半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】半導(dǎo)體裝置具備包括互相相鄰的二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域的半導(dǎo)體襯底（1）；二極管有源區(qū)域中的第一導(dǎo)電型的第一區(qū)域；第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域（4）；邊緣端接區(qū)域中的第一導(dǎo)電型的第三區(qū)域；和第二導(dǎo)電型的第四區(qū)域（5）。第一區(qū)域和第三區(qū)域共有第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)域（10），第一區(qū)域和第三區(qū)域共有第一導(dǎo)電型的第五區(qū)域（2）。第三區(qū)域的漂移區(qū)域（10）中的每單位體積的晶體缺陷的數(shù)量，多于第一區(qū)域的漂移區(qū)域（10）中的每單位體積的晶體缺陷的數(shù)量，以使第三區(qū)域中的漂移區(qū)域（10）的載流子壽命短于第一區(qū)域中的漂移區(qū)域（10）的載流子壽命。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置
[0001]本申請(qǐng)是基于2011年05月26日提出的中國(guó)國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01110150632.2的申請(qǐng)(半導(dǎo)體裝置)的分案申請(qǐng)，以下引用其內(nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別是涉及具備二極管的功率用高耐壓的半導(dǎo)體裝置。【背景技術(shù)】
[0003]作為功率用半導(dǎo)體裝置，有例如能承受600V以上的電壓的高耐壓功率模塊。在這種功率模塊上，搭載有IGBT和二極管。
[0004]例如在日本特開(kāi)2009 - 283781號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的、具備二極管的半導(dǎo)體裝置，在η型的半導(dǎo)體襯底的一個(gè)主表面的一側(cè)形成有正極，而在另一主表面的一側(cè)形成有負(fù)極。正極為P型擴(kuò)散區(qū)域，負(fù)極由η型超高濃度雜質(zhì)層和η型高濃度雜質(zhì)層構(gòu)成。以包圍該正極的方式形成有保護(hù)環(huán)。在負(fù)極中與保護(hù)環(huán)對(duì)置的區(qū)域形成有負(fù)極側(cè)P型擴(kuò)散區(qū)域。
[0005]在這樣的半導(dǎo)體裝置的、正極電極與負(fù)極電極之間被施加了正向的電壓時(shí)二極管成為導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)，在半導(dǎo)體襯底的內(nèi)部(漂移層(drift layer))中蓄積許多載流子。即，從P型擴(kuò)散區(qū)域向漂移層注入空穴(holes)，從η型高濃度雜質(zhì)層等向漂移層注入電子。另一方面，在正極電極與負(fù)極電極之間被施加反向的電壓時(shí)二極管成為截止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)，蓄積在漂移層的載流子中，電子從負(fù)極電極排出，空穴從正極電極排出。
[0006]在該截止?fàn)顟B(tài)中，由于在負(fù)極側(cè)形成有P型擴(kuò)散區(qū)域，所以負(fù)極側(cè)的η型區(qū)域的體積減少。因此，能夠緩沖處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的正極的外周端部上的電流集中。即，在處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的保護(hù)環(huán)附近的區(qū)域上的電流集中得到緩沖，該區(qū)域中的抗破壞量提高。
[0007]但是，在日本特開(kāi)2009 - 283781號(hào)公報(bào)的半導(dǎo)體裝置中，在處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)二極管的主要區(qū)域(被夾在正極與負(fù)極之間的漂移層)中流動(dòng)的正向電流有可能會(huì)減少。由此，在處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)蓄積在漂移層的載流子密度減少，從而原本應(yīng)該在二極管中流動(dòng)的電流量有可能會(huì)減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明鑒于以上的問(wèn)題而構(gòu)思。其目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，以在不招致二極管中流動(dòng)的正向電壓下降或上升的情況下，提高將二極管從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)的恢復(fù)動(dòng)作時(shí)的、保護(hù)環(huán)等的邊緣端接(edge termination)附近的抗破壞量。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及的半導(dǎo)體裝置，具備半導(dǎo)體襯底、第一導(dǎo)電型的第一區(qū)域、第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域、第一導(dǎo)電型的第三區(qū)域、和第二導(dǎo)電型的第四區(qū)域。半導(dǎo)體襯底具有互相對(duì)置的第一主表面和第二主表面，且具有互相相鄰的二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域。第一區(qū)域在二極管有源區(qū)域中形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。第二區(qū)域形成在半導(dǎo)體襯底的第一主表面，以在二極管有源區(qū)域中與第一區(qū)域一起構(gòu)成二極管。第三區(qū)域在邊緣端接區(qū)域中形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。第四區(qū)域是在邊緣端接區(qū)域中成為在半導(dǎo)體襯底的第一主表面形成的邊緣端接的區(qū)域。上述第一區(qū)域和第三區(qū)域，共有與第四區(qū)域構(gòu)成pn結(jié)的第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)域。上述第一區(qū)域和第三區(qū)域，共有第一導(dǎo)電型的第五區(qū)域，該第一導(dǎo)電型的第五區(qū)域位于第二主表面，且其第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度高于漂移區(qū)域。第三區(qū)域的漂移區(qū)域中的每單位體積的晶體缺陷的數(shù)量多于第一區(qū)域的漂移區(qū)域中的每單位體積的晶體缺陷的數(shù)量，以使上述第三區(qū)域中的漂移區(qū)域的載流子壽命短于第一區(qū)域中的漂移區(qū)域的載流子壽命。
[0010]本發(fā)明的另一方面涉及的半導(dǎo)體裝置，具備半導(dǎo)體襯底、第一導(dǎo)電型的第一區(qū)域、第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域、第一導(dǎo)電型的第三區(qū)域、和第二導(dǎo)電型的第四區(qū)域。半導(dǎo)體襯底具有互相對(duì)置的第一主表面和第二主表面，且具有互相相鄰的二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域。第一區(qū)域在二極管有源區(qū)域中形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。第二區(qū)域形成在半導(dǎo)體襯底的第一主表面，以在二極管有源區(qū)域中與第一區(qū)域一起構(gòu)成二極管。第三區(qū)域在邊緣端接區(qū)域中形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。第四區(qū)域是邊緣端接區(qū)域中成為在半導(dǎo)體襯底的第一主表面形成的邊緣端接的區(qū)域。上述第一區(qū)域和第三區(qū)域共有與第四區(qū)域構(gòu)成pn結(jié)的第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)域。上述第一區(qū)域具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度高于漂移區(qū)域的第一導(dǎo)電型的第五區(qū)域。在上述邊緣端接區(qū)域中在第二主表面形成有漂移區(qū)域。在上述二極管有源區(qū)域中在第二主表面形成有第五區(qū)域。
