半導體裝置及其制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體裝置(絕緣柵型場效應晶體管)以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET:絕緣柵型場效應晶體管)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為用于功率半導體裝置的半導體元件。圖5是示出通常的逆變器的電路圖。圖6的(a)是示出通常的IGBT的主要部分的截面圖，圖6的(b)是示出MOSFET的主要部分的截面圖。IGBT 101已經(jīng)被廣泛地用作高擊穿電壓開關元件，該高擊穿電壓開關元件被用于圖5中示出的逆變電路1000。IGBT 101具有諸如雙極型晶體管的高擊穿電壓和低通態(tài)電壓的優(yōu)異特點或者具有諸如比MOSFET低的速度且高速運行的優(yōu)異特點，并且是作為目前支持電力電子設備的重要的半導體元件。
[0003]然而，示出于圖6的(a)的主要部分截面圖的IGBT 101具有反向擊穿電壓結(jié)(集電結(jié)103)，不同于圖6的(b)中示出的MOSFET 301。因此，一般來說，在IGBT 101，電流不能沿反方向流動(發(fā)射極E為正電極并集電極C為負電極的偏壓方向)。當IGBT 101從導通狀態(tài)變?yōu)檎钄酄顟B(tài)時，由于電路中的電感組件，可能會在反方向上產(chǎn)生的高浪涌電壓。當浪涌電壓施加于IGBT 101時，通常，會擔心沒有免受反向擊穿電壓損壞的IGBT 101將要損壞。但是，當在逆變電路中使用IGBT時，IGBT被二極管401 (參見圖5)保護，該二極管401反向并列連接以使每當IGBT 101關斷時所產(chǎn)生的L負載(介電負載)電流回流。符號102和302表示η漂移層。
[0004]對提高逆變器的頻率的要求正在提高。IGBT101與一般的續(xù)流二極管401的并列連接對提高開關速度有局限性。因此，使用能夠快速開關的IGBT101和快速二極管以滿足需要。在快速二極管中，當該二極管從正向電流流動狀態(tài)變?yōu)榉聪蜃钄酄顟B(tài)時，反向恢復所需要的時間比一般二極管短。該二極管的使用能夠降低反向恢復損失。
[0005]圖2是示出根據(jù)相關技術(shù)的超結(jié)MOSFET的主要部分的截面圖(a)，并且是載流子壽命分布圖，其中縱軸示出與(a)相對應的基板的深度方向?qū)纳疃?。近些年，為了進一步提高開關元件的速度，已經(jīng)對將IGBT 101替換為圖2的(a)中示出的超結(jié)MOSFET 201進行了檢查。已經(jīng)被作為替代目標而進行檢查的超結(jié)MOSFET 201 (參見圖2)具有以漂移層205作為并列pn層的超結(jié)(SJ)結(jié)構(gòu)，其中，在與基板的主表面平行的方向上以小間隔(pitch:節(jié)距)交替地布置P型區(qū)(以下，稱為P型分隔區(qū))202b和具有高雜質(zhì)濃度的η型區(qū)(以下，稱為η型漂移區(qū))202a。另外，漂移層包括設置于并列pn層202的漏側(cè)的第一 η型緩沖層204。當基板的載流子壽命不被控制時，如圖2的(b)中所示，載流子的壽命在從基板的表面開始的深度方向上為常數(shù)(不被控制)。在超結(jié)MOSFET 201中，即使在為了使并列pn層202的η型漂移區(qū)202a與擊穿電壓匹配，而使其雜質(zhì)濃度比通常的雜質(zhì)濃度高時，也能夠降低并列pn層202之間的節(jié)距從而以低電壓耗盡所有的并列pn層202。因此，即使超結(jié)MOSFET 201是單極型，也具有高擊穿電壓和低通態(tài)電阻的特性。另外，超結(jié)MOSFET因單極裝置從而能夠執(zhí)行高速開關，并包括反向二極管結(jié)構(gòu)(圖2的(a)中的符號203和202a)。因此，沒有必要新連接圖5中所示的逆變電路的并列二極管401，并且能夠期待裝置的尺寸減小。另外，超結(jié)MOSFET (SJ-MOSFET) 201被用作開關裝置，內(nèi)置二極管被用作快速恢復二極管，以進一步提高速度并進一步減少損失。
[0006]作為與超結(jié)MOSFET 201相關的文獻，已公開有記載以下結(jié)構(gòu)的文獻:在漂移層205設置包括并列pn層的SJ結(jié)構(gòu)以及設于該并列pn層的下面且雜質(zhì)濃度以兩個階段變化的η型緩沖層，以降低通態(tài)電阻并形成具有作為反向恢復特性的軟恢復波形的內(nèi)置二極管(例如，參見以下專利文獻I)。另外，已知一種具有用于縮短反向恢復時間而不會提高在漏極與源極之間的漏電流的SJ-MOS結(jié)構(gòu)的半導體裝置(例如，參見以下專利文獻2)。而且，已經(jīng)提出這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，SJ-M0SFET與具有SJ結(jié)構(gòu)的肖特基勢皇二極管連接，以實現(xiàn)適于軟開關型的半導體裝置(例如，參見以下專利文獻3)。