注入掩模图15)中的每单位面积的施主离子的注入量比共通的受主添加工序(图11及图12)中的每单[0101]在步骤ST110(图8)中，例如形成由SiO2构成的层间绝缘膜4(参照图3～图5)。而类合金)层等铝合金层。在该铝合金层之上也可以形成有由化学镀法或电解镀法形成的至区域10或二极管区域20。施主的注入例如可以通过磷(P)离子的注入及质子(H+)的注入中形成的情况相比，容易充分地确保半导体基板50的厚度方向(Z方向)上的n型缓冲层3的尺[0107]接着，在二极管区域20例如通过磷(P)的注入而形成n型阴极层26(参照图3～图5)。用于形成n型阴极层26的施主的注入量比用于形成p型集电极层16的受主的注入量多。但优选n型阴极层26的深度大于或等于p型集电极层16的深度。由于在形成n型阴极层26的[0108]向半导体基板50的下表面F2侧注入的离子可以通过将激光照射至下表面F2的激层3也能够同时被激活。在n型缓冲层3使用质子的情况下，适于其激活的热处理温度比较以不超过上述温度范围的方式将下表面F2附[0110]此外，步骤ST130也可以在与步骤ST120相关联的上述说明中的铝合金层的形成、层13的施主添加的工序和进行p+阳极接触层24b的施主添加的工序单独地进行的情况相[0115]另外，进行p++基极接触层14的受主添加的工序和进行p+阳极接触层24b的受主添层14的受主添加的工序和进行p+阳极接触层24b的受主添加的工序单独进行的情况相比，[0116]上述共通的施主添加工序中的每单位面积的施主离子的注入量比上述共通的受度的差异，对p+阳极接触层24b的净浓度相对于p++阳极接触层24a的净浓度的差异进行调多个二极管区域20设置为岛状。在图16中，二极管区域20设置为在纸面左右方向上具有4够应用在IGBT区域10内1个或多个二极管区域20的周围被IGBT区域10包围的结[0126]图17是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式2的沿半导体基板50的上表面+阳极接触层24b以被p++阳极接触层24a包围的方式配置于[0130]图18是以与图17相同的视野，概略地表示实施方式3的沿半导体基板50的上表面++阳极接触层24a包围的p+阳极接触层24b分散地配置为[0133]图19是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式4的沿半导体基板50的上表面[0136]图20是以与图17相同的视野，概略地表示实施方式5的沿半导体基板50的上表面[0139]图21是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式6的沿半导体基板50的上表面+阳极接触层24b包围的p++阳极接触层24a分散地配置为[0142]图22是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式7的沿半导体基板50的上表面区域中的一部分台面区域的上表面仅配置有p型阳极层25而没有配置p++阳极接触层24a及p+阳极接触层24b，在另一部分台面区域的上表面仅配置有p++阳极接触层24a及p+阳极接触[0145]图23是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式8的沿半导体基板50的上表面分出的半导体基板50的多个台面区域的每一者处，在X方向(与沟槽的延伸方向平行的方[0148]图24是以与图2相同的视野，概略地表示实施方式9的沿半导体基板50的上表面除此之外的结构与上述实施方式1的结构大致相同，因此对相同或对应的要素标注相同标[0149]根据本实施方式，能够降低p+阳极接触层24b的X方向(与沟槽的延伸方向平行的[0153]p型阳极层25(深度位置大于或等于2μm左右的区域)的净浓度Nn的峰值浓度大于[0154]图26是表示本实施方式10的RC-IGBT100的p型阳极层25的净峰浓度与在RRSOA试[0155]图27是表示本实施方式10的RC-IGBT100的p+阳极接触层24b(第1阳极接触层)的净峰浓度与由二极管区域20构成的二极管的接通电压之间的关系的测量结果的例子的曲极接触层24b的净峰浓度设为大致大于或等于1×1018/cm3，能够对二极管的接通电压进行