[发明专利]半导体装置

说明书

本申请为分案申请，其原申请是于2011年7月6日（国际申请日为2010年5月17日）向中国专利局提交的专利申请，申请号为201080004054.5，发明名称为“半导体装置”。 

相关申请的交叉引用 

本申请基于2009年6月29日提交的日本专利申请No.2009-153958、2008年11月18日提交的No.2008-294481以及2010年5月10日提交的No.2010-108608，在此通过引用将其公开并入这里。 

技术领域

本发明涉及一种具有二极管的半导体装置。具体而言，本发明涉及一种绝缘栅型半导体装置，例如具有沟槽栅极结构的绝缘栅型晶体管（例如IGBT）。 

背景技术

常规地，例如，如JP-A-2003-318412中所述，公开了一种具有二极管的半导体装置，二极管用于使电流在阳极层和阴极层之间流动。按照下述顺序堆叠阳极层、杂质浓度低于阳极层的漂移层以及杂质浓度高于漂移层的阴极层。 

在这里，对二极管要求的一般性能之一是功率损耗低。二极管的功率损耗表现为固定损耗和开关损耗之和。在正向电流流动时产生固定损耗，在反向电流流动时产生开关损耗。固定损耗的特征在于在少数载流子注入漂移层的量变大时固定损耗减少。开关损耗的特征在于在少数载流子注入漂移层的量变小时开关损耗减少。因此，固定损耗和开关损耗之间的关系是此消彼长的关系。另一方面，在常规技术中，通过控制阳极层和漂移层的杂质浓度分布和/或通过对阳极层构图来调节少数载流子的注入量，从而 调节固定损耗和开关损耗。 

不过，由于以上调节方法中的每种是在二极管（即半导体装置）的制造过程期间执行的，所以在制造半导体装置之后不能灵活地调节少数载流子的注入量和累积量。于是会发生问题，使得固定损耗和开关损耗失去控制。二极管的固定损耗和开关损耗根据半导体装置的使用环境变化。于是，需要根据使用环境控制它们。 

在这里，用于控制固定损耗和开关损耗的另一种方法是一种在漂移层上辐照电子束以便调节少数载流子寿命的方法。不过，这种调节方法也是在半导体装置的制造过程中执行的。于是，在制造半导体装置之后，不能灵活调节固定损耗和开关损耗。 

此外，诸如沟槽栅型IGBT等高击穿电压绝缘栅型半导体装置的损耗包括固定损耗和开关损耗。这些损耗特性取决于从集电极注入的少数载流子的量。 

图30示出了常规N沟道型IGBT的截面图。如这幅图所示，隔着场停止层（即FS层）302a在P+型衬底301的表面上形成N-型漂移层302。衬底301提供集电极区，FS层302a充当缓冲层。在N-型漂移层302的表面部分中形成沟槽栅极结构。具体而言，在N-型漂移层302的表面部分中形成P型基极区303。此外，形成沟槽304，穿透p型基极区303。沟槽304将P型基极区303分成多个部分。在区域303各部分的一部分中形成N+型发射极区305，从而形成沟道P层303a。在区域303各部分的其他部分中不形成N+型发射极区305，从而形成浮置层303b。此外，隔着栅极绝缘膜306在沟槽304中形成栅电极307。与沟道P层303a接触的栅电极307提供了用于施加栅极电压的栅电极307a。与沟道P层303a不接触的栅电极307提供了用于伪电极的伪栅电极307b。 

在上述IGBT中，当在接通状态下来自作为集电极区的P+型衬底301的空穴的注入量大时，利用FS层302a累积了很多空穴。于是，大大促进了电导率的变化。于是，固定损耗减小。另一方面，在IGBT中，当在接通状态下空穴的累积量大时，断开情况下移除空穴的时间段变大。于是，断开损耗增加。 

因此，需要根据要使用的驱动频率控制和设计固定损耗和开关损耗之 间的平衡，使固定损耗和开关损耗的总损耗最小化。 

因此，常规地，在利用电子束辐照的寿命控制技术中，如图30所示，提出了FS型IGBT，将提供集电极区的P+型衬底301抛光致薄，在P+型衬底301和N-型漂移层302之间形成N+型FS层302a。例如，在JP-2003-101020中公开了这种技术。