半導體裝置的制造方法
【專利說明】半導體裝置
[0001][相關申請案]
[0002]本申請案享受以日本專利申請2014-52704號(申請日:2014年3月14日)為基礎申請案的優(yōu)先權。本申請案通過參照該基礎申請案而包含基礎申請案的全體內容。
技術領域
[0003]本發(fā)明的實施方式涉及一種半導體裝置。
【背景技術】
[0004]近年來，作為反相器等電力轉換裝置中使用的半導體裝置使用有IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)、二極管等。二極管一股與IGBT逆平行地連接而作為回流用二極管使用。因此，二極管也被稱為FWD(Free Wheeling D1de，續(xù)流二極管)。
[0005]為改善反相器等電力轉換裝置的特性，重要的是在改善IGBT特性的同時改善FWD特性。作為FWD的重要特性有導通電壓(S卩，導通狀態(tài)下的電壓降)、回復時間(S卩，回復時的回復電流的湮滅時間)及回復時的安全動作區(qū)域(即，回復電流流通的狀態(tài)下即便被施加電壓也不會破壞的區(qū)域)等。另外，更理想的是回復時的電流?電壓振動較少。其中，重要的是縮短回復時間并擴大回復時的安全動作區(qū)域。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供一種回復時間較短的半導體裝置。
[0007]實施方式的半導體裝置包含:第I電極；第2電極；第I導電型的第I半導體層，設于所述第I電極與所述第2電極之間，且與所述第I電極相接；第2導電型的第I半導體區(qū)域，設于所述第I半導體層與所述第2電極之間，且與所述第2電極相接；第2導電型的第2半導體區(qū)域，設于所述第I半導體區(qū)域與所述第2電極之間，與所述第2電極相接，且雜質濃度高于所述第I半導體區(qū)域的雜質濃度；及絕緣層，一端與所述第2電極相接，另一端位于所述第I半導體層，且沿著第2電極于自所述第I電極朝向所述第2電極的第I方向延伸。
【附圖說明】
[0008]圖1是第I實施方式的半導體裝置的示意性立體圖。
[0009]圖2(a)及圖2(b)是第I實施方式的半導體裝置的示意性剖視圖，圖2 (C)是該半導體裝置的示意性俯視圖。
[0010]圖3(a)及圖3(b)是表示第I實施方式的半導體裝置的導通狀態(tài)的動作的示意性首1J視圖。
[0011]圖4(a)及圖4(b)是表示第I實施方式的半導體裝置的回復狀態(tài)的動作的示意性剖視圖。
[0012]圖5(a)及圖5(b)是第I實施方式的第I變形例的半導體裝置的示意性剖視圖，圖5(c)是該半導體裝置的示意性俯視圖，圖5(d)是第I變形例的另一半導體裝置的示意性俯視圖。
[0013]圖6(a)及圖6(b)是第I實施方式的第2變形例的半導體裝置的示意性剖視圖。
[0014]圖7是第I實施方式的第3變形例的半導體裝置的示意性剖視圖。
[0015]圖8是第2實施方式的半導體裝置的示意性立體圖。
[0016]圖9(a)是第2實施方式的半導體裝置的示意性剖視圖，圖9 (b)是第2實施方式的半導體裝置的示意性俯視圖。
[0017]圖10(a)及圖10(b)是表示第2實施方式的半導體裝置的導通狀態(tài)的動作的示意性首1J視圖。
[0018]圖11(a)是第2實施方式的半導體區(qū)域的示意性剖視圖，圖11(b)是表示第2實施方式的半導體區(qū)域的雜質濃度分布的曲線圖。
[0019]圖12是表示參考例的半導體裝置的回復狀態(tài)的動作的示意性剖視圖。
[0020]圖13(a)及圖13(b)是第2實施方式的第I變形例的半導體裝置的示意性剖視圖，圖13(c)是該半導體裝置的示意性俯視圖。
[0021]圖14(a)及圖14(b)是第2實施方式的第2變形例的半導體裝置的示意性剖視圖。
