半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置
[0001][相關(guān)申請案]
[0002]本申請案享受以日本專利申請案2014-53320號(申請日:2014年3月17日)為基礎(chǔ)申請案的優(yōu)先權(quán)。本申請案通過參照該基礎(chǔ)申請案而包含基礎(chǔ)申請案的全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實施方式涉及一種半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，作為用于反相器等電力轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體裝置，使用IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極性晶體管)、二極管等。二極管通常與IGBT反向串聯(lián)地連接，被用作回流用二極管。因此，二極管也被稱作FWD(Free Wheeling D1de，續(xù)流二極管)。
[0005]對于反相器等電力轉(zhuǎn)換裝置的特性改善，F(xiàn)WD的特性改善與IGBT的特性改善一并變得重要。作為FWD的重要特性，有導(dǎo)通電壓(也就是說，導(dǎo)通狀態(tài)下的電壓下降)、恢復(fù)時間(也就是說，恢復(fù)時的恢復(fù)電流的消失時間)、及恢復(fù)時的安全動作區(qū)域(也就是說，即便在恢復(fù)電流流動的狀態(tài)下施加電壓也不會破壞的區(qū)域)等。而且，更理想的是恢復(fù)時的電流、電壓振動少。尤其重要的是一邊縮短恢復(fù)時間一邊擴寬恢復(fù)時的安全動作區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種能夠使恢復(fù)時間縮短并且使恢復(fù)時的安全動作區(qū)域擴大的半導(dǎo)體裝置。
[0007]實施方式的半導(dǎo)體裝置包括:第一電極；第二電極；第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間，并且與所述第一電極接觸；第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與所述第二電極之間；絕緣區(qū)域，其從所述第二電極向所述第一半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)延伸；以及第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域與所述絕緣區(qū)域之間的至少一部分，并且與第一半導(dǎo)體區(qū)域接觸。
【附圖說明】
[0008]圖1 (a)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖，圖1 (b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性俯視圖。
[0009]圖2(a)及圖2(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通狀態(tài)的動作的示意性剖視圖，圖2(c)是表示第一實施方式及參考例的半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通狀態(tài)下的載子濃度分布的圖。
[0010]圖3(a)及圖3(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的恢復(fù)狀態(tài)的動作的示意性首1J視圖。
[0011]圖4(a)?圖4(c)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的一例的示意性首1J視圖。
[0012]圖5(a)及圖5(b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的示意性剖視圖。
[0013]圖6是表示第一實施方式的第一變化例的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖。
[0014]圖7(a)是表示第一實施方式的第二變化例的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖，圖7(b)是表示半導(dǎo)體裝置的恢復(fù)狀態(tài)的動作的示意性剖視圖。
[0015]圖8(a)是表示第一實施方式的第三變化例的半導(dǎo)體裝置的示意性立體圖，圖8(b)是表示第一實施方式的第三變化例的半導(dǎo)體裝置的示意性俯視圖。
[0016]圖9(a)及圖9(b)是表示第二實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖。
[0017]圖10(a)是表示第二實施方式的半導(dǎo)體裝置的電路圖的一例，圖10(b)是表示第二實施方式的半導(dǎo)體裝置的動作的時序圖。
[0018]圖11是表示第二實施方式的變化例的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖。
[0019]圖12(a)是表示第三實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖，圖12(b)是表示半導(dǎo)體裝置的動作的示意性剖視圖。
[0020]圖13是表示第四實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0021]下面，一邊參照附圖，一邊對實施方式進(jìn)行說明。在下面的說明中，對相同的部件標(biāo)附相同的符號，對已說明過一次的部件等適當(dāng)?shù)厥÷哉f明。
[0022](第一實施方式)
[0023]圖1 (a)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性剖視圖，圖1 (b)是表示第一實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性俯視圖。
[0024]圖1 (a)中，表示圖1 (b)的k-k'截面。圖1 (a)所示的范圍Iu是導(dǎo)體裝置IA的最小單元的范圍。半導(dǎo)體裝置IA以最小單元實現(xiàn)下述作用效果。
[0025]半導(dǎo)體裝置IA是pin(p-1ntrinsic-n) 二極管的一種。半導(dǎo)體裝置IA例如用作反相器電路等的回流用二極管。
[0026]半導(dǎo)體裝置IA包括陰極電極10 (第一電極)以及陽極電極11 (第二電極)。在陰極電極10與陽極電極11之間，設(shè)置著n+型的半導(dǎo)體區(qū)域20。半導(dǎo)體區(qū)域20與陰極電極10接觸。半導(dǎo)體區(qū)域20與陰極電極10歐姆接觸。