已經(jīng)提出這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，在整個具有SJ結(jié)構(gòu)的肖特基勢皇二極管設有壽命控制區(qū)，以降低反向電流并改善反向恢復特性(例如，參見以下專利文獻4)。一種用于獲得具有軟恢復波形的反向恢復特性的壽命控制方法(例如，參見以下專利文獻5)。已經(jīng)提出一種用于控制過剩少數(shù)載流子的壽命的方法(例如，參見以下專利文獻6)。另外，已經(jīng)提出一種與根據(jù)相關技術(shù)的元件相比能夠改善擊穿電壓和截止特性的半導體裝置(例如，參見以下專利文獻7)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2003-101022號公報(圖11和第
[0077]段至第
[0079]段)
[0010]專利文獻2:日本特再公布2010-24433號公報(摘要)
[0011]專利文獻3:日本特開2006-24690號公報(摘要中的技術(shù)問題和解決方法)
[0012]專利文獻4:日本特開2008-258313號公報(摘要)
[0013]專利文獻5:日本特開2007-59801號公報(摘要)
[0014]專利文獻6:日本特開平7-226405號公報(技術(shù)問題)
[0015]專利文獻7:日本特開2001-102577號公報(技術(shù)問題)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]技術(shù)問題
[0017]在圖2的(a)示出的超結(jié)MOSFET 201中，在反向阻斷狀態(tài)下，耗盡層以低擊穿電壓延伸至并列pn層中的每一欄(η型漂移區(qū)202a和P型分隔區(qū)202b)中并被完全耗盡。這時，內(nèi)置二極管(符號203-202a)從正向電流(回流電流)流動的狀態(tài)變?yōu)閮?nèi)置二極管的pn結(jié)的反向偏壓阻斷狀態(tài)(即，反向恢復狀態(tài))。然而，在反向恢復狀態(tài)下的內(nèi)置二極管中，由于超結(jié)MOSFET 201具有單極結(jié)構(gòu)，因此幾乎沒有少數(shù)載流子并且反向恢復電流Irp小。因此，有可能能夠得到電流波形和電壓波形快速升高的所謂的硬恢復波形。以下將要描述的圖3也示出了具有根據(jù)圖2所示的相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)的超結(jié)MOSFET的反向恢復電流波形。當反向恢復動作具有硬恢復波形時，如示出于具有根據(jù)圖3 (在圖3中，振蕩波形部分相互重疊，看起來像粗的黑線，而且不清晰)中所示的相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)的超結(jié)MOSFET的反向恢復波形圖，產(chǎn)生導致噪聲的振鈴(振蕩波形)。根據(jù)圖3中所示的相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)的波形是對于具有根據(jù)圖2的(a)中所示的相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)的垂直超結(jié)MOSFET 201，當電源電壓為400V、正向電壓為20A、反向電流超時變化為100A/μ s時的反向恢復動作的電流波形的模擬結(jié)果。
[0018]考慮到上面提及的問題完成本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于，提供一種在反向恢復動作期間防止在硬恢復波形中的急劇上升的半導體裝置以及該半導體裝置的制造方法。另夕卜，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠防止在硬恢復波形中的急劇上升以減小反向恢復電流(Irp)和反向恢復時間(trr)，并能獲得高速開關和低反向恢復損失的半導體裝置以及該半導體裝置的制造方法。
[0019]技術(shù)方案
[0020]為了解決上述問題并實現(xiàn)目的，根據(jù)本發(fā)明一個方面的半導體裝置具有以下特征。并列pn層設置在第一導電型的漏層的第一主表面上。并列pn層包括沿垂直方向延伸并彼此平行的多個pn結(jié)。設置在pn結(jié)之間的第一導電型的漂移區(qū)和第二導電型的分隔區(qū)交替地布置以彼此接觸。MOS柵結(jié)構(gòu)設置在并列pn層的第一主表面?zhèn)壬稀５谝粚щ娦偷牡谝痪彌_層設置在并列pn層與漏層之間。第一緩沖層的雜質(zhì)濃度比漂移區(qū)低。并列pn層中的至少一個分隔區(qū)被雜質(zhì)濃度比漂移區(qū)低的第一導電型區(qū)所替代。第一導電型的第二緩沖層可以設置在第一緩沖層與漏層之間。第二緩沖層可以具有