[发明专利]双方向元件及其制造方法

说明书

本案是申请日为2004年8月12日、申请号为200410055188.6的、发明名称为“双方向元件及其制造方法、半导体装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有双方向元件的功耗集成电路(Power IC)等半导体装置及其制造方法。

背景技术

在电池等的电源装置中，需要控制电池充电的情况和电池放电(将电流供给负载)的情况两者，以防止电池的过分充电和过分放电。由于这样，必需要有可以接通和断开交流信号或交流电力的双方向的半导体开关。作为该双方向的半导体开关，可以使用将单方向半导体元件反向并联连接的复合型双方向元件。

另外，使用在同一个半导体基板上集成该复合型双方向元件和控制它的控制用IC的功耗集成电路(Power IC)，可使电流装置尺寸减小。

还开发了单一的双方向元件。作为一个例子，提出了双方向横式绝缘栅极晶体管(LIGBT)(例如，参见非专利文献1)。下面，说明这种双方向LIGBT的结构和动作。

图30为双方向LIGBT的主要部分的截面图。在双方向LIGBT中，在n半导体层503的表面侧形成二个p⁺阱区域504、505，在p⁺阱区域504、505中，形成n⁺发射极区域506、507。p+阱区域504、505在n半导体层503的表面上露出，并且离开规定距离(偏移距离)，以便可以维持规定的耐压。另外，n⁺发射极区域506、507在n半导体层503的表面(p⁺阱区域504、505的表面)露出。

在p⁺阱区域504、505中，在位于二个n+发射极区域506、507之间的部位上，通过栅极绝缘膜508、509，形成由多晶硅等制成的绝缘栅极型式的栅极电极510、511。另外，以跨在p⁺阱区域504、505和n⁺发射极区域506、507上的形式，形成发射极电极512、513。利用这种结构，如果控制加在栅极电极510、511上的电压，则可以控制在发射极电极512、513之间双方向流动的主电流的接通和断开。

图31表示图30的双方向LIGBT的输出特性。由于当没有达到由pn结的藏在内部的电位引起的上升电压(0.6V)以上时，没有主电流开始流过，在小电流区域中，接通电压高，接通损失大。

为了改善这点，具有利用上升时电压为零的MOSFET，形成双方向元件的单一的双方向MOSFET(例如，参见专利文献1)。现说明其内容。

图32为现有的双方向MOSFET的主要部分的截面图。这里举了一个双方向LDMOSFET(横向双扩散的MOSFET：LateralDouble-Diffused MOSFET)作为例子。与上述例子同样，具有SOI结构，通过绝缘层102，在半导体基板101上形成n半导体层103。在n半导体103的表面侧形成二个n⁺⁺漏极区域104、105；同时，在两个n⁺⁺漏极区域104、105之间形成p⁺阱区域106。p⁺阱区域106形成于达到绝缘层102的深度，将n半导体基板103分割成二个区域。另外，在p⁺阱区域106中，形成二个n⁺⁺源极区域107、108；同时，在两个n⁺⁺源极区域107、108之间，形成p⁺⁺基极接点109区域。n⁺⁺漏极区域104、105和p⁺阱区域106，在n半导体基极103的表面露出；n⁺⁺源极区域107、108、p⁺⁺基极接触区域109在p⁺阱区域106表面露出。在p⁺阱区域106上，通过栅极绝缘膜110、111形成绝缘栅极型的栅极电极112、113。两个栅极电极112、113共用连接。漏极电极114、115分别与n⁺⁺漏极区域104、105连接。另外，源极电极117以横跨连接的形式，与n⁺⁺源极区域107、108和p⁺⁺基极接触区域109连接。