[0027]在半導(dǎo)體區(qū)域20與陽極電極11之間，設(shè)置著η型的半導(dǎo)體區(qū)域21。將半導(dǎo)體區(qū)域20與半導(dǎo)體區(qū)域21合并作為第一半導(dǎo)體區(qū)域。半導(dǎo)體區(qū)域21的雜質(zhì)濃度低于半導(dǎo)體區(qū)域20的雜質(zhì)濃度。
[0028]半導(dǎo)體區(qū)域21中所含的雜質(zhì)元素的濃度也可以設(shè)定為低于半導(dǎo)體區(qū)域20與陰極電極10接觸一面的半導(dǎo)體區(qū)域20中所含的雜質(zhì)元素的濃度。而且，也可以在半導(dǎo)體區(qū)域21與半導(dǎo)體區(qū)域20之間設(shè)置η型的緩沖層(未圖示)。緩沖層的雜質(zhì)濃度例如設(shè)定為半導(dǎo)體區(qū)域21中所含的雜質(zhì)濃度與半導(dǎo)體區(qū)域20中所含的雜質(zhì)濃度之間。
[0029]在半導(dǎo)體區(qū)域21與陽極電極11之間，設(shè)置著P型的半導(dǎo)體區(qū)域30 (第二半導(dǎo)體區(qū)域)。半導(dǎo)體區(qū)域30與陽極電極11蕭特基接觸或者歐姆接觸。半導(dǎo)體區(qū)域30的膜厚例如為0.5 μ m(微米)?10 μ m。
[0030]絕緣區(qū)域13在Y方向(第三方向)上在至少一部分區(qū)域與半導(dǎo)體區(qū)域30隔開間隔dl而設(shè)置。也就是說，在Y方向上，絕緣區(qū)域13與半導(dǎo)體區(qū)域30在至少一部分區(qū)域分離。絕緣區(qū)域13從陽極電極11向半導(dǎo)體區(qū)域21側(cè)延伸。半導(dǎo)體區(qū)域21被絕緣區(qū)域13與半導(dǎo)體區(qū)域30夾著。絕緣區(qū)域13與陽極電極11接觸。絕緣區(qū)域13與陰極電極10之間的距離短于半導(dǎo)體區(qū)域30與陰極電極10之間的距離。也就是說，絕緣區(qū)域13的下部13d位于比半導(dǎo)體區(qū)域30的下部30d更低的位置。而且，設(shè)置多個絕緣區(qū)域13，與所述絕緣區(qū)域13相鄰的絕緣區(qū)域13從陽極電極11貫通半導(dǎo)體區(qū)域30而到達(dá)半導(dǎo)體區(qū)域21。
[0031]在陽極電極11與半導(dǎo)體區(qū)域21及半導(dǎo)體區(qū)域30之間，設(shè)置著P+型的半導(dǎo)體區(qū)域31 (第四半導(dǎo)體區(qū)域)。半導(dǎo)體區(qū)域31與陽極電極11及絕緣區(qū)域13接觸。半導(dǎo)體區(qū)域31的雜質(zhì)濃度(或Z方向的雜質(zhì)濃度分布的最大值或平均值)高于半導(dǎo)體區(qū)域30的雜質(zhì)濃度(或Z方向的雜質(zhì)濃度分布的最大值或平均值)。
[0032]半導(dǎo)體區(qū)域31與陽極電極11歐姆接觸。例如，半導(dǎo)體區(qū)域31與陽極電極11接觸一面的半導(dǎo)體區(qū)域31中所含的雜質(zhì)元素的濃度高于半導(dǎo)體區(qū)域30與陽極電極11接觸一面的半導(dǎo)體區(qū)域30中所含的雜質(zhì)元素的濃度。半導(dǎo)體區(qū)域31的膜厚例如為0.1 μ m?5 μ m0
[0033]絕緣區(qū)域13、半導(dǎo)體區(qū)域30、及半導(dǎo)體區(qū)域31分別如圖1 (b)所示那樣沿著與從陽極電極11朝向陰極電極10的Z方向(第一方向)交叉的X方向(第二方向)延伸。
[0034]半導(dǎo)體區(qū)域20、21、30、31各自的主要成分例如為硅(Si)。n+型、η型等導(dǎo)電型(第一導(dǎo)電型)的雜質(zhì)元素例如應(yīng)用磷⑵、砷(As)等。P+型、P型等導(dǎo)電型(第二導(dǎo)電型)的雜質(zhì)元素例如應(yīng)用硼(B)等。而且，半導(dǎo)體區(qū)域20、21、30、31各自的主要成分除硅(Si)以夕卜，還可以為硅碳化物(SiC)、氮化鎵(GaN)等。
[0035]而且,半導(dǎo)體區(qū)域20的雜質(zhì)濃度的最大值大于3 X 117CnT3,例如為I X 118CnT3以上。半導(dǎo)體區(qū)域21雜質(zhì)濃度也可以設(shè)定為隨著朝向陰極電極10而變高。半導(dǎo)體區(qū)域21的雜質(zhì)濃度例如為IXlO15Cm-3以下，可根據(jù)元件的耐壓設(shè)計而設(shè)定為任意的雜質(zhì)濃度。半導(dǎo)體區(qū)域30的雜質(zhì)濃度的最大值例如為IXlO18cnT3以下。半導(dǎo)體區(qū)域31的雜質(zhì)濃度的最大值高于3X1017cm_3，例如為IXlO19cnT3以上。這些P型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度也可以設(shè)定為隨著朝向陽極電極11而變高。
[0036]而且，所謂所述“雜質(zhì)濃度”是指有助于半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素的實效濃度。例如，當(dāng)在半導(dǎo)體材料中含有成為供體的雜質(zhì)元素與成為受體的雜質(zhì)元素時，將去除經(jīng)活化的雜質(zhì)元素中供體與受體的抵消量后的濃度設(shè)為雜質(zhì)濃度。
[0037]而且，實施方式中，只要未特別說明，則以n+型、η型的順序表示η型雜質(zhì)元素的濃度降低。而且，以P+型、P型的順序表示P型雜質(zhì)元素的濃度降低。而且，在半導(dǎo)體裝置IA中，即便將P與η的導(dǎo)電型置換，也可以獲得同樣的效果。
[0038]而且，只要未特別說明，則所謂η+型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于η型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度，η+型半導(dǎo)體區(qū)域的與陰極電極10接觸一面的η+型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于η型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度的情況也包含在實施方式中。而且，所謂P+型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于P型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度，P+型半導(dǎo)體區(qū)域的與陽極電極11接觸一面的P+型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于P型半導(dǎo)體區(qū)域的與陽極電極11接