[0011]本發(fā)明的又一方面涉及的半導(dǎo)體裝置，具備半導(dǎo)體襯底、第一導(dǎo)電型的第一區(qū)域、第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域、第一導(dǎo)電型的第三區(qū)域、和第二導(dǎo)電型的第四區(qū)域。半導(dǎo)體襯底具有互相對(duì)置的第一主表面和第二主表面，且具有互相相鄰的二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域。第一區(qū)域形成在二極管有源區(qū)域中半導(dǎo)體襯底內(nèi)。第二區(qū)域形成在半導(dǎo)體襯底的第一主表面，以在二極管有源區(qū)域中與第一區(qū)域一起構(gòu)成二極管。第三區(qū)域在邊緣端接區(qū)域中形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。第四區(qū)域是在邊緣端接區(qū)域中成為在半導(dǎo)體襯底的第一主表面形成的邊緣端接的區(qū)域。上述第一區(qū)域和第三區(qū)域共有與第四區(qū)域構(gòu)成pn結(jié)的第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)域。上述第一區(qū)域具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度高于漂移區(qū)域的第一導(dǎo)電型的第五區(qū)域。具備:第二導(dǎo)電型的第一逆導(dǎo)電型區(qū)域，以與第五區(qū)域相鄰的方式形成在上述二極管有源區(qū)域的第二主表面中，以及第二導(dǎo)電型的第二逆導(dǎo)電型區(qū)域，形成在邊緣端接區(qū)域的第二主表面。上述第一區(qū)域和第三區(qū)域共有第一導(dǎo)電型的第六區(qū)域，該第一導(dǎo)電型的第六區(qū)域的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低于第五區(qū)域且高于漂移區(qū)域。上述第六區(qū)域在二極管有源區(qū)域中位于第五區(qū)域及第一逆導(dǎo)電型區(qū)域與漂移區(qū)域之間，且在邊緣端接區(qū)域中位于第二逆導(dǎo)電型區(qū)域與漂移區(qū)域之間。
[0012]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面涉及的半導(dǎo)體裝置，能夠確保流過(guò)二極管的有源區(qū)域的電流的量，并能抑制邊緣端接區(qū)域和二極管有源區(qū)域的交界部中電流密度的增加，而且抑制該交界部中的溫度上升導(dǎo)致的熱破壞。即提高該交界部中的抗破壞量。
[0013]依據(jù)本發(fā)明的另一方面及又一方面涉及的半導(dǎo)體裝置，除了上述的效果以外，減少正電壓降(VF)，且能抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩。
[0014]本發(fā)明的上述以及其它目的、特征、局面及優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)以下參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】的本發(fā)明相關(guān)的詳細(xì)說(shuō)明，當(dāng)會(huì)更加清晰。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0015]圖1是本實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的平面圖中的簡(jiǎn)要圖。
[0016]圖2是本實(shí)施方式I的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0017]圖3是表示在對(duì)圖2的半導(dǎo)體裝置施加正向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0018]圖4是表示在對(duì)圖2的半導(dǎo)體裝置施加反向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0019]圖5是表示在對(duì)作為圖2的比較例的半導(dǎo)體裝置施加正向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0020]圖6是表示在對(duì)作為圖2的比較例的半導(dǎo)體裝置施加反向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0021]圖7是本實(shí)施方式I的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0022]圖8是表示在對(duì)圖7的半導(dǎo)體裝置施加正向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0023]圖9是表示在對(duì)圖7的半導(dǎo)體裝置施加反向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0024]圖10是一例表示圖7的半導(dǎo)體裝置中的、額定電流密度下的Vf及浪涌電壓Vsmge的各電壓與P型區(qū)域的寬度Wp在相加η +層和P型區(qū)域的寬度W。中所占的比例之間的關(guān)系的圖表。
[0025]圖11是一例表示在圖7中P型區(qū)域的寬度Wp在相加η +層和P型區(qū)域的寬度W。中所占的比例為O %時(shí)的二極管的恢復(fù)特性的圖表。
[0026]圖12是表示一例在圖7中P型區(qū)域的寬度Wp在相加η +層和P型區(qū)域的寬度W。中所占的比例為10 %時(shí)的二極管的恢復(fù)特性的圖表。
[0027]圖13是表示一例在圖7中P型區(qū)域的寬度Wp在相加η +層和P型區(qū)域的寬度W。中所占的比例為20%時(shí)的二極管的恢復(fù)特性的圖表。
[0028]圖14是表示一例在圖7中P型區(qū)域的寬度Wp在相加η +層和P型區(qū)域的寬度W。中所占的比例為50%時(shí)的二極管的恢復(fù)特性的圖表。
[0029]圖15是本實(shí)施方式I的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0030]圖16是表示在對(duì)圖15的半導(dǎo)體裝置施加正向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0031]圖17是表示在對(duì)圖15的半導(dǎo)體裝置施加反向電壓時(shí)的載流子的動(dòng)態(tài)的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0032]圖18是表示用于測(cè)量恢復(fù)特性的模擬的電路的圖。
[0033]圖19是表示一例圖18中的現(xiàn)有例的二極管中的、恢復(fù)特性的波形的模擬的圖表。
[0034]圖20是表示比較例的半導(dǎo)體裝置的模型內(nèi)部中的、模擬恢復(fù)時(shí)的電流密度分布的結(jié)果的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0035]圖21是表示本實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的模型內(nèi)部中的、模擬恢復(fù)時(shí)的溫度分布的結(jié)果的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0036]圖22是表示比較例的半導(dǎo)體裝置的模型內(nèi)部中的、模擬恢復(fù)時(shí)的電流密度分布的結(jié)果的簡(jiǎn)要剖視圖。[0037]圖23是表示本實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的模型內(nèi)部中的、模擬恢復(fù)時(shí)的溫度分布的結(jié)果的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0038]圖24是表示導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的、從圖20的點(diǎn)C向深度方向延伸的區(qū)域中的電子的濃度的圖表。
[0039]圖25是表示導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的、從圖20的點(diǎn)C向深度方向延伸的區(qū)域中的空穴的濃度的圖表。
[0040]圖26是表示導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的、從圖20的點(diǎn)B向深度方向延伸的區(qū)域中的電子的濃度的圖表。
[0041]圖27是表示導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的、從圖20的點(diǎn)B向深度方向延伸的區(qū)域中的空穴的濃度的圖表。
[0042]圖28是表示恢復(fù)時(shí)的、從圖20的點(diǎn)B向深度方向延伸的區(qū)域中的電子的濃度的圖表。
[0043]圖29是表示恢復(fù)時(shí)的、從圖20的點(diǎn)B向深度方向延伸的區(qū)域中的空穴的濃度的圖表。
[0044]圖30是表示邊緣端接區(qū)域的載流子壽命與半導(dǎo)體裝置的最高溫度之間的關(guān)系的圖表。
[0045]圖31是一例表示現(xiàn)有例及實(shí)施例的二極管中的、恢復(fù)時(shí)的振蕩特性的波形的模擬的圖表。
[0046]圖32是比較現(xiàn)有例及實(shí)施例的二極管的、VF - Eeec權(quán)衡(trade — off)特性的圖表。
