專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及功率半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
作為功率半導(dǎo)體裝置，例如有能夠經(jīng)受600V以上的電壓的高耐壓功率模塊。在這樣的功率模塊中，有形成有二極管的功率模塊。例如根據(jù)日本特開平02-066977號公報，在二極管中，通過與p層相接的的n一層形成Pn結(jié)，在n—層的與p層的相反側(cè)的面上，設(shè)置有n+區(qū)域和p+區(qū)域。此外，在n+區(qū)域以及P+區(qū)域、和n—層之間，設(shè)置有n緩沖層。根據(jù)該公報，記述了 p+區(qū)域具有減小二極管的反向恢復(fù)電流，此外縮短反向恢復(fù)時間的效果。此外，記述了 因為能夠通過n緩沖層來阻止在施加反方向電壓時向n—層擴展的耗盡層，所以能夠使n—層變薄，由此能夠改善高耐壓二極管的反向恢復(fù)特性。此外，根據(jù)例如日本特開平08-172205號公報，記述了二極管具有n-半導(dǎo)體層，形成在n型半導(dǎo)體襯底的一主表面上；n+陰極區(qū)域，形成在n—半導(dǎo)體層的表面層；溝槽，從n+陰極區(qū)域的表面起貫通n—半導(dǎo)體層而到達n型半導(dǎo)體襯底；柵極電極，在該溝槽內(nèi)隔著柵極氧化膜而被填充；絕緣膜，在該柵極電極上形成；陰極電極，與被溝槽夾著的n+陰極區(qū)域的表面接觸；P+陽極區(qū)域，形成在n型半導(dǎo)體襯底的表面層的一部分；以及陽極電極，接觸于P+陽極區(qū)域。根據(jù)該公報，通過對柵極電極施加相對于陰極電極是負(fù)的電壓，從而在過電流流過二極管時能夠防止二極管的破壞或開關(guān)變壓器(switching transformer )的燒損。在功率用二極管中，同時解決正向電壓降(Vf)的降低、和恢復(fù)(反向恢復(fù))時的振蕩的抑制的課題是困難的。例如在上述日本特開平02-066977號公報中，僅公開了通過設(shè)置P+區(qū)域而改善恢復(fù)特性，并沒有公開如何設(shè)置P+區(qū)域才能以平衡優(yōu)良的方式同時解決上述各問題。此外，根據(jù)功率用二極管的用途，存在特別希望減小Vf的情況。相對于此，根據(jù)上述特開平08-172205號公報的技術(shù)，對柵極電極施加相對于陰極電極是負(fù)的電壓，結(jié)果存在Vf變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的概要
本發(fā)明正是鑒于上述課題而完成的，其一個目的在于提供一種能夠降低Vf，并且能夠抑制恢復(fù)時的振蕩的半導(dǎo)體裝置，此外本發(fā)明的另一個目的在于提供一種能夠特別降低Vf的半導(dǎo)體裝置。按照本發(fā)明的一個方面的半導(dǎo)體裝置具有第一和第二電極、和第一 第四層。第一層設(shè)置在第一電極上，并且具有第一導(dǎo)電型。第二層設(shè)置在第一層上，并且具有與第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型。第三層設(shè)置在第二層上。第二電極設(shè)置在第三層上。第四層設(shè)置在上述第二層和上述第三層之間，并且具有上述第二導(dǎo)電型。第三層具有第一和第二部分。第一部分具有第二導(dǎo)電型，并且具有比第二層的雜質(zhì)濃度的峰值高的雜質(zhì)濃度的峰值。第二部分具有第一導(dǎo)電型。第二部分的面積相對于第一和第二部分的總面積所占的比例是20%以上95%以下。按照本發(fā)明的另一個方面的半導(dǎo)體裝置具有第一和第二電極、第一 第三層、和 溝槽結(jié)構(gòu)。第一層設(shè)置在第一電極上，并且具有第一導(dǎo)電型。第二層設(shè)置在第一層上，并且具有與第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型。第三層設(shè)置在第二層上，并且具有第一部分。第一部分具有第二導(dǎo)電型，并且具有比第二層的雜質(zhì)濃度的峰值高的雜質(zhì)濃度的峰值。第二電極設(shè)置在第三層上。溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一部分中，并且將第二電極的電位作為基準(zhǔn)被施加正的電位。根據(jù)按照本發(fā)明的一個方面的半導(dǎo)體裝置，二極管的Vf降低，并且恢復(fù)時的振蕩被抑制。根據(jù)按照本發(fā)明的其它方面的半導(dǎo)體裝置，二極管的Vf降低。本發(fā)明的上述和其它的目的、特征、方面、以及優(yōu)點，通過與附圖相關(guān)地理解的關(guān)于本發(fā)明的下面的詳細(xì)的說明就能清楚了。


