電力半導體器件的制作方法

專利名稱：電力半導體器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力半導體器件，特別是涉及絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，可在電力變換用換流器裝置(電力變換裝置)等內使用。
背景技術：
響應近些年來對在電力電子領域內的電源設備的小型化、高性能化的要求，在電力半導體器件中，與高耐壓化、大電流化一起，人們不斷努力進行對低損耗化、高破壞耐量化和高速化的性能改善。因此，作為具有300V左右以上的耐壓且可高電流化的電力半導體器件，可以使用電力IGBT。
電力IGBT，人們熟知具有絕緣柵極，例如具有MOS柵極，把MOS柵極設置成平板狀的平面柵極構造和把MOS柵極埋入到溝槽內形成的溝槽構造等2種IGBT。溝槽IGBT，具有在半導體襯底上邊并排設置多個以溝槽側壁為溝道區的溝槽IGBT單元的構造。一般地說，人們認為溝槽IGBT歸因于溝道電阻的降低，在易于提高例如低損耗化性能這一點上比平面IGBT有利。
圖1的剖面圖，取出并概略性地示出了現有的溝槽IGBT的一部分。在該溝槽IGBT中，在高電阻的n-型基極層101的表面一側形成p型基極層107。從該p型基極層107的表面開始形成深度達到n-型基極層101的多個溝槽104。在這些溝槽104的內部中間存在著柵極絕緣膜105地埋入形成溝槽柵極電極106。在被各個溝槽104夾持起來的區域的p型基極層107的表面上，使之接連到溝槽104的側面上那樣地形成高雜質濃度的n+型發射極層108。另外，各個溝槽柵極電極106被引出到例如柵極電極接觸用的寬的焊盤。
在上述n+型發射極層108和p型基極層107的上邊，使之接連到這兩方上那樣地設置發射極電極109。用該發射極電極109把n+型發射極層108和p型基極層107短路起來。此外，在溝槽柵極電極106上邊設置層間絕緣膜111。采用用該層間絕緣膜111進行隔離的辦法，使得溝槽柵極電極106和發射極電極109不會短路。
上述n-型基極層101、p型基極層107、n+型發射極層108、柵極絕緣膜105和溝槽柵極電極106構成MOSFET。因此，可以通過在接連到p型基極層107的溝槽104上的表面部分上形成的該MOSFET的溝道區，從n+型發射極層108向n-型基極層101注入電子。
另一方面，在n-型基極層101的背面一側，中間存在著n+型緩沖層102地形成高雜質濃度的p+型集電極層103。在該p+型集電極層103上邊設置集電極電極110。
另外，上述n+型緩沖層102，在可以用別的方法滿足所需要的耐壓的情況下其形成有時候會被省略。此外，圖中，E是發射極端子，G是柵極端子，C是集電極端子。
圖2示出了沿著圖1中的2-2線的剖面的雜質濃度分布的一個例子。如圖2所示，n-型基極層101的厚度方向的n型雜質濃度是恒定的。
然而，在上述構造的IGBT中，卻存在著隨著斷開損耗減小在通常狀態下的導通電壓的極端的增大，反之，當企圖降低導通電壓時將會產生斷開損耗的極端的增大的問題。
于是，為了得到所希望的最小斷開損耗和導通電壓，有(1)使得借助于電子束照射等縮短壽命(少數載流子復合前的時間)那樣地進行控制的方法，和(2)使用薄的透過型集電極層的方法。
在使用這些方法的情況下，特別是在具有n-型基極層101和n+型緩沖層102的穿通型IGBT中，如果企圖盡可能地減小斷開損耗和通常狀態下的導通電壓，則為了得到所希望的耐壓，就需要有最小厚度的n-型基極層101。例如，n-型基極層101的厚度通常可以用約為10微米/100V的關系進行選定。