[0047]圖33是本實(shí)施方式2的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0048]圖34是本實(shí)施方式2的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0049]圖35是本實(shí)施方式2的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0050]圖36是本實(shí)施方式3的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0051]圖37是本實(shí)施方式3的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0052]圖38是本實(shí)施方式3的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0053]圖39是本實(shí)施方式3的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0054]圖40是本實(shí)施方式3的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0055]圖41是本實(shí)施方式3的第六實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0056]圖42是本實(shí)施方式4的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0057]圖43是本實(shí)施方式4的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0058]圖44是本實(shí)施方式4的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0059]圖45是本實(shí)施方式4的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0060]圖46是本實(shí)施方式4的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
[0061]圖47是本實(shí)施方式4的第六實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的簡(jiǎn)要剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062]以下，根據(jù)附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0063](實(shí)施方式I)[0064]參照?qǐng)D1，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置(二極管)具備二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域。邊緣端接區(qū)域在平面圖中包圍二極管有源區(qū)域。
[0065]圖2是沿著圖1的II 一 II線的剖視圖。參照?qǐng)D2，本實(shí)施方式的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體襯底I。半導(dǎo)體襯底I例如由硅的單晶體構(gòu)成，具有互相對(duì)置的第一主表面和第二主表面，且具有上述二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域。
[0066]二極管有源區(qū)域通過(guò)接合η型(第一導(dǎo)電型)的區(qū)域(第一區(qū)域)和P型(第二導(dǎo)電型)的區(qū)域(第二區(qū)域)，構(gòu)成pn結(jié)二極管。具體而言，作為η型的區(qū)域，具有η—漂移層10(漂移區(qū)域)、η+層2 (第五區(qū)域)、和η型層3 (第六區(qū)域)。η—漂移層10形成在半導(dǎo)體襯底I內(nèi)，且是構(gòu)成半導(dǎo)體襯底I的主要部分的區(qū)域。η+層2從半導(dǎo)體襯底I的第二主表面(下側(cè)的主表面)形成到既定的深度。η型層3形成在η+層2之上，更具體地說(shuō)以位于η —漂移層10和η +層2之間的方式形成。
[0067]通過(guò)形成η+層2，減少與負(fù)極電極29的接觸電阻的值。此外通過(guò)在η—漂移層10與η +層2之間形成η型層3，能夠使η型層3作為η —漂移層10和η +層2的緩沖層起作用。
[0068]此外半導(dǎo)體襯底I具有P型區(qū)域4作為P型的區(qū)域(第二區(qū)域)。P型區(qū)域4從半導(dǎo)體襯底I的第一主表面(上側(cè)的主表面)形成到例如1.0?10.0 μ m的深度。
[0069]η型層3的雜質(zhì)濃度的峰值高于η—漂移層10的雜質(zhì)濃度的峰值。此外η+層2的雜質(zhì)濃度的峰值高于η型層3的雜質(zhì)濃度的峰值。
[0070]例如η—漂移層10的濃度為I X IO12?I X 1015cm-3, η型層3的峰濃度為I X IO16?lX1017cm —3。此外峰濃度是指該區(qū)域中的最大濃度。此外η +層2的表面濃度(η +層2與負(fù)極電極29的界面上的雜質(zhì)濃度)為I X IO18?lX102°cm —3，P型區(qū)域4中的p型雜質(zhì)的表面濃度為lX1016?lX1018cm — 3。η型層3的深度為20.0?30.0 μ m，η +層2的深度為
0.5 ?5.0 μ m0
[0071]構(gòu)成半導(dǎo)體襯底I的各區(qū)域具有上述的雜質(zhì)濃度，從而能夠使二極管有源區(qū)域作為pn結(jié)二極管起作用。
[0072]邊緣端接區(qū)域形成有η型的區(qū)域(第三區(qū)域)和P型的區(qū)域(第四區(qū)域)。具體而言，具有η —漂移層10、η +層2、η型層3、和η +區(qū)域11作為η型的區(qū)域。這些配置與二極管有源區(qū)域中的配置相同。此外作為P型的區(qū)域(第四區(qū)域)，具有P型區(qū)域5。P型區(qū)域5是成為作為邊緣端接的保護(hù)環(huán)的區(qū)域。
[0073]邊緣端接區(qū)域是為了抑制半導(dǎo)體裝置的耐壓的下降而配置的區(qū)域。具體而言，在使二極管有源區(qū)域處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，通過(guò)在邊緣端接區(qū)域中的η—漂移層10的內(nèi)部形成沿著圖1的左右方向延伸的耗盡層，提高該半導(dǎo)體裝置的耐壓。
[0074]為了達(dá)成上述那樣的邊緣端接區(qū)域的功能，優(yōu)選使邊緣端接區(qū)域的P型區(qū)域5中的、P型的雜質(zhì)濃度為例如lX1016?lX1018cm — 3。但是對(duì)于邊緣端接區(qū)域的η —漂移層
10、η+層2、η型層3而言，優(yōu)選使雜質(zhì)濃度分布與各二極管有源區(qū)域的η—漂移層10、η+層
2、η型層3相同。即，例如η—漂移層10共有二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域的η型區(qū)域。對(duì)于η +層2、η型層3也同樣，共有二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域的η型區(qū)域。
[0075]圖2的半導(dǎo)體裝置中，邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10中的載流子壽命τ GR短于二極管有源區(qū)域的η—漂移層10中的載流子壽命τεε11。在此η—漂移層10的載流子壽命是指載流子(電子或空穴)進(jìn)入η—漂移層的內(nèi)部之后消滅為止的時(shí)間。
[0076]具體而言，邊緣端接區(qū)域的構(gòu)成η—漂移層10的晶體的、每單位體積的晶體缺陷的數(shù)量，多于二極管有源區(qū)域的構(gòu)成η—漂移層10的晶體的、每單位體積的晶體缺陷的數(shù)量。為了作成這樣的結(jié)構(gòu)，僅對(duì)邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10照射粒子束。
[0077]作為該粒子束，可以采用例如電子束、質(zhì)子及氦等。這時(shí)使用例如用不銹鋼等來(lái)加工的掩模，使粒子束僅照射邊緣端接區(qū)域，而不照射二極管有源區(qū)域。
[0078]由此，僅在邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10發(fā)生晶體缺陷。該晶體缺陷成為侵入到邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的電子和空穴的再結(jié)合中心。因而邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10中的載流子壽命τΜ短于二極管有源區(qū)域的η-漂移層10中的載流子壽命τ eell。
[0079]在此優(yōu)選使邊緣端接區(qū)域的η —漂移層10中的載流子壽命τΜ的平均值為l.0ysec以下。這時(shí)，優(yōu)選使二極管有源區(qū)域的η—漂移層10中的載流子壽命τ rall的平均值超過(guò)1.0 μ sec。
[0080]在半導(dǎo)體襯底I的第一主表面上形成有正極電極20。正極電極20由例如鋁類的金屬材料構(gòu)成，形成在作為正極的P型區(qū)域4、5之上。在被夾持在鄰接的正極電極20的區(qū)域，形成有氧化膜24、25、26。氧化膜24為例如硅的氧化膜，氧化膜25優(yōu)選為例如向硅酸鹽玻璃摻雜了雜質(zhì)的氧化膜。氧化膜26由與氧化膜24相同的材質(zhì)構(gòu)成，但優(yōu)選形成為比氧化膜24薄。此外以覆蓋正極電極20和氧化膜25的方式形成鈍化膜27、28。鈍化膜27由硅氧化膜或硅氮化膜構(gòu)成，鈍化膜28優(yōu)選為例如聚酰亞胺的樹(shù)脂類的膜。
[0081]在半導(dǎo)體襯底I的第二主表面上(作為負(fù)極的n+層2上)，形成有負(fù)極電極29。負(fù)極電極29由例如鋁類的金屬材料構(gòu)成，但是也可以為例如金的薄膜和鋁的薄膜的多層結(jié)構(gòu)。
[0082]接著對(duì)本半導(dǎo)體裝置的作用效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0083]參照?qǐng)D3，在本半導(dǎo)體裝置的正極電極20與負(fù)極電極29之間正向施加高電壓的導(dǎo)通狀態(tài)下，許多的載流子蓄積到二極管有源區(qū)域的η—漂移層10。也就是說(shuō)，空穴從P型區(qū)域4朝著η —漂移層10注入，并且電子從η型層3朝著η —漂移層10注入。從ρ型區(qū)域4向η—漂移層10注入的一部分空穴，朝著邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10。從邊緣端接區(qū)域的η型層3向η—漂移層10注入的一部分電子，朝向二極管有源區(qū)域的η—漂移層10。因此，在被正向施加的狀態(tài)下，有電流流過(guò)二極管有源區(qū)域。
