專利名稱：Igbt以及制造igbt的方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及一種絕緣柵雙極性晶體管(在下文中，被稱作“IGBT”)，以及一種 制造IGBT的方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種具有緩解的電場集中、提高的閂鎖效應容限 以及提高的熱耗散特性的IGBT，以及涉及一種制造所述IGBT的方法。
背景技術：
IGBT通過電導調制現(xiàn)象能夠獲得低導通電壓特性，并且能夠獲得高耐電壓和低導 通電壓兩個特性。圖10為示出在公開號為2005-142288的日本專利申請(JP-A-2005-142288)中 描述的IGBT 602的截面圖。發(fā)射極620形成在半導體基板604的正面上，并且集電極642 形成在半導體基板604的背面上。IGBT 602為縱型IGBT。在半導體基板604的平面圖中， IGBT 602具有有效區(qū)630和非有效區(qū)632。非有效區(qū)632圍繞有效區(qū)630，且有助于增加 IGBT 602的耐電壓。發(fā)射區(qū)650、體區(qū)648、包括漂移區(qū)646和645的漂移區(qū)、以及集電區(qū) 644形成在半導體基板604的有效區(qū)630中。η型的發(fā)射區(qū)650在鄰近于半導體基板604 的正面的范圍內形成，并且與發(fā)射極620接觸。ρ型的集電區(qū)644在鄰近于半導體基板604 的背面的范圍內形成，并且與集電極642接觸。包括漂移區(qū)646和645的漂移區(qū)為η型，并 且與集電區(qū)644接觸。漂移區(qū)包括η型摻雜劑的濃度低的狹義的漂移區(qū)646，以及η型摻雜 劑的濃度高的緩沖層645。這里要注意的是，狹義的漂移區(qū)646和緩沖層645共同地稱作漂 移區(qū)。也可形成無緩沖層的漂移區(qū)。體區(qū)648為ρ型，并且將發(fā)射區(qū)650與包括漂移區(qū)646 和645的漂移區(qū)分隔開。通過使柵絕緣膜660和柵電極658疊壓而形成的結構以如下方式 布置在半導體基板604的正面上使得這種結構面向將發(fā)射區(qū)650與漂移區(qū)646分隔開的 體區(qū)648的一部分。柵電極658通過層間絕緣膜652與發(fā)射極620絕緣。在有效區(qū)630中， 發(fā)射極620與半導體基板604的正面接觸。在半導體基板604的在非有效區(qū)632中的部分 處形成有場限環(huán)(在下文中，被稱作“FLR”)676。在該示例中，3個FLR 676被形成。FLR 676是浮空(floated)的，并且與發(fā)射極620絕緣。在非有效區(qū)632中，半導體基板604的 正面覆蓋有絕緣膜664。在非有效區(qū)632中，半導體基板604的正面與發(fā)射極620不接觸。 在有效區(qū)630中和在非有效區(qū)632中都形成有集電區(qū)644以及漂移區(qū)646和645。通過將集電極642連接到直流電源的正極并且將發(fā)射極620接地的方式使用IGBT 602。在這種狀態(tài)下，當施加正電壓到柵電極658上時，體區(qū)648面向柵電極658的一部分 的極性反向，這產生了在發(fā)射區(qū)650和漂移區(qū)646之間建立導通的溝道。于是，電子通過發(fā) 射區(qū)650和溝道從發(fā)射極620進入漂移區(qū)646。結果，這些電子停留在漂移區(qū)646中。然后 電子空穴通過集電區(qū)644從集電極642引入漂移區(qū)646。在漂移區(qū)646中發(fā)生有效的電導 調制現(xiàn)象，并且建立發(fā)射極620和集電極642之間的導通。IGBT 602利用電導調制現(xiàn)象因 此導通電壓低。在IGBT中，可能發(fā)生閂鎖效應現(xiàn)象，并且需要針對這種現(xiàn)象采取措施。當IGBT導 通時，在非有效區(qū)632內從集電區(qū)644進入漂移區(qū)646的電子空穴朝向形成在有效區(qū)630內的發(fā)射極620移動。因此，電子空穴傾向于集中在體區(qū)648和漂移區(qū)646之間的邊界面 的一部分的附近的區(qū)域中，該部分最接近于非有效區(qū)632。高電場傾向于在邊界面的上述部 分的附近的區(qū)域中產生。