半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種被使用于功率模塊的二極管等半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在二極管中，如果p+型陽極層與η +型陰極層之間正向流動(dòng)電流，則在η型漂移層會(huì)積蓄許多的載流子。然后，如果斷開開關(guān)，則已積蓄的載流子被排出，恢復(fù)電流(反向恢復(fù)電流)流動(dòng)。當(dāng)恢復(fù)動(dòng)作時(shí)在有源區(qū)域和終端區(qū)域所積蓄的載流子雙方均流入至Ρ+型陽極層。因此，關(guān)于Ρ+型陽極層的端部，恢復(fù)電流集中、電場(chǎng)升高、溫度上升而容易被破壞。為了防止這種情況提出了一種二極管，該二極管在終端區(qū)域挖除η+型陰極層而形成了凹部(例如，參照專利文獻(xiàn)1的圖3)。
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-094105號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在當(dāng)前的二極管中，在凹部?jī)?nèi)不形成陰極電極。因此，由于需要在襯底的背面選擇性地形成陰極電極，因而制造工序數(shù)增加。另外，在凹部?jī)?nèi)雖然露出了硅，但是硅與焊料不合金化。因此，在使用了焊料來安裝二極管時(shí)會(huì)發(fā)生歐姆缺陷。并且，也會(huì)發(fā)生焊料空洞和潤(rùn)濕性不佳的問題。
[0005]本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于獲得一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置能夠簡(jiǎn)化制造工序，提尚破壞耐量和成品率。
[0006]本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有:襯底，其具有有源區(qū)域和終端區(qū)域，該終端區(qū)域與所述有源區(qū)域相比配置在外側(cè)；Ρ+型陽極層，其在所述有源區(qū)域形成于所述襯底的上表面的一部分；多個(gè)Ρ+型保護(hù)環(huán)層，其在所述終端區(qū)域形成于所述襯底的上表面的一部分；η+型陰極層，其形成在所述襯底的下表面；陽極電極，其與所述Ρ+型陽極層連接；以及金屬制的陰極電極，其與所述η+型陰極層連接，在所述終端區(qū)域，所述η+型陰極層被挖除而形成凹部，所述陰極電極也形成在所述凹部?jī)?nèi)。
[0007]發(fā)明的效果
[0008]根據(jù)本發(fā)明，能夠fg]化制造工序，提尚破壞耐量和成品率。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0010]圖2是表示對(duì)比例涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0011]圖3是表示對(duì)比例涉及的半導(dǎo)體裝置的恢復(fù)波形的圖。
[0012]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的恢復(fù)波形的圖。
[0013]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0014]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0015]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。對(duì)相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，有時(shí)省略重復(fù)的說明。
[0017]實(shí)施方式1
[0018]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。η型半導(dǎo)體襯底1具有有源區(qū)域和終端區(qū)域，該終端區(qū)域與有源區(qū)域相比配置在外側(cè)。在有源區(qū)域，在η型半導(dǎo)體襯底1 (漂移層)的上表面的一部分形成有Ρ+型陽極層2。
[0019]在終端區(qū)域，在η型半導(dǎo)體襯底1的上表面形成有浮置的多個(gè)ρ +型保護(hù)環(huán)層3。該多個(gè)ρ+型保護(hù)環(huán)層3從Ρ +型陽極層2的端部向外側(cè)配置，具有減弱Ρ +型陽極層2的端部的電場(chǎng)的功能。
[0020]在η型半導(dǎo)體襯底1的上表面的最外周部形成有η+型溝道截?cái)鄬?。在η型半導(dǎo)體襯底1的下表面形成有η+型陰極層5，該η +型陰極層5具有與η型半導(dǎo)體襯底1相比較高的雜質(zhì)濃度。陽極電極6與ρ+型陽極層2連接。陰極電極7與η+型陰極層5連接。陰極電極7是由與焊料的密接性好的鎳等金屬制成的。
