半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]已知例如金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET: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。
[0003]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η漂移层。
[0004]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IGBT101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。
[0005]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η型区(以下，称为η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 η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η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。
[0006]作为与超结MOSFET 201相关的文献，已公开有记载以下结构的文献:在漂移层205设置包括并列pn层的SJ结构以及设于该并列pn层的下面且杂质浓度以两个阶段变化的η型缓冲层，以降低通态电阻并形成具有作为反向恢复特性的软恢复波形的内置二极管(例如，参见以下专利文献I)。另外，已知一种具有用于缩短反向恢复时间而不会提高在漏极与源极之间的漏电流的SJ-MOS结构的半导体装置(例如，参见以下专利文献2)。而且，已经提出这样一种结构，其中，SJ-M0SFET与具有SJ结构的肖特基势皇二极管连接，以实现适于软开关型的半导体装置(例如，参见以下专利文献3)。已经提出这样一种结构，其中，在整个具有SJ结构的肖特基势皇二极管设有寿命控制区，以降低反向电流并改善反向恢复特性(例如，参见以下专利文献4)。一种用于获得具有软恢复波形的反向恢复特性的寿命控制方法(例如，参见以下专利文献5)。已经提出一种用于控制过剩少数载流子的寿命的方法(例如，参见以下专利文献6)。另外，已经提出一种与根据相关技术的元件相比能够改善击穿电压和截止特性的半导体装置(例如，参见以下专利文献7)。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2003-101022号公报(图11和第
[0077]段至第
[0079]段)
[0010]专利文献2:日本特再公布2010-24433号公报(摘要)
[0011]专利文献3:日本特开2006-24690号公报(摘要中的技术问题和解决方法)
[0012]专利文献4:日本特开2008-258313号公报(摘要)
[0013]专利文献5:日本特开2007-59801号公报(摘要)
[0014]专利文献6:日本特开平7-226405号公报(技术问题)
[0015]专利文献7:日本特开2001-102577号公报(技术问题)
【发明内容】
[0016]技术问题
[0017]在图2的(a)示出的超结MOSFET 201中，在反向阻断状态下，耗尽层以低击穿电压延伸至并列pn层中的每一栏(η型漂移区202a和P型分隔区202b)中并被完全耗尽。这时，内置二极管(符号203-202a)从正向电流(回流电流)流动的状态变为内置二极管的pn结的反向偏压阻断状态(即，反向恢复状态)。然而，在反向恢复状态下的内置二极管中，由于超结MOSFET 201具有单极结构，因此几乎没有少数载流子并且反向恢复电流Irp小。因此，有可能能够得到电流波形和电压波形快速升高的所谓的硬恢复波形。以下将要描述的图3也示出了具有根据图2所示的相关技术的结构的超结MOSFET的反向恢复电流波形。当反向恢复动作具有硬恢复波形时，如示出于具有根据图3 (在图3中，振荡波形部分相互重叠，看起来像粗的黑线，而且不清晰)中所示的相关技术的结构的超结MOSFET的反向恢复波形图，产生导致噪声的振铃(振荡波形)。根据图3中所示的相关技术的结构的波形是对于具有根据图2的(a)中所示的相关技术的结构的垂直超结MOSFET 201，当电源电压为400V、正向电压为20A、反向电流超时变化为100A/μ s时的反向恢复动作的电流波形的模拟结果。
[0018]考虑到上面提及的问题完成本发明，本发明的目的在于，提供一种在反向恢复动作期间防止在硬恢复波形中的急剧上升的半导体装置以及该半导体装置的制造方法。另夕卜，本发明的目的在于，提供一种能够防止在硬恢复波形中的急剧上升以减小反向恢复电流(Irp)和反向恢复时间(trr)，并能获得高速开关和低反向恢复损失的半导体装置以及该半导体装置的制造方法。
[0019]技术方案
[0020]为了解决上述问题并实现目的，根据本发明一个方面的半导体装置具有以下特征。并列pn层设置在第一导电型的漏层的第一主表面上。并列pn层包括沿垂直方向延伸并彼此平行的多个pn结。设置在pn结之间的第一导电型的漂移区和第二导电型的分隔区交替地布置以彼此接触。MOS栅结构设置在并列pn层的第一主表面侧上。第一导电型的第一缓冲层设置在并列pn层与漏层之间。第一缓冲层的杂质浓度比漂移区低。并列pn层中的至少一个分隔区被杂质浓度比漂移区低的第一导电型区所替代。第一导电型的第二缓冲层可以设置在第一缓冲层与漏层之间。第二缓冲层可以具有