如果高電場在體區(qū)648和漂移區(qū)646之間的邊界面的附近產生， 則等于或高于由P型體區(qū)648和η型漂移區(qū)646形成的寄生二極管的閾電壓的電壓可能由 于高電場而產生。如果這種現(xiàn)象發(fā)生，即使在暫停施加正電壓到柵電極658之后電流在發(fā) 射極620和集電極642之間也繼續(xù)流動。就是說，發(fā)生閂鎖效應現(xiàn)象。根據公開號為2005-142288的日本專利申請(JP-A-2005-142288)，為了避免閂鎖 效應現(xiàn)象的發(fā)生，在非有效區(qū)632內的外側范圍內形成有絕緣層643，而不是集電區(qū)644。根 據在公開號為2005-142288的日本專利申請(JP-A-2005-142288)中描述的技術，阻止電子 空穴從集電極642進入在非有效區(qū)632內的外側范圍內的漂移區(qū)646。因此，可緩解發(fā)生在 體區(qū)648和漂移區(qū)646之間的邊界面的一部分的附近的區(qū)域中的電場集中，該部分最接近 于非有效區(qū)632。因此，抑制了閂鎖效應現(xiàn)象的發(fā)生。在工作期間IGBT發(fā)熱，因此需要顯示出充分的熱耗散特性。集電極通常在固定到 基板上后使用，并且集電極既執(zhí)行確保足夠的導電的功能又執(zhí)行確保足夠的導熱的功能。 在圖10示出的IGBT 602中，在半導體基板604中產生的熱量借助于在有效區(qū)630中的一部 分處的集電極642和在非有效區(qū)632中的一部分處的集電極642兩者可轉移到基板上。然 而，當為抑制閂鎖效應現(xiàn)象的發(fā)生而使集電區(qū)644的一部分以在圖11中所示的絕緣層643 代替時，在非有效區(qū)632內的漂移區(qū)646和集電區(qū)642之間的熱阻增加，并且借助于在非有 效區(qū)632中的部分處的集電區(qū)642轉移熱量到基板的性能而惡化。而且，當圖11中示出的 IGBT 702導通時，電子從發(fā)射區(qū)650進入漂移區(qū)646。進入漂移區(qū)646的電子同樣散開到 非有效區(qū)632中。如果絕緣層643形成在非有效區(qū)632中，已同樣散開到非有效區(qū)632中 的電子在流向集電區(qū)642的同時，集中在絕緣層643的附近。由于電子電流的局部集中，熱 量傾向于局部地產生。當以絕緣層643代替集電區(qū)644的部分時，熱量傾向于局部地產生。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種IGBT，其中閂鎖效應現(xiàn)象的發(fā)生被抑制，熱耗散性能不惡化，并且 不出現(xiàn)局部的發(fā)熱，本發(fā)明還提供一種制造具有這種特性的IGBT的方法。本發(fā)明的第一種方案涉及一種縱型絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，其包括半導體 基板，其中至少形成有發(fā)射區(qū)、體區(qū)、漂移區(qū)以及集電區(qū)；發(fā)射極，其形成在半導體基板的正 面上；以及集電極，其形成在半導體基板的背面上。發(fā)射區(qū)為第一導電型，在鄰近于半導體 基板的正面的范圍內形成，并且與發(fā)射極接觸。集電區(qū)為第二導電型，在鄰近于半導體基板 的背面的范圍內形成，并且與集電極接觸。漂移區(qū)為第一導電型，并且與集電區(qū)接觸。體區(qū) 為第二導電型，并且使發(fā)射區(qū)和漂移區(qū)彼此分離。在半導體基板的平面圖中，在圍繞有效區(qū) 的非有效區(qū)的至少一部分中未形成有集電區(qū)，并且漂移區(qū)和集電極在非有效區(qū)中的未形成 有集電區(qū)的部分處彼此直接接觸，在有效區(qū)中，半導體基板的正面和發(fā)射極彼此接觸。漂 移區(qū)可只由狹義的漂移區(qū)形成，其中第一導電型的摻雜劑的濃度低。選擇性地，漂移區(qū)可由 狹義的漂移區(qū)和緩沖層形成，在狹義的漂移區(qū)中，第一導電型的摻雜劑的濃度低，在緩沖層 中，第一導電型的摻雜劑的濃度高。在這種情況下，緩沖層形成在集電區(qū)一側。在根據本發(fā)明的第一種方案的IGBT中，在非有效區(qū)的至少一部分處未形成有集電區(qū)。因此，在非有效區(qū)內從集電極進入漂移區(qū)的載流子的數(shù)量減少。如果集電區(qū)為P型， 則在非有效區(qū)內從集電極進入漂移區(qū)的電子空穴的數(shù)量減少。從而，可解決載流子傾向于 集中因此高電場傾向于產生在體區(qū)和漂移區(qū)之間的邊界面的一部分的附近的問題，該部分 最接近于非有效區(qū)。