圖1是概略地表示作為本發(fā)明的實施方式I的半導(dǎo)體裝置的二極管的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2是概略地表示分別沿著圖1的箭頭Da和Db的雜質(zhì)分布圖Ca和Cb的圖表。圖3是表示在圖1的二極管及其比較例的各自的模擬中使用的電路的圖。圖4是表示圖1的二極管和比較例的二極管各自的恢復(fù)特性的波形的模擬的一個例子的圖表。圖5是表示圖1的二極管的正方向的電壓Vak和電流密度Ja的關(guān)系JaI的一個例子，以及比較例的二極管的正方向的電壓Vak和電流密度Ja的關(guān)系JaO的一個例子的圖表。圖6是表示電壓Vak和電流密度Ja的關(guān)系的溫度變化中的交叉點的一個例子的圖。圖7是表示圖1的二極管的反方向的電壓Vea和電流密度Jk的關(guān)系JkI的一個例子，以及比較例的二極管的反方向的電壓Vka和電流密度Jk的關(guān)系JkO的圖表。圖8是概略地表示圖4的點Pb的電場強度E和載流子濃度CC的圖表。圖9是表示二極管的、在額定電流密度下的Vf和浪涌電壓Vsurg6的每一個，和p層的寬度Wp占陰極部的寬度W。的比例的關(guān)系的一個例子的圖表。圖10是表示在圖1中在p層的寬度Wp占陰極部的寬度W。的比例為0%的情況下的二極管的恢復(fù)特性的一個例子的圖表。圖11是表示在圖1中在p層的寬度Wp占陰極部的寬度W。的比例為10%的情況下的二極管的恢復(fù)特性的一個例子的圖表。圖12是表示在圖1中在p層的寬度Wp占陰極部的寬度W。的比例為20%的情況下的二極管的恢復(fù)特性的一個例子的圖表。圖13是表示在圖1中在p層的寬度Wp占陰極部的寬度W。的比例為50%的情況下的二極管的恢復(fù)特性的一個例子的圖表。圖14是表示圖1的二極管的最大反向電壓VKKM、額定電流密度下的Vf、和浪涌電壓Vsurge的每一個，和圖2的雜質(zhì)濃度的峰值C1和C3的比C1Zt3的關(guān)系的一個例子的圖表。
圖15是如下圖表，其表示表示圖2的峰值C2比C1高的情況下的圖1的二極管在額定電流密度下的Vf和恢復(fù)損失Eke。的折衷特性的特性曲線EkkI的一個例子；表示圖2的峰值C2和C1相等的情況下的圖1的二極管的在額定電流密度下的Vf和恢復(fù)損失Eke。的關(guān)系的特性曲線EKEe2的一個例子；和表示比較例的二極管在額定電流密度下的Vf和恢復(fù)損失Eke。的關(guān)系的特性曲線EktcO的一個例子。圖16是表示圖1 二極管的在額定電流密度下的Vf、和圖2的雜質(zhì)濃度的峰值C1和C2的比C2Zt1的關(guān)系的一個例子的圖表。圖17是如下圖表，其表示在圖2的峰值C2比C1高的情況下的導(dǎo)通狀態(tài)的沿著箭頭Da (圖1)的空穴濃度CChl和電子濃度CCel的一個例子；在圖2的峰值C2和C1相等的情況下的導(dǎo)通狀態(tài)的沿著箭頭Da (圖1)的空穴濃度CCh2和電子濃度CCe2的一個例子。圖18是概略地表示作為本發(fā)明的實施方式2的半導(dǎo)體裝置的二極管的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖19是概略地表示圖18的二極管的變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖20是概略地表示作為本發(fā)明的實施方式3的半導(dǎo)體裝置的二極管的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖21是概略地表示圖20的二極管的第一變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖22是概略地表示圖20的二極管的第二變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖23是表示圖20的二極管和比較例的二極管各自的在導(dǎo)通狀態(tài)下的載流子濃度CC3和CCO的一個例子的圖表。圖24是表示圖20的二極管的正方向的電壓Vak和電流密度Ja的關(guān)系JA3的一個例子，以及比較例的二極管的正方向的電壓Vak和電流密度Ja的關(guān)系JaO的一個例子的圖表。圖25是表示圖20的溝槽的深度y和額定電流密度下的Vf的關(guān)系的一個例子的圖表。圖26是表示比較例的二極管的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實施例方式下面，基于附圖對本發(fā)明的一個實施方式進行說明。(實施方式I)
