[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置(绝缘栅型场效应晶体管)以及其制造方法。

背景技术

已知例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET：绝缘栅型场效应晶体管)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为用于功率半导体装置的半导体元件。图5是示出通常的逆变器的电路图。图6的(a)是示出通常的IGBT的主要部分的截面图，图6的(b)是示出MOSFET的主要部分的截面图。IGBT 101已经被广泛地用作高击穿电压开关元件，该高击穿电压开关元件被用于图5中示出的逆变电路1000。IGBT 101具有诸如双极型晶体管的高击穿电压和低通态电压的优异特点或者具有诸如比MOSFET低的速度且高速运行的优异特点，并且是作为目前支持电力电子设备的重要的半导体元件。

然而，示出于图6的(a)的主要部分截面图的IGBT 101具有反向击穿电压结(集电结103)，不同于图6的(b)中示出的MOSFET 301。因此，一般来说，在IGBT 101，电流不能沿反方向流动(发射极E为正电极并集电极C为负电极的偏压方向)。当IGBT 101从导通状态变为正阻断状态时，由于电路中的电感组件，可能会在反方向上产生的高浪涌电压。当浪涌电压施加于IGBT 101时，通常，会担心没有免受反向击穿电压损坏的IGBT 101将要损坏。但是，当在逆变电路中使用IGBT时，IGBT被二极管401(参见图5)保护，该二极管401反向并列连接以使每当IGBT 101关断时所产生的L负载(介电负载)电流回流。符号102和302表示n^-漂移层。

对提高逆变器的频率的要求正在提高。IGBT101与一般的续流二极管401的并列连接对提高开关速度有局限性。因此，使用能够快速开关的IGBT 101和快速二极管以满足需要。在快速二极管中，当该二极管从正向电流流动状态变为反向阻断状态时，反向恢复所需要的时间比一般二极管短。该二极管的使用能够降低反向恢复损失。

图2是示出根据相关技术的超结MOSFET的主要部分的截面图(a)，并且是载流子寿命分布图，其中纵轴示出与(a)相对应的基板的深度方向对应的深度。近些年，为了进一步提高开关元件的速度，已经对将IGBT 101替换为图2的(a)中示出的超结MOSFET 201进行了检查。已经被作为替代目标而进行检查的超结MOSFET 201(参见图2)具有以漂移层205作为并列pn层的超结(SJ)结构，其中，在与基板的主表面平行的方向上以小间隔(pitch：节距)交替地布置p型区(以下，称为p型分隔区)202b和具有高杂质浓度的n型区(以下，称为n型漂移区)202a。另外，漂移层包括设置于并列pn层202的漏侧的第一n型缓冲层204。当基板的载流子寿命不被控制时，如图2的(b)中所示，载流子的寿命在从基板的表面开始的深度方向上为常数(不被控制)。在超结MOSFET 201中，即使在为了使并列pn层202的n型漂移区202a与击穿电压匹配，而使其杂质浓度比通常的杂质浓度高时，也能够降低并列pn层202之间的节距从而以低电压耗尽所有的并列pn层202。因此，即使超结MOSFET 201是单极型，也具有高击穿电压和低通态电阻的特性。另外，超结MOSFET因单极装置从而能够执行高速开关，并包括反向二极管结构(图2的(a)中的符号203和202a)。因此，没有必要新连接图5中所示的逆变电路的并列二极管401，并且能够期待装置的尺寸减小。另外，超结MOSFET(SJ-MOSFET)201被用作开关装置，内置二极管被用作快速恢复二极管，以进一步提高速度并进一步减少损失。