即使在１个芯片内形成ＩＧＢＴ和续流二极管，也能良好地控制ＩＧＢＴ和二极管的二种电特性（导通电压）。在续流二极管内置型ＩＧＢＴ中，将研磨后的晶片厚度Ｄ设定为小于等于２００μｍ，将阴极Ｎ＋层８的厚度Ｔ８和Ｐ＋集电极层９的厚度Ｔ９都设定为小于等于２μｍ。再者，将关于宽度方向Ｘ的阴极Ｎ＋层８和Ｐ＋集电极层９的宽度的和设定为大于等于５０μｍ至小于等于２００μｍ的范围内。此时，界面ＩＦ中Ｐ＋集电极层９与集电极１０的界面ＩＦ２所占的比例成为３０％～８０％的范围内的值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有绝缘栅(MOS结构)的双极晶体管，特别是涉及内置了续流二极管(以下，简单地称为FWD)的绝缘栅型双极晶体管(以下，简单地称为IGBT。此外，这种IGBT也称为反向导通型IGBT)的结构及其制造技术。而且，将与本专利技术有关的IGBT作为电机等的负载驱动用变流电路中的FWD内置型开关元件利用于产业上。
技术介绍
在驱动电机等的功率电子技术中，在额定电压为300V以上的区域中，IGBT根据其特性作为开关元件来使用，而且，使用了与该开关元件并联连接的续流二极管(FWD)。在现有的一般的IGBT中，在P+集电极层上形成了N+缓冲层，在N+缓冲层上形成了N-层，在N-层的表面上通过P型杂质的扩散有选择地形成了P基区，再者，通过在该P基区的表面上有选择地扩散高浓度的N型杂质，形成了源区。P基区和源区是以栅多晶硅为掩模来形成的。由于该部分为双重扩散，故将该结构称为双扩散MOS，简称为DMOS。在形成了P基区和源区的N-层的上面形成了栅氧化膜，在栅绝缘膜的上部形成了多晶硅的栅电极，栅电极下的P基区称为沟道区。在N+源区的表面的一部分区域上和在P基区的表面的中央部区域上形成了发射极，在N+衬底的背面上形成了集电极。此外，作为与另一现有例有关的IGBT，也有在硅内部形成的沟槽的内部形成了MOS栅电极的沟槽型IGBT。在此，变流电路是直流与交流的变换器。一般的变流电路由作为开关元件的上述IGBT和续流二极管(FWD)构成，将IGBT和与其并联连接的续流二极管构成为1组电路要素，变流电路通过组合使用4个或6个电路要素控制了2相或3相的交流电机。更具体地说，变流电路具有连接到直流电源上的直流端子，通过使各IGBT开关，将直流电压变换为规定频率的交流电压，对作为负载的电机供给该交流电压。专利文献1特开平6-196705号公报(图1)专利文献2特开平7-153942号公报(图1)专利文献3特开平6-53511号公报(图1)专利文献4特开平2-126682号公报专利文献5特开平8-116056号公报在上述的变流电路中，由于作为负载的电机是电感性的，故必须有续流二极管。如果详细地叙述这一点，则如下所述。负载的电感性具有在由电流发生的磁场中蓄积能量的性质，电流的变化意味着被蓄积的能量的变化。以下，将负载的电感性的能量蓄积能力表现并记载为「L」。如果隔断流过负载的电流，则在L中蓄积了的能量就释放给打算隔断电流的物体，以便妨碍电流的变化。如果在电机的L中蓄积的能量瞬时地释放，则由于发生足以损害IGBT的特性的大功率，故如果由于IGBT的开关工作的缘故而要急剧地隔断流过电机的电流，则由于被释放的能量的缘故，产生了IGBT的显著的特性恶化。因此，利用续流二极管使在IGBT的关断中流过电机的电流迂回环流，使流过电机的电流本身不因开关而变化。因此，在现有的一般的变流电路中，将直流电源与电机连接起来，如果对电机施加了电压的IGBT关断，则流过电机的电流由于电机的L中蓄积了的能量的缘故通过续流二极管使直流电流在反方向上流动，其结果，产生与对电机施加反方向的直流电压等效的状态。而且，如果改变IGBT中的导通工作时间与关断工作时间的比例，则由于直流电压施加期间与反方向流动期间的比例改变，故可平均地控制对电机施加的电压。因此，如果使该比例以正弦波状来变化，则可利用该开关由直流电源供给交流电压而不因IGBT的开关急剧地隔断电机的电流。由于变流电路进行这样的工作，故如已叙述的那样，必须与某个IGBT以反向串联的方式连接续流二极管，或相对于与该IGBT构成一对的IGBT以反向并联的方式连接续流二极管。在这一点上，由于作为相同的开关元件使用的现有的功率MOSFET具备内置反向并联二极管的结构，故在将这样的功率MOSFET用作变流电路的开关元件的情况下，没有必要另外连接续流二极管。但是，由于功率MOSFET具有的可通电的电流密度较低，故功率MOSFET不适合用于大电流的用途。因而，作为驱动电机等用的变流电路的开关元件，不得不利用IGBT。但是，由于IGBT具有将功率MOSFET的衬底中的N+层的漏电极一侧部分变更为P+层的结构，故背面的P+集电极层与N+缓冲层之间形成二极管。该二极管的耐压(正向电压降Vf)约为20V～50V的范围内的值。在从作为续流二极管应具备的耐压的观点来看的情况下，这样的耐压是太高了。因具有这样高的耐压的势垒的存在而在环流时发生的电压引起的发热的缘故，可产生IGBT的显著的特性缺损。因此，虽然从能通电的电流密度的观点来看IGBT与功率MOSFET相比是有利的，但由于不能作成象MOSFET那样内置续流二极管的结构，故在将IGBT用作开关元件的现有的变流器中，必须另外连接与IGBT分开制造的续流二极管。