在對前者進行壽命控制的方法中，可以采用在高濃度的p+型襯底上用外延生長法形成高濃度的n+型緩沖層，然后，用外延生長法形成電阻比較高的n-型基極層的辦法得到的n+/n-/p+構成的3層構造的晶片，形成上述構造的IGBT。
借助于進行這樣的壽命控制的方法，就可以得到具有足夠低的斷開損耗的穿通型IGBT。但是，由于要用外延生長法在p型襯底上依次形成n+型緩沖層102和n-型基極層101，故存在著晶片造價增大的問題。
在使用后者的薄的透過型集電極層的方法的情況下，一直到可以得到所希望的耐壓的厚度為止對懸浮區熔(FZ)法或丘克拉斯基(CZ)法制成的晶片進行研磨，用向該晶片的一方的面上注入硼等的p型雜質的辦法形成厚度1微米左右的透過型p型集電極層，在晶片的另一方的面上形成MOS構造。
但是，要使用這么薄的透過型集電極層的方法，當企圖盡可能地減小導通電壓和斷開損耗時，晶片的厚度就要變得非常地薄，在制造上會產生很大困難。
例如，若作為一個例子舉出耐壓1200V用的溝槽IGBT的制造方法，則在半導體襯底上邊形成了p型基極層107、n+型發射極層108、溝槽104、柵極絕緣膜105、溝槽柵極電極106和發射極電極109之后，將半導體襯底一直削減到120微米為止，分別注入n型雜質和p型雜質，形成n+型緩沖層102和p+型集電極層103。這時，為了使已注入了離子的n型雜質和p型雜質激活化以作為施主和受主發揮作用，就必須在擴散爐中進行800℃以上的熱處理。于是，就存在著歸因于該熱處理，表面的已經圖形化的例如由鋁構成的發射極電極109熔化，因而電極的圖形消失的問題。此外，在進行熱處理之前，在使發射極電極109的圖形化之際，如上所述，被削薄的晶片的撓曲將變得非常大，使電極形成圖形是極其困難的。
再有，在上述不論哪一種方法中，都存在著在進行熱處理之際歸因于熱應力的變化使晶片破損的問題。此外，在不使用用擴散爐進行的熱處理而代之以使用例如用脈沖激光之類的能束的照射進行的退火來進行雜質的激活化的方法中，只能在距晶片表面1微米左右使雜質激活化。因此，要使那些需要距晶片表面1微米以上的深度的n型雜質激活化和進行擴散以形成n+型緩沖層102是極其困難的。即，使用上述那樣的薄的半導體襯底的穿通型IGBT，存在著在制造上極其困難的問題。
另外，在圖1所示構造的溝槽IGBT中，在溝槽柵極電極106的間隔(單元節距)比較寬，接觸開口寬度與加工精度比某種程度寬的情況下，可以在與溝槽平行的方向的整個面上借助于發射極電極109使n+型發射極層108和p型基極層107短路。
另一方面，如果不斷縮小單元節距，則接觸開口寬度減小，就難于在與溝槽平行的方向的整個面上借助于發射極電極109使n+型發射極層108和p型基極層107短路。為了解決該問題，人們提出了這樣的方案使溝槽IGBT的n+型發射極層108具有梯子狀的平面圖形，即形成為使得多個p型基極層107矩形形狀地露出來。
此外，人們還提出了這樣的方案把n+型發射極層108形成為使得作為整體具有網格狀或者具有偏移的網格狀的圖形，即形成為使得沿著溝槽104交互地存在帶狀的n+型發射極層108和p型基極層107的帶狀的露出部分。
此外，人們還提出了這樣的溝槽構造的方案在彼此相鄰的n+型發射極層108彼此間的p型基極層107上形成發射極接觸用的溝槽，在該溝槽內部形成發射極電極109，使得與n+型發射極層108的側面和p集電極層107進行接觸。
在上述那樣的各種構造的溝槽IGBT中，也存在著與圖1所示構造的溝槽IGBT同樣的問題。此外，在平面IGBT中，也存在著與上邊所說的溝槽IGBT同樣的問題。
此外，作為平面IGBT，人們知道例如在特開平11-40808號中所述的平面IGBT。在該公報中所述的平面IGBT的情況下，為了改善開關斷開時的特性而不伴有整體厚度的增加、接通電阻或漏電流的增加，在n型漂移層之內在n+型緩沖層的部分處形成有使雜質濃度連續變化的梯度分布區域。