可采取措施使得IGBT不會容易地被鎖定。同時，漂移區(qū)也在非有效區(qū) 內與集電極接觸。沒有使傳熱特性惡化的絕緣層置于漂移區(qū)和集電極之間。因此可在集電 極保持充分的傳熱特性。另外，沒有阻礙從發(fā)射極進入漂移區(qū)的載流子的流動的層置于漂 移區(qū)和集電極之間。因此可防止從發(fā)射極進入漂移區(qū)的載流子在向集電極流動的過程中局 部地集中。局部的發(fā)熱也被抑制。在發(fā)射區(qū)和發(fā)射極之間不導通的非有效區(qū)包括，例如，柵導線經過的范圍以及形 成FLR的范圍。優(yōu)選在形成與發(fā)射極不導通的FLR的范圍內未形成有集電區(qū)。就是說，優(yōu) 選漂移區(qū)和集電極在形成與發(fā)射極不導通的FLR的范圍內彼此直接接觸。如果在形成與發(fā) 射極不導通的FLR的范圍內抑制載流子從集電極進入漂移區(qū)，能有效地抑制可引起閂鎖效 應現(xiàn)象的電場集中的發(fā)生。集電極可均勻地形成，并且均勻地形成的集電極可從有效區(qū)延伸到非有效區(qū)。選 擇性地，集電極可由與集電區(qū)接觸的一部分和與漂移區(qū)接觸的一部分形成。就是說，集電極 可由與集電區(qū)接觸的第一部分和與漂移區(qū)接觸的第二部分形成。在這種情況下，優(yōu)選第二 部分顯示出比第一部分更低的熱阻。當集電極由多個疊層形成時，優(yōu)選由集電極的整個厚 度獲得的熱阻在第二部分處比在第一部分處低。與漂移區(qū)接觸的第二部分不需具有高電導 性能。因此，可主要基于傳熱效率來選擇用于在接觸漂移區(qū)的部分處的集電極的材料。如 果集電極在接觸漂移區(qū)的部分處的熱阻降低，會增強整個IGBT的熱耗散能力。半導體基板可在形成有集電區(qū)的范圍內的部分處厚，并且可在未形成有集電區(qū)的 范圍內的部分處薄。在沒有集電區(qū)形成的范圍內的部分處所需要的半導體基板的厚度小于 在形成集電區(qū)的范圍內的部分處所需要的半導體基板的厚度。因此，半導體基板可在沒有 集電區(qū)形成的范圍內的部分處制造得薄。如果半導體基板被制造得薄，會增強IGBT的熱耗 散能力。本發(fā)明的第二種方案涉及一種制造包括具有不均勻厚度的半導體基板的IGBT的 方法。該方法包括1)將包括具有大厚度的大厚度部和具有厚度小于大厚度部的厚度的 小厚度部的帶以如下方式粘貼在半導體基板的正面上在未形成有集電區(qū)的范圍內的部分 處，將大厚度部粘貼在半導體基板的正面上，并且在形成有集電區(qū)的范圍內的部分處，將小 厚度部粘貼在半導體基板的正面上；2)在帶粘貼在半導體基板的正面上的同時，拋光半導 體基板的背面；以及3)在形成有集電區(qū)的范圍內的部分處，對已被拋光的半導體基板的背 面摻雜第二導電型摻雜劑。根據這種方法，半導體基板的在其上粘貼帶的大厚度部并且未 形成有集電區(qū)的一部分比半導體基板的在其上粘貼帶的小厚度部并且形成有集電區(qū)的一 部分在背面?zhèn)人鶑澢牧扛?。在這種狀態(tài)下，拋光半導體基板的背面，使得半導體基板的 背面變得平坦。這樣，半導體基板的背面在沒有集電區(qū)形成的部分處比在形成集電區(qū)的部 分處拋光得更多。當在拋光半導體基板的背面后取消施加的外力時，半導體基板回到其自 然形狀。因此，可獲得具有平坦正面并且在形成集電區(qū)的部分處具有大厚度而在沒有集電 區(qū)形成的部分處具有小厚度的半導體基板。根據這種方法，在單獨的拋光步驟中制造具有 厚部和薄部的半導體基板。因此，可制造具有不均勻厚度的IGBT。
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根據如上所述的本發(fā)明的方案，通過緩解在半導體基板中的電場集中可防止閂鎖 效應現(xiàn)象的發(fā)生，并且可增強熱耗散的性能。從而，提高了 IGBT的電特性和溫度特性，這改 善了 IGBT的品質。