[0084]在此邊緣端接區(qū)域中，與二極管有源區(qū)域相比η—漂移層10的晶體缺陷多且載流子壽命短。因此，進(jìn)入邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的電子和空穴，比進(jìn)入二極管有源區(qū)域的η—漂移層10的電子和空穴更加迅速地再結(jié)合并消滅。
[0085]參照?qǐng)D4，在本半導(dǎo)體裝置的正極電極20與負(fù)極電極29之間被反向施加高電壓時(shí)，二極管從上述的導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。這樣則蓄積在η—漂移層10的載流子之中，電子從負(fù)極電極29排出，空穴從正極電極20排出。
[0086]但是，在導(dǎo)通狀態(tài)中進(jìn)入邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的大多載流子被消滅。因此，在被切換到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)從邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10流入二極管有源區(qū)域的負(fù)極電極29和正極電極20中流動(dòng)的載流子的量減少。對(duì)此，列舉邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的載流子壽命沒(méi)有變短的普通的半導(dǎo)體裝置作為比較例加以說(shuō)明。
[0087]與圖2?圖4的半導(dǎo)體裝置相比，圖5及圖6的半導(dǎo)體裝置僅在邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的載流子壽命沒(méi)有變短這一點(diǎn)上不同。除此以外的結(jié)構(gòu)全部與圖2?圖4的半導(dǎo)體裝置相同。
[0088]參照?qǐng)D5，在本半導(dǎo)體裝置的正極電極20與負(fù)極電極29之間正向施加高電壓的導(dǎo)通狀態(tài)下，許多載流子蓄積到二極管有源區(qū)域的η—漂移層10。圖5的半導(dǎo)體裝置的、進(jìn)入邊緣端接區(qū)域的η一漂移層10的載流子比圖2?圖4的半導(dǎo)體裝置的、進(jìn)入邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的電子和空穴更容易蓄積。
[0089]參照?qǐng)D6，若從上述的導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)，則蓄積在邊緣端接區(qū)域的η 一漂移層10的許多載流子，朝向二極管有源區(qū)域流動(dòng)。因該許多載流子的流動(dòng)，而二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域的交界部中電流密度增加。這樣特別是在圖6中的用圓形虛線包圍的區(qū)域(正極的外周端部)中電流集中。其結(jié)果，有可能因該區(qū)域中溫度上升而出現(xiàn)熱破壞。
[0090]但是本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，如圖4所示，當(dāng)進(jìn)行了從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)的恢復(fù)動(dòng)作時(shí)，蓄積在邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的載流子的量較少。因此從邊緣端接區(qū)域流向二極管有源區(qū)域的載流子的量較少。因此，能夠抑制邊緣端接區(qū)域和二極管有源區(qū)域的交界部中的電流密度的增加和溫度上升造成的熱破壞。其結(jié)果，在二極管有源區(qū)域恢復(fù)時(shí)，能夠擴(kuò)大該二極管安全動(dòng)作的安全動(dòng)作區(qū)域(SOA:Safety Operating Area)。
[0091]另一方面，在二極管有源區(qū)域中，不會(huì)抑制電流密度的增加，而能夠流過(guò)正常量的電流。這是因?yàn)樵诙O管有源區(qū)域的η—漂移層10中不進(jìn)行縮短載流子壽命的處理的緣故。也就是說(shuō)，在導(dǎo)通狀態(tài)中從η型層3和ρ型區(qū)域4進(jìn)入η —漂移層10的載流子，通過(guò)施加在二極管有源區(qū)域的電壓，以體現(xiàn)正常的整流作用的方式進(jìn)行動(dòng)作。
[0092]通過(guò)以上構(gòu)成，依據(jù)半導(dǎo)體裝置，能夠確保流過(guò)二極管的有源區(qū)域的電流的量，并能抑制邊緣端接區(qū)域與二極管有源區(qū)域的交界部上的電流密度增加，而且抑制該交界部上的溫度上升導(dǎo)致的熱破壞。即提高二極管的恢復(fù)動(dòng)作時(shí)的抗破壞量。
[0093]接著，就本實(shí)施方式涉及的、不同于圖2?圖4的半導(dǎo)體裝置的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0094]參照?qǐng)D7，本實(shí)施方式的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置相對(duì)于第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置而言，在負(fù)極的結(jié)構(gòu)上不同。具體而言，η+層2 (第五區(qū)域)及η型層3 (第六區(qū)域)僅在二極管有源區(qū)域形成。此外η+層2與？型的區(qū)域即ρ型區(qū)域14 (第二導(dǎo)電型的逆導(dǎo)電型區(qū)域)，在平面圖中以相鄰的方式交互排列。此外邊緣端接區(qū)域的第二主表面由η —漂移層10形成。
[0095]η型層3的表面濃度為IXlO16?lX1017cm —3。此外n +層2的表面濃度為IXlO19?lX102°cm —3，p型區(qū)域14中的、ρ型的雜質(zhì)濃度為IXlO17?lX1019cm —3。η型層3的深度為1.5?3.0 μ m，η +層2及ρ型區(qū)域14的深度為0.2?1.0 μ m。除此以外的各區(qū)域中的雜質(zhì)濃度與圖2的半導(dǎo)體裝置相同。
[0096]此外，在圖7的半導(dǎo)體裝置中，沒(méi)有進(jìn)行如圖2?圖4的半導(dǎo)體裝置那樣的、縮短邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10的載流子壽命的措施。但是在圖7的半導(dǎo)體裝置中進(jìn)行上述措施也可。
[0097]第二實(shí)施例的構(gòu)成除了上述以外與第一實(shí)施例大致相同。因此，在圖7中對(duì)于與第一實(shí)施例相同的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并且不再重復(fù)其說(shuō)明。
[0098]接著一邊與上述的圖5和圖6進(jìn)行比較，一邊說(shuō)明本半導(dǎo)體裝置的作用效果。[0099]參照?qǐng)D8，在本半導(dǎo)體裝置的正極電極20與負(fù)極電極29之間正向施加了高電壓的導(dǎo)通狀態(tài)下，許多載流子蓄積到二極管有源區(qū)域的η—漂移層10。也就是說(shuō)，空穴從ρ型區(qū)域4朝向η —漂移層10注入，并且電子從η型層3朝向η—漂移層10注入。從ρ型區(qū)域4注入到η—漂移層10的一部分空穴，朝向邊緣端接區(qū)域的η—漂移層10。從邊緣端接區(qū)域的η型層3注入到η—漂移層10的一部分電子，朝向二極管有源區(qū)域的η —漂移層10。因此，在被正向施加的狀態(tài)下，有電流流過(guò)二極管有源區(qū)域。
[0100]在此在邊緣端接區(qū)域的第二主表面?zhèn)?，例如雜質(zhì)濃度比η型層3和η +層2低的η 一漂移層10與負(fù)極電極29連接。因此，與例如在邊緣端接區(qū)域的第二主表面?zhèn)扰渲昧?η型層3等的圖5相比，從η—漂移層10的負(fù)極電極29側(cè)向正極電極20側(cè)移動(dòng)的電子的量減少。因此，從邊緣端接區(qū)域的負(fù)極電極29側(cè)流向二極管有源區(qū)域的正極電極20側(cè)的電子的量減少。
[0101]參照?qǐng)D9，若對(duì)本半導(dǎo)體裝置的正極電極20與負(fù)極電極29之間反向施加高電壓，則二極管從上述的導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。這時(shí)，蓄積在η—漂移層10的載流子中，電子從負(fù)極電極29排出，空穴從正極電極20排出。
[0102]但是與圖6相比，往返邊緣端接區(qū)域與二極管有源區(qū)域的交界部的載流子的量減少。這是因?yàn)樵趯?dǎo)通狀態(tài)中從邊緣端接區(qū)域的負(fù)極電極29側(cè)流向二極管有源區(qū)域的正極電極20側(cè)的電子的量減少的情況。
[0103]因此，與圖5和圖6的半導(dǎo)體裝置相比，能夠抑制在邊緣端接區(qū)域與二極管有源區(qū)域的交界部中的電流密度的增加和溫度上升造成的熱破壞。即提高二極管的恢復(fù)動(dòng)作時(shí)的抗破壞量。此外，在將二極管有源區(qū)域從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)的恢復(fù)時(shí)，能夠擴(kuò)大該二極管安全動(dòng)作的安全動(dòng)作區(qū)域(SOA:Safety Operating Area)。