但是，該平面IGBT，可以用采用在高濃度的p+型襯底上用外延生長法形成高濃度的n+型緩沖層，然后用外延生長法形成電阻比較高的n-型基極層的辦法得到的n+/n-/p+構成的3層構造的晶片來形成。
采用對這樣的平面IGBT進行壽命控制的辦法就可以得到低斷開損耗。但是，由于要用外延生長法在p型襯底上依次形成n+型緩沖層和n-型基極層，故存在著晶片的造價將增大的問題。此外，p型接觸層的厚度會變得某種程度地厚，因而，根本不可能把整體厚度形成得更薄。
如上所述，現有的穿通型IGBT，在為了得到所希望的最小斷開損耗和導通電壓而進行的壽命控制的情況下存在著半導體襯底的造價增大的問題，在使用薄的透過型集電極層的情況下，則存在著半導體襯底變得非常薄，因而在制造上會產生大的困難的問題。

發明內容
倘采用本發明，則可以提供由下述部分構成的電力半導體器件使得在厚度方向上具有大體上連續地變化那樣的濃度梯度那樣地含有第1導電類型的雜質的第1基極層；在上述第1基極層的一方的表面上形成的含有第2導電類型的雜質的第2基極層；從上述第2基極層的表面開始貫通上述第2基極層達到上述第1基極層的深度的溝槽；使得接連到上述溝槽上那樣地在上述第2基極層的表面上形成的含有第1導電類型的雜質的發射極層；在上述溝槽的內部形成的柵極電極；在上述第1基極層的另一方的表面上邊形成、含有第2導電類型的雜質、厚度被形成為在1微米以下的集電極層；在上述發射極層上邊與上述第2基極層上邊連續地形成的第1主電極；和在上述集電極層上邊形成的第2主電極。
倘采用本發明，則可以提供如下所述的電力半導體器件的制造方法從半導體襯底的一方的表面導入第1導電類型的雜質使得具有在厚度方向上連續地變化那樣的濃度梯度地形成第1基極層，從上述第1基極層的一方的表面導入第2導電類型的雜質形成第2基極層，從上述第2基極層的表面導入第1導電類型的雜質形成發射極層，對上述發射極層，形成貫通上述第2基極層到達上述第1基極層的深度的溝槽，在上述溝槽的內部形成柵極電極，在整個面上形成導電層，使之形成圖形以形成在上述第2基極層上邊和上述發射極層上邊進行連接的那樣的第1主電極，從另一方的面削減上述第1基極層使得變成為所希望的厚度那樣地剩下上述第1基極層，從上述第1基極層的另一方的面導入第2導電類型的雜質形成集電極層，在上述集電極層的露出面上形成第2主電極。


圖1的剖面圖取出并概略性地示出了現有的溝槽IGBT的一部分。
圖2示出了沿圖1中的2-2線的剖面的雜質濃度分布的一個例子。
圖3的剖面圖示出了本發明的實施例1的溝槽IGBT。
圖4示出了沿圖1中的4-4線的剖面的雜質濃度分布的一個例子。
圖5A、圖5B示出了在本發明的實施例1的溝槽IGBT的將成為n型基極層的半導體襯底的發射極層部分的電阻率不同的情況下的深度方向上的雜質濃度分布的一個例子。
圖6示出了借助于模擬對實施例1的IGBT和現有的穿通型IGBT求導通電壓和衰減時間所得到的結果。
圖7的剖面圖示出了圖3的IGBT的制造工序。
圖9的剖面圖示出了接在圖8的工序后邊的工序。
圖10的剖面圖示出了本發明的電力半導體器件的實施例2的平面IGBT。
具體實施例方式
以下，參看附圖詳細地說明本發明的實施例。
在圖3所示的實施例1的溝槽IGBT中，1是第1導電類型(在本例中為n型)的基極層(n基極層)。在該n型基極層1的表面一側形成第2導電類型(在本例中為p型)的基極層(p基極層)7。形成多個從上述p基極層7的表面開始貫通p基極層7形成達到n型基極層1的深度的溝槽4。在被各個溝槽4夾持起來的區域的p基極層7的表面上，形成高雜質濃度的n型發射極層(n+發射極層)8，使之與溝槽4的側面接連。然后，中間存在著柵極絕緣膜5地把溝槽柵極電極6埋入到各個溝槽4的內部。