本發(fā)明上述和進一步的特征和優(yōu)點通過下面結合附圖對優(yōu)選實施例的描述將變 得更加清晰，其中相同的附圖標記用于表示相同的元件，并且其中圖1為示出根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2的平面圖；圖2為示出根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2的截面圖；圖3為示出IGBT 102的截面圖；圖4為示出IGBT 102的平面圖；圖5為示出IGBT 202的平面圖；圖6為示出根據本發(fā)明的第二實施例的IGBT 302的截面圖；圖7為示出IGBT 302的集電極的疊層結構的圖；圖8為示出根據本發(fā)明的第三實施例的IGBT 402的截面圖；圖9為示出制造IGBT 2的過程的圖；圖10為示出在公開號為2005-142288的日本專利申請(JP-A-2005-142288)中描 述的IGBT 602的截面圖；以及圖11為示出在公開號為2005-142288的日本專利申請(JP-A-2005-142288)中描 述的IGBT 702的截面圖。
具體實施例方式在下文中，將描述本發(fā)明的第一實施例。圖1示出根據本發(fā)明的第一實施例的絕 緣柵雙極性晶體管(在下文中被稱作“IGBT”)2。在IGBT 2中，周邊耐電壓區(qū)6形成在半 導體基板4的外周的內側上并且沿著外周延伸，元件區(qū)(cell region) 10形成在周邊耐電 壓區(qū)6的內側。在周邊耐電壓區(qū)6中形成有場限環(huán)(在下文中，被稱作“FLR”)8b和等位 環(huán)(在下文中，被稱作“EQR”)84。發(fā)射極20a、20b、20c、20d和20e以及小信號焊盤22a、 22b和22c暴露在IGBT 2的在元件區(qū)10中的部分處的正面處。使IGBT 2起IGBT作用的 半導體結構形成在半導體基板的在形成有發(fā)射極20的范圍內的部分處。小信號焊盤22例 如為柵電極焊盤。柵電極焊盤通過導線24電連接到后面描述的溝槽柵電極58上。圖1也 示出了由于發(fā)射極20a、20b、20c、20d和20e而實際上不能被觀測到的溝槽柵電極58的部 分。另外，在元件區(qū)10中形成有FLR Sa0圖2示出沿著圖1中的線II - II所截取的截面。使IGBT 2起IGBT作用所必需的 半導體結構形成在IGBT 2的元件區(qū)10中。未被加工的半導體基板4由包含低濃度的η型 摻雜劑的硅片形成，并且漂移區(qū)46由半導體基板4的未被加工的一部分形成。包含ρ型摻 雜劑的體區(qū)48形成在漂移區(qū)46的正面上。包含高濃度的ρ型摻雜劑的體接觸區(qū)49形成 在鄰近體區(qū)48的正面的位置處。包含高濃度的η型摻雜劑的發(fā)射區(qū)50形成在鄰近體區(qū)48 的正面并且也鄰近體接觸區(qū)49的位置處。體區(qū)48將發(fā)射區(qū)50與漂移區(qū)46分隔開。從發(fā) 射區(qū)50的正面延伸出、穿過發(fā)射區(qū)50和體區(qū)48并且到達漂移區(qū)46的溝槽56被形成。溝
6槽56的底面和側面覆蓋有絕緣膜60，并且溝槽柵電極58裝配在溝槽56中。溝槽柵電極 58的頂面覆蓋有層間絕緣膜52。發(fā)射極20形成在IGBT2的在元件區(qū)10中的部分處的正 面上。發(fā)射極20通過形成在層間絕緣膜52中的接觸孔62與發(fā)射區(qū)50導通。發(fā)射極20 通過接觸孔62和體接觸區(qū)49也與體區(qū)48導通。層間絕緣膜52使發(fā)射極20與溝槽柵電 極58絕緣。絕緣膜64形成在IGBT 2的包括周邊耐電壓區(qū)6和部分元件區(qū)10的部分處的正 面上。在根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2中，形成有絕緣膜64的范圍被稱作非有效區(qū) 32，并且未形成有絕緣膜64的范圍被稱作有效區(qū)30。非有效區(qū)32比周邊耐電壓區(qū)6寬。 在非有效區(qū)32中，發(fā)射極20不與半導體基板4接觸。在有效區(qū)30中，發(fā)射極20與半導體 基板4的正面接觸。使小信號焊盤之一，即柵電極焊盤，和溝槽柵電極58互相連接的導線 24形成在有效區(qū)30的外側。形成有導線24的區(qū)域被稱作導線形成范圍34。發(fā)射極20未 形成在導線形成范圍34中。在導線形成范圍34中，由于接觸孔68的存在導線24和內導 線66互相連接。內導線66在截面上與溝槽柵電極58導通(未示出)。另外，發(fā)射極20也 未形成在形成小信號焊盤22的范圍內。導線形成范圍34和小信號焊盤22形成在元件區(qū) 10內的部分處的非有效區(qū)32中。在元件區(qū)10內的部分處的非有效區(qū)32中，發(fā)射極20與 半導體基板4不導通。包含高濃度的ρ型摻雜劑的ρ型擴散區(qū)74和保護環(huán)76形成在鄰近漂移區(qū)46的 正面并且在元件區(qū)10和周邊耐電壓區(qū)6之間的邊界9的附近的區(qū)域內。