[发明专利]超级结半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在与半导体基板的主面相垂直的方向，具有使多个所配置的n型柱(column)以及p型柱沿着与主面平行的方向相互邻接的超级结(super-junction)构造部作为漂移层的超级结半导体器件的制造方法。

背景技术

通常情况下，半导体器件(以下，有时也称为半导体元件或者仅称为元件)大致分为在半导体基板的1个面具有电极的横型元件和在半导体基板的2个面具有电极的纵型元件。纵型半导体器件的导通时漂移电流流动的方向与断开时由反偏置电压(反偏压)产生的耗尽层延伸的方向相同。例如，在通常的屏极(planar)型的n沟道纵型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的情况下，高电阻的n^-漂移层的部分起到MOSFET导通状态时沿着纵方向流过漂移电流的区域的作用，断开状态时耗尽，提高耐压。缩短该高电阻的n^-漂移层的电流路径由于漂移电阻低，因此与降低MOSFET的实质的导通电阻的效果相联系，但是反之，从p基区(base)与n^-漂移区之间的pn结行进的漂移—基间耗尽层的扩展宽度狭窄，为了迅速地达到硅的临界电场强度，耐压降低。反之，在耐压高的半导体器件中，由于n^-漂移层厚，因此导通电阻必然很大，损失增加。把这种导通电阻与耐压之间的关系称为折衷(tradeoff)关系。该折衷关系已知在IGBT、双极型晶体管、二极管等半导体器件中也同样成立。另外，该关系对于导通时漂移电流流动的方向与断开时由反偏置电压引起的耗尽层的延伸方向不同的横型半导体器件也相同。

作为对该问题的解决方法，如图2所示，已知在与半导体基板的主面垂直的方向上，把漂移层以较长的层状或者柱状的形状，分为提高了杂质浓度的多个n型的漂移区(n型柱)4和p型的隔离区(p型柱)5，在与主面平行的方向中，制成由交替反复邻接地配置的并列pn区构成的超级结构造部10的超级结半导体器件(超级结MOSFET)。该超级结半导体器件的上述超级结构造部10具有与在断开状态时耗尽，承担耐压的漂移层相同的功能。

上述超级结MOSFET与通常的屏极型的n沟道纵型MOSFET的构造上的最大区别在于漂移层在单一的导电型中不是均匀的杂质浓度的层，而是成为由上述那样的并列pn区构成的超级结构造部10。在该超级结构造部10中，即使各个p型的隔离区(p型柱)5和n型的漂移区(n型柱)4的杂质浓度(以下，有时仅记述为浓度)比同耐压类别(class)的通常的元件高，由于在断开状态下耗尽层也从超级结构造部10内的并列pn结起向两侧扩展，在低电场强度下使漂移层整体耗尽，因此能够实现高耐压。

另一方面，在包括超级结半导体器件的半导体器件中，特别是在屏极接合型半导体器件中，通常情况下为了使其成为高耐压元件，在包围主电流流动的元件活性部100的周围需要周缘耐压构造部200。如果没有该周缘耐压构造部200，则在漂移层外周端中产生电场集中部位，耐压降低，难以实现高耐压。进而，在通过使pn接合面在每个半导体器件区域中向一个主面侧弯曲，使其pn结末端与上述一个主面交叉，用绝缘膜8覆盖并保护该交叉的面，由此在pn结保持成为反偏置电压的朝向的耐压的屏极接合型半导体器件中，在包括上述绝缘膜8的周缘耐压构造部200中需要耐电荷性(感应电荷阻断功能)。即，即使确保了所设计的初始耐压，但是在绝缘膜8中无耐电荷性或者耐电荷性小的元件中，随着时间的经过，由于在上述绝缘膜8中感应的外部电荷的影响，基板表面的电场分布发生变化产生电场集中部位，耐压逐渐降低，发生耐压可靠性的降低。

在上述的具备由并列pn区构成的超级结构造部10的超级结MOSFET的周缘耐压构造部200的情况下，为了提高上述耐电荷性，需要在周缘耐压构造部200内的超级结构造部10的基板表面侧(上层)中配置有均匀的杂质浓度的n^-低浓度外延层3。从而，根据设计耐压，在超级结构造部10的上层设置的n^-低浓度外延层3的表层中，沿着基板表面以所需要的间隔相互离开的方式，设置多个超级结半导体器件的周缘耐压构造部200的p型保护环区7。进而，该周缘耐压构造部200具备该p型保护环区7表面和最外周的p型保护环区7a表面相互电连接的导电性屏极9，进而，具有在上述p型沟道截止区11(或者也可以是n型沟道截止区)上还具备电连接的导电性屏极12的构造。