在上述n+發射極層8和p型基極層7的上邊，設置例如由鋁布線構成的發射極(E)電極9，使得不與溝槽柵極電極6接連，而且，用來使n+發射極層8和p型基極層7短路。在上述p型基極層7上邊和溝槽柵極電極6上邊淀積層間絕緣膜10，通過在該層間絕緣膜10上形成了開口的源極·基極引出用的接觸孔，在n+發射極層8的一部分和p型基極層7的一部分上使得共通地進行接觸那樣地形成發射極電極9。
各個溝槽柵極電極6例如一直被引出到柵極接觸焊盤為止。使得與該柵極接觸焊盤進行接觸那樣地設置柵極(G)電極。
上述n-型基極層1、p型基極層7、n+型發射極層8、柵極絕緣膜5和溝槽柵極電極6，構成通過在與溝槽4內的柵極絕緣膜5接連的p型基極層7的表面部分上形成的溝道區，從n+型發射極層8向n基極層1注入電子的MOSFET。
另一方面在上述n型基極層1的背面一側，形成高雜質濃度的p集電極層(p+集電極層)2。在該p+集電極層2上邊形成集電極(C)電極3。
其次，簡單地對圖3的溝槽IGBT進行說明。
在斷開時，在在集電極電極2與發射極電極9之間已加上了使集電極電極2一側變成為正那樣的電壓的狀態下，給溝槽柵極電極6與發射極電極9之間加上使溝槽柵極電極6變成為正那樣的電壓。歸因于此，p型基極層7的與柵極絕緣膜5接連的表面反轉成n型，形成反型層，即形成n型溝道，通過該n型溝道從發射極電極9向n型基極層1注入電子，達到p型集電極層2。這時，p型集電極層2和n型基極層1之間被正向偏置，因而可以從p型集電極層2向n型基極層1注入空穴。如上所述，向n型基極層1注入電子和空穴這兩方的結果，在n型基極層1中將產生電導率調制，n型基極層1的電阻大幅度地減小，器件接通。
另一方面，在要使之斷開時，就對溝槽柵極電極6和發射極電極9加上負的電壓。歸因于此，上述n型溝道消失，電子注入停止。積蓄在n型基極層1內的空穴，其一部分通過p型基極層7向發射極電極9排出，剩下的空穴則因與電子復合而消滅，形成斷開。
圖4示出了沿圖3中的4-4線的雜質濃度分布的一個例子。
在這里，根據本發明者的研究，作為n型基極層1，具有比起發射極層一側部分來集電極層一側部分這一方變得更濃的那種雜質濃度的梯度，若設n型基極層1的發射極層一側部分的電阻率為100Ω·cm以上，n型基極層1的集電極層一側部分的濃度峰值(最高濃度)在1e15/cm3以上，而且，在5e16/cm3以下，則已經判明可以以大約10微米/100V的比率選定n型基極層1的厚度。
在該情況下，假定歸因于用來形成n型基極層1的晶片的雜質擴散，n型基極層1的雜質濃度從n型基極層1的發射極層一側部分到集電極層一側部分為止大體上連續地進行變化。
在現有的穿通型IGBT中，采用的是用n+型緩沖層102使圖1所示的來自p型基極層107的耗盡層的擴展停止的方法，或者采用把n-型基極層101形成得充分地厚的辦法使得耗盡層達不到p+型集電極層的方法中的任何一種方法。
對此，上述實施例的IGBT，其特征在于借助于利用可以從泊松方程式中推導出來的耗盡層的寬度反比例于雜質濃度梯度這一原理，積極地使因n型基極層1的雜質濃度梯度而產生的耗盡層的擴展停止，使得耗盡層達不到p+型集電極層。
這樣一來，上述實施例的IGBT，由于可以使p型集電極層2的厚度形成為比現有的穿通型IGBT的p型集電極層103的厚度薄得多，故可以使整體的厚度比現有的穿通型IGBT的厚度形成得薄得多。以下，給出用模擬進行調查的具體例子。
(模擬1)
表1是把n型基極層1的集電極一側部分的濃度固定于某一值，用模擬調查n型基極層1的發射極一側部分的電阻率與耐壓的關系的結果。
表1

由表1可知，在上述實施例的IGBT中，若把n型基極層1的發射極一側部分的電阻率作成為100Ω·cm以上，則耐壓將變成為600V以上，且可以以大約10微米/100V的比率選定n型基極層1的厚度。