[0104]另一方面，在二極管有源區(qū)域的負(fù)極，形成有幾乎不注入電子的P型區(qū)域14。但是與P層并排地，形成能注入許多·電子的η +層2。因此，在導(dǎo)通狀態(tài)及截止?fàn)顟B(tài)中對(duì)流入二極管有源區(qū)域的η—漂移層10的電流的量幾乎沒(méi)有影響。因此在二極管有源區(qū)域中，能夠確保正常的二極管的功能。
[0105]此外，作為本實(shí)施例的二極管有源區(qū)域的負(fù)極，具備η +層2和ρ型區(qū)域14。因此，減少正電壓降(VF)，并抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩。下面對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0106]再次參照?qǐng)D7，在本實(shí)施例的二極管結(jié)構(gòu)中，在恢復(fù)現(xiàn)象時(shí)從ρ型區(qū)域14注入空穴，從而負(fù)極側(cè)的空穴濃度高于例如圖5的比較例的二極管結(jié)構(gòu)的情況下的負(fù)極側(cè)的空穴濃度。
[0107]其結(jié)果，與比較例相比，在本實(shí)施方式中負(fù)極側(cè)的電場(chǎng)得到緩沖，因此能抑制從主接合即P型區(qū)域4和η—漂移層10的接合部向負(fù)極側(cè)的耗盡層的延伸。由此，能抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩現(xiàn)象，所以提高二極管的SOA承受量。
[0108]如此在圖7的二極管在恢復(fù)現(xiàn)象時(shí)因來(lái)自P型區(qū)域4的空穴注入而引起電場(chǎng)緩沖(抑制耗盡層延伸)，從而能夠應(yīng)對(duì)振蕩，因此能夠減小η—漂移層10的厚度t3，改善恢復(fù)損耗Ekk和Vf的權(quán)衡特性。用以下的數(shù)學(xué)式，對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。
[0109]導(dǎo)通狀態(tài)下的η—漂移層10的電阻R —般表示為:
[0110]Ro^t2/ (2 V (D.τ2))…(I)。
[0111]在此t為漂移層的厚度(=t3)，D為擴(kuò)散系數(shù)，τ為漂移層中的載流子壽命。即t增大時(shí)，R增大，其結(jié)果二極管的Vf增加。其結(jié)果，VF和Eke。的權(quán)衡特性向劣化的方向偏移。即通過(guò)減小t，能夠改善Vf - Eeec權(quán)衡特性。
[0112]為了減小二極管的恢復(fù)時(shí)的電壓Vak的峰值即浪涌電壓V卿和VF，二極管有源區(qū)域的面積中所占的P型區(qū)域14的面積的比例(P型區(qū)域14的面積Wp在相加η +層2和P型區(qū)域14的區(qū)域的面積W。中所占的比例)成為重要的參數(shù)。
[0113]主要參照?qǐng)D10~圖14，為了探討Vf及浪涌電壓Vsurge的各電壓與圖7~圖9中的寬度的比Wp/W。的相關(guān)(圖10)，進(jìn)行各種比Wp/W。之下的與恢復(fù)特性波形(電流Ia及電壓Vak各自在恢復(fù)時(shí)的時(shí)間變化)的模擬(例如圖11~圖14)。
[0114]該結(jié)果，在寬度Wp為寬度W。的20%以上的情況下，也就是說(shuō)相對(duì)于n+層2及？型區(qū)域14 (圖7~圖9)的總面積而言ρ型區(qū)域14的面積所占的比例在20%以上的情況下，抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩，從而浪涌電壓Vsuw被顯著抑制，直至額定電壓的3300V以下為止。
[0115]此外在寬度Wp超過(guò)寬度W。的95%時(shí)，Vf急增，從而能對(duì)二極管的動(dòng)作產(chǎn)生阻礙。換言之，通過(guò)使寬度Wp為寬度W。的95%以下，也就是說(shuō)相對(duì)于η +層2及P型區(qū)域14的總面積而言使P型區(qū)域14的面積所占的比例為95%以下，能顯著抑制VF。
[0116]由此，通過(guò)滿足以下的公式(2)，一邊抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩，一邊保障二極管的良好的動(dòng)作。
[0117]20%≤ Wp/Wc ≤95%…(2)
[0118]通過(guò)滿足這樣的公式(2)，且減薄厚度t3，能減少Vf，且抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩。
[0119]由以上構(gòu)成，第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置除了第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的效果以外，得到能減少Vf，且能夠抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩的效果。
[0120]接著，就本實(shí)施方式涉及的、不同于圖7~圖9的半導(dǎo)體裝置的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0121]參照?qǐng)D15，相對(duì)于第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置而言，本實(shí)施方式的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置在負(fù)極的結(jié)構(gòu)上不同。具體而言，在邊緣端接區(qū)域中，具有P型的區(qū)域即P型層14(第二導(dǎo)電型的第二逆導(dǎo)電型區(qū)域)和η型的區(qū)域即η型層3。也就是說(shuō)，構(gòu)成為二極管有源區(qū)域的P型區(qū)域14 (第二導(dǎo)電型的第一逆導(dǎo)電型區(qū)域)及η型層3各自延伸到邊緣端接區(qū)域。
[0122]邊緣端接區(qū)域的P型層14及η型層3中的雜質(zhì)濃度和深度分別與圖7的半導(dǎo)體裝置的P型區(qū)域14和η型層3中的雜質(zhì)濃度和深度相同。
[0123]第三實(shí)施例的構(gòu)成除了上述以外與第二實(shí)施例大致相同。因此，圖15中對(duì)于與第二實(shí)施例相同的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并且不重復(fù)其說(shuō)明。
[0124]接著，一邊與上述的圖5和圖6進(jìn)行比較，一邊說(shuō)明本半導(dǎo)體裝置的作用效果。
[0125]參照?qǐng)D16，在對(duì)本半導(dǎo)體裝置的正極電極20與負(fù)極電極29之間正向施加高電壓的導(dǎo)通狀態(tài)下，與上述的第一及第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置同樣地，有電流流過(guò)二極管有源區(qū)域。
[0126]在此在邊緣端接區(qū)域的第二主表面?zhèn)?，例如電子的濃度比η型?和η+層2低的P型層14與負(fù)極電極29連接。邊緣端接區(qū)域的P型層14，在本半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通狀態(tài)中，為了抑制電子從負(fù)極電極29流入η—漂移層10的目的而形成。因此，從邊緣端接區(qū)域的負(fù)極電極29側(cè)流向二極管有源區(qū)域的正極電極20側(cè)的電子的量減少。[0127]參照?qǐng)D17，若對(duì)本半導(dǎo)體裝置的正極電極20與負(fù)極電極29之間反向施加高電壓，則二極管從上述的導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。這時(shí)，蓄積在η—漂移層10的載流子中，電子從負(fù)極電極29排出，空穴從正極電極20排出。但是與圖9同樣地，往返邊緣端接區(qū)域與二極管有源區(qū)域的交界部的載流子的量減少。
[0128]因此，對(duì)于本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置而言，也與第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置同樣地，能夠抑制邊緣端接區(qū)域與二極管有源區(qū)域的交界部中的電流密度的增加和溫度上升造成的熱破壞。此外，在將二極管有源區(qū)域從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)的恢復(fù)時(shí)，能夠擴(kuò)大該二極管安全動(dòng)作的安全動(dòng)作區(qū)域(SOA:Safety Operating Area)。
[0129]此外本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的、二極管有源區(qū)域的負(fù)極的結(jié)構(gòu)與第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置相同。因此，在二極管有源區(qū)域中能夠確保普通的二極管的功能。
[0130]此外，作為本實(shí)施例的二極管有源區(qū)域的負(fù)極，具備η +層2和ρ型區(qū)域14。因此，與第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置同樣地，減少正電壓降(VF)，且能抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩。
[0131]通過(guò)以上構(gòu)成，第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置帶來(lái)與第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置同樣的效果。
[0132]而且在本實(shí)施例中，在邊緣端接區(qū)域形成η型層3。因此在圖17的恢復(fù)時(shí)，能抑制耗盡層從正極側(cè)向負(fù)極側(cè)擴(kuò)展并到達(dá)P型層14的情況。因而，能夠抑制因耗盡層到達(dá)P型層14而半導(dǎo)體裝置的耐壓降低的情況。