[0021]作為本實(shí)施方式的特征，在終端區(qū)域，η+型陰極層5被挖除而形成有凹部8。陰極電極7也形成在凹部8內(nèi)。S卩，陰極電極7在有源區(qū)域與n+型陰極層5的下表面接觸，在終端區(qū)域，在凹部8內(nèi)與η型半導(dǎo)體襯底1的下表面接觸。
[0022]下面，將本實(shí)施方式的效果與對(duì)比例進(jìn)行比較而說明。圖2是表示對(duì)比例涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。在對(duì)比例中未設(shè)置凹部8。在對(duì)比例中，從陽極注入的空穴和從陰極注入的電子不僅在有源區(qū)域擴(kuò)散，還在終端區(qū)域擴(kuò)散，從而會(huì)積蓄許多的載流子。當(dāng)恢復(fù)動(dòng)作時(shí)，有源區(qū)域和終端區(qū)域所積蓄的載流子雙方均流入至Ρ+型陽極層2。因此，關(guān)于ρ +型陽極層2的端部，恢復(fù)電流集中、電場(chǎng)變高、溫度上升而容易被破壞。
[0023]本實(shí)施方式中通過在終端區(qū)域挖除η+型陰極層5，從而針對(duì)施加正向偏置時(shí)從陽極注入的空穴和從陰極注入的電子，抑制它們積蓄在終端區(qū)域。由于終端區(qū)域的η型半導(dǎo)體襯底1所積蓄的載流子量減少，因此能夠緩和在恢復(fù)動(dòng)作時(shí)恢復(fù)電流向ρ+型陽極層2的端部集中，提高破壞耐量。
[0024]另外，由于在襯底背面的整面形成陰極電極7，因此，相比于以不形成于凹部8的方式對(duì)陰極電極7進(jìn)行圖案化的當(dāng)前技術(shù)，能夠簡(jiǎn)化制造工序。并且，由于金屬制的陰極電極7與焊料的密接性高，因此在使用了焊料來進(jìn)行安裝時(shí)，能夠防止歐姆缺陷等并提高成品率。此外，雖然在凹部8，陰極電極7產(chǎn)生臺(tái)階，但因?yàn)閷⒍O管裝片至產(chǎn)品框架時(shí)，厚度100 μπι左右的焊料等也會(huì)進(jìn)入臺(tái)階部分，所以不會(huì)產(chǎn)生由臺(tái)階引起的故障。
[0025]圖3是表示對(duì)比例涉及的半導(dǎo)體裝置的恢復(fù)波形的圖。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的恢復(fù)波形的圖?？梢钥闯雠c對(duì)比例相比本實(shí)施方式中的最高溫度較低。
[0026]此外，雖然在本實(shí)施方式中，在終端區(qū)域?qū)ⅵ?型陰極層5全部除去，但不限于此，也可以僅除去η+型陰極層5的一部分。但是，η +型陰極層5的殘留厚度越少則效果越好。
[0027]實(shí)施方式2
[0028]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。在終端區(qū)域不僅將n+型陰極層5挖除，而且還挖除至η型半導(dǎo)體襯底1的中途而形成有凹部8。由此，在終端區(qū)域，η型半導(dǎo)體襯底1的體積減少，所以所積蓄的載流子量進(jìn)一步地減少，能夠進(jìn)一步地提高破壞耐量。此外，因?yàn)榘疾?越深則效果越好，所以根據(jù)耐壓規(guī)格對(duì)凹部8的深度進(jìn)行調(diào)整。
[0029]實(shí)施方式3
[0030]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。凹部8不僅在終端區(qū)域延伸，而且還延伸至有源區(qū)域(Ρ+型陽極層2的正下方)的中途。由此，集中在Ρ+型陽極層2的端部的恢復(fù)電流進(jìn)一步地減少，所以能夠進(jìn)一步地提高破壞耐量。此外，因?yàn)榘疾?的寬度越寬則越有效果，所以根據(jù)VF電氣特性規(guī)格對(duì)凹部8的寬度進(jìn)行調(diào)整。
[0031]實(shí)施方式4
[0032]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的仰視圖。在俯視觀察時(shí)凹部8僅形成在襯底的角部分。由此，能夠?qū)θ菀装l(fā)生破壞的角部的破壞和VF的上升有效地進(jìn)行抑制。
[0033]此外，在實(shí)施方式1?4中說明了將本發(fā)明適用于1200 [V]的FZ薄晶圓二極管的情況，但無論耐壓等級(jí)如何，都能夠獲得同樣的效果。
[0034]另外，實(shí)施方式1?4涉及的半導(dǎo)體裝置不限于由硅形成，也可以由與硅相比帶隙較大的寬帶隙半導(dǎo)體形成。寬帶隙半導(dǎo)體是，例如碳化硅、氮化鎵類材料或者是金剛石。由這樣的寬帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體裝置，因?yàn)槟碗妷盒?、容許電流密度高，所以能夠小型化。通過使用這種被小型化的裝置，能夠使組裝有該裝置的半導