[0022]圖15是第2實施方式的第3變形例的半導體裝置的示意性剖視圖。
[0023]圖16(a)是第3實施方式的半導體裝置的示意性剖視圖，圖16(b)是第3實施方式的半導體裝置的示意性俯視圖。
[0024]圖17(a)是第3實施方式的變形例的半導體裝置的示意性剖視圖，圖17(b)是第3實施方式的變形例的半導體裝置的示意性俯視圖。
[0025]圖18是第4實施方式的半導體裝置的示意性俯視圖。
[0026]圖19是第5實施方式的第I例的半導體裝置的示意性剖視圖。
[0027]圖20是第5實施方式的第2例的半導體裝置的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0028]下面，一邊參照附圖一邊說明實施方式。在以下的說明中，對相同構件標注相同符號，對已說明過一次的構件適當?shù)厥÷云湔f明。
[0029](第I實施方式)
[0030]圖1是第I實施方式的半導體裝置的示意性立體圖。
[0031]圖2(a)及圖2(b)是第I實施方式的半導體裝置的示意性剖視圖，圖2 (C)是該半導體裝置的示意性俯視圖。
[0032]圖2(a)中,表示圖2(c)的A-A'截面，圖2(b)中,表示圖2(c)的B-B'截面。圖2(a)所示的范圍Iu是半導體裝置IA的最小單元(unit)的范圍。因具有最小單元而半導體裝置IA實現(xiàn)后述作用效果。
[0033]第I實施方式的半導體裝置IA基本上為pin(p-1ntrinsic-n) 二極管的一種。半導體裝置IA是作為例如反相器電路等回流用二極管使用。
[0034]半導體裝置IA包含陰極電極10 (第I電極)、陽極電極11 (第2電極)、n+型的半導體層20、η型的半導體層21、ρ型的半導體區(qū)域30 (第I半導體區(qū)域)、ρ+型的半導體區(qū)域31 (第2半導體區(qū)域)、連接區(qū)域11a、及絕緣層12。此外，將半導體層20與半導體層21合并而成為第I半導體層。
[0035]半導體層20設于陰極電極10與陽極電極11之間。半導體層20與陰極電極10接觸。半導體層20與陰極電極10歐姆接觸。半導體層21設于半導體層20與陽極電極11之間。半導體層21與半導體層20接觸。
[0036]于此，半導體層21所含的雜質元素的濃度也可以設定得低于半導體層20相接陰極電極10的面的半導體層20所含的雜質元素的濃度。另外，也可以在半導體層21與半導體層20之間設置η型的緩沖層(未圖示)。該緩沖層的雜質濃度為半導體層21所含的雜質元素濃度與半導體層20所含的雜質元素濃度之間的值。
[0037]半導體區(qū)域30設于半導體層21與陽極電極11之間。半導體區(qū)域30與陽極電極11及半導體層21相接。半導體區(qū)域30是其表面相接陽極電極U。半導體區(qū)域30的雜質濃度低于半導體區(qū)域31即可，且可與陽極電極11肖特基接觸，也可以不與陽極電極11肖特基接觸。半導體區(qū)域30的膜厚為例如0.5 μ m (微米)?10 μ m。
[0038]半導體區(qū)域31設于半導體區(qū)域30與陽極電極11之間。半導體區(qū)域31設有多個，且分別于相對于從陰極電極10朝陽極電極11的方向(例如Z方向)交叉的方向(例如Y方向)延伸。而且，各半導體區(qū)域31是排列于與Z方向及Y方向交叉的方向(例如X方向)。S卩，高濃度的半導體區(qū)域31成為多個區(qū)域而在X方向排列。
[0039]另外，半導體區(qū)域31與半導體區(qū)域30、陽極電極11、及絕緣層12相接。S卩，半導體區(qū)域31是除了與陽極電極11及絕緣層12相接的部分以外的部分相接半導體區(qū)域30。半導體區(qū)域31的雜質濃度高于半導體區(qū)域30的雜質濃度。半導體區(qū)域31與陽極電極11歐姆接觸。半導體區(qū)域31的膜厚為例如0.1 μ m?5 μ m。
