專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
PIN (P-本征-N) 二極管是一種類型的二極管。例如，在PIN 二極管中，輕摻雜N型半導(dǎo)體襯底被夾置在作為陽(yáng)極區(qū)的輕摻雜P型半導(dǎo)體區(qū)和作為陰極區(qū)的重?fù)诫sN型半導(dǎo)體區(qū)之間。在諸如二極管等電源轉(zhuǎn)換元件中，在該元件周圍形成保護(hù)環(huán)以便改進(jìn)擊穿電壓電阻。該保護(hù)環(huán)具有重?fù)诫sP型半導(dǎo)體區(qū)的多環(huán)結(jié)構(gòu)。在該類型的元件中，從元件周圍的重?fù)诫s區(qū)注入的空穴可能過(guò)度地積累在元件周圍。因此，由于元件周圍恢復(fù)(recovery)能力的降低所致，可能破壞元件。已知具有IGBT和二極管的半導(dǎo)體器件，IGBT和二極管互相鄰近地形成在共同的半導(dǎo)體襯底中。在該類型的器件中，從IGBT的P型區(qū)(例如溝道區(qū)、體區(qū))到二極管的P 型陽(yáng)極區(qū)注入許多空穴。因此，很難減少二極管的恢復(fù)損耗。在對(duì)應(yīng)于US6552413、JP-A-2-66977 和 JP-A-59-49711 的 JP-A-2001-196606 中， P型區(qū)分布在二極管的陰極區(qū)中以使空穴能夠被P型區(qū)吸收。然而，當(dāng)從保護(hù)環(huán)或IGBT注入許多空穴時(shí)，P型區(qū)很難完全吸收空穴。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于減少由于少數(shù)載流子的過(guò)度積累所導(dǎo)致的恢復(fù)能力的降低并且有效地減少恢復(fù)損耗的半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和第二表面。所述半導(dǎo)體襯底具有元件區(qū)，所述元件區(qū)包括IGBT區(qū)和鄰近所述IGBT 區(qū)設(shè)置的二極管區(qū)。在所述IGBT區(qū)中形成IGBT元件。所述IGBT元件具有第一表面?zhèn)壬系陌l(fā)射電極、第一表面?zhèn)壬系臇烹姌O和第二表面?zhèn)壬系募婋姌O。在所述二極管區(qū)中形成二極管元件。所述二極管元件具有在所述第一表面?zhèn)群退龅诙砻鎮(zhèn)戎械囊粋€(gè)上的第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)和在所述第一表面?zhèn)群退龅诙砻鎮(zhèn)戎械牧硪粋€(gè)上的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)。第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)位于所述元件區(qū)周圍的所述第一表面?zhèn)壬稀５谝粚?dǎo)電類型的吸收區(qū)位于所述元件區(qū)周圍的所述第二表面?zhèn)壬?。第二?dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)位于所述元件區(qū)周圍的所述第二表面?zhèn)壬?。根?jù)本發(fā)明的第二方面，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和第二表面。所述半導(dǎo)體襯底具有元件區(qū)，所述元件區(qū)包括IGBT區(qū)和鄰近所述IGBT 區(qū)設(shè)置的二極管區(qū)。在所述IGBT區(qū)中形成IGBT元件。所述IGBT元件具有所述第一表面?zhèn)壬系陌l(fā)射電極、所述第一表面?zhèn)壬系臇烹姌O和所述第二表面?zhèn)壬系募婋姌O。在所述二極管區(qū)中形成二極管元件。所述二極管元件具有在所述第一表面?zhèn)壬系牡谝粚?dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)和在所述第二表面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)。第一導(dǎo)電類型的吸收區(qū)位于所述二極管區(qū)中的所述第二表面?zhèn)壬?。在所述二極管區(qū)中的所述第二表面?zhèn)壬系乃鑫諈^(qū)與所述第二半導(dǎo)體區(qū)的比率，在第一部分中比在第二部分中要大。所述第一部分比所述第二部分更靠近所述IGBT區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面。第一半導(dǎo)體區(qū)位于所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面?zhèn)壬?。第二?dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)位于所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面?zhèn)壬?。第一電極連接到所述第一半導(dǎo)體區(qū)。第二電極連接到所述第二半導(dǎo)體區(qū)。第一導(dǎo)電類型的保護(hù)環(huán)位于所述第一表面?zhèn)壬系乃龅谝话雽?dǎo)體區(qū)周圍。第一導(dǎo)電類型的吸收區(qū)鄰近所述第二表面?zhèn)壬系乃龅诙雽?dǎo)體區(qū)設(shè)置。在所述第二表面?zhèn)壬系乃鑫諈^(qū)與所述第二半導(dǎo)體區(qū)的比率，在第一部分中比在第二部分中要大。所述第一部分在從所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面到所述第二表面的方向上面對(duì)所述保護(hù)環(huán)。所述第一部分比所述第二部分更靠近所述保護(hù)環(huán)。


根據(jù)以下的說(shuō)明和附圖，以上和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的前側(cè)視圖的示圖；圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖3是示出沿著圖1中的線III-III截取的橫截面視圖的示圖；圖4A是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的IGBT元件的橫截面視圖的示圖，并且圖 4B是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的FWD元件的橫截面視圖的示圖；圖5是圖2中的部分V的放大視圖的示圖；圖6是圖2中的部分VI的放大視圖的示圖；圖7A-7D是示出制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的示圖；圖8是示出根據(jù)第一實(shí)施例的第一改型的半導(dǎo)體器件的一部分的后側(cè)視圖的示圖；圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的第二改型的半導(dǎo)體器件的一部分的后側(cè)視圖的示圖；圖10是示出根據(jù)第一實(shí)施例的第三改型的半導(dǎo)體器件的一部分的后側(cè)視圖的示圖；圖IlA是示出根據(jù)第一實(shí)施例的第四改型的半導(dǎo)體器件的一部分的后側(cè)視圖的示圖；并且圖IlB是示出根據(jù)第一實(shí)施例的第五改型的半導(dǎo)體器件的一部分的后側(cè)視圖的示圖；圖12是示出根據(jù)第一實(shí)施例的第六改型的半導(dǎo)體器件的一部分的后側(cè)視圖的示圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面視圖的示圖；圖14是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖15是示出用于評(píng)估根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的比率Wn/Lh、正向電壓Vf和開(kāi)關(guān)損耗Err之間關(guān)系的仿真的結(jié)果的示圖16A-16C示出陰極區(qū)寬度和平均載流子密度之間的關(guān)系；圖17示出根據(jù)第二實(shí)施例的第一改型的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖18A是示出根據(jù)第二實(shí)施例的第二改型的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖，并且圖18B是示出根據(jù)第二實(shí)施例的第三改型的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖19A是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的前側(cè)視圖的示圖，并且圖 19B是示出根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖的示圖；圖20A是示出根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖，并且圖20B是示出根據(jù)第三實(shí)施例的第一改型的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖21A是示出根據(jù)第三實(shí)施例的第二改型的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖，并且圖21B是示出根據(jù)第三實(shí)施例的第三改型的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖22A是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的前側(cè)視圖的示圖，并且圖 22B是示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖的示圖；圖23是示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖24是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖25A-25D是示出在根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的相反區(qū)域中的吸收區(qū)和第二半導(dǎo)體區(qū)的布置圖案的示圖；圖26是示出用于評(píng)估根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件效果的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的示圖；圖27是示出根據(jù)第五實(shí)施例的并且在實(shí)驗(yàn)中使用的半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例的后側(cè)視圖的示圖；圖28是示出用在實(shí)驗(yàn)中的常規(guī)半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；圖29是示出根據(jù)第五實(shí)施例的改型的半導(dǎo)體器件的后側(cè)視圖的示圖；以及圖30A-30E是示出在根據(jù)第五實(shí)施例的改型的半導(dǎo)體器件的相反區(qū)域中的吸收區(qū)和第二半導(dǎo)體區(qū)的布置圖案的示圖。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施例)以下參考圖1-7D描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1。圖1是示出半導(dǎo)體器件1的前側(cè)視圖的示圖。圖2是示出半導(dǎo)體器件1的后側(cè)視圖的示圖。圖3是示出沿著圖1中的線III-III截取的橫截面視圖的示圖。圖4A是示出半導(dǎo)體器件1的IGBT元件的橫截面視圖的示圖。圖4B是示出半導(dǎo)體器件1的二極管元件的橫截面視圖的示圖。圖 5是圖2中的部分V的放大視圖的示圖。圖6是示出圖2中的部分Vl的放大視圖的示圖。 圖7A-7D是示出制造半導(dǎo)體器件1的方法的示圖。如圖3中所示，根據(jù)第一實(shí)施例，半導(dǎo)體器件1包括溝槽柵場(chǎng)截止(FS)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)元件100和續(xù)流二極管(FWD)元件20。IGBT元件100和FWD元件20 形成在共同的(即同一)半導(dǎo)體襯底101中。具體地，IGBT元件100和FWD元件20集成地形成在半導(dǎo)體襯底101的元件區(qū)30中。如圖1中所示，元件區(qū)30位于半導(dǎo)體襯底1的中央部分中。換句換說(shuō)，元件區(qū)30不位于半導(dǎo)體襯底1的外邊緣部分中。半導(dǎo)體襯底101具有前(即第一)表面和與前表面相對(duì)的后(即第二)表面。IGBT 元件100形成在半導(dǎo)體襯底101的元件區(qū)30的IGBT區(qū)Xi中。如圖3和4A中所示，IGBT元件100具有柵電極105、發(fā)射電極107和集電電極113。IGBT元件100的柵電極105和發(fā)射電極107形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬?。相反，IGBT元件100的集電電極113形成在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)壬稀６鄠€(gè)FWD元件20形成在半導(dǎo)體襯底101的元件區(qū)30的FWD區(qū)Xf中。FWD區(qū)Xf 鄰近IGBT區(qū)Xi設(shè)置。FWD元件20具有P型(即第一導(dǎo)電類型)陽(yáng)極區(qū)(即第一半導(dǎo)體區(qū))和N型(即第二導(dǎo)電類型)陰極區(qū)(即第二半導(dǎo)體區(qū))。陽(yáng)極區(qū)形成在半導(dǎo)體襯底101 的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。陰極區(qū)形成在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种小GBT 元件100的發(fā)射電極107用作FWD元件20的陽(yáng)電極。IGBT元件100的集電電極113用作 FWD元件20的陰電極。半導(dǎo)體襯底101是N_ SFZ晶片并且用作漂移層。例如，半導(dǎo)體襯底101可以具有大約IX IO14CnT3的雜質(zhì)濃度。在元件區(qū)30中，P型基區(qū)102被可選擇地形成在半導(dǎo)體襯底101前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种??；鶇^(qū)102用作IGBT元件100的溝道區(qū)和FWD元件20的陽(yáng)極區(qū)。溝槽103可選擇地形成在基區(qū)102中。