即，上述實施例的IGBT的n型基極層1的厚度，與現有的穿通型IGBT同樣，可以用大約10微米/100V的比率選定。順便地說，人們知道在現有的具有電阻率恒定的n型基極層的穿通型IGBT中，歸因于厚度60微米可以得到600V以上的耐壓，可以以大約10微米/100V的比率決定厚度。
(模擬2)表2是在把n型基極層1的厚度作成為60微米的情況下，把n型基極層1的發射極一側部分的電阻率固定為40kΩ·cm，用模擬對n型基極層1的集電極一側部分的濃度峰值與耐壓的關系進行調查的結果。
表2

由表2可知，在上述實施例的IGBT中，如果使n型基極層1的集電極一側部分的濃度峰值從8e14/cm3到2e15/cm3為止逐漸地增加，則耐壓將逐漸地增加，一直到最大值為止。然后，當濃度峰值從上述2e15/cm3進一步增加時，耐壓反而會從最大值不斷下降，當濃度峰值越過了5e16/cm3后，耐壓將變成為600V以下。
在這里，可知若把n型基極層1的發射極一側部分的濃度峰值設定在1e15/cm3以上，5e16/cm3以下的范圍內，則耐壓將變成為600V以上，且可以以大約10微米/100V的比率選定n型基極層1的厚度。
換句話說，如果從n型基極層1的集電極一側部分的雜質濃度的梯度與耐壓的關系來看，目的為使耐壓為600V以上的雜質濃度的梯度，是從1e18/cm4到5e19/cm4的范圍。
另外，已經確認即便是在模擬2中的n型基極層1的發射極一側部分的電阻率分別變更為40kΩ·cm，100kΩ·cm的情況下，n型基極層1的集電極一側部分的濃度峰值與耐壓的關系也大體上是同樣的。
另外，在上述實施例的IGBT中，有時候會出現n型基極層1的發射極層一側部分的電阻率變成為恒定的區域。這是因為在進行為了在n型半導體襯底的單側的面上形成n型基極層1的n型雜質的擴散的情況下，歸因于n型半導體襯底的厚度、電阻率、n型雜質的表面濃度和擴散時間等的擴散條件的波動，使n型雜質的擴散層的厚度產生波動的緣故。
圖5A、圖5B示出了用來形成上述實施例1的溝槽IGBT的n型基極層1的半導體襯底的厚度為90微米，且發射極層一側部分的電阻率不同的情況下的深度方向上的雜質濃度分布的一個例子。
從兩雜質濃度分布可知，在n型基極層1的發射極層一側部分上出現的電阻率變成為恒定的區域，因半導體襯底的電阻率而不同。該恒定區域，當考慮電學特性時理想的是要壓低到30微米左右。
換句話說，借助于對半導體襯底的雜質擴散量的波動等，在n型基極層1的發射極層一側部分中，在從表面算起深度30微米以內電阻率也可以是恒定的。
如上所述，上述實施例的IGBT，其特征在于借助于利用可以從泊松方程式中推導出來的耗盡層的寬度反比例于雜質濃度梯度這一原理，積極地使因n型基極層1的雜質濃度梯度而產生的耗盡層的擴展停止，使得耗盡層達不到p+型集電極層。
相對于此，現有的IGBT采用的是用n+型緩沖層102使圖1所示的來自p型基極層107的耗盡層的擴展停止的方法，或者采用把n-型基極層101形成得充分地厚的辦法使得耗盡層達不到p+型集電極層的方法中的任何一種方法。
因此，上述實施例的IGBT，n型基極層1的發射極一側部分的電阻率變成為恒定的區域，與現有的穿通型IGBT的電阻率恒定的n型基極層101比，極端地短。
其次，對具有耐壓600V的上述實施例的IGBT和現有的穿通型IGBT，比較導通電壓和衰減時間。
圖6以橫軸表示電壓、縱軸表示時間地示出了借助于模擬對實施例1的IGBT和現有的穿通型IGBT中的每一者求導通電壓和衰減時間所得到的結果。
由該圖可知，導通電壓和衰減時間的比較評定曲線，上述實施例的IGBT的比較評定曲線這一方，比起現有的IGBT的比較評定曲線來，已經得到改善。