[0040]例如，半導體區(qū)域31的與陽極電極11相接的面的半導體區(qū)域31所含的雜質元素的濃度高于半導體區(qū)域30的與陽極電極11相接的面的半導體區(qū)域30所含的雜質元素的濃度。
[0041]連接區(qū)域Ila與陽極電極11電相接。連接區(qū)域Ila是從陽極電極11朝陰極電極10延伸，直至到達半導體層21。絕緣層12設于連接區(qū)域Ila與半導體層21之間、及連接區(qū)域Ila與半導體區(qū)域30、31之間。此外，也可以利用與絕緣層12相同的材料的絕緣層置換連接區(qū)域lla(以下的實施方式中相同)。在此，該絕緣層的一端與陽極電極11相接，另一端位于半導體層21。另外，該絕緣層是沿著陽極電極11而在從陽極電極11朝陰極電極10的方向延伸。
[0042]連接區(qū)域Ila及絕緣層12是在例如X方向延伸。連接區(qū)域Ila及絕緣層12是在例如Y方向排列。即，在俯視半導體裝置IA的情況下，連接區(qū)域IIa與半導體區(qū)域31交叉。
[0043]如所述那樣，半導體區(qū)域31并不于X方向延伸，而是在例如與X方向交叉的Y方向延伸。在X方向上有設有半導體區(qū)域31的區(qū)域、及未設置半導體區(qū)域31的區(qū)域。例如，在半導體裝置IA中，被相鄰的連接區(qū)域Ila夾著的部分于X方向成為由未配置半導體區(qū)域31的區(qū)域、與配置有半導體區(qū)域31的區(qū)域交替排列而成的結構。即，半導體區(qū)域31是在X方向隔開間隔而配置。此外，半導體區(qū)域31與絕緣層12相接。
[0044]對半導體裝置IA的動作進行說明。
[0045]圖3(a)及圖3(b)是表示第I實施方式的半導體裝置的導通狀態(tài)的動作的示意性首1J視圖。
[0046]首先，根據(jù)圖3 (a)，說明從陰極側流向陽極側的電子電流。在此，在圖3 (a)表示有以X-Z平面切斷后的半導體裝置IA的截面。
[0047]于導通狀態(tài)，陰極.陽極間被施加有順向偏壓的電壓。即，以陽極電極11的電位高于陰極電極10的電位的方式對陰極?陽極間施加電壓。例如，陽極電極11為正極、陰極電極10為負極。
[0048]于此，半導體層20與陰極電極10歐姆接觸。因此，電子(e)從半導體層20經(jīng)由半導體層21而到達半導體區(qū)域30。
[0049]半導體區(qū)域30與陽極電極11電阻性接觸或肖特基接觸。即，該接觸是P型半導體與金屬的電阻性接觸或肖特基接觸。因此，半導體區(qū)域30與陽極電極11之間對于電洞(h)來說為能量障壁，對于電子(e)來說并非能量障壁。
[0050]因此，電子(e)是從半導體層20經(jīng)由半導體層21、及半導體區(qū)域30而流入陽極電極11。由此，在陰極.陽極間形成有電子電流16。
[0051]接著，通過圖3(b)說明從陽極側流向陰極側的電洞電流。半導體區(qū)域30與陽極電極11之間對于電子(e)來說并不成為能量障壁。然而，對于電子(e)來說，P型高濃度層的半導體區(qū)域31、與ρ型的低濃度層的半導體區(qū)域30之間成為能量障壁。因此，最多流至半導體區(qū)域31的正下方的半導體區(qū)域30的電子(e)難以流入半導體區(qū)域31。
[0052]由此，電子(e)自陰極側流向陽極側的方向流動后，到達半導體區(qū)域31附近時，之后會于半導體區(qū)域31的下方橫向、即向與Y方向大體平行的方向移動。
[0053]因該電子(e)的移動，與陽極電極11相接的半導體區(qū)域31成為正極，位于半導體區(qū)域31的下方的部分30a以相對于半導體區(qū)域31而成為負極的方式經(jīng)偏壓。
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