溝槽103穿透基區(qū)102并且到達(dá)半導(dǎo)體襯底101。因此，溝槽103的底部位于半導(dǎo)體襯底101中。溝槽103形成在半導(dǎo)體器件1的寬度方向(即圖1、3中的X 方向)上的預(yù)定位置并且在半導(dǎo)體器件1的長(zhǎng)度方向(即圖1中的Y方向)上延伸。半導(dǎo)體器件1的寬度方向和長(zhǎng)度方向互相垂直。柵極絕緣層104形成在溝槽103的內(nèi)表面上。 柵電極105形成在柵極絕緣層104上以使溝槽103可以被柵極絕緣層104和柵電極105填充。例如，柵極絕緣層104可以是氧化層，并且柵電極105可以是具有大約1 X IO20Cm-3雜質(zhì)濃度的多晶硅。N+型發(fā)射區(qū)106可選擇地形成在基區(qū)102中并且鄰近溝槽103的側(cè)壁設(shè)置。如圖3 中所示，基區(qū)102由溝槽103分成包括第一基區(qū)和第二基區(qū)102a、102b的多個(gè)區(qū)。第一基區(qū)和第二基區(qū)102a、102b交替地設(shè)置在寬度方向上。發(fā)射區(qū)106僅形成在第一基區(qū)102a中。 換句換說(shuō)，發(fā)射區(qū)106不在第二基區(qū)102b中形成。例如，發(fā)射區(qū)106可以具有大約0.5μπι 的厚度并且具有大約IXlO19cnT3的雜質(zhì)濃度。例如，發(fā)射電極107可以由基于鋁的材料制成。發(fā)射區(qū)106電連接到發(fā)射電極107以使第一基區(qū)102a可以電連接到發(fā)射電極107(即第一電極)。P+型體區(qū)108可選擇地形成在第一基區(qū)102a中。例如，體區(qū)108可以具有大約 IXlO19cnT3的雜質(zhì)濃度。P+型集電極層110可選擇地形成在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。例如，集電極層110可以具有大約0. 5 μ m的厚度并且具有大約1 X IO18CnT3的雜質(zhì)濃度。集電極層110幾乎形成在整個(gè)IGBT區(qū)Xi上。而且，如圖3中所示，集電極層110延伸到半導(dǎo)體襯底101的外邊緣部分。即，集電極層110的一部分位于元件區(qū)30的外部。集電極層110 的所述部分用作相反區(qū)域32。該相反區(qū)域32在半導(dǎo)體器件1的厚度方向(即圖3中的Z 方向)上面對(duì)保護(hù)環(huán)40。厚度方向垂直于寬度方向和長(zhǎng)度方向中的每個(gè)。N+型陰極區(qū)21可選擇地形成在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。例如?陰極區(qū)21可以具有大約0. 5μπι的厚度并且具有大約IXlO18cnT3的雜質(zhì)濃度。集電極層 110和陰極區(qū)21電連接到集電電極113(即第二電極)。例如，集電電極113可以由基于鋁的材料制成。而且，P型吸收區(qū)22鄰近FWD區(qū)Xf中的陰極區(qū)21形成。隨后詳細(xì)地描述吸
7收區(qū)22。如圖3中所示，N型場(chǎng)截止層112形成在半導(dǎo)體襯底101 (即漂移層)與集電極層 110和陰極層111中的每個(gè)之間。由于場(chǎng)截止層112阻止耗盡層的擴(kuò)展(expansion)，所以可以減少半導(dǎo)體襯底101的厚度，從而可以減小半導(dǎo)體器件1的總厚度。例如，從基區(qū)102 的表面到集電極層110的表面的厚度可以大約是130 μ m?；鶇^(qū)102的表面限定半導(dǎo)體襯底 101的前表面，并且集電極層110的表面限定半導(dǎo)體襯底101的后表面。然后，以下描述半導(dǎo)體器件1的IGBT元件100的操作。為了驅(qū)動(dòng)IGBT元件100， 將預(yù)定集電極電壓施加在發(fā)射電極107和集電電極113之間，并且將預(yù)定柵極電壓施加在發(fā)射電極107和柵電極105之間。因此，將第一基區(qū)102a的發(fā)射區(qū)106和半導(dǎo)體襯底101 之間的區(qū)反轉(zhuǎn)為N型，從而可以形成溝道。通過(guò)溝道將電子從發(fā)射電極107注入到半導(dǎo)體襯底101。由注入的電子使集電極層110和半導(dǎo)體襯底101正向偏置，從而可以從集電極層 110注入空穴。因此，很大地減少了半導(dǎo)體襯底101的電阻，增加了 IGBT元件100的電流容量。當(dāng)除去施加到發(fā)射電極107和柵電極105之間的柵極電壓時(shí)，或者當(dāng)柵極被反向偏置時(shí)，反轉(zhuǎn)的溝道區(qū)返回P型。因此，從發(fā)射電極107注入的電子被截止，從而可以截止來(lái)集電極層110的空穴注入。然后，從集電電極113和發(fā)射電極107射出半導(dǎo)體襯底101中積累的載流子(電子和空穴)，或者，半導(dǎo)體襯底101中積累的載流子(電子和空穴)復(fù)合并消失。然后，以下描述半導(dǎo)體器件1的FWD元件20的操作。電連接到發(fā)射電極107的第一基區(qū)102a用作FWD元件20的陽(yáng)極區(qū)。即，發(fā)射電極107用作陽(yáng)電極。當(dāng)在正向偏置方向上施加到發(fā)射電極107(即陽(yáng)電極)和半導(dǎo)體襯底101之間的電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，使陽(yáng)極區(qū)和半導(dǎo)體襯底101正向偏置，從而使得FWD元件20可以導(dǎo)電。當(dāng)在反向偏置方向上將電壓施加到發(fā)射電極107(即陽(yáng)電極)和半導(dǎo)體襯底101之間時(shí)，耗盡層從陽(yáng)極區(qū)朝半導(dǎo)體襯底101延伸，從而可以保持反向擊穿電壓電阻。如圖1和3中所示，P型保護(hù)環(huán)(即重?fù)诫s區(qū))40形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种小１Ｗo(hù)環(huán)40位于半導(dǎo)體襯底101的外邊緣部分中，使得元件區(qū)30可以由保護(hù)環(huán)40圍繞。例如，保護(hù)環(huán)40可以具有多環(huán)結(jié)構(gòu)。保護(hù)環(huán)40具有從半導(dǎo)體襯底101 的前表面算起的預(yù)定深度。保護(hù)環(huán)40的雜質(zhì)濃度高于基區(qū)102的雜質(zhì)濃度。焊盤91形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬?。信?hào)被通過(guò)焊盤91輸入到半導(dǎo)體器件1。例如將柵極焊盤91 (焊盤90之一)用于將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到柵電極12。以下詳細(xì)地描述根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1。如圖3中所示，P型(即第一導(dǎo)電類型)吸收區(qū)22可選擇地形成在FWD區(qū)域Xf中的半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。吸收區(qū)22是集電極層110的一部分。如圖4B中所示，吸收區(qū)22在從集電電極113 到場(chǎng)截止層112的厚度方向(即圖3的Z方向)上延伸。根據(jù)第一實(shí)施例，多個(gè)(例如四個(gè))FWD元件20布置在寬度方向(即X方向)上的 FWD區(qū)Xf中，并且多個(gè)(例如七個(gè))IGBT元件100布置在寬度方向(即X方向)上的IGBT 區(qū)Xi中。FWD元件20和IGBT元件100中的每個(gè)都在長(zhǎng)度方向(即Y方向)上延伸。如圖3和5所示，F(xiàn)WD區(qū)域Xf中的陰極區(qū)21包括多個(gè)陰極區(qū)21a_21i。陰極區(qū) 21a-21i具有不同的寬度并且在長(zhǎng)度方向(即Y方向)上延伸。吸收區(qū)22包括多個(gè)吸收區(qū)22a-22h。吸收區(qū)22a-22h位于相鄰的陰極區(qū)21a-21i之間并且在長(zhǎng)度方向(即Y方向) 上延伸。具體地，陰極區(qū)21a_21i在FWD區(qū)Xf的中間區(qū)Cl內(nèi)，在長(zhǎng)度方向上幾乎互相平行地連續(xù)延伸。同樣地，吸收區(qū)22a-22h在中間區(qū)Cl內(nèi)，在長(zhǎng)度方向上幾乎互相平行地連續(xù)延伸。IGBT區(qū)Xi的集電極層110在寬度方向上，位于FWD區(qū)Xf的陰極區(qū)21 (即最外面的陰極區(qū)21a，2Ii)的外部。注意到吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率隨著到IGBT元件100的距離而減小。即吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在FWD區(qū)Xf與IGBT區(qū)Xi的近側(cè)高于在FWD區(qū)Xf與IGBT區(qū) Xi的遠(yuǎn)側(cè)。具體地，如圖5所示，F(xiàn)WD區(qū)Xf包括第一區(qū)Xa、第二區(qū)Xb、第三區(qū)Xe、第四區(qū)Xd和第五區(qū)Xe。第一區(qū)Xa在寬度方向上位于FWD區(qū)Xf的中央。第二區(qū)Xb在寬度方向上位于 FffD區(qū)Xf的第一端部上并且鄰近IGBT區(qū)Xi設(shè)置。第三區(qū)Xc在寬度方向上位于FWD區(qū)Xf 的第二端部上并且鄰近IGBT區(qū)Xi設(shè)置。第四區(qū)Xd位于第一區(qū)Xa和第二區(qū)Xb之間。第五區(qū)Xe位于第一區(qū)Xa和第三區(qū)Xc之間。在第一區(qū)Xa中，陰極區(qū)21e占據(jù)整個(gè)第一區(qū)Xa。由于吸收區(qū)22不在第一區(qū)Xa中形成，所以吸收區(qū)22的寬度與第一區(qū)Xa的寬度的比率是0(即0% )。即吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21e的寬度W3的比率是0。在第二區(qū)Xb中，陰極區(qū)21a、21b (每個(gè)都具有寬度Wl)以間隔Wb布置。另外，吸收區(qū)22a、22b (每個(gè)都具有寬度W4)以間隔Wb布置并且鄰近陰極區(qū)21a、21b設(shè)置。因此，吸收區(qū)22a、22b與陰極區(qū)21a、21b交替地布置。例如，陰極區(qū)21a、21b的寬度Wl可以等于吸收區(qū)22a、22b的寬度W4。在該情況下，在第二區(qū)Xb中，吸收區(qū)22的寬度(即吸收區(qū)22a、 22b的總寬度)與第二區(qū)Xb的寬度的比率是0. 5 ( S卩，50% )，而吸收區(qū)22的寬度(即吸收區(qū)22a、22b的總寬度)與陰極區(qū)21(即陰極區(qū)21a、21b的總寬度)的寬度的比率是1。在第三區(qū)Xc中，陰極區(qū)21h、21i (每個(gè)都具有寬度Wl)以間隔Wb布置。另外，吸收區(qū)22g、22h (每個(gè)都具有寬度W4)以間隔Wb布置并且鄰近陰極區(qū)21h、21i設(shè)置。因此，吸收區(qū)22g、22h與陰極區(qū)21h、21i交替地布置。例如，陰極區(qū)21h、21i的寬度Wl可以等于吸收區(qū)22g、22h的寬度W4。在該情況下，在第三區(qū)Xc中，吸收區(qū)22的寬度(即吸收區(qū)22g、 22h的總寬度)與第三區(qū)Xc的寬度的比率是0. 5 ( S卩，50% )，而吸收區(qū)22的寬度(即吸收區(qū)22g、22h的總寬度)與陰極區(qū)21的寬度(即陰極區(qū)21h、21i的總寬度)的比率是1。在第四區(qū)Xd中，陰極區(qū)21c、21d(每個(gè)都具有寬度W2)以間隔Wc布置。另外，吸收區(qū)22c、22d(每個(gè)都具有寬度W4)以間隔Wc布置并且鄰近陰極區(qū)21c、21d設(shè)置。因此， 吸收區(qū)22c、22d與陰極區(qū)21c、21d交替地布置。例如，陰極區(qū)21c、21d的寬度W2可以是吸收區(qū)22c、22d的寬度W4的兩倍大。即W2 = 2XW4。在該情況下，在第四區(qū)Xd中，吸收區(qū) 22的寬度(即吸收區(qū)22c、22d的總寬度)與第三區(qū)Xc的寬度的比率是1/3 ( S卩，33% )，而吸收區(qū)22的寬度(即吸收區(qū)22c、22d的總寬度)與陰極區(qū)21的寬度(即陰極區(qū)21c、21d 的總寬度)的比率是0.5。在第五區(qū)Xe中，陰極區(qū)21f、21g(每個(gè)都具有寬度W2)以間隔Wc布置。另外，吸收區(qū)22e、22f (每個(gè)都具有寬度W4)以間隔Wc布置并且鄰近陰極區(qū)21f、21g設(shè)置。因此，吸收區(qū)22e、22f與陰極區(qū)21f、21g交替地布置。例如，陰極區(qū)21f、21g的寬度W2可以是吸收