就是說，上述實施例的IGBT，采用使n型基極層1的深度方向的雜質濃度分布具有梯度的辦法，就可以在維持所希望的耐壓的同時，使斷開損耗和導通電壓最小化，可以大大地減小半導體襯底的厚度，即可以使半導體襯底的厚度最小化。
其次，對具有圖3所示的構造的IGBT的制造方法進行說明。
圖7到圖9的剖面圖示出了圖3所示的實施例的IGBT的主要的制造工序。
首先，準備用來形成n型基極層1的n型半導體襯底。在該情況下，要使n型雜質向電阻率100Ω·cm以上的半導體襯底中進行熱擴散，例如，如圖5A所示，要使之具有比起襯底的一方的面一側來，另一方的面一側雜質濃度變濃那樣的梯度。
把具有這樣的雜質濃度分布的n型半導體襯底用做n型基極層1的素材，借助于擴散，在該n型襯底的一方的表面上，形成p型基極層7。然后，借助于擴散，使得在該p型基極層7的表層部分上具有多個條帶狀的平面圖形那樣地形成n+型發射極層8。歸因于此，p型基極層7的露出部分，也將變成為具有多個條帶狀的平面圖形。
其次，在各個n+型發射極層8中，形成具有條帶狀的平面圖形，深度達到n型基極層1的溝槽4。即，形成貫通n+型發射極層8和p型基極層7到達n型基極層1的深度的溝槽4。
其次，在溝槽4的內壁面和襯底上邊的整個面上形成SiO2膜等的柵極絕緣膜。其次，用化學氣相淀積法(CVD法)淀積使之含有P(磷)的多晶硅6，同時，作為溝槽4內的溝槽柵極電極埋入進去。
之后，根據溝槽柵極引出圖形進行目的為引出溝槽柵極電極6的圖形化，形成柵極電極接觸用的寬的焊盤，同時刻蝕溝槽內部的多晶硅6的上表面，使之變成為與襯底表面同一表面。
其次，在在襯底上邊的整個面上淀積上層間絕緣膜10之后，在柵極電極接觸用的焊盤上邊，在層間絕緣膜10上形成柵極電極引出用的大的接觸孔的開口，同時在溝槽開口周邊部分的層間絕緣膜10和其下邊的襯底表面的柵極絕緣膜6上，形成發射極·基極引出用的接觸孔的開口。
其次，在襯底上邊的整個面上，用濺射法形成例如鋁膜，進行所需要的圖形化，形成發射極電極9和柵極電極。
另一方面，n型基極層1，由于要想得到例如600V的耐壓就必須是大約60微米。故如圖8所示，從n型襯底的另一方的表面，即從襯底背面進行削取，一直到n型基極層1的厚度變成為60微米為止。在該情況下，n型基極層1的深度方向的雜質濃度分布，例如要作成為例如圖4所示的那種分布。
其次，如圖9所示，采用向n型基極層1的被削取的面上離子注入例如硼等的p型雜質，進行例如用脈沖激光照射等施行的退火，使p型雜質激活化的辦法，形成p型集電極層。之后，形成集電極電極3。
上述p型集電極層2，厚度在1微米以下，而且要把集電極電極3一側的雜質的表面濃度作成為1e17/cm3以上。
借助于以上所述，就可以制造如圖3所示的那樣的、具有厚度60微米的n型基極層1，具有1微米以下的厚度的薄的p型集電極層1的溝槽IGBT。
另外，上邊所說的電阻率，作為100Ω·cm以上的電阻率的一個例子，要實現電阻率46kΩ·cm的n型半導體襯底，雖然在技術上是可能的，但是在價格上卻要增高。
此外，在圖3所示的構造的溝槽IGBT中，也可以用與以往人們提出來的方案同樣的手法，使得即便是縮小了單元節距也可以用發射極電極9充分地使n+型發射極層8和p型基極層7短路。
就是說，也可以形成為使得n+型發射極層8具有梯子狀的平面圖形，即，形成為使得矩形形狀地露出多個p型基極層7來。另外，也可以形成為使得n+型發射極層8作為整體具有網格狀或具有偏移的網格狀的平面圖形，即，形成為使得沿著溝槽4交互地存在帶狀的n+型發射極層8和p型基極層7的帶狀的露出部分。
再有，也可以采用這樣的溝槽接觸構造在彼此相鄰的n+型發射極層8彼此間的p型基極層7上形成發射極接觸用的溝槽，在該溝槽內部，使之與n+型發射極層8的側面和p型基極層7接觸那樣地形成發射極電極9。
其次，對本發明的實施例2進行說明。