參照圖1，作為本實施方式的半導(dǎo)體裝置的二極管具有陽極電極5 (第一電極);p層3(第一層)；n—漂移層(drift layer) I (第二層)；n層15 (第四層)；陰極層CLa (第三層)；陰極電極4(第二層)。p層3、n—漂移層l、n層15、和陰極層CLa例如由被添加了導(dǎo)電型雜質(zhì)的Si構(gòu)成。p層3設(shè)置在陽極電極5上(圖中，緊鄰下方)，具有p型(第一導(dǎo)電型)。n 一漂移層I在p層3上(圖中，緊鄰下方)以尺寸t3的厚度設(shè)置。此外n 一漂移層I具有與P型不同的導(dǎo)電型，即n型(第二導(dǎo)電型)。陰極層CLa隔著n層15設(shè)置在n—漂移層I上(圖中，下方)。此外陰極層CLa在平面觀察中具有寬度W。的長方形狀。此外陰極層CLa具有具有n型的n+區(qū)域2 (第一部分)、具有P型的P區(qū)域16 (第二部分)。此外在本實施方式中，n+區(qū)域2和p區(qū)域16分別具有在平面觀察中寬度Wn的長方形狀和寬度Wp的長方形狀。此外陰極層CLa、n+區(qū)域2、和p區(qū)域16具有在平面觀察中相同的長度。此外寬度W。、寬度Wn和寬度Wp之間，有W。=Wn+Wp的關(guān)系。由此在平面觀察中n+區(qū)域2的面積和p區(qū)域16的面積的比為W n Wp0此外陰極層CLa以滿足下式的方式形成。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，具有第一電極；第一層，設(shè)置在所述第一電極上，并且具有第一導(dǎo)電型；第二層，設(shè)置在所述第一層上，并且具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型；以及第三層，設(shè)置在所述第二層上，并且具有第一部分，所述第一部分具有所述第二導(dǎo)電型，并且具有比所述第二層的雜質(zhì)濃度的峰值高的雜質(zhì)濃度的峰值，該半導(dǎo)體裝置還具有第二電極，設(shè)置在所述第三層上；以及溝槽結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述第一部分中，并且將所述第二電極的電位作為基準(zhǔn)被施加正的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述溝槽結(jié)構(gòu)貫通所述第一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，在所述第二層和所述第三層之間，還具有第四層，具有所述第二導(dǎo)電型，并且具有比所述第二層的雜質(zhì)濃度的峰值高的雜質(zhì)濃度的峰值，并且具有比所述第一部分的雜質(zhì)濃度的峰值低的雜質(zhì)濃度的峰值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述溝槽結(jié)構(gòu)貫通所述第一部分和所述第四層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第三層包含具有所述第一導(dǎo)電型的第二部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。第一層(3)設(shè)置在第一電極(5)上，并且具有第一導(dǎo)電型。第二層(1)設(shè)置在第一層(3)上，并且具有與第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型。第三層(CLa)設(shè)置在第二層(1)上。第二電極(4)設(shè)置在第三層(CLa)上。第四層(15)設(shè)置在第二層(1)和第三層(Cla)之間，并且具有第二導(dǎo)電型。第三層(CLa)具有第一部分(2)和第二部分(16)。第一部分(2)具有第二導(dǎo)電型，并且具有比第二層(1)的雜質(zhì)濃度的峰值高的雜質(zhì)濃度的峰值。第二部分(16)具有第一導(dǎo)電型。第二部分(16)的面積相對于第一部分(2)和第二部分(16)的總面積所占的比例是20%以上95%以下。
文檔編號H01L29/08GK103022092SQ20121050257
公開日2013年4月3日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者中村勝光 申請人:三菱電機株式會社