9區(qū)22e、22f的寬度W4的兩倍大。即W2 = 2XW4。在該情況下，在第五區(qū)Xe中，吸收區(qū)22 的寬度(即吸收區(qū)22e、22f的總寬度)與第五區(qū)Xe的寬度的比率是1/3(即，約33% )，而吸收區(qū)22的寬度(即吸收區(qū)22e、22f的總寬度)與陰極區(qū)21的寬度(即陰極區(qū)21f、21g 的總寬度)的比率是0.5。如以上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，在第一區(qū)Xa(其在寬度方向上位于離IGBT區(qū)Xi最遠(yuǎn)處)中，吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21的寬度的比率是0。在第四區(qū)Xd(其在寬度方向的第一側(cè)上，比第一區(qū)Xa更靠近IGBT區(qū)Xi設(shè)置)中，吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21的寬度的比率是0. 5。在第二區(qū)Xb (其在寬度方向的第一側(cè)中，比第四區(qū)Xa更靠近IGBT區(qū)Xi設(shè)置)中，吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21的寬度的比率是1。因此，在寬度方向的第一側(cè)中，吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21的寬度的比率隨著在寬度方向上到IGBT區(qū)Xi的距離而逐步地減小(例如，以三個(gè)步驟)。同樣地，在第五區(qū)Xe (其在寬度方向的第二側(cè)上，比第一區(qū)Xa更靠近IGBT區(qū)Xi 設(shè)置)中，吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21的寬度的比率是0. 5。在第三區(qū)Xc (其在寬度方向的第二側(cè)上，比第五區(qū)Xe更靠近IGBT區(qū)Xi設(shè)置)中，吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21的寬度的比率是1。因此，在寬度方向的第二側(cè)上，吸收區(qū)22的寬度與陰極區(qū)21的寬度的比率隨著在寬度方向上到IGBT區(qū)Xi的距離而逐步地減少(例如，以三個(gè)步驟)?？傊鶕?jù)第一實(shí)施例，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi 的近側(cè)上高于在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的遠(yuǎn)側(cè)上。在這種方法中，有效地吸收在FWD區(qū) Xf的到IGBT區(qū)Xi的近側(cè)上積累的空穴，從而可以有效地減少恢復(fù)損耗。另外，根據(jù)第一實(shí)施例，如在圖1中所示，在圍繞元件區(qū)30的半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬闲纬删哂卸喹h(huán)結(jié)構(gòu)的P型保護(hù)環(huán)40。如在圖6中所示，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在FWD區(qū)Xf的到相對(duì)區(qū)32的近側(cè)上高于在FWD區(qū)Xf的到相對(duì)區(qū)32的遠(yuǎn)側(cè)上。具體地，如在圖1-3中所示，在圍繞元件區(qū)30的半導(dǎo)體襯底101的前表面的表面部分中形成保護(hù)環(huán)40，而在圍繞元件區(qū)30的半導(dǎo)體襯底101的后表面的表面部分中形成相對(duì)區(qū)32，使得相對(duì)區(qū)32和保護(hù)環(huán)40可以在厚度方向上彼此面對(duì)。更具體地，如在圖2中所示，相對(duì)區(qū)32具有第一區(qū)Ygl、第二區(qū)Yg2、第三區(qū)Xgl和第四區(qū)Xg2。在長(zhǎng)度重定向(+Y-方向)中，第一區(qū)Ygl位于半導(dǎo)體襯底101的第一邊緣處。在長(zhǎng)度重定向(-Y-方向)上，第二區(qū)Yg2位于半導(dǎo)體襯底101的第二邊緣處。在寬度方向(+X-方向)上，第三區(qū)Xgl位于半導(dǎo)體襯底101的第三邊緣處。在寬度方向(-X-方向)上，第四區(qū)Xg2位于半導(dǎo)體襯底 101的第四邊緣處。第一至第四區(qū)Ygl、Yg2、Xgl和Xg2連接到一起以形成矩形環(huán)形狀。在該方式中，在圍繞元件區(qū)30的半導(dǎo)體襯底101的后表面的表面部分中形成環(huán)形相對(duì)區(qū)32。 相對(duì)區(qū)32是P型半導(dǎo)體區(qū)并且形成在與陰極區(qū)21、吸收區(qū)22和集電極層110相同的深度處。具體地，集電極層110連續(xù)地從元件區(qū)30的內(nèi)部延伸到外部，并且位于元件區(qū)30外部的集電極層110的一部分限定相對(duì)區(qū)32。如在圖2中所示，F(xiàn)WD區(qū)Xf在長(zhǎng)度方向上鄰近相對(duì)區(qū)32設(shè)置。具體地，F(xiàn)WD區(qū)Xf 的第一端部區(qū)C2鄰近相對(duì)區(qū)32的第一區(qū)Ygl設(shè)置，而FWD區(qū)Xf的第二端部區(qū)C3鄰近相對(duì)區(qū)32的第二區(qū)Yg2設(shè)置。如在圖6中所示，第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21由吸收區(qū)22j、 22k、22m和22η分為多個(gè)區(qū)。吸收區(qū)22j、22k、22m和22η具有同樣的寬度L6并且在寬度方向上互相平行地延伸。雖然未在附圖中示出，但是第二端部區(qū)C3內(nèi)的陰極區(qū)21以與第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21相同的方式被分為多個(gè)區(qū)。具體地，第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21a由吸收區(qū)22j、22k、22m和22η分為分割區(qū)41a、41b、41c和41d。以這種方式(即分割區(qū)41a位于離相對(duì)區(qū)32最遠(yuǎn)處)，在長(zhǎng)度方向上，以該順序布置分割區(qū)41a.41b.41c和41d。換句話說(shuō)，以這種方式(即分割區(qū)41d位于最靠近相對(duì)區(qū)32處)，在長(zhǎng)度方向上，以該順序布置分割區(qū)41a、41b、41c和41d。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)41a的長(zhǎng)度L2長(zhǎng)于分割區(qū)41b的長(zhǎng)度L3。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)41b的長(zhǎng)度L3長(zhǎng)于分割區(qū)41c的長(zhǎng)度L4。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)41c的長(zhǎng)度L4長(zhǎng)于分割區(qū)41d的長(zhǎng)度L5。即，分割區(qū)41a、41b、41c和41d的長(zhǎng)度L2、L3、L4和L5具有以下的關(guān)系:L5 < L4 < L3 < L2。中間區(qū)Cl內(nèi)的陰極區(qū)21a的長(zhǎng)度充分地長(zhǎng)于分割區(qū)41a的長(zhǎng)度L2。在第一端部區(qū)C2中，陰極區(qū)21a越靠近相對(duì)區(qū)32，在長(zhǎng)度方向上布置陰極區(qū)21a 的間隔越小。具體地，從相對(duì)區(qū)32到中間區(qū)Cl以間隔La、Lb、Lc和Ld在長(zhǎng)度方向上布置分割區(qū)41d、41c、41b和41a。因此，陰極區(qū)21越靠近相對(duì)區(qū)32，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率越大。具體地，在鄰近相對(duì)區(qū)32的區(qū)C7中吸收區(qū)22η與陰極區(qū)21d的比率大于在比區(qū)C7更遠(yuǎn)離相對(duì)區(qū)32的區(qū)C6中吸收區(qū)22m與陰極區(qū)21c的比率。在區(qū)C6中吸收區(qū)22m 與陰極區(qū)21c的比率大于在比區(qū)C6更遠(yuǎn)離相對(duì)區(qū)32的區(qū)C5中吸收區(qū)22k與陰極區(qū)21b 的比率。在區(qū)C5中吸收區(qū)22k與陰極區(qū)21b的比率大于在比區(qū)C5更遠(yuǎn)離相對(duì)區(qū)32的區(qū) C4中吸收區(qū)22 j與陰極區(qū)21a的比率。第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21b、21h和21i中的每個(gè)以與陰極區(qū)21a相同的方式
被分割并布置在長(zhǎng)度方向上。第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21c由吸收區(qū)22j、22k、22m和22η分為分割區(qū)42a、42b、 42c和42d。以這種方式(即分割區(qū)42a位于離相對(duì)區(qū)32最遠(yuǎn)處)，在長(zhǎng)度方向上，以該順序布置分割區(qū)42a、42b、42c和42d。換句話說(shuō)，以這種方式(即分割區(qū)42d位于最靠近相對(duì)區(qū)32處)，在長(zhǎng)度方向上，以該順序布置分割區(qū)41a、41b、41c和41d。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)42a的長(zhǎng)度L2長(zhǎng)于分割區(qū)42b的長(zhǎng)度L3。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)42b的長(zhǎng)度L3長(zhǎng)于分割區(qū)42c的長(zhǎng)度L4。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)42c的長(zhǎng)度L4長(zhǎng)于分割區(qū)42d的長(zhǎng)度L5。艮口， 分割區(qū)42a、42b、42c和42d的長(zhǎng)度L2、L3、L4和L5具有以下的關(guān)系:L5 <L4<L3<L2。 中間區(qū)Cl內(nèi)的陰極區(qū)21c的長(zhǎng)度充分地長(zhǎng)于分割區(qū)42a的長(zhǎng)度L2。在第一端部區(qū)C2中，陰極區(qū)21c越靠近相對(duì)區(qū)32，在長(zhǎng)度方向上布置陰極區(qū)21c 的間隔越小。具體地，從相對(duì)區(qū)32到中間區(qū)Cl以間隔La、Lb、Lc和Ld在長(zhǎng)度方向上布置分割區(qū)42d、42c、42b和42a。因此，陰極區(qū)21越靠近相對(duì)區(qū)32，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率越大。具體地，在區(qū)C7中吸收區(qū)22η與陰極區(qū)42d的比率大于在區(qū)C6中吸收區(qū)22m 與陰極區(qū)42c的比率。在區(qū)C6中吸收區(qū)22m與陰極區(qū)42c的比率大于在區(qū)C5中吸收區(qū) 22k與陰極區(qū)42b的比率。在區(qū)C5中吸收區(qū)22k與陰極區(qū)42b的比率大于在區(qū)C4中吸收區(qū)22j與陰極區(qū)42a的比率。第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21d、21f和21g中的每個(gè)以與陰極區(qū)21c相同的方式
被分割并布置在長(zhǎng)度方向上。第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21e由吸收區(qū)22j、22k、22m和22η分為分割區(qū)43a、43b、 43c和43d。以這種方式(即分割區(qū)43a位于離相對(duì)區(qū)32最遠(yuǎn)處)，在長(zhǎng)度方向上，以該順序布置分割區(qū)43a、43b、43c和43d。換句話說(shuō)，以這種方式(即分割區(qū)43d位于最靠近相對(duì)區(qū)32處)，在長(zhǎng)度方向上，以該順序布置分割區(qū)43a、43b、43c和43d。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)43a的長(zhǎng)度L2長(zhǎng)于分割區(qū)43b的長(zhǎng)度L3。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)43b的長(zhǎng)度L3長(zhǎng)于分割區(qū)43c的長(zhǎng)度L4。在長(zhǎng)度方向上，分割區(qū)43c的長(zhǎng)度L4長(zhǎng)于分割區(qū)43d的長(zhǎng)度L5。艮口， 分割區(qū)43a、43b、43c和43d的長(zhǎng)度L2、L3、L4和L5具有以下的關(guān)系:L5 < L4 < L3 < L2。 中間區(qū)Cl內(nèi)的陰極區(qū)21e的長(zhǎng)度充分地長(zhǎng)于分割區(qū)43a的長(zhǎng)度L2。在第一端部區(qū)C2中，陰極區(qū)21e越靠近相對(duì)區(qū)32，在長(zhǎng)度方向上布置陰極區(qū)21e 的間隔越小。具體地，從相對(duì)區(qū)32到中間區(qū)Cl以間隔La、Lb、Lc和Ld在長(zhǎng)度方向上布置分割區(qū)43d、43c、43b和43a。因此，陰極區(qū)21越靠近相對(duì)區(qū)32處，所以吸收區(qū)22與陰極區(qū) 21的比率越大。具體地，在區(qū)C7中吸收區(qū)22η與陰極區(qū)43d的比率大于在區(qū)C6中吸收區(qū) 22m與陰極區(qū)43c的比率。在區(qū)C6中吸收區(qū)22m與陰極區(qū)43c的比率大于在區(qū)C5中吸收區(qū)22k與陰極區(qū)43b的比率。在區(qū)C5中吸收區(qū)22k與陰極區(qū)43b的比率大于在區(qū)C4中吸收區(qū)22j與陰極區(qū)43a的比率。如以上所述，不管陰極區(qū)21在寬度方向上的位置(即在陰極區(qū)21a_21i中任何一個(gè)中)，陰極區(qū)21越靠近相對(duì)區(qū)32，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率越大。因此，總的來(lái)說(shuō)在 FffD區(qū)Xf中，陰極區(qū)21越靠近相對(duì)區(qū)32，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率越大。即，總的來(lái)說(shuō)在FWD區(qū)Xf中，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在長(zhǎng)度方向上從中間區(qū)Cl (位于離相對(duì)區(qū) 32最遠(yuǎn)處)到區(qū)C7 (位于最靠近相對(duì)區(qū)32處)逐步地增加。在FWD區(qū)Xf中，半導(dǎo)體襯底101的后表面的表面部分相對(duì)于圖2中的中線CL對(duì)稱地構(gòu)成。中線CL在長(zhǎng)度方向上位于FWD區(qū)Xf的中央并且在寬度方向上延伸。因此，第二端部區(qū)C3內(nèi)的陰極區(qū)21以與第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21相同的方式分割和布置。艮口， 第二端部區(qū)C3內(nèi)的陰極區(qū)21如圖6中所示構(gòu)成。如以上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，在FWD區(qū)Xf中，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在長(zhǎng)度方向上從中間區(qū)Cl (位于離相對(duì)區(qū)32最遠(yuǎn)處)到區(qū)C7 (位于最靠近相對(duì)區(qū)32處)逐步地增加。另夕卜，在FWD區(qū)Xf中，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在寬度方向上朝IGBT區(qū)Xi 逐步地增加。因此，在FWD區(qū)Xf中，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在長(zhǎng)度方向和寬度方向上逐步地增加。因此，在矩形FWD區(qū)Xf的拐角部分處使吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率最大化。S卩，在FWD區(qū)Xf的拐角部分處使吸收空穴的效果最大化。例如，可以確定陰極區(qū)21a_21i的寬度Wl、W2和W3中的至少一個(gè)，使得比率Wn/ Lh可以在0. 