[0133]接著對(duì)證實(shí)以上描述的各實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作的模擬的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
[0134]參照?qǐng)D18，對(duì)于包含例如圖5和圖6所示的、以往采用的額定3300V等級(jí)的二極管的電路進(jìn)行了模擬。該電路具有:二極管DD ；IGBT (絕緣柵雙極型晶體管=Insulated GateBipolar Transistor)的晶體管 TR ;線圈 LM、LAK、LCE ；電阻 RL、RAK, RCE、RG ；電源 Vcc、VG ；以及電流源Ι0Ν。線圈LM與寄生電感對(duì)應(yīng)，電阻RG與IGBT的柵極電阻對(duì)應(yīng)，電源VG與IGBT的柵極電壓對(duì)應(yīng)。此外線圈LAK、LCE與用于結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果的布線阻抗對(duì)應(yīng)。此外電阻RL、RAK、RCE與用于結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果的布線關(guān)聯(lián)電阻對(duì)應(yīng)。以下，對(duì)該模擬的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
[0135]參照?qǐng)D19，進(jìn)行了包含以往采用的二極管的電路中的恢復(fù)特性波形，也就是說(shuō)恢復(fù)時(shí)的電壓Vak及電流密度Ja的時(shí)間變化的模擬。圖中，電壓VakI及電流密度JaI與二極管DD (參照?qǐng)D18)對(duì)應(yīng)。
[0136]此外，在該模擬中，將二極管有源區(qū)域的寬度(例如圖2中的左右方向的寬度)及邊緣端接區(qū)域的寬度的各寬度定為2800 μ m。此外恢復(fù)特性的評(píng)價(jià)中的模擬條件定為如下:Vcc為1000V Ja為96.0A/cm2 ;恢復(fù)發(fā)生前的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部的溫度為398K。
[0137]在圖19中用點(diǎn)A來(lái)表示的、約5.6X10 —6秒的時(shí)刻，半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部溫度上升至770?800K左右，從而得知發(fā)生熱破壞。
[0138]圖20僅示出例如圖2、圖7、圖15等的本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，二極管有源區(qū)域與邊緣端接區(qū)域的交界部附近的P型區(qū)域4、5及氧化膜24。模擬了比較例及各實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的、恢復(fù)時(shí)的內(nèi)部的電流分布。其結(jié)果，得知尤其在比較例的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部中圖20的點(diǎn)B附近(二極管有源區(qū)域與邊緣端接區(qū)域的交界部的附近)，電流值和溫度成為最大。具體而言，在圖20的點(diǎn)B附近中，電流密度上升到1.0X 105A/cm2附近,如圖22所示，點(diǎn)B的溫度上升到900K附近。因此有可能在點(diǎn)B的附近中發(fā)生熱破壞。[0139]另一方面，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，幾乎不能看到上述的電流密度和溫度的上升。具體而言，點(diǎn)B上的電流密度成為1.0X 10 1 575A/cm2?1.0X 102_515A/cm2左右，點(diǎn)B上的溫度成為400K左右。此外在半導(dǎo)體襯底I的內(nèi)部中電流密度進(jìn)一步降低，成為L(zhǎng)OXlO0-628Vcm2?1.0X 10-0 314Vcm2左右。此外在圖20及圖22中，陰影線越是濃厚的區(qū)域，其電流密度就越高，此外在圖21及圖23中，陰影線越是濃厚的區(qū)域，其溫度就越高。
[0140]以下的圖24?圖25示出導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)(圖19的5.0 X 10 —6秒的時(shí)刻)的、從圖20的點(diǎn)C向深度方向(圖的下方)延伸的區(qū)域中的載流子濃度。即圖24?圖25的橫軸的深度
Oμ m是表示點(diǎn)C,深度100 μ m是表示從點(diǎn)C向圖20的下方相距100 μ m的部位。
[0141]另一方面，圖26?圖27示出導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)(圖19的5.0X 10 —6秒的時(shí)刻)的、從圖20的點(diǎn)B向深度方向(圖的下方)延伸的區(qū)域中的載流子濃度。此外圖28?圖29示出恢復(fù)時(shí)(圖19的點(diǎn)A的時(shí)刻)的、從圖20的點(diǎn)B向深度方向(圖的下方)延伸的區(qū)域中的載流子濃度。
[0142]參照?qǐng)D24?圖25，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)(圖5)、第一實(shí)施例(圖2)、第二實(shí)施例(圖7)、第三實(shí)施例(圖15)的任一種半導(dǎo)體裝置中，二極管有源區(qū)域中載流子濃度都幾乎沒(méi)有變化。
[0143]因此在點(diǎn)C及其正下方、也就是說(shuō)從邊緣端接區(qū)域分離的二極管有源區(qū)域中，在現(xiàn)有例和本實(shí)施例的任意半導(dǎo)體裝置中導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)載流子濃度都沒(méi)有變化。即本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的二極管的Vf與現(xiàn)有例的半導(dǎo)體裝置的二極管的Vf幾乎沒(méi)有差異。
[0144]參照?qǐng)D26?圖27，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，在點(diǎn)B及其正下方的任意區(qū)域中，各實(shí)施例的載流子濃度都有所減少。在圖28?圖29中也成為同樣的結(jié)果。
[0145]由此可知，不僅在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)而且在恢復(fù)時(shí)，在二極管有源區(qū)域與邊緣端接區(qū)域的交界部的附近中，通過(guò)本實(shí)施例的各構(gòu)成，能夠抑制電流的集中。即，通過(guò)減少往返二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域的載流子的數(shù)量，能夠抑制電流值。其結(jié)果，能夠抑制在該交界部的附近因溫度上升而導(dǎo)致的熱破壞。
[0146]圖30的橫軸表示例如圖2的半導(dǎo)體裝置的邊緣端接區(qū)域的載流子壽命τ GR,圖30的縱軸表示該半導(dǎo)體裝置的恢復(fù)時(shí)的最高溫度。由圖30可知，通過(guò)縮短，能夠抑制半導(dǎo)體裝置的熱破壞。
[0147]參照?qǐng)D31，關(guān)于本實(shí)施例及比較例，進(jìn)行了與圖19同樣的恢復(fù)時(shí)的電壓Vffi及電流密度Ja的時(shí)間變化、及振蕩特性的模擬。這時(shí)的模擬條件定為如下:V。。為1600V ；JA為9.6A/cm2 ;恢復(fù)發(fā)生前的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部的溫度為298K。此外線圈LM定為2.0 μ H。依據(jù)本實(shí)施方式的第二實(shí)施例及第三實(shí)施例，可知Ja反轉(zhuǎn)的恢復(fù)時(shí)的Vak及Ja的振蕩得到抑制。為了在以往使用的二極管的構(gòu)造中抑制振蕩，需要增大厚度Τ3。因此使該二極管的Vf與Εκε。的權(quán)衡特性惡化。
[0148]參照?qǐng)D32，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置相比，本實(shí)施方式的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置整體上減少％和Ekec的值。由此可知，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置相比，本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置改善了 Vf和Ekk的權(quán)衡特性。
[0149]由以上的圖24?圖32，證實(shí)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的特性得到提高。
[0150](實(shí)施方式2)
[0151]與實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置相比，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置在正極的結(jié)構(gòu)上不同。以下，對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。[0152]參照?qǐng)D33，在本實(shí)施方式的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中的二極管有源區(qū)域的正極偵牝形成有P型擴(kuò)散層8、η型擴(kuò)散層17、溝槽結(jié)構(gòu)22、和P+擴(kuò)散層9。