在實施例1中，說明的是在溝槽IGBT中實施本發明的情況，在實施例2中，要說明的是在具有平面柵極構造的平面IGBT中實施本發明的情況。
平面IGBT，具有在在p型基極層的表面上邊形成的柵極絕緣膜上邊形成了柵極電極的平面柵極構造，與圖3所示的溝槽IGBT比，柵極構造不同，圖10的剖面圖示出了該器件構造。另外，在圖10中，對于那些與圖3對應的部位，賦予同一標號而省略其說明。
在本實施例的IGBT的情況下，也是作為n型基極層1，使之具有比起發射極層一側部分來集電極層一側部分這一方變得更濃的那種雜質濃度的梯度，設n型基極層1的發射極層一側部分的電阻率為100Ω·cm以上，n型基極層1的集電極層一側部分的濃度峰值在1e15/cm3以上，而且，在5e16/cm3以下。此外，p型集電極層2，厚度在1微米以下，集電極電極3一側的雜質的表面濃度在1e17/cm3以上。
在這樣的平面IGBT中，也可以得到與圖3所示的溝槽IGBT同樣的效果。
另外，在上述各個實施例中，雖然說明的是直接在集電極層上邊形成集電極電極的情況，但是，也可以把這些實施例作成為在把與集電極層電連起來的布線引出到與集電極層不同的部位上之后再設置集電極電極。
對于那些本專業的熟練的技術人員來說還存在著另外一些優點和變形。因此，本發明就其更為廣闊的形態來說并不限于上述附圖和說明。此外，就如所附權利要求及其等效要求所限定的那樣，還可以有許多變形而不偏離總的發明的宗旨。
權利要求
1.一種電力半導體器件，由下述部分構成含有第1導電類型的雜質的第1基極層，在厚度方向上具有連續變化的濃度梯度；在上述第1基極層的一方的表面上形成的含有第2導電類型的雜質的第2基極層；從上述第2基極層的表面開始貫通上述第2基極層達到上述第1基極層的深度的溝槽；使得接連到上述溝槽上那樣地在上述第2基極層的表面上形成的含有第1導電類型的雜質的發射極層；在上述溝槽的內部形成的柵極電極；在上述第1基極層的另一方的表面上邊形成、含有第2導電類型的雜質、厚度被形成為在1微米以下的集電極層；在上述發射極層上邊和上述第2基極層上邊連續地形成的第1主電極；在上述集電極層上邊形成的第2主電極。
2.根據權利要求1所述的電力半導體器件，上述第1基極層的位于上述集電極層一側的一方的端部的上述雜質的濃度是從1e15/cm3到5e16/cm3的范圍，上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的另一方的端部的上述雜質的濃度為1e11/cm3。
3.根據權利要求1所述的電力半導體器件，上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的一方的端部的電阻率為100Ω·cm以上。
4.根據權利要求1所述的電力半導體器件，上述集電極層的上述第2主電極一側的雜質的表面濃度為1e17/cm3以上。
5.根據權利要求1所述的電力半導體器件，在距上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的一方的端部為30微米的深度以下，電阻率在100Ω·cm以上，而且是恒定的。
6.根據權利要求1所述的電力半導體器件，上述第1導電類型是n型，上述第2導電類型是p型。
7.一種電力半導體器件，由下述部分構成含有第1導電類型的雜質的第1基極層，在厚度方向上具有連續變化的濃度梯度；在上述第1基極層的一方的表面上形成的含有第2導電類型的雜質的第2基極層；在上述第2基極層的表面上形成的含有第1導電類型的雜質的發射極層；至少在上述第2基極層上邊與上述發射極層上邊之間連續地形成的柵極電極；在上述第1基極層的另一方的表面上邊形成、含有第2導電類型的雜質、厚度被形成為在1微米以下的集電極層；在上述第2基極層上邊形成的第1主電極；在上述集電極層上邊形成的第2主電極。