5到1. 0的范圍中，其中Wn表示陰極區(qū)寬度，并且Lh表示空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度。接下來(lái)，以下參考圖7A-7D描述制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的方法。首先，如圖7A中所示，由已知的方法在半導(dǎo)體器件101的前表面?zhèn)壬闲纬苫鶇^(qū)102、溝槽103、 發(fā)射區(qū)106和體區(qū)108。另外，對(duì)半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)冗M(jìn)行拋光。然后，如圖7B中所示，N型雜質(zhì)被注入整個(gè)后表面以形成場(chǎng)截止層112。然后，P型雜質(zhì)被注入場(chǎng)截止層112以針對(duì)集電極層110和吸收區(qū)22形成P型半導(dǎo)體區(qū)110a。存在一種需要，即在圖7C的工藝中注入的P型雜質(zhì)的量足夠大，以便抵消在圖7B示出的工藝中注入的N型雜質(zhì)。然后，在 P型半導(dǎo)體區(qū)IlOa上形成掩模(未示出)。該掩模在對(duì)應(yīng)于陰極區(qū)21的位置處具有開(kāi)口， 從而可以通過(guò)掩模外部的開(kāi)口暴露將作為陰極區(qū)21的P型半導(dǎo)體區(qū)IlOa的一部分。換句話說(shuō)，以掩模覆蓋將作為集電極層110、相對(duì)區(qū)32和吸收區(qū)22的P型半導(dǎo)體區(qū)IlOa的一部分。然后，通過(guò)掩模將N型雜質(zhì)注入P型半導(dǎo)體區(qū)IlOa中以形成陰極區(qū)21。然后，對(duì)半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)冗M(jìn)行退火以激活注入的雜質(zhì)。由此，制造出半導(dǎo)體器件1。以下概括第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)第一實(shí)施例，在半導(dǎo)體襯底101的IGBT區(qū)Xi 和FWD區(qū)Xf中形成IGBT元件100和FWD元件20。IGBT區(qū)Xi和FWD區(qū)Xf彼此鄰近地設(shè)置。以這種方式，即吸收區(qū)22與陰極區(qū)21 (即第二半導(dǎo)體區(qū))在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi 的近側(cè)的比率大于在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的遠(yuǎn)側(cè)的比率，在FWD區(qū)Xf的后表面?zhèn)壬喜糠值匦纬蒔型(即第一導(dǎo)電類型)的吸收區(qū)22。在這種方法中，在鄰近IGBT元件100和 FWD元件20之間的界面處積累的空穴(即少數(shù)載流子)由吸收區(qū)22可選地吸收。因此，可以有效地減少由于少數(shù)載流子的過(guò)度積累導(dǎo)致的恢復(fù)能力的降低。另外，根據(jù)第一實(shí)施例，以這種方式，即采用保護(hù)環(huán)40圍繞元件區(qū)30(包括IGBT 區(qū)Xi和FWD區(qū)Xf)，在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬闲纬蒔型(即第一導(dǎo)電類型)的保護(hù)環(huán)40。因此，可以改進(jìn)擊穿電壓電阻。此外，以這種方式，即吸收區(qū)22與陰極區(qū)21(即第二半導(dǎo)體區(qū))在FWD區(qū)Xf的到保護(hù)環(huán)40的近側(cè)的比率大于在FWD區(qū)Xf的到保護(hù)環(huán)40的遠(yuǎn)側(cè)的比率，在FWD區(qū)Xf的后表面?zhèn)壬喜糠值匦纬蒔型(即第一導(dǎo)電類型)的吸收區(qū)22。 具體地，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在FWD區(qū)Xf的到面對(duì)保護(hù)環(huán)40的相對(duì)區(qū)32的近側(cè)的比率大于在FWD區(qū)Xf的到相對(duì)區(qū)32的遠(yuǎn)側(cè)的比率。在這種方法中，由吸收區(qū)22可選地吸收從保護(hù)環(huán)40注入的空穴(即少數(shù)載流子)。因此，可以有效地減少由于少數(shù)載流子的過(guò)度積累導(dǎo)致的恢復(fù)能力的降低。(第一實(shí)施例的第一改型)以下參考圖8描述第一實(shí)施例的第一改型。圖8對(duì)應(yīng)于圖6并且示出FWD區(qū)Xf 的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。如在圖8中所示，根據(jù)第一實(shí)施例的第一改型，在FWD區(qū)Xf的長(zhǎng)度方向(即圖2的 Y方向)中，陰極區(qū)21j、21k、21m、21n、21p、21q、21r、21s和21t在中間區(qū)Cl內(nèi)彼此平行地延伸。在寬度方向上，陰極區(qū)21j、21k、21m設(shè)置在FWD區(qū)Xf的第一端部區(qū)Xj中。在寬度方向上，陰極區(qū)21n、21p、21q設(shè)置在FWD區(qū)Xf的中間區(qū)Xh中。在寬度方向上，陰極區(qū)21r、 21s、21t設(shè)置在FWD區(qū)Xf的第二端部區(qū)Xj中。在寬度方向上，中間區(qū)Xh比第一端部區(qū)Xj 和第二端部區(qū)Xk進(jìn)一步遠(yuǎn)離IGBT區(qū)Xi設(shè)置。另外，在長(zhǎng)度方向上，吸收區(qū)22j、22k、22m、22n、22p、22r、22s和22t在中間區(qū)Cl 內(nèi)彼此平行地延伸。在寬度方向上，陰極區(qū)21」、2讓、21111、2111、21 、2切、211~、218和21{與吸收區(qū) 22j、22k、22m、22n、22p、22r、22s 和 22t 交替地設(shè)置。例如，吸收區(qū) 22j、22k、22m、22n、 22p、22r、22s和22t可以具有同樣的寬度。陰極區(qū)21」、2讓、21111、211~、218和21{具有同樣的寬度。另外，陰極區(qū)21」、2讓、21111、 21r、21s和21t中的每個(gè)的寬度幾乎等于吸收區(qū)22j、22k、22m、22n、22p、22r、22s和22t中的每個(gè)的寬度。陰極區(qū)21n、21p、21q具有同樣的寬度。因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在FWD 區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的近側(cè)的比率大于在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的遠(yuǎn)側(cè)的比率。具體地，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在每個(gè)端部區(qū)Xj、Xk中的比率大于在中間區(qū)Xh中的比率。因此，在寬度方向上，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率以兩個(gè)步驟進(jìn)行變化。在長(zhǎng)度方向上，中間區(qū)Cl內(nèi)的陰極區(qū)21j、21k、21m、21n、21p、21q、21r、21s和21t 連續(xù)地延伸。相反，第一端部區(qū)C2內(nèi)的陰極區(qū)21j、21k、21m、21n、21p、21q、21r、21s和21t 由在寬度方向上延伸的吸收區(qū)22u、22v、22w分成多個(gè)分割區(qū)。同樣地，第二端部區(qū)C3內(nèi)的陰極區(qū)21」、2讓、21111、2111、21 、2切、211~、218和21〖由在寬度方向上延伸的吸收區(qū)22x、22y、 22z分成多個(gè)分割區(qū)。雖然在端部區(qū)C2、C3內(nèi)陰極區(qū)21j、21k、21m、21n、21p、21q、21r、21s 和21t由吸收區(qū)22u、22v、22w、22x、22y、22z分割，但是在長(zhǎng)度方向上在FWD區(qū)Xf的整個(gè)區(qū) 〇3上，每個(gè)陰極區(qū)21」、2讓、21111、2111、21 、2切、211~、218和21{的寬度都是一致的。因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在FWD區(qū)Xf的到相對(duì)區(qū)32的近側(cè)的比率大于在FWD區(qū)Xf的到相對(duì)區(qū)32的遠(yuǎn)側(cè)的比率。具體地，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在每個(gè)端部區(qū)C2、C3中的比率大于在中間區(qū)Cl中的比率。因此，在端部區(qū)C2、C3中，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在端部區(qū)Xj、Xk中的比率大于在中間區(qū)Xh中的比率。因此，在矩形FWD區(qū)Xf的拐角部分處，使吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率最大化，從而可以使吸收空穴的效果在FWD區(qū)Xf的拐角部分處最大化。(第一實(shí)施例的第二改型)以下參考圖9描述第一實(shí)施例的第二改型。圖9對(duì)應(yīng)于圖5并且示出FWD區(qū)Xf 的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。如在圖9中所示，根據(jù)第一實(shí)施例的第二改型，在寬度方向上，陰極區(qū)21不位于 FffD區(qū)Xf的端部區(qū)Xq、Xr中。換句話說(shuō)，僅吸收區(qū)24b、24c位于相應(yīng)的端部區(qū)Xq、Xr中。 因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在端部部分Xq、&中被最大化。在寬度方向上，端部區(qū) Xq>Xr位于比FWD區(qū)Xf的中間區(qū)Xp更靠近IGBT區(qū)Xi處。因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的近側(cè)被最大化。在FWD區(qū)Xf的中間區(qū)Xh中，具有同樣寬度的陰極區(qū)21在長(zhǎng)度方向上連續(xù)地延伸。 另外，具有同樣寬度的吸收區(qū)24a在長(zhǎng)度方向上連續(xù)地延伸。在寬度方向上，陰極區(qū)21與吸收區(qū)24a交替地設(shè)置。因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在每個(gè)端部部分Xq、Xr中的比率大于在中間區(qū)Xp中的比率。S卩，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的近側(cè)的比率大于在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的遠(yuǎn)側(cè)的比率。圖9示出在長(zhǎng)度方向上，F(xiàn)WD區(qū)Xf的中間部分Cl內(nèi)的陰極區(qū)21。例如，在長(zhǎng)度方向上在端部部分C2、C3內(nèi)的陰極區(qū)21可以以與如圖9中所示的相同方式布置。S卩，端部部分C2、C3內(nèi)的陰極區(qū)21可以在長(zhǎng)度方向上連續(xù)地延伸?？商娲兀梢砸耘c圖6或8中示出的同樣方式布置端部部分C2、C3內(nèi)的陰極區(qū)21。S卩，端部部分C2、C3內(nèi)的陰極區(qū)21可以由在寬度方向上延伸的吸收區(qū)分成多個(gè)分割區(qū)。(第一實(shí)施例的第三改型)以下參考圖10描述第一實(shí)施例的第三改型。圖10對(duì)應(yīng)于圖5并且示出FWD區(qū)Xf 的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。如在圖10中所示，根據(jù)第一實(shí)施例的第三改型，在寬度方向上，陰極區(qū)21不位于 FffD區(qū)Xf的端部區(qū)Xn、Xo中。換句話說(shuō)，僅吸收區(qū)26b、26c位于相應(yīng)的端部區(qū)Xn、Xo中。 因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在端部部分XruXo中被最大化。在寬度方向上，端部區(qū) Xn,Xo位于比FWD區(qū)Xf的中間區(qū)Xm更靠近IGBT區(qū)Xi處。因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21的比率在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的近側(cè)被最大化。在FWD區(qū)Xf的中間區(qū)Xm中，小吸收區(qū)26a以諸如鋸齒圖案等預(yù)定圖案被布置在陰極區(qū)21中。因此，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在每個(gè)端部部分Xo、Xn中的比率大于在中間區(qū) Xm中的比率。S卩，吸收區(qū)22與陰極區(qū)21在FWD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的近側(cè)的比率大于在FffD區(qū)Xf的到IGBT區(qū)Xi的遠(yuǎn)側(cè)的比率。(第一實(shí)施例的第四改型)以下參考圖IlA描述第一實(shí)施例的第四改型。圖IlA示出FWD區(qū)Xf的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。具體地，圖IlA是相對(duì)區(qū)32的放大視圖。如在圖IlA中所示，根據(jù)第一實(shí)施例的第四改型，N型半導(dǎo)體區(qū)23以預(yù)定圖案布置在相對(duì)區(qū)32中。具體地，在相對(duì)區(qū)32的區(qū)Xgl、Xg2中，半導(dǎo)體區(qū)23在寬度方向上彼此平行地延伸。匯集預(yù)定數(shù)量的(例如5個(gè))布置在區(qū)Xgl、Xg2中的半導(dǎo)體區(qū)23以形成組，并且該組在長(zhǎng)度方向上彼此間隔。相反，在相對(duì)區(qū)32的區(qū)Ygl、Yg2中，半導(dǎo)體區(qū)23在長(zhǎng)度方向上彼此平行地延伸。匯集預(yù)定數(shù)量的(例如5個(gè))布置在區(qū)Ygl、Yg2中的半導(dǎo)體區(qū)23 以形成組，并且該組在寬度方向上彼此間隔。(第一實(shí)施例的第五改型)以下參考圖IlB描述第一實(shí)施例的第五改型。圖IlB示出FWD區(qū)Xf的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。