[0153]η型擴(kuò)散層17與ρ型區(qū)域4、5同樣，是形成在η—漂移層10的第一主表面?zhèn)鹊摩切偷膮^(qū)域。P型擴(kuò)散層8是形成在η型擴(kuò)散層17的第一主表面?zhèn)鹊摩研偷膮^(qū)域。ρ型擴(kuò)散層8及η型擴(kuò)散層17也在邊緣端接區(qū)域的η +區(qū)域11的下側(cè)形成。溝槽結(jié)構(gòu)22具有從半導(dǎo)體襯底I的第一主表面貫通P型擴(kuò)散層8及η型擴(kuò)散層17的溝槽。溝槽結(jié)構(gòu)22包括沿著其溝槽的內(nèi)壁而形成的材料絕緣膜22Β和埋入其溝槽內(nèi)的材料電極22Α。
[0154]ρ型擴(kuò)散層8中，例如表面濃度為IXlO16?lX1018cm —3，深度為I?4μπι。η型擴(kuò)散層17中的雜質(zhì)的峰濃度為η—漂移層10的雜質(zhì)濃度以上，且為ρ型擴(kuò)散層8的雜質(zhì)濃度的峰值以下。
[0155]在此材料電極22Α的電位優(yōu)選與溝槽結(jié)構(gòu)22的正上方的正極電極20的電位相等。這樣，使用埋入到半導(dǎo)體襯底I的內(nèi)部的材料電極22Α，能夠向正極電極20施加所希望的電壓。
[0156]圖33的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)除了上述以外與圖15 (實(shí)施方式I的第三實(shí)施例)的半導(dǎo)體裝置大致相同。因此，圖33中對(duì)于與圖15相同的單元標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，不再重復(fù)其說(shuō)明。
[0157]接著對(duì)本半導(dǎo)體裝置的作用效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0158]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置也發(fā)揮與實(shí)施方式I的各實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置同樣的效果。除此以外，在本實(shí)施方式中，配置了作為疑似的場(chǎng)板結(jié)構(gòu)起作用的溝槽結(jié)構(gòu)22。因此，在對(duì)二極管有源區(qū)域施加了反向電壓時(shí)，耗盡層的延伸從一對(duì)溝槽結(jié)構(gòu)22之間的ρ型擴(kuò)散層8與η型擴(kuò)散層17的接合部起得到促進(jìn)。因此，能夠保持最大截?cái)嚯妷篤-。
[0159]此外，例如現(xiàn)有的二極管及實(shí)施方式I的二極管，通過(guò)以載流子壽命為參數(shù)，控制恢復(fù)損耗Ekk與Vf的權(quán)衡特性。與之相對(duì)，依據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)調(diào)整P型擴(kuò)散層8的濃度來(lái)控制該權(quán)衡特性，并擴(kuò)大能控制該權(quán)衡特性的范圍，而且能夠通過(guò)廢除載流子壽命調(diào)整工序來(lái)簡(jiǎn)化晶片工藝。
[0160]而且通過(guò)η型擴(kuò)散層17，能夠控制在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)從P型擴(kuò)散層8注入的空穴的量。
[0161]此外，將與圖33同樣具有溝槽結(jié)構(gòu)22等的構(gòu)成，與實(shí)施方式I的第一及第二實(shí)施例組合，也發(fā)揮同樣的效果。
[0162]接著，對(duì)本實(shí)施方式的不同于圖33的半導(dǎo)體裝置的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0163]參照?qǐng)D34，本實(shí)施方式的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置相對(duì)于圖33的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置而言，在二極管有源區(qū)域的負(fù)極的結(jié)構(gòu)上不同。具體而言，η +層2及ρ型層14之上的η層包括:位于η +層2 (第五區(qū)域)的正上方的η型區(qū)域的η’層15 ;以及位于ρ型層14 (第一逆導(dǎo)電型區(qū)域)的正上方的η型區(qū)域的η型層3。η’層15在圖34中表示為η’。
[0164]η’層15和η型層3的η型雜質(zhì)的濃度不同。具體而言，η型層3中的雜質(zhì)的峰濃度與圖33的η型層3中的雜質(zhì)的峰濃度相同。與之相對(duì)，η’層15中的雜質(zhì)的峰濃度高于η型層3中的雜質(zhì)的峰濃度。具體而言，η’層15的峰濃度為IXlO17?lX1018cm —3。
[0165]圖34的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)除了上述以外與圖33的半導(dǎo)體裝置大致相同。因此，在圖33中對(duì)于與圖15相同的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并且不再重復(fù)其說(shuō)明。[0166]接著對(duì)本半導(dǎo)體裝置的作用效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0167]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置也發(fā)揮與實(shí)施方式I的各實(shí)施例和實(shí)施方式2的第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置同樣的效果。除此以外，在本實(shí)施方式中，n+層2上的η’層15的雜質(zhì)濃度高于P型層14上的η型層3的雜質(zhì)濃度。這樣，在二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)之際，成為與在η’層15與η型層3之間施加反向電壓的情況同樣的狀態(tài)。因此，能夠降低二極管的Vf。
[0168]此外，即便將圖34所示的具有η’層15的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式I的圖7所示的第二實(shí)施例組合，負(fù)極結(jié)構(gòu)也與實(shí)施方式I的第三實(shí)施例不同，但發(fā)揮同樣的效果。在圖35中示出在實(shí)施方式I的第二實(shí)施例上組合圖34的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的例，作為本實(shí)施方式的第
三實(shí)施例。
[0169]本發(fā)明的實(shí)施方式2僅在以上描述的各方面上與本發(fā)明的實(shí)施方式I不同。也就是說(shuō)，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式2，沒(méi)有上述的結(jié)構(gòu)和條件、步驟和效果等，全部按照本發(fā)明的實(shí)施方式I。
[0170](實(shí)施方式3)
[0171]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置與實(shí)施方式I及2的半導(dǎo)體裝置相比，在邊緣端接的結(jié)構(gòu)成上不同。以下，對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0172]參照?qǐng)D36?圖41，本實(shí)施方式的第一?第六實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，具備與各圖15、圖2、圖7、圖33、圖34及圖35的本實(shí)施方式的I及2個(gè)各實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置大體同樣的例。但是在本實(shí)施方式的第一?第六實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中的邊緣端接區(qū)域的正極偵牝形成有作為邊緣端接的P型區(qū)域5，該ρ型區(qū)域5在半導(dǎo)體襯底I的第一主表面上形成有多個(gè)，且它們互相隔開(kāi)間隔地形成。將這樣形成有互相隔開(kāi)間隔地配置多個(gè)的邊緣端接(保護(hù)環(huán))的區(qū)域，稱為多個(gè)浮動(dòng)環(huán)區(qū)域(multiple floating limiting ring region)。
[0173]在圖36?圖41中，p型區(qū)域5各自形成3個(gè)。但是P型區(qū)域5的形成數(shù)量，可以是按照該半導(dǎo)體裝置保持的耐壓而變化的任意數(shù)量。此外各P型區(qū)域5中的P型雜質(zhì)的表面濃度和從各P型區(qū)域5的半導(dǎo)體襯底I的第一主表面起的深度，也對(duì)應(yīng)于該半導(dǎo)體裝置的耐壓而變化。也就是說(shuō)，P型區(qū)域5中的ρ型雜質(zhì)的表面濃度和深度也可以與ρ型區(qū)域4中的P型雜質(zhì)的表面濃度和深度相同，但不同也可。但是P型區(qū)域5中的ρ型的雜質(zhì)濃度(表面濃度)優(yōu)選為I X IO16?I X IO19Cm —3的范圍內(nèi)，ρ型區(qū)域5的深度優(yōu)選為2.0?9.0nm的范圍內(nèi)的深度。
[0174]圖36?圖41中的各ρ型區(qū)域5的、關(guān)于沿著第一主表面的方向的寬度，和鄰接的P型區(qū)域5的、關(guān)于沿著第一主表面的方向的間隔，也根據(jù)各半導(dǎo)體裝置所保持的耐壓和各P型區(qū)域5的數(shù)量、各ρ型區(qū)域5的雜質(zhì)濃度和深度而分別具有最佳的值。因而在該半導(dǎo)體裝置的耐壓等的各條件下，使本實(shí)施方式中的P型區(qū)域5的寬度成為例如與實(shí)施方式I的P型區(qū)域5大致相同的寬度也可。