8.根據權利要求7所述的電力半導體器件，上述第1基極層的位于上述集電極層一側的一方的端部的上述雜質的濃度是從1e15/cm3到5e16/cm3的范圍，上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的另一方的端部的上述雜質的濃度為1e11/cm3。
9.根據權利要求7所述的電力半導體器件，上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的一方的端部的電阻率為100Ω·cm以上。
10.根據權利要求7所述的電力半導體器件，上述集電極層的上述第2主電極一側的雜質的表面濃度為1e17/cm3以上。
11.根據權利要求7所述的電力半導體器件，在距上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的一方的端部為30微米的深度以下，電阻率在100Ω·cm以上，而且是恒定的。
12.根據權利要求7所述的電力半導體器件，上述第1導電類型是n型，上述第2導電類型是p型。
13.一種電力半導體器件的制造方法，從半導體襯底的一方的表面導入第1導電類型的雜質使得具有在厚度方向上連續變化的濃度梯度來形成第1基極層，從上述第1基極層的一方的表面導入第2導電類型的雜質形成第2基極層，從上述第2基極層的表面導入第1導電類型的雜質形成發射極層，對上述發射極層，形成貫通上述第2基極層到達上述第1基極層的深度的溝槽，在上述溝槽的內部形成柵極電極，在整個面上形成導電層，使之圖形化以形成在上述第2基極層上邊和上述發射極層上邊進行連接的第1主電極，從上述第1基極層另一方的面上削減上述第1基極層剩下所希望的厚度，從上述第1基極層的另一方的面導入第2導電類型的雜質形成集電極層，在上述集電極層的露出面上形成第2主電極。
14.根據權利要求13所述的方法，把上述第1基極層形成為使得上述第1基極層的位于上述集電極層一側的一方的端部的上述雜質的濃度是從1e15/cm3到5e16/cm3的范圍，上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的另一方的端部的上述雜質的濃度變成為1e11/cm3。
15.根據權利要求13所述的方法，把上述第1基極層形成為使得上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的一方的端部的電阻率變成為100Ω·cm以上。
16.根據權利要求13所述的方法，把集電極層形成位使得上述集電極層的位于上述第2主電極一側的雜質的表面濃度變成為1e17/cm3以上。
17.根據權利要求13所述的方法，把上述第1基極層形成為使得在距上述第1基極層的位于上述第2基極層一側的一方的端部為30微米的深度以下，電阻率變成為100Ω·cm以上，而且是恒定的。
18.根據權利要求13所述的方法，上述第1導電類型是n型，上述第2導電類型是p型。
全文摘要
在n型基極層1的一面上形成p型基極層7。在p型基極層7的表面上形成n型發射極層8。在n型基極層1的另一面上形成p型集電極層2。在n型發射極層8和p型基極層7上形成發射極電極9。對n型發射極層8形成貫通p型基極層7到達n型基極層1的溝槽4,在該溝槽4內形成溝槽柵極電極6。因而n型基極層1與p型基極層7接連一側的濃度變低,與p型集電極層接連一側的濃度變高,具有在厚度方向上連續變化的濃度梯度,就可以把p型集電極層2的厚度形成為1微米以下。
文檔編號H01L21/336GK1379479SQ0210614
公開日2002年11月13日 申請日期2002年4月5日 優先權日2001年4月5日
發明者服部秀隆 申請人:株式會社東芝