具體地，圖IlB是相對(duì)區(qū)32的放大視圖。如在圖IlA中所示，根據(jù)第一實(shí)施例的第五改型，N型半導(dǎo)體區(qū)23以預(yù)定圖案布置在相對(duì)區(qū)32中。具體地，每個(gè)半導(dǎo)體區(qū)23具有預(yù)定的小尺寸和預(yù)定的形狀。半導(dǎo)體區(qū) 23幾乎全部布置在環(huán)形相對(duì)區(qū)32上。(第一實(shí)施例的第六改型)以下參考圖12描述第一實(shí)施例的第六改型。圖12示出FWD區(qū)Xf的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠帧＞唧w地，圖12是相對(duì)區(qū)32的放大視圖。如在圖12中所示，根據(jù)第一實(shí)施例的第六改型，N型半導(dǎo)體區(qū)23以預(yù)定圖案布置在相對(duì)區(qū)32中。具體地，在相對(duì)區(qū)32的區(qū)Xgl、Xg2中，半導(dǎo)體區(qū)23在寬度方向上彼此平行地延伸并且在長(zhǎng)度方向上彼此間隔。相反，在相對(duì)區(qū)32的區(qū)Ygl、Yg2中，半導(dǎo)體區(qū)23在長(zhǎng)度方向上彼此平行地延伸并且在寬度方向上彼此間隔。從圖12可以看出，半導(dǎo)體區(qū)23 幾乎布置在整個(gè)環(huán)形相對(duì)區(qū)32上。(第二實(shí)施例)以下參考圖13和14描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件200。圖13是示出半導(dǎo)體器件200的橫截面視圖的示圖。圖14是示出半導(dǎo)體器件200的后側(cè)視圖的示圖。 注意出于簡(jiǎn)化的目的，在圖14中省略了陰電極202。半導(dǎo)體器件200被配置為二極管。在諸如硅襯底等型半導(dǎo)體襯底210的前表面?zhèn)壬闲纬申?yáng)電極(即第一電極)201。在半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)壬闲纬申庪姌O(即第二電極)202。具體地，陽(yáng)電極201被連接到陽(yáng)極區(qū)(即第一半導(dǎo)體區(qū))204，這將在之后描述。 陰電極202被連接到陰極區(qū)，該陰極區(qū)由半導(dǎo)體襯底210的陰極側(cè)N+型層221和N型區(qū)構(gòu)成。P—型(即第一導(dǎo)電類型)雜質(zhì)被注入半導(dǎo)體襯底210的前表面?zhèn)?，從而可以形成?yáng)極區(qū)204。陽(yáng)極區(qū)204具有諸如矩形或圓形等預(yù)定平面形狀。陽(yáng)極區(qū)204具有從半導(dǎo)體襯底210的前表面的預(yù)定深度。P+型阱區(qū)206鄰近陽(yáng)極區(qū)204而形成，從而可以由阱區(qū)206圍繞陽(yáng)極區(qū)204。P+型雜質(zhì)被注入半導(dǎo)體襯底210的前表面?zhèn)?，從而可以形成阱區(qū)206。阱區(qū)206的雜質(zhì)濃度高于陽(yáng)極區(qū)204的雜質(zhì)濃度。阱區(qū)206從半導(dǎo)體襯底210的前表面的深度大于陽(yáng)極區(qū)204的深
15度。另外，在半導(dǎo)體襯底210的前表面?zhèn)壬蠂@陽(yáng)極區(qū)204形成P+型(第一導(dǎo)電類型)保護(hù)環(huán)208。保護(hù)環(huán)208具有從半導(dǎo)體襯底210的前表面的預(yù)定深度并且具有環(huán)形形狀以圍繞陽(yáng)極區(qū)204。具體地，以保護(hù)環(huán)208來(lái)圍繞阱區(qū)206，該阱區(qū)206圍繞陽(yáng)極區(qū)204。 例如，保護(hù)環(huán)208可以具有多環(huán)結(jié)構(gòu)。保護(hù)環(huán)208的雜質(zhì)濃度高于陽(yáng)極區(qū)204的雜質(zhì)濃度。 電極被連接到保護(hù)環(huán)208的一個(gè)端部。陰極側(cè)N+型層221在半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)壬闲纬刹⑶亦徑雽?dǎo)體襯底210 的N型區(qū)設(shè)置。N型雜質(zhì)被注入半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)?，從而可以形成陰極側(cè)N+型層 221。陰極側(cè)N+型層221的雜質(zhì)濃度高于半導(dǎo)體襯底210的N型區(qū)的雜質(zhì)濃度。N型的第二半導(dǎo)體區(qū)由半導(dǎo)體襯底210的陰極側(cè)N+型層221和N型區(qū)構(gòu)成。在第二半導(dǎo)體區(qū)中形成P+型(即第一導(dǎo)電類型)吸收區(qū)222。P型雜質(zhì)被注入第二半導(dǎo)體區(qū)， 從而可以形成吸收區(qū)222。例如，吸收區(qū)222可以具有與陰極側(cè)N+型層221同樣的從半導(dǎo)體襯底210的后表面的深度。吸收區(qū)222的雜質(zhì)濃度高于陽(yáng)極區(qū)204的雜質(zhì)濃度。在半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)壬?，吸收區(qū)222與陰極側(cè)N+型層221 (即第二半導(dǎo)體區(qū))在面對(duì)保護(hù)環(huán)208的相對(duì)區(qū)232中的比率大于在面對(duì)陽(yáng)極區(qū)204的陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a 中的比率。即，相對(duì)區(qū)232是圍繞陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a的區(qū)。換句話說(shuō)，陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a在半導(dǎo)體器件200的厚度方向上與陽(yáng)極區(qū)204重疊，并且相對(duì)區(qū)232在半導(dǎo)體器件200的厚度方向上與陽(yáng)極區(qū)204不重疊。更具體地，如在圖14中所示，陰極側(cè)N+型層221包括矩形陰極側(cè)N+型層221a和矩形環(huán)形陰極側(cè)N+型層221b。矩形陰極側(cè)N+型層221a布置在半導(dǎo)體襯底210的第二側(cè)的表面部分的中央。矩形陰極側(cè)N+型層221在寬度方向上以間隔W21而布置并且在長(zhǎng)度方向上以間隔L21而布置。在圖14中示出的示例中，矩形陰極側(cè)N+型層221以四行四列的矩陣而布置。圍繞矩形陰極側(cè)N+型層221的矩陣而一個(gè)在另一個(gè)之內(nèi)地布置環(huán)形陰極側(cè)N+型層 221b。吸收區(qū)222包括垂直吸收區(qū)222a和水平吸收區(qū)222b。每個(gè)垂直吸收區(qū)222a在鄰近的矩形陰極側(cè)N+型層221a之間、在長(zhǎng)度方向上延伸。每個(gè)水平吸收區(qū)222b在鄰近的矩形陰極側(cè)N+型層221a之間、在寬度方向上延伸。垂直吸收區(qū)222a的寬度等于水平吸收區(qū) 222b的寬度。矩形陰極側(cè)N+型層221a的寬度W23大于垂直吸收區(qū)222a的寬度。例如，矩形陰極側(cè)N+型層221a的寬度W23可以是垂直吸收區(qū)222a寬度的五倍大。矩形陰極側(cè)N+ 型層221a的寬度L23大于水平吸收區(qū)222b的寬度。例如，矩形陰極側(cè)N+型層221a的寬度L23可以是水平吸收區(qū)222b寬度的五倍大。吸收區(qū)222還包括矩形環(huán)形吸收區(qū)222c。圍繞矩形陰極側(cè)N+型層221的矩陣而一個(gè)在另一個(gè)之內(nèi)地布置環(huán)形吸收區(qū)222c。環(huán)形吸收區(qū)222c位于環(huán)形陰極側(cè)N+型層221b 之間。因此，環(huán)形吸收區(qū)222c與環(huán)形陰極側(cè)N+型層221b交替地布置。環(huán)形吸收區(qū)222c的寬度等于環(huán)形陰極側(cè)N+型層221b的寬度L24。而且，環(huán)形吸收區(qū)222c的寬度等于吸收區(qū) 222a、222b中每個(gè)的寬度。因此，在寬度方向上矩形陰極側(cè)N+型層221的矩陣的每側(cè)上，陰極側(cè)N+型層221b以間隔W22布置，該間隔W22小于布置矩形陰極側(cè)N+型層221a的間隔 W21。另外，在長(zhǎng)度方向上矩形陰極側(cè)N+型層221的矩陣的每側(cè)上，陰極側(cè)N+型層221b以間隔L23布置，該間隔L23小于布置矩形陰極側(cè)N+型層221a的間隔L21。
如圖14中所示，陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a是其中設(shè)置矩形陰極側(cè)N+型層221的矩陣的區(qū)域。在陽(yáng)極相對(duì)區(qū)20中，矩形陰極側(cè)N+型層221 (每層在寬度方向上具有寬度L23并且在長(zhǎng)度方向上具有寬度L22)在寬度方向上以間隔W21布置并且在長(zhǎng)度方向上以間隔L21布置。因此，吸收區(qū)222與陰極側(cè)N+型層221的比率在陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a中相對(duì)較小。相反， 在圍繞陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a的相對(duì)區(qū)232中，陰極側(cè)N+型層221b (每層都具有與吸收區(qū)222c 相同的寬度)在寬度方向上、在陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a的每側(cè)上以間隔W22 (該間隔W22小于間隔W21)布置并且在長(zhǎng)度方向上、在陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a的每側(cè)上以間隔L23 (該間隔L23小于間隔L21)布置。因此，吸收區(qū)222與陰極側(cè)N+型層221在相對(duì)區(qū)232中的比率大于在陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a中的比率。本發(fā)明發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了仿真，以便評(píng)估在根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件200的反向恢復(fù)動(dòng)作時(shí)的比率Wn/Lh、正向電壓Vf和開(kāi)關(guān)損耗Err之間關(guān)系。比率Wn/Lh表示陰極側(cè)N+型層寬度Wn與空穴(即少數(shù)載流子)擴(kuò)散長(zhǎng)度Lh的比率。已經(jīng)進(jìn)行了在條件Wn = W23 = L22和Lh = sqrt (DhXTh) ^ 28 μ m下的仿真。Dh表示擴(kuò)散系數(shù)，并且Dh = kT μ h/ q。k表示玻爾茲曼系數(shù)，并且k = 1.38 ΧΙΟ—23 J/K。T表示絕對(duì)溫度，并且T = 300K。yh 表示遷移率，并且μ h = 500cm2/V/S。Th表示壽命，并且Th = 0. 6 μ s (電子輻照時(shí))。q表示電子電荷，并且q = 1.6X10_19C。圖15示出仿真的結(jié)果。在圖15中，實(shí)線表示比率Wn/Lh和正向電壓Vf之間的關(guān)系，并且虛線表示比率Wn/Lh和開(kāi)關(guān)損耗Err之間的關(guān)系。圖16A-16C示出陰極側(cè)N+型層寬度Wn和平均載流子密度之間的關(guān)系。圖16A示出其中寬度Wn幾乎等于空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度Lh 的情況。圖16B示出其中寬度Wn遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度Lh的情況。圖16C示出其中寬度 Wn遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度Lh的情況。從圖15可以看出，當(dāng)比率Wn/Lh超過(guò)1.0時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗大大地增加。如圖16B中所示，這種情況的原因是平均載流子密度在靠近陰極側(cè)N+型層221處變大，即空穴在靠近陰極側(cè)N+型層221處過(guò)度地積累。因此，優(yōu)選地比率Wn/Lh為1.0或更小。另夕卜，可以從圖15看出，當(dāng)比率Wn/Lh小于0.5時(shí)，正向電壓Vf大大地增加。如在圖16C中所示，這種情況的原因是平均載流子密度變得很低。因此，優(yōu)選地比率Wn/Lh為 0.5或更大。對(duì)于以上的原因，優(yōu)選地比率Wn/Lh在0.5到1. O的范圍中(即0. 5彡Wn/ LhS 1.0)。在這種方法中，平均載流子密度保持在合適的值，從而可以減少正向電壓Vf和開(kāi)關(guān)損耗Err。另外，優(yōu)選地吸收區(qū)222a、222b和222c的寬度盡可能地小。例如，吸收區(qū) 222a、222b和222c的寬度可以幾乎等于曝光裝置的分辨率(例如在0. 5 μ m到10 μ m的范圍中)，其中該曝光裝置用于制造半導(dǎo)體器件200。以下概括第二實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)第二實(shí)施例，在半導(dǎo)體襯底210的前表面?zhèn)壬蠂@陽(yáng)極區(qū)204 (即第一半導(dǎo)體區(qū))形成P型(即第一導(dǎo)電類型)的保護(hù)環(huán)208。在這種方法中，可以有效地改進(jìn)陽(yáng)極區(qū) 204周圍的擊穿電壓電阻。另外，根據(jù)第二實(shí)施例，以這種方式(即吸收區(qū)222與陰極側(cè)N+型層221在面對(duì)保護(hù)環(huán)208的相對(duì)區(qū)232中的比率大于在面對(duì)陽(yáng)極區(qū)204的陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a中的比率)， 在半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)壬系腘型第二半導(dǎo)體區(qū)中形成P型(即第一導(dǎo)電類型)的吸