ρ型擴散區(qū)74通 過體區(qū)48與發(fā)射極20導通。形成在ρ型擴散區(qū)74的外側上的保護環(huán)76與發(fā)射極20絕 緣。導電的場板72a和72b形成在絕緣膜64的在邊界9的附近的位置處的正面上。ρ型擴 散區(qū)74和場板72a通過形成在絕緣膜64中的接觸孔70a彼此導通。最內部的FLR，其為 FLR 8a,由ρ型擴散區(qū)74和場板72a形成。保護環(huán)76和場板72b通過形成在絕緣膜64中 的接觸孔70b彼此導通。外部的FLR，其為FLR 8b，由保護環(huán)76和場板72b形成。FLR 8a 和FLR 8b具有阻止IGBT 2的耐電壓特性由于在半導體基板4的終端區(qū)域中的電場集中而 惡化的作用。與發(fā)射極20絕緣的FLR的數(shù)目基于IGBT 2的需要的耐電壓性能而確定。如 圖2所示，可只形成一個與發(fā)射極20絕緣的FLR，其為FLR 8b，或者可形成多個與發(fā)射極20 絕緣的FLR。包含高濃度的η型摻雜劑的溝道截斷區(qū)78形成在IGBT 2的在鄰近半導體基板4 的正面的位置處的終端部。溝道截斷區(qū)78具有阻止當斷開IGBT時伸展的耗盡層到達半導 體基板4的側面的作用。場板80形成在絕緣膜64在終端部處的正面上。溝道截斷區(qū)78 和場板80通過形成在絕緣膜64中的接觸孔82彼此導通。EQR 84由溝道截斷區(qū)78和場板 80形成。包含高濃度的η型摻雜劑的緩沖層45形成在漂移區(qū)46的背面上。包含高濃度的 P型摻雜劑的集電區(qū)44形成在緩沖層45的背面上。集電極42形成在IGBT 2的背面上。 在根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2中，集電區(qū)44只形成在元件區(qū)10中。因此，集電極 42與元件區(qū)10中的ρ型集電區(qū)44接觸，并且與在周邊耐電壓區(qū)6中的η型緩沖層45接 觸。在圖2示出的本發(fā)明的第一實施例中，在形成與發(fā)射極20絕緣的FLR 8b的范圍內未 形成有集電區(qū)44。在形成與發(fā)射極20絕緣的FLR 8b的范圍內，集電極42與緩沖層45直 接接觸。
如圖2所示，根據本發(fā)明的第一實施例的半導體基板4在形成集電區(qū)44的范圍內 厚，并且在未形成集電區(qū)44的范圍內薄。臺階部A形成在半導體基板4的背面上。將參照 圖9描述在半導體基板4的背面上形成臺階部A的方法。在制造IGBT 2的過程中，在形成 正面結構后將帶90粘貼在半導體基板4的正面上。帶90包括具有大厚度的大厚度部92 和具有比大厚度部92的厚度小厚度差A的厚度的小厚度部94。帶90以如下方式布置在 未形成有IGBT2的集電區(qū)44的范圍內的部分處(相當于本發(fā)明的第一實施例中的周邊耐 電壓區(qū)6)，將大厚度部92粘貼在半導體基板4的正面上，并且在形成有IGBT 2的集電區(qū) 44的范圍內的部分處(相當于本發(fā)明的第一實施例中的元件區(qū)10)，將小厚度部94粘貼在 半導體基板4的正面上。因此，在將帶90粘貼在半導體基板4的正面上后，帶90在IGBT 2的周邊耐電壓區(qū)6中的部分處的正面比在IGBT 2的元件區(qū)10中的部分處的正面高出厚 度差A。在這種制造方法中，在將帶90粘貼在半導體基板4的正面上后，拋光半導體基板4 的背面。在這種情況下，以使得帶90的正面變得大致平坦的方式，在半導體基板4被彎曲 的狀態(tài)下拋光半導體基板4的背面。因此，半導體基板4在周邊耐電壓區(qū)6中的粘貼有帶 90的大厚度部92的部分處比半導體基板4在元件區(qū)10中的粘貼有帶90的小厚度部94的 部分處在背面?zhèn)鹊淖冃瘟扛蟆．攺澢陌雽w基板4被拋光使得其背面變得平坦時，半 導體基板4在周邊耐電壓區(qū)6中的部分比在元件區(qū)10中的部分被拋光得更多。在拋光半 導體基板4的背面后取消施加到半導體基板4上的外力時，半導體基板4回到其自然形狀。 就是說，半導體基板4的正面再次變得平坦。因此，具有等于厚度差A的深度的臺階部A形 成在半導體基板4的在周邊耐電壓區(qū)6和元件區(qū)10之間的邊界處的背面上。在本發(fā)明的 第一實施例中，在半導體基板4的背面被拋光后，在待形成有集電區(qū)44的范圍內的部分處， 對半導體基板4的背面摻雜ρ型摻雜劑。