因此，由于IGBT在功率MOSFET之后进行了开发，故与功率MOSFET同样地在IGBT内部制成二极管这一点在技术上尚未解决，迄今为止提出了几个解决对策。例如，在特愿平7-153942号公报的已知文献中提出的结构中，通过形成穿通IGBT的背面的P+集电极层的N+层，在IGBT的内部制成了二极管。此外，在特愿平6-53511号公报的已知文献中提出的结构中，通过在N+层内部分地形成背面的P+集电极层，在IGBT的内部制成了二极管。但是，这些结构都未脱离构思的范畴，尚未能应用于实际的产品。其原因如下所述。即，在现在已实现了产品化的IGBT的大部分中，反向耐压为600V或1200V，作为保持耐压所必须的N-层的厚度为50μm～150μm，而在晶片工艺(W/P)中所必要的晶片的厚度为250μm～600μm的范围内的值。因此，背面一侧的P+集电极层的厚度为100μm以上。因而，在特愿平7-153942号公报的结构中难以现实地形成具有穿通P+集电极层的N型的多晶区。相反，在后者的特愿平6-53511号公报的结构中，为了实现在W/P中能流过电流的结构，N-层的厚度太厚，存在反而不能发挥IGBT特性的优点的问题。此外，为了改善IGBT的特性，在特开平2-126682号公报中提示了将N-层的一部分连接到集电极上的结构，但已公开了因该处的二极管的特性是不充分的因而不适合于使用故不会使该二极管工作的结构。再者，在特开平6-196705号公报的已知文献中也公开了同样的结构。在特开平6-196705号公报中，公开了为了改善内置的二极管的恢复特性在表面的P层中形成P-层的结构。此外，示出了N-层的厚度为50μm、P+集电极层的厚度为20μm。此外，在该公报中记载了，以N-衬底为起始，形成背面一侧的P+集电极层和N+阴极层，其后形成表面的MOSFET作为其制造方法。在该制造方法中，由于必须以约80μm的晶片厚度进行W/P全部的工序，故存在W/P中途的晶片的处理操作非常困难的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了打破这样的技术状况而完成的，其目的在于提供在FWD内置型IGBT中将IGBT和FWD的各自的电特性都改善到实用的良好水平的结构及其制造技术。与本专利技术的主题有关的绝缘栅型双极晶体管的特征在于具备第1导电类型的半导体衬底，具有第1主面和第2主面；绝缘栅型晶体管，在上述半导体衬底的上述第1主面侧被形成，而且在从上述第1主面起朝向上述半导体衬底的内部形成的第2导电类本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种绝缘栅型双极晶体管，其特征在于：具备：具有第１主面和第２主面的第１导电类型的半导体衬底；绝缘栅型晶体管，在上述半导体衬底的上述第１主面侧上形成，而且在其导通工作时，在从上述第１主面起朝向上述半导体衬底内部形成的第 ２导电类型的基区内具有上述第１导电类型的沟道；第１主电极，在上述第１主面上形成，而且在上述第１主面中与上述绝缘栅型晶体管的上述基区接触；上述第１导电类型的第１半导体层，在上述半导体衬底的上述第２主面上形成，而且与上述绝缘栅型 晶体管对置；上述第２导电类型的第２半导体层，在上述半导体衬底的上述第２主面上形成，而且与上述绝缘栅型晶体管对置；以及第２主电极，在上述第１半导体层上和上述第２半导体层上形成，上述第２主电极与上述第１半导体层和上述第２ 半导体层的界面与上述第１主面平行，上述第１主面与上述界面之间的厚度小于等于２００μｍ，上述第１半导体层和上述第２半导体层的各自的厚度都小于等于２μｍ。
【技术特征摘要】
JP 2003-7-24 279054/2003;JP 2004-1-29 21294/20041.一种绝缘栅型双极晶体管，其特征在于具备具有第1主面和第2主面的第1导电类型的半导体衬底；绝缘栅型晶体管，在上述半导体衬底的上述第1主面侧上形成，而且在其导通工作时，在从上述第1主面起朝向上述半导体衬底内部形成的第2导电类型的基区内具有上述第1导电类型的沟道；第1主电极，在上述第1主面上形成，而且在上述第1主面中与上述绝缘栅型晶体管的上述基区接触；上述第1导电类型的第1半导体层，在上述半导体衬底的上述第2主面上形成，而且与上述绝缘栅型晶体管对置；上述第2导电类型的第2半导体层，在上述半导体衬底的上述第2主面上形成，而且与上述绝缘栅型晶体管对置；以及第2主电极，在上述第1半导体层上和上述第2半导体层上形成，上述第2主电极与上述第1半导体层和上述第2半导体层的界面与上述第1主面平行，上述第1主面与上述界面之间的厚度小于等于200μm，上述第1半导体层和上述第2半导体层的各自的厚度都小于等于2μm。2.如权利要求1中所述的绝缘栅型双极晶体管，其特征在于上述第1半导体层与上述第2主电极的第1界面对于上述界面的占有率为20％至70％。3.如权利要求1中所述的绝缘栅型双极晶体管，其特征在于上述第2半导体层与上述第2主电极的第2界面对于上述界面的占有率为30％至80％。4.如权利要求1至3的任一项中所述的绝缘栅型双极晶体管，其特征在于与上述第1主面平行且相当于上述第1半导体层和上述第2半导体层的排列方向的宽度方向上的上述第1半导...
【专利技术属性】
技术研发人员：高桥英树，青野真司，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。