17收區(qū)222。在這種方法中，在相對(duì)區(qū)232中，由吸收區(qū)222可選地吸收從保護(hù)環(huán)208注入的空穴(即少數(shù)載流子)。因此，可以有效地減少由于少數(shù)載流子的過(guò)度積累導(dǎo)致的恢復(fù)能力的降低。(第二實(shí)施例的第一改型)以下參考圖17描述第二實(shí)施例的第一改型。圖17對(duì)應(yīng)于圖14并且示出半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。如圖17中所示，根據(jù)第二實(shí)施例的第一改型，以九行九列的矩陣布置陰極側(cè)N+型層221。陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a位于矩陣的中央部分。在長(zhǎng)度方向上的陰極側(cè)N+型層221的寬度隨著到矩陣中央的距離而減小。同樣地，在寬度方向上的陰極側(cè)N+型層221的寬度隨著到矩陣中央的距離而減小。具體地，在中央列中的陰極側(cè)N+型層221在寬度方向上具有寬度W33。在靠近中央列的兩列中的陰極側(cè)N+型層221在寬度方向上具有小于寬度W33的寬度W32。在靠近兩列靠近中央列的兩列中的陰極側(cè)N+型層221在寬度方向上具有小于寬度W32的寬度W31。 通過(guò)這種方式，在寬度方向上的陰極側(cè)N+型層221的寬度隨著到矩陣中央的距離而減小。同樣地，在中央行中的陰極側(cè)N+型層221在長(zhǎng)度方向上具有寬度L34。在靠近中央行的行中的陰極側(cè)N+型層221具有小于寬度L34的寬度L33。在靠近與中央行靠近的這行的行中的陰極側(cè)N+型層221具有小于寬度L33的寬度L32。在靠近挨著與中央行靠近的所述行的這行的行中的陰極側(cè)N+型層221具有小于寬度L32的寬度L31。通過(guò)這種方式， 在長(zhǎng)度方向上的陰極側(cè)N+型層221的寬度隨著到矩陣中央的距離而減小。吸收區(qū)222包括垂直吸收區(qū)222a和水平吸收區(qū)222b。該垂直吸收區(qū)222a在鄰近的陰極側(cè)N+型層221之間、在長(zhǎng)度方向上延伸。該水平吸收區(qū)222b在鄰近的陰極側(cè)N+型層221之間、在寬度方向上延伸。另外，使最外面的垂直吸收區(qū)222a和水平吸收區(qū)222b結(jié)合，以便形成矩形環(huán)形吸收區(qū)，其中陰極側(cè)N+型層221的矩陣由矩形環(huán)形吸收區(qū)圍繞。垂直吸收區(qū)222a的寬度等于水平吸收區(qū)222b的寬度?？梢詮膱D17看出，吸收區(qū)222與陰極側(cè)N+型層221在面對(duì)保護(hù)環(huán)208的相對(duì)區(qū) 232中的比率大于在面對(duì)陽(yáng)極區(qū)204的陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a中的比率。在這種方法中，由相對(duì)區(qū)232中的吸收區(qū)222可選地吸收從保護(hù)環(huán)208注入的空穴(即少數(shù)載流子)。因此，可以有效地減少由于少數(shù)載流子的過(guò)度積累導(dǎo)致的恢復(fù)能力的降低。(第二實(shí)施例的第二改型)以下參考圖18A描述第二實(shí)施例的第二改型。圖18A對(duì)應(yīng)于圖14并且示出半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。如圖18A中所示，根據(jù)第二實(shí)施例的第二改型，以五行五列的矩陣布置陰極側(cè)N+ 型層221。在靠近陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a處匯集陰極側(cè)N+型層221。吸收區(qū)222包括垂直吸收區(qū)222a、水平吸收區(qū)222b和環(huán)形吸收區(qū)222c。該垂直吸收區(qū)222a在鄰近的陰極側(cè)N+型層221之間、在長(zhǎng)度方向上延伸。該水平吸收區(qū)222b在鄰近的陰極側(cè)N+型層221之間、在寬度方向上延伸。該環(huán)形吸收區(qū)222c圍繞陰極側(cè)N+型層221的矩陣，以使陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a可以由環(huán)形吸收區(qū)222c圍繞。S卩，環(huán)形吸收區(qū)222c 位于相對(duì)區(qū)232中。垂直吸收區(qū)222a的寬度等于水平吸收區(qū)222b的寬度?？梢詮膱D18A看出，吸收區(qū)222與陰極側(cè)N+型層221在面對(duì)保護(hù)環(huán)208的相對(duì)區(qū)
1232中的比率大于在面對(duì)陽(yáng)極區(qū)204的陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a中的比率。在這種方法中，由相對(duì)區(qū)232中的吸收區(qū)222可選地吸收從保護(hù)環(huán)208注入的空穴(即少數(shù)載流子)。因此，可以有效地減少由于少數(shù)載流子的過(guò)度積累導(dǎo)致的恢復(fù)能力的降低。(第二實(shí)施例的第三改型)以下參考圖18B描述第二實(shí)施例的第三改型。圖18B對(duì)應(yīng)于圖14并且示出半導(dǎo)體襯底210的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠?。如圖18B中所示，根據(jù)第二實(shí)施例的第三改型，在靠近陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a處以七行七列的矩陣布置具有小尺寸的P型吸收區(qū)222c。另外，在圍繞吸收區(qū)222c的矩陣的環(huán)中布置具有大尺寸的P型吸收區(qū)222d。S卩，吸收區(qū)222d位于相對(duì)區(qū)232中。陰極側(cè)N+型層 221位于吸收區(qū)222c和吸收區(qū)222d之間。吸收區(qū)222c的尺寸小于吸收區(qū)222d的尺寸。另外，相鄰的吸收區(qū)222c之間的間隔大于吸收區(qū)222d之間的間隔。因此，吸收區(qū)222與陰極側(cè)N+型層221在面對(duì)保護(hù)環(huán)208 的相對(duì)區(qū)232中的比率大于在面對(duì)陽(yáng)極區(qū)204的陽(yáng)極相對(duì)區(qū)204a中的比率。在這種方法中，由相對(duì)區(qū)232中的吸收區(qū)222可選地吸收從保護(hù)環(huán)208注入的空穴(即少數(shù)載流子)。 因此，可以有效地減少由于少數(shù)載流子的過(guò)度積累導(dǎo)致的恢復(fù)能力的降低。(第三實(shí)施例)以下參考圖19A、19B和20A描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件300。圖19A 是示出半導(dǎo)體器件300的前側(cè)視圖的示圖。圖19B是示出沿著在寬度方向上延伸的線截取的圖19A的部分橫截面視圖的示圖。圖20A是示出半導(dǎo)體器件300的后側(cè)視圖的示圖。如在圖19A中所示，半導(dǎo)體器件300具有矩形平面形狀。將半導(dǎo)體器件300構(gòu)成雙擴(kuò)散型MOS(DMOS)晶體管。該半導(dǎo)體器件300包括諸如硅襯底等N_型半導(dǎo)體襯底301。 該半導(dǎo)體襯底301具有前表面和與前表面相對(duì)的后表面。將多個(gè)DMOS元件320布置在半導(dǎo)體襯底301的元件區(qū)330中。該元件區(qū)330位于半導(dǎo)體襯底301的中央部分中。在半導(dǎo)體襯底301的前表面?zhèn)壬峡蛇x擇地形成P型基區(qū)302?；鶇^(qū)302用作DMOS元件320的溝道區(qū)。如在圖19B中所示，在基區(qū)302中可選擇地形成溝槽303。溝槽303穿過(guò)基區(qū)302而到達(dá)半導(dǎo)體襯底301。因此，溝槽303的底部位于半導(dǎo)體襯底301中。溝槽303形成在半導(dǎo)體器件300寬度方向上的預(yù)定位置中，并且在半導(dǎo)體器件300的長(zhǎng)度方向上延伸。半導(dǎo)體器件300的寬度方向和長(zhǎng)度方向彼此垂直。在溝槽303的內(nèi)表面上形成柵極絕緣層304。在柵極絕緣層304上形成柵電極305 以使溝槽303可以由柵極絕緣層304和柵電極305填充。例如，柵極絕緣層304可以是氧化層，而柵電極305可以是多晶硅。N+型源區(qū)306 (即第一半導(dǎo)體區(qū))可選擇地形成在基區(qū)302中并且鄰近溝槽303 的側(cè)壁設(shè)置。源區(qū)306電連接到源電極(即第一電極)307。例如，可以由基于鋁的材料制成源電極307。另外，P+型體區(qū)309可選擇地形成在基區(qū)302的表面部分中。體區(qū)309鄰近源區(qū)306設(shè)置。N+型漏區(qū)(第二半導(dǎo)體區(qū))321可選擇地形成在半導(dǎo)體襯底301的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种小Ｂ﹨^(qū)321電連接到漏電極(即第二電極)313。例如，可以由基于鋁的材料制成漏電極313。如在圖20A中所示，在半導(dǎo)體襯底301的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种行纬蒔型吸收區(qū)322。吸收區(qū)322鄰近漏區(qū)321設(shè)置。另外，如在圖19A中所示，P+型(即第一導(dǎo)電類型)保護(hù)環(huán)340形成在半導(dǎo)體襯底 301的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。保護(hù)環(huán)340位于半導(dǎo)體襯底301的外邊緣中，以使元件區(qū) 330可以由保護(hù)環(huán)340圍繞。保護(hù)環(huán)340具有從半導(dǎo)體襯底301的前表面的預(yù)定深度。例如，保護(hù)環(huán)340可以具有多環(huán)結(jié)構(gòu)?？梢詮膱D14和圖20A看出，除了陰極側(cè)N+型層221和吸收區(qū)222分別由漏區(qū)321 和吸收區(qū)322替換之外，第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件300的后表面?zhèn)扰c第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件200的后表面?zhèn)认嗤?。因此，以這種方式，即吸收區(qū)322與漏區(qū)321在面對(duì)保護(hù)環(huán)340 的相對(duì)區(qū)332中的比率大于在面對(duì)元件區(qū)330的元件相對(duì)區(qū)中的比率，漏區(qū)321 (即第二半導(dǎo)體區(qū))和吸收區(qū)322 (即第一半導(dǎo)體區(qū))形成在半導(dǎo)體襯底301的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。相?duì)區(qū)332在半導(dǎo)體器件300的厚度方向上與保護(hù)環(huán)340重疊。元件相對(duì)區(qū)在半導(dǎo)體器件300的厚度方向上與元件區(qū)330重疊。(第三實(shí)施例的第一改型)以下參考圖20B描述第三實(shí)施例的第一改型。從圖17和圖20B可以看出，除了陰極側(cè)N+型層221和吸收區(qū)222分別由漏區(qū)321和吸收區(qū)322替換之外，第三實(shí)施例的第一改型的半導(dǎo)體器件300的后表面?zhèn)扰c第二實(shí)施例的第一改型的半導(dǎo)體器件200的后表面?zhèn)认嗤Ｒ虼?，以這種方式，即吸收區(qū)322與漏區(qū)321在面對(duì)保護(hù)環(huán)340的相對(duì)區(qū)332中的比率大于在面對(duì)元件區(qū)330的元件相對(duì)區(qū)中的比率，漏區(qū)321和吸收區(qū)322形成在半導(dǎo)體襯底301的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种小?第三實(shí)施例的第二改型)以下參考圖21A描述第三實(shí)施例的第二改型。從圖18A和圖21A可以看出，除了陰極側(cè)N+型層221和吸收區(qū)222分別由漏區(qū)321和吸收區(qū)322替換之外，第三實(shí)施例的第二改型的半導(dǎo)體器件300的后表面?zhèn)扰c第二實(shí)施例的第二改型的半導(dǎo)體器件200的后表面?zhèn)认嗤?。因此，以這種方式，即吸收區(qū)322與漏區(qū)321在面對(duì)保護(hù)環(huán)340的相對(duì)區(qū)332中的比率大于在面對(duì)元件區(qū)330的元件相對(duì)區(qū)中的比率，漏區(qū)321和吸收區(qū)322形成在半導(dǎo)體襯底301的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种小?第三實(shí)施例的第三改型)以下參考圖21B而描述第三實(shí)施例的第三改型。從圖18B和圖21B可以看出，除了陰極側(cè)N+型層221和吸收區(qū)222分別由漏區(qū)321和吸收區(qū)322替換之外，第三實(shí)施例的第三改型的半導(dǎo)體器件300的后表面?zhèn)扰c第二實(shí)施例的第三改型的半導(dǎo)體器件200的后表面?zhèn)认嗤Ｒ虼?，以這種方式，即吸收區(qū)322與漏區(qū)321在面對(duì)保護(hù)環(huán)340的相對(duì)區(qū)332中的比率大于在面對(duì)元件區(qū)330的元件相對(duì)區(qū)中的比率，漏區(qū)321和吸收區(qū)322形成在半導(dǎo)體襯底301的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种小?第四實(shí)施例)以下參考圖22A、22B和23描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件400。圖22A 是示出半導(dǎo)體器件400的前側(cè)視圖的示圖。圖22B是示出沿著在寬度方向上延伸的線截取的圖22A的部分橫截面視圖的示圖。圖23是示出半導(dǎo)體器件400的后側(cè)視圖的示圖。第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的不同是DMOS元件320由超結(jié)DMOS元件420替換。如在圖22A中所示，半導(dǎo)體器件400具有矩形平面形狀。半導(dǎo)體器件400包括諸