因而，對位于臺階部A的內側的元件區(qū)10摻雜ρ 型摻雜劑，并且從而形成集電區(qū)44。當使用根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2時，集電極42被連接到直流電源的正 極上，并且發(fā)射極20接地。在IGBT 2的元件區(qū)10中，包含ρ型摻雜劑的集電區(qū)44與集電 極42接觸，并且電子空穴通過集電區(qū)44從集電極42進入漂移區(qū)46。與此相反，在IGBT 2 的周邊耐電壓區(qū)6中，包含η型摻雜劑的緩沖層45與集電極42接觸。因此，在周邊耐電壓 區(qū)6中，沒有電子空穴從集電極42進入漂移區(qū)46。在諸如IGBT的功率半導體器件中，在集電極42和發(fā)射極20之間施加的電壓為高 電壓，并且為了提高半導體的元件的耐電壓特性，在寬的范圍上形成周邊耐電壓區(qū)6。當電 子空穴在寬的周邊耐電壓區(qū)6內從集電極42進入漂移區(qū)46時，進入的電子空穴在向發(fā)射 極20流動的同時集中在P型擴散區(qū)74和靠近保護環(huán)76的部分處的漂移區(qū)46中。尤其是， 在半導體基板4的平面圖中，電子空穴傾向于集中在邊界9被彎曲的拐角部。如果電子空 穴集中在半導體基板4中，由于如此集中的電子空穴而產生局部的高電場Ε，并且IGBT易受 閂鎖效應影響。在例如施加浪涌電壓于這種IGBT上的情況下，IGBT容易被鎖定。與此相 反，在根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2中，沒有電子空穴進入在周邊耐電壓區(qū)6中的部 分處的漂移區(qū)46中。因此，在半導體基板4中沒有電子空穴集中的特定區(qū)域。沒有產生局 部的高電場。從而，電場集中被緩解，并且IGBT 2被賦予良好的電特性。在根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2中，沒有電子空穴進入在周邊耐電壓區(qū)6中 的部分處的漂移區(qū)46中，并且，同時，在周邊耐電壓區(qū)6中的傳熱性能也沒有惡化。在根據
8本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2中，在周邊耐電壓區(qū)6中的半導體基板4和集電極42之間 未形成例如參考圖11所描述的絕緣層643的阻礙傳熱的層。因此，在半導體基板4內產生 的熱量不集中在元件區(qū)10中。IGBT 2的熱耗散特性保持在足夠的程度，并且IGBT 2被賦 予良好的溫度特性。另外，阻礙從發(fā)射極20進入漂移區(qū)46的電子的流動的層未置于在周 邊耐電壓區(qū)6中的漂移區(qū)46和集電極42之間。從發(fā)射極20進入漂移區(qū)46的電子向集電 極42流動的同時未局部地集中。同樣抑制了由電子電流產生的局部的發(fā)熱。在本發(fā)明的第一實施例中，IGBT 2的集電區(qū)44形成在元件區(qū)10中，但形成集電區(qū) 44的范圍不限于元件區(qū)10。雖然優(yōu)選的至少在整個有效區(qū)30中形成集電區(qū)44，但不是必 需從整個非有效區(qū)中省略集電區(qū)44。例如，在圖2示出的情況下，集電區(qū)44形成在導線形 成范圍34和形成作為FLR 8a的最內部的FLR的范圍中，即使這些范圍在非有效區(qū)32中。 代替這種布置方式，在導線形成范圍34和形成最內部的FLR的范圍中可省略集電區(qū)44的 形成，其中最內部的FLR為FLR Sa0選擇性地，如在圖3中的本發(fā)明的第一實施例的改進 例中所示，集電區(qū)144可延伸到正好在FLR 8b下方的位置處?？僧a生本發(fā)明的效果，除非 集電區(qū)144形成在FLR 8b的外側的范圍內。圖4為示出IGBT 102的平面圖，其中集電區(qū) 144延伸到正好在FLR 8b下方的位置處。在圖4中，為了更好理解，未形成集電區(qū)144的范 圍以畫陰影線的區(qū)域表示。圖5為示出根據本發(fā)明的第一實施例的另一種改進例的IGBT 202的平面圖。在這種改進中，只有半導體基板204的每個拐角部具有未形成集電區(qū)的范 圍。因為電子空穴傾向于集中在拐角部，因此如果每個拐角部具有未形成集電區(qū)的范圍，則 能產生本發(fā)明的效果。此后，將描述本發(fā)明的第二實施例。圖6示出根據本發(fā)明的第二實施例的IGBT 302。在IGBT 302中，集電極342包括與ρ型集電區(qū)接觸的第一集電極342b，以及與η型緩 沖層45接觸的第二集電極342a。