[0175]圖36?圖41的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)除了上述以外分別與圖15、圖2、圖7、圖33、圖34及圖35(各實(shí)施方式I的第三、第一、第二實(shí)施例、實(shí)施方式2的第一、第二、第三實(shí)施例)的半導(dǎo)體裝置大致相同。因此，在圖36?圖41中對(duì)于與圖15、圖2、圖7、圖33、圖34及圖35相同的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并且不再重復(fù)其說(shuō)明。
[0176]作為保護(hù)環(huán)的ρ型區(qū)域5，如本實(shí)施方式所示作為多個(gè)浮動(dòng)限制環(huán)區(qū)域具有多個(gè)(例如3個(gè))并排的結(jié)構(gòu)也可。在這種情況下，也與實(shí)施方式I及2所示的各半導(dǎo)體裝置同樣，能夠得到不降低二極管有源區(qū)域中的正向電流，而提高恢復(fù)時(shí)的破壞耐壓并且抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩的效果。此外在本實(shí)施方式中，也與實(shí)施方式I及2所示的各半導(dǎo)體裝置同樣，能夠得到擴(kuò)大恢復(fù)時(shí)的SOA的效果。
[0177]本發(fā)明的實(shí)施方式3僅在以上描述的各方面上與本發(fā)明的實(shí)施方式I及2不同。也就是說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施方式3中，沒(méi)有上述的結(jié)構(gòu)和條件、步驟和效果等，全部都按照本發(fā)明的實(shí)施方式I及2。
[0178](實(shí)施方式4)
[0179]與實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置相比，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置在邊緣端接的結(jié)構(gòu)上不同。以下，對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0180]參照?qǐng)D42?圖47，本實(shí)施方式的第一?第六實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置具備分別與圖36?圖41的本實(shí)施方式3的各實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置大致相同的例。但是在本實(shí)施方式的第一?第六實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中的邊緣端接區(qū)域的正極側(cè)，形成有作為保護(hù)環(huán)的P型區(qū)域30，該ρ型區(qū)域30遍及半導(dǎo)體襯底I的第一主表面上的寬范圍地形成。P型區(qū)域30的一部分進(jìn)入二極管有源區(qū)域，并且形成為與P型區(qū)域4互相接觸。更具體地說(shuō)，與ρ型區(qū)域4相比，ρ型區(qū)域30形成為相對(duì)于第一主表面而言圍繞更深的區(qū)域，并且與ρ型區(qū)域4的下面互相接觸。因而P型區(qū)域30優(yōu)選形成為比ρ型區(qū)域4深。
[0181]ρ型區(qū)域30中的P型雜質(zhì)濃度(表面濃度)優(yōu)選為I X 1015cm — 3以上I XlO17CnT3以下，且低于P型區(qū)域4中的ρ型雜質(zhì)的濃度(表面濃度)。本實(shí)施方式中的作為邊緣端接的P型區(qū)域30形成作為所謂的降低表面電場(chǎng)區(qū)域(resurf region)。
[0182]圖42?圖47中的ρ型區(qū)域30的、關(guān)于沿著第一主表面的方向的寬度(相對(duì)于第一主表面的面積而言形成有P型區(qū)域30的區(qū)域的比例)，具有各自與各半導(dǎo)體裝置所保持的耐壓對(duì)應(yīng)的最佳的值。因而在該半導(dǎo)體裝置的耐壓等的各條件下，使本實(shí)施方式中的P型區(qū)域5的寬度，例如與圖42?圖47中的氧化膜24的平面圖中的寬度大致相同也可。
[0183]圖42?圖47的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)，除了上述以外與圖36?圖41所示的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置大致相同。因此，在本實(shí)施方式中對(duì)于與實(shí)施方式I?3相同的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并且不再重復(fù)其說(shuō)明。
[0184]本實(shí)施方式中，也與實(shí)施方式3同樣地，能夠得到不降低二極管有源區(qū)域中的正向電流，而提高恢復(fù)時(shí)的破壞耐壓并且抑制恢復(fù)時(shí)的振蕩的效果。此外在本實(shí)施方式中，耗盡層從作為所謂的降低表面電場(chǎng)區(qū)域的P型區(qū)域30和η—漂移層10的接合部分，向P型區(qū)域30和η—漂移層10的內(nèi)部延伸。該耗盡層沿著圖的縱向延伸，如果P型區(qū)域30大致完全被耗盡化，則P型區(qū)域30的表面中的電場(chǎng)(表面電場(chǎng))得到緩沖。通過(guò)該表面電場(chǎng)的緩沖，在本實(shí)施方式中，能夠進(jìn)一步可靠地抑制恢復(fù)時(shí)的P型區(qū)域30附近的振蕩。此外在本實(shí)施方式中，也與實(shí)施方式I及2所示的各半導(dǎo)體裝置同樣地，能夠得到擴(kuò)大恢復(fù)時(shí)的SOA的效果。
[0185]本發(fā)明的實(shí)施方式4僅在以上描述的各方面上，與本發(fā)明的實(shí)施方式3不同。也就是說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施方式4中，沒(méi)有上述的結(jié)構(gòu)和條件、步驟和效果等，全部都按照本發(fā)明的實(shí)施方式I?3。
[0186]在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底I定為由硅的單晶體構(gòu)成。但是作為半導(dǎo)體襯底1，在采用例如Sic、GaN、GaAs、藍(lán)寶石等的其它半導(dǎo)體材料的情況下，發(fā)揮與上述本實(shí)施方式同樣的效果。
[0187]雖然詳細(xì)說(shuō)明并示出了本發(fā)明，但這些僅是示例，并不限定與此，而且清楚理解到發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求來(lái)解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其中包括: 半導(dǎo)體襯底，具有互相對(duì)置的第一主表面及第二主表面，且具有互相相鄰的二極管有源區(qū)域和邊緣端接區(qū)域； 第一導(dǎo)電型的第一區(qū)域，在所述二極管有源區(qū)域中形成在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)； 第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域，形成在所述半導(dǎo)體襯底的所述第一主表面，以在所述二極管有源區(qū)域中與所述第一區(qū)域一起構(gòu)成二極管； 第一導(dǎo)電型的第三區(qū)域，在所述邊緣端接區(qū)域中形成在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)；以及第二導(dǎo)電型的第四區(qū)域，在所述邊緣端接區(qū)域中成為形成在所述半導(dǎo)體襯底的所述第一主表面的邊緣端接， 所述第一區(qū)域和所述第三區(qū)域共有與所述第四區(qū)域構(gòu)成Pn結(jié)的第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)域， 所述第一區(qū)域具有其第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度高于所述漂移區(qū)域的第五區(qū)域，而且具有第二導(dǎo)電型的第一逆導(dǎo)電型區(qū)域，在所述二極管有源區(qū)域的所述第二主表面中以與所述第五區(qū)域相鄰的方式形成，和 第二導(dǎo)電型的第二逆導(dǎo)電型區(qū)域，形成在所述邊緣端接區(qū)域的所述第二主表面， 所述第一區(qū)域和所述第三區(qū)域共有第一導(dǎo)電型的第六區(qū)域，該第一導(dǎo)電型的第六區(qū)域的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低于所述第五區(qū)域，且高于所述漂移區(qū)域， 所述第六區(qū)域在所述二極管有源區(qū)域中位于所述第五區(qū)域及所述第一逆導(dǎo)電型區(qū)域與所述漂移區(qū)域之間，且在所述邊緣端接區(qū)域中位于所述第二逆導(dǎo)電型區(qū)域與所述漂移區(qū)域之間。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一逆導(dǎo)電型區(qū)域的面積相對(duì)于所述第二主表面中的所述二極管有源區(qū)域的總面積所占的比例為20%以上95%以下。
【文檔編號(hào)】H01L29/861GK103633148SQ201310646732
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2010年5月26日
【發(fā)明者】中村勝光 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社