20如硅襯底等N_型半導(dǎo)體襯底401。該半導(dǎo)體襯底401具有前表面和與前表面相對(duì)的后表面。將多個(gè)超級(jí)結(jié)DMOS元件420布置在半導(dǎo)體襯底401的元件區(qū)430中。該元件區(qū)430 位于半導(dǎo)體襯底401的中央部分中。在半導(dǎo)體襯底401的前表面?zhèn)壬峡蛇x擇地形成P型基區(qū) 402。如在圖22B中所示，在基區(qū)402中可選擇地形成溝槽403。溝槽403穿過(guò)基區(qū)402 而到達(dá)半導(dǎo)體襯底401。因此，溝槽403的底部位于半導(dǎo)體襯底401中。溝槽403形成在半導(dǎo)體器件400的寬度方向上的預(yù)定位置中，并且在半導(dǎo)體器件400的長(zhǎng)度方向上延伸。半導(dǎo)體器件400的寬度方向和長(zhǎng)度方向彼此垂直。在溝槽403的內(nèi)表面上形成柵極絕緣層404。在柵極絕緣層404上形成柵電極405 以使溝槽403可以由柵極絕緣層404和柵電極405填充。例如，柵極絕緣層404可以是氧化物層，而柵電極405可以是多晶硅。N+型源區(qū)406 (即第一半導(dǎo)體區(qū))可選擇地形成在基區(qū)402中并且鄰近溝槽403 的側(cè)壁設(shè)置。源區(qū)406電連接到源電極(即第一電極)407。例如，可以由基于鋁的材料制成源電極407。另外，P+型體區(qū)409可選擇地形成在基區(qū)402的表面部分中。體區(qū)409鄰近源區(qū)406設(shè)置。N+型漏區(qū)(即第二半導(dǎo)體區(qū))421可選擇地形成在半導(dǎo)體襯底401的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。漏區(qū)421電連接到漏電極(即第二電極)413。例如，可以由基于鋁的材料制成漏電極413。如在圖23中所示，在半導(dǎo)體襯底301的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种行纬蒔型吸收區(qū) 422。吸收區(qū)422鄰近漏區(qū)421設(shè)置。另外，如在圖22B中所示，N型柱區(qū)415在寬度方向上、在DMOS元件420的中央部分中形成在基區(qū)402和漏區(qū)421之間。另外，P型柱區(qū)414在寬度方向上形成在柱區(qū)415的每側(cè)上。另外，如在圖22A中所示，P+型(即第一導(dǎo)電類型)保護(hù)環(huán)440形成在半導(dǎo)體襯底 401的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。保護(hù)環(huán)440位于半導(dǎo)體襯底401的外邊緣中，以使元件區(qū) 430可以由保護(hù)環(huán)440圍繞。保護(hù)環(huán)440具有從半導(dǎo)體襯底401的前表面的預(yù)定深度。例如，保護(hù)環(huán)440可以具有多環(huán)結(jié)構(gòu)?？梢詮膱D14和圖23看出，除了陰極側(cè)N+型層221和吸收區(qū)222分別由漏區(qū)421 和吸收區(qū)422替換之外，第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件400的后表面?zhèn)扰c第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件200的后表面?zhèn)认嗤?。因此，以這種方式，即吸收區(qū)422與漏區(qū)421在面對(duì)保護(hù)環(huán)440 的相對(duì)區(qū)432中的比率大于在面對(duì)元件區(qū)430的元件相對(duì)區(qū)中的比率，漏區(qū)421 (即第二半導(dǎo)體區(qū))和吸收區(qū)422 (即第一半導(dǎo)體區(qū))形成在半導(dǎo)體襯底401的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。相?duì)區(qū)432在半導(dǎo)體器件400的厚度方向上與保護(hù)環(huán)440重疊。元件相對(duì)區(qū)在半導(dǎo)體器件400的厚度方向上與元件區(qū)430重疊。可以以與圖20B、21A或21B中示出的相同的方式修改第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件 400的后表面?zhèn)取?第五實(shí)施例)以下參考圖24和25A-25D描述根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件500。圖24 是示出半導(dǎo)體器件500的后側(cè)視圖的示圖。圖25A是示出在半導(dǎo)體器件500的相對(duì)區(qū)32 中的吸收區(qū)522和N型半導(dǎo)體區(qū)523的布置的第一圖案的示圖。圖25B是示出在半導(dǎo)體器件500的相對(duì)區(qū)32中的吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523的布置的第二圖案的示圖。圖25C是示出在半導(dǎo)體器件500的相對(duì)區(qū)32中的吸收區(qū)522和N型半導(dǎo)體區(qū)523的布置的第三圖案的示圖。圖25D是示出在半導(dǎo)體器件500的相對(duì)區(qū)32中的吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523 的布置的第四圖案的示圖。除了相對(duì)區(qū)32之外，第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件500與第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1 相同。返回參考圖1、3、4A、4B、5、6和7A-7D，半導(dǎo)體器件500包括IGBT元件100和FWD 元件20。IGBT元件100和FWD元件20分別形成在半導(dǎo)體襯底101的元件區(qū)30的IGBT區(qū) Xi禾口 FWD區(qū)Xf中。半導(dǎo)體襯底101具有前表面和與前表面相對(duì)的后表面。IGBT元件100的柵電極 105和發(fā)射電極107形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬?。相反，IGBT元件100的集電極 113形成在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)壬?。FWD元件20形成在鄰近IGBT元件100處。FWD 元件20的P型(即第一導(dǎo)電類型)陽(yáng)極區(qū)(即基區(qū)102)形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?，而FWD元件20的N型(即第二導(dǎo)電類型)陰極區(qū)21形成在半導(dǎo)體襯底 101的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。IGBT元件100的發(fā)射電極107用作FWD元件20的陽(yáng)電極。 IGBT元件100的集電極113用作FWD元件20的陰電極。P型保護(hù)環(huán)40形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。保護(hù)環(huán)40位于半導(dǎo)體襯底101的外邊緣中，以使元件區(qū)30可以由保護(hù)環(huán)40圍繞。例如，保護(hù)環(huán)40可以具有多環(huán)結(jié)構(gòu)。保護(hù)環(huán)40具有從半導(dǎo)體襯底101的前表面的預(yù)定深度。保護(hù)環(huán)40的雜質(zhì)濃度高于基區(qū)102的雜質(zhì)濃度。在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬闲纬珊副P91。如圖24中所示，P型(即第一導(dǎo)電類型)吸收區(qū)522和N型半導(dǎo)體區(qū)523以預(yù)定圖案布置在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)鹊南鄬?duì)區(qū)32中。相對(duì)區(qū)32位于半導(dǎo)體器件1的后表面?zhèn)鹊耐膺吘壷胁⑶以诎雽?dǎo)體器件1的厚度方向上面對(duì)保護(hù)環(huán)40。吸收區(qū)522防止在半導(dǎo)體襯底101外邊緣中的少數(shù)載流子(即空穴)的過(guò)度積累，從而可以有效地減少恢復(fù)能力的降低。半導(dǎo)體區(qū)523防止寄生IGBT動(dòng)作(action)，從而可以有效地減少IGBT元件 100的開(kāi)關(guān)損耗?？梢栽谙鄬?duì)區(qū)32中以不同圖案布置吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523。在圖25A中所示的第一圖案中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523具有相同的形狀和相同的尺寸。具體地，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523具有相同的正方形形狀并且以鋸齒圖案交替地布置。更具體地，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523以行和列的矩陣布置。在每列中，吸收區(qū) 522以規(guī)律的間隔布置，而半導(dǎo)體區(qū)523以與吸收區(qū)522相同的間隔布置。因此，在每列中， 吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523交替地布置。同樣地，在每行中，吸收區(qū)522以間隔布置，而半導(dǎo)體區(qū)523以同樣的間隔布置。因此，在各行中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523交替地布置。 因此，在相對(duì)區(qū)32上，吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523的比率幾乎是一致的。如以上所述，在圖25A中所示的第一圖案中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523以規(guī)則圖案布置，使得在相對(duì)區(qū)32上，吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523的比率可以是幾乎一致的?？商娲?，如在圖25B-25D中所示，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523可以以不規(guī)則圖案布置，使得在相對(duì)區(qū)32中，吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523的比率可以是不一致的。例如，在預(yù)定列或行中， 半導(dǎo)體區(qū)523可以以不規(guī)則間隔布置。對(duì)于另一示例，半導(dǎo)體區(qū)523可以在第一列或行中以第一間隔布置，而在第二列或行中以與不同于第一間隔的第二間隔布置。通過(guò)使用在圖27中示出的半導(dǎo)體器件500a和在圖28中示出的半導(dǎo)體器件1000， 本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了用于評(píng)估第五實(shí)施例的效果的實(shí)驗(yàn)。以與第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件 500相同的方式構(gòu)成半導(dǎo)體器件500a。S卩，在圖27示出的半導(dǎo)體器件500a中，在圍繞元件區(qū)30的相對(duì)區(qū)32中，以預(yù)定圖案布置吸收區(qū)522和N型半導(dǎo)體區(qū)523。具體地，半導(dǎo)體區(qū)523具有矩形形狀，邊長(zhǎng)大約幾微米(μπι)。以15μπι的規(guī)則間隔將半導(dǎo)體區(qū)523布置成環(huán)。另外，在FWD區(qū)Xf中、在陰極區(qū)21中以預(yù)定圖案布置吸收區(qū) 22。相反，在圖28示出的半導(dǎo)體器件1000中，在圍繞元件區(qū)30的相對(duì)區(qū)32中，不存在N型半導(dǎo)體區(qū)523。即在圍繞元件區(qū)30的整個(gè)相對(duì)區(qū)32中形成P型吸收區(qū)522。圖26示出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果并且示出開(kāi)關(guān)損耗和浪涌電壓之間的關(guān)系。在圖26中，Al 表示在圖28中示出的半導(dǎo)體器件1000，而Α2表示在圖27中示出的半導(dǎo)體器件500a?？梢詮膱D26看出，當(dāng)N型半導(dǎo)體區(qū)523在圍繞元件區(qū)30的相對(duì)區(qū)32中以預(yù)定圖案布置時(shí)， 開(kāi)關(guān)損耗變小。這種情況的原因是半導(dǎo)體區(qū)523防止寄生IGBT動(dòng)作，從而可以有效地減少 IGBT元件100的開(kāi)關(guān)損耗。(第六實(shí)施例的改型)以下參考圖29和30A-30D描述根據(jù)第六實(shí)施例的改型的半導(dǎo)體器件600。圖29 是示出半導(dǎo)體器件600的后側(cè)視圖的示圖。圖30A是示出在半導(dǎo)體器件600的相對(duì)區(qū)32 中的吸收區(qū)522和N型半導(dǎo)體區(qū)523的布置的第一圖案的示圖。圖30B是示出在半導(dǎo)體器件600的相對(duì)區(qū)32中的吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523的布置的第二圖案的示圖。圖30C是示出在半導(dǎo)體器件600的相對(duì)區(qū)32中的吸收區(qū)522和N型半導(dǎo)體區(qū)523的布置的第三圖案的示圖。圖30D是示出在半導(dǎo)體器件600的相對(duì)區(qū)32中的吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523 的布置的第四圖案的示圖。除了相對(duì)區(qū)32之外，半導(dǎo)體器件600與第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1相同。返回參考圖1、3、4A、4B、5、6和7A-7D，半導(dǎo)體器件600包括IGBT元件100和FWD 元件20。IGBT元件100和FWD元件20分別形成在半導(dǎo)體襯底101的元件區(qū)30的IGBT區(qū) Xi禾口 FWD區(qū)Xf中。半導(dǎo)體襯底101具有前表面和與前表面相對(duì)的后表面。IGBT元件100的柵電極 105和發(fā)射電極107形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬?。相反，IGBT元件100的集電極 113形成在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)壬?。FWD元件20形成在鄰近IGBT元件100處。FWD 元件20的P型(即第一導(dǎo)電類型)陽(yáng)極區(qū)(即基區(qū)102)形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?，而FWD元件20的N型(即第二導(dǎo)電類型)陰極區(qū)21形成在半導(dǎo)體襯底 101的后表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种?。