圖7示出第一集電極342a的疊層結構和第二集電極342a 的疊層結構。第一集電極342b和第二集電極342a各自都通過疊壓四個不同的層形成。在 第一集電極342b中，從與半導體基板4接觸的層起以如下順序疊壓包含鋁硅合金的第一 層、包含鈦的第二層、包含鎳的第三層以及包含金的第四層。在第二集電極342a中，從與半 導體基板4接觸的層起以如下順序疊壓包含銀的第一層、包含鈦的第二層、包含鎳的第三 層以及包含銀的第四層。銀比鋁硅合金顯示出更低的熱阻系數(shù)。因此，第二集電極342a比 第一集電極342b顯示出更低的熱阻系數(shù)。在本發(fā)明的第二實施例中，第一集電極342b和 第二集電極342a具有如上所述的關系。因此，在形成第二集電極342a的范圍內的熱耗散 量增加，并且IGBT 302被賦予良好的溫度特性。第一集電極342b和第二集電極342a的層壓結構不限于在圖7中示出的那些。只 要第二集電極342a比第一集電極342b顯示出更低的熱阻系數(shù)，不限制第一集電極342b和 第二集電極342a的材料和厚度以及其疊層的數(shù)量。例如，第一集電極342b和第二集電極 342a各自可由單層形成。第一集電極342b的疊層數(shù)量和第二集電極342a的疊層數(shù)量彼 此不需要相等。第一集電極342b和第二集電極342a中的哪一個更厚并不重要。另外，只 要整個的第二集電極342a比整個的第一集電極342b顯示出更低的熱阻系數(shù)，與半導體基 板4接觸的第一層在接觸集電區(qū)的部分處可顯示出低熱阻系數(shù)，并且在不接觸集電區(qū)的部 分處可顯示出高熱阻系數(shù)。此后，將描述本發(fā)明的第三實施例。圖8示出根據本發(fā)明的第三實施例的IGBT
9402。在半導體基板404上，如根據本發(fā)明的第一實施例的IGBT 2的情況，臺階部A形成在 元件區(qū)10和周邊耐電壓區(qū)6之間的邊界。在IGBT 402中，集電極442包括上集電極442c 和下集電極442d。上集電極442c以厚度A形成在周邊耐電壓區(qū)6中的部分處的半導體基 板404的背面上，從而消除相當于臺階部A的深度的高度差。另外，下集電極442d以均勻 厚度形成在包括元件區(qū)10和周邊耐電壓區(qū)6的區(qū)域中的部分處的半導體基板404的背面 上。在本發(fā)明的第三實施例中，比下集電極442d的材料顯示出更低熱阻系數(shù)的材料被用來 形成上集電極442c。因此，在包括半導體基板404和集電極442的范圍內，在未形成集電 區(qū)44的范圍內的熱阻系數(shù)低于在形成集電區(qū)44的范圍內的熱阻系數(shù)。在本發(fā)明的第三實 施例中，由于上述的關系，熱耗散量在未形成集電區(qū)44的范圍內增加，并且IGBT 402被賦 予良好的溫度特性。圖8示出形成在半導體基板404的背面上的臺階部A的深度和集電區(qū) 44的厚度彼此相等的情況。然而，集電區(qū)44的厚度不限于在圖8中示出的結構的厚度。當半導體基板404厚度減小時，優(yōu)選在形成在半導體基板404中的耗盡層未到達 集電極442的條件下減小半導體基板404的厚度。如果半導體基板404在這種條件下厚度 被減小，可在保證IGBT 402的足夠的耐電壓的同時改善溫度特性。當緩沖層形成在狹義的 漂移區(qū)和集電區(qū)之間時。在這種情況下，當觀察到在緩沖層中的摻雜劑濃度的分布圖時，優(yōu) 選讓緩沖層留有緩沖層獲得最高的摻雜劑濃度的厚度。就是說，在拋光背面以減小緩沖層 的厚度的情況下，優(yōu)選在緩沖層的厚度變成等于獲得最高的摻雜劑濃度的厚度以前，停止 厚度的減小。因此，可在保證IGBT的耐電壓的同時改善溫度特性。上文已描述了本發(fā)明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例只是示例并且不 限制本發(fā)明的權利要求的范圍。在權利要求中描述的本技術包括上述示例性實施例的各種 改進和變化。例如，在本發(fā)明中，不必形成緩沖層45。當緩沖層45不形成時，漂移區(qū)46和 集電極42在IGBT 2中未形成集電區(qū)44的范圍內的部分處彼此接觸。漂移區(qū)46和集電區(qū) 44在導電類型上彼此不同。因此，抑制了電荷從未形成集電區(qū)44的范圍進入。在狹義的漂 移區(qū)和緩沖層共同存在的情況下，如在本發(fā)明中所提到的漂移區(qū)表示狹義的漂移區(qū)和緩沖 層的集合。用來制造IGBT 2的帶90的形狀不限于某個特定的形狀。帶90可采用任何形狀， 只要大厚度部92和小厚度部94之間存在厚度差A。例如，帶90可以如下方式形成使得 在接觸半導體基板4的背面處在大厚度部92和小厚度部94之間沒有高度差并且在正面處 在大厚度部92和小厚度部94之間有高度差A。選擇性地，帶90可以如下方式形成使得 在正面和背面兩者之中的每一個在大厚度部92和小厚度部94之間有高度差A/2。在本說明書或附圖中描述的技術元件或者單獨或者以各種組合發(fā)揮它們的技術 效用，并且本發(fā)明不限于在申請時的權利要求中描述的組合。另外，在本說明書或附圖中示 例的本技術同時實現(xiàn)了多個目的，并且通過實現(xiàn)這些目的之一而具有其技術效用。
權利要求
一種縱型絕緣柵雙極性晶體管，其包括半導體基板，其中至少形成有發(fā)射區(qū)、體區(qū)、漂移區(qū)以及集電區(qū)；發(fā)射極，其形成在所述半導體基板的正面上；以及集電極，其形成在所述半導體基板的背面上，其中所述發(fā)射區(qū)為第一導電型，其在鄰近于所述半導體基板的所述正面的范圍內形成，并且與所述發(fā)射極接觸，所述集電區(qū)為第二導電型，其在鄰近于所述半導體基板的所述背面的范圍內形成，并且與所述集電極接觸，所述漂移區(qū)為所述第一導電型，并且與所述集電區(qū)接觸，所述體區(qū)為所述第二導電型，并且使所述發(fā)射區(qū)和所述漂移區(qū)彼此分離，在所述半導體基板的平面圖中，在圍繞有效區(qū)的非有效區(qū)的至少一部分中未形成有所述集電區(qū)，并且所述漂移區(qū)和所述集電極在所述非有效區(qū)中的未形成有所述集電區(qū)的所述部分處彼此直接接觸，在所述有效區(qū)中，所述半導體基板的所述正面和所述發(fā)射極彼此接觸。
2.根據權利要求1所述的絕緣柵雙極性晶體管，其中 在所述非有效區(qū)中形成有與所述發(fā)射極不導通的場限環(huán)，并且在所述非有效區(qū)中的形成有所述場限環(huán)的范圍內的部分處，未形成有所述集電區(qū)并且 所述漂移區(qū)和所述集電極彼此直接接觸。
3.根據權利要求1或2所述的絕緣柵雙極性晶體管，其中所述集電極包括與所述集電區(qū)接觸的第一部分和與所述漂移區(qū)接觸的第二部分，并且 所述第二部分的熱阻低于所述第一部分的熱阻。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的絕緣柵雙極性晶體管，其中所述半導體基板在形成有所述集電區(qū)的范圍內的部分處厚，并且在未形成有所述集電 區(qū)的范圍內的部分處薄。
5.一種制造根據權利要求4所述的絕緣柵雙極性晶體管的方法，其包括將包括具有大厚度的大厚度部和具有厚度小于所述大厚度部的厚度的小厚度部的帶 以如下方式粘貼在所述半導體基板的所述正面上在未形成有所述集電區(qū)的所述范圍內的 所述部分處，將所述大厚度部粘貼在所述半導體基板的所述正面上，并且在形成有所述集 電區(qū)的所述范圍內的所述部分處，將所述小厚度部粘貼在所述半導體基板的所述正面上；在所述帶粘貼在所述半導體基板的所述正面上的同時，拋光所述半導體基板的所述背 面；以及在形成有所述集電區(qū)的所述范圍內的所述部分處，對已被拋光的所述半導體基板的所 述背面摻雜第二導電型摻雜劑，其中以使得所述帶的正面大致平坦的方式，在所述半導體基板被彎曲的狀態(tài)下，拋光所述 半導體基板的所述背面。
全文摘要
在非有效區(qū)(32)的至少一部分中未形成有集電區(qū)(44)，在非有效區(qū)(32)中絕緣膜(64)形成在IGBT(2)的正面上。在未形成有集電區(qū)(44)的該部分中，集電極(42)和緩沖層(45)彼此接觸。由于緩沖層(45)和集電區(qū)(44)的導電類型彼此不同，沒有電荷從集電極(42)進入緩沖層(45)。從而，抑制了電荷進入在非有效區(qū)(32)中的部分處的漂移區(qū)(46)，這緩解了在半導體基板(4)中的電場集中。另外，在IGBT(2)中，半導體基板(4)和集電極(42)彼此接觸，并且即使在未形成有集電區(qū)(44)的范圍內的也不阻礙到集電極(42)的傳熱。因此，緩解了在半導體基板(4)中的發(fā)熱的集中。
文檔編號H01L29/06GK101946325SQ200980105782
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權日2008年2月19日
發(fā)明者妹尾賢 申請人:豐田自動車株式會社