IGBT元件100的發(fā)射電極107用作FWD元件20的陽(yáng)電極。 IGBT元件100的集電極113用作FWD元件20的陰電極。P型保護(hù)環(huán)40形成在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)鹊谋砻娌糠种小１Ｗo(hù)環(huán)40位于半導(dǎo)體襯底101的外邊緣中，以使元件區(qū)30可以由保護(hù)環(huán)40圍繞。例如，保護(hù)環(huán)40可以具有多環(huán)結(jié)構(gòu)。保護(hù)環(huán)40具有從半導(dǎo)體襯底101的前表面的預(yù)定深度。保護(hù)環(huán)40的雜質(zhì)濃度高于基區(qū)102的雜質(zhì)濃度。在半導(dǎo)體襯底101的前表面?zhèn)壬闲纬珊副P91。如圖29中所示，P型(即第一導(dǎo)電類型)吸收區(qū)522和N型半導(dǎo)體區(qū)523以預(yù)定圖案布置在半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)鹊南鄬?duì)區(qū)32中。相對(duì)區(qū)32位于半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)鹊耐膺吘壷胁⑶以诎雽?dǎo)體器件1的厚度方向上面對(duì)保護(hù)環(huán)40。吸收區(qū)522防止在半導(dǎo)體襯底101的外邊緣中的少數(shù)載流子(即空穴)的過(guò)度積累，從而可以有效地減少恢復(fù)能力的降低。半導(dǎo)體區(qū)523防止寄生IGBT動(dòng)作，從而可以有效地減少IGBT元件100的開(kāi)關(guān)損耗?？梢栽谙鄬?duì)區(qū)32中以不同圖案布置吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523。在圖30A中所示的第一圖案中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523具有幾乎相同的形狀和幾乎相同的尺寸。具體地，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523具有幾乎相同的線或幾乎相同的矩形形狀并且以條紋圖案交替地布置。因此，在相對(duì)區(qū)32上，吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523 的比率幾乎是一致的。如以上所述，在第一圖案中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523以規(guī)則圖案布置，使得在相對(duì)區(qū)32上，吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523的比率可以是幾乎一致的?？商娲兀缭趫D 30B-30D中所示，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523可以以不規(guī)則圖案布置，使得在相對(duì)區(qū)32上， 吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523的比率可以是不一致的。在圖30B所示的第二圖案中，如在圖30A中所示的第一圖案，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523具有矩形形狀并且交替地以條紋圖案布置。然而，雖然吸收區(qū)522具有規(guī)則寬度，但是半導(dǎo)體區(qū)523具有不規(guī)則寬度。在圖30C中所示的第三圖案中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū) 523以大網(wǎng)格圖案布置。在圖30D中所示的第四圖案中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523以小網(wǎng)格圖案布置。在第二到第四圖案中，半導(dǎo)體區(qū)523在到元件區(qū)30的遠(yuǎn)側(cè)的寬度可以大于在到元件區(qū)30的近側(cè)的寬度。在這種方法中，吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523在到元件區(qū)30的近側(cè)的比率變得大于在到元件區(qū)30的遠(yuǎn)側(cè)的比率。在圖30E中所示的第五圖案中，吸收區(qū)522和半導(dǎo)體區(qū)523以規(guī)則圖案布置，使得在相對(duì)區(qū)32上，吸收區(qū)522與半導(dǎo)體區(qū)523的比率可以幾乎是一致的。具體地，半導(dǎo)體區(qū) 523具有圓形形狀并且以鋸齒圖案布置。(改型)以上的實(shí)施例可以以不同方式被進(jìn)一步修改，例如，如下所述。在實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底是硅(Si)襯底。半導(dǎo)體襯底不限于硅襯底。例如，半導(dǎo)體襯底可以是諸如碳化硅(SiC)襯底或氮化鎵(GaN)襯底等化合半導(dǎo)體襯底。在第一實(shí)施例中，IGBT元件100是逆導(dǎo)型(RC) IGBT。IGBT元件100不限于 RC-IGBT0例如，IGBT元件100可以是平面柵極IGBT。IGBT元件100的溝槽結(jié)構(gòu)不限于實(shí)施例。例如，IGBT元件100可以具有如例如在 JP-A-2007-258363中公開(kāi)的常規(guī)溝槽結(jié)構(gòu)。對(duì)于另一示例，基區(qū)102可以僅具有第二基區(qū) 102b而不具有第一基區(qū)102a。在第二實(shí)施例中，比率Wn/Lh表示陰極區(qū)寬度Wn與少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度Lh的比率，比率Wn/Lh的范圍為0. 5到1. 5 (優(yōu)選地，0. 5到1. 0)。同樣地，在其它實(shí)施例中，比率 Wn/Lh的范圍可以從0. 5到1. 5 (優(yōu)選地，0. 5到1. 0)。應(yīng)當(dāng)將這種改變和改型理解為包含在由隨附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(101，210，301，401)，其具有第一表面和第二表面，所述半導(dǎo)體襯底具有元件區(qū)(30，330，430)，所述元件區(qū)(30，330，430)包括IGBT區(qū)(Xi)和鄰近所述IGBT區(qū)設(shè)置的二極管區(qū)(Xf)；IGBT元件(100)，其在所述IGBT區(qū)中形成，所述IGBT元件具有第一表面?zhèn)壬系陌l(fā)射電極(107)、第一表面?zhèn)壬系臇烹姌O(105)和第二表面?zhèn)壬系募婋姌O(113)；二極管元件(20)，其在所述二極管區(qū)中形成，所述二極管元件具有在所述第一表面?zhèn)群退龅诙砻鎮(zhèn)戎械囊粋€(gè)上的第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)(204)和在所述第一表面?zhèn)群退龅诙砻鎮(zhèn)戎械牧硪粋€(gè)上的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)(221)；第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)(40，208，340，440)，其位于所述元件區(qū)周圍的所述第一表面?zhèn)壬?；第一?dǎo)電類型的吸收區(qū)(22，222，322，422，522)，其位于所述元件區(qū)周圍的所述第二表面?zhèn)壬希灰约暗诙?dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)(523)，其位于所述元件區(qū)周圍的所述第二表面?zhèn)壬稀?br> 2.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(101，210，301，401)，其具有第一表面和第二表面，所述半導(dǎo)體襯底具有元件區(qū)(30，330，430)，所述元件區(qū)(30，330，430)包括IGBT區(qū)(Xi)和鄰近所述IGBT區(qū)設(shè)置的二極管區(qū)(Xf)；IGBT元件(100)，其在所述IGBT區(qū)中形成，所述IGBT元件具有所述第一表面?zhèn)壬系陌l(fā)射電極(107)、所述第一表面?zhèn)壬系臇烹姌O(105)和所述第二表面?zhèn)壬系募婋姌O(113)； 二極管元件(20)，其在所述二極管區(qū)中形成，所述二極管元件具有在所述第一表面?zhèn)壬系牡谝粚?dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)(204)和在所述第二表面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)(221)；以及第一導(dǎo)電類型的吸收區(qū)(22，222，322，422，522)，其位于所述二極管區(qū)中的所述第二表面?zhèn)壬?，其中在所述二極管區(qū)中的所述第二表面?zhèn)壬系乃鑫諈^(qū)與所述第二半導(dǎo)體區(qū)的第一比率，在第一部分中比在第二部分中大，并且所述第一部分比所述第二部分更靠近所述IGBT區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，還包括第一導(dǎo)電類型的保護(hù)環(huán)(40，208，340，440)，其位于所述元件區(qū)周圍的所述第一表面?zhèn)壬?，其中在所述二極管區(qū)中的所述第二表面?zhèn)壬系乃鑫諈^(qū)與所述第二半導(dǎo)體區(qū)的第二比率，在第三部分(32，232，332，432)中比在第四部分中大，所述第三部分在從所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面到所述第二表面的方向上面對(duì)所述保護(hù)環(huán)，并且所述第三部分比所述第四部分更靠近所述保護(hù)環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，還包括第一導(dǎo)電類型的保護(hù)環(huán)(40，208，340，440)，其位于所述元件區(qū)周圍的所述第一表面?zhèn)壬?；以及第二?dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)(523)，其位于所述元件區(qū)周圍的所述第二表面?zhèn)壬稀?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第三半導(dǎo)體區(qū)以規(guī)則圖案布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第三半導(dǎo)體區(qū)以不規(guī)則圖案布置。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(101，210，301，401)，其具有第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面；第一半導(dǎo)體區(qū)(204，306，406)，其位于所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面?zhèn)壬希?第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)(221，321，421)，其位于所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面?zhèn)壬?；第一電極(107，201)，其連接到所述第一半導(dǎo)體區(qū)； 第二電極(113，202)，其連接到所述第二半導(dǎo)體區(qū)；第一導(dǎo)電類型的保護(hù)環(huán)(40，208，340，440)，其位于所述第一表面?zhèn)壬系乃龅谝话雽?dǎo)體區(qū)周圍；以及第一導(dǎo)電類型的吸收區(qū)(22，222，322，422，522)，其鄰近所述第二表面?zhèn)壬系乃龅诙雽?dǎo)體區(qū)設(shè)置，其中在所述第二表面?zhèn)壬系乃鑫諈^(qū)與所述第二半導(dǎo)體區(qū)的比率，在第一部分(32，232， 332，432)中比在第二部分中要大，所述第一部分在從所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面到所述第二表面的方向上面對(duì)所述保護(hù)環(huán)，并且所述第一部分比所述第二部分更靠近所述保護(hù)環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體區(qū)是第一導(dǎo)電類型的陽(yáng)極區(qū)(204)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)是陰極區(qū)(221)，并且所述第二部分(204a)在所述方向上面對(duì)所述陽(yáng)極區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體區(qū)是第二導(dǎo)電類型的源區(qū)(306，406)， 所述第二半導(dǎo)體區(qū)是漏區(qū)(321，421)，并且所述源區(qū)和所述漏區(qū)形成MOS晶體管。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(101，210，301，401)，其具有第一表面和第二表面。所述半導(dǎo)體襯底具有元件區(qū)(30，330，430)，所述元件區(qū)(30，330，430)包括IGBT區(qū)(Xi)和鄰近所述IGBT區(qū)設(shè)置的二極管區(qū)(Xf)。在所述IGBT區(qū)中形成IGBT元件(100)。在所述二極管區(qū)中形成二極管元件(20)。第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)(40，208，340，440)位于所述元件區(qū)周圍的所述第一表面?zhèn)壬?。第一?dǎo)電類型的吸收區(qū)(22，222，322，422，522)位于所述元件區(qū)周圍的所述第二表面?zhèn)壬稀５诙?dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)(523)位于所述元件區(qū)周圍的所述第二表面?zhèn)壬稀?br> 文檔編號(hào)H01L27/02GK102479788SQ201110380839
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者河野憲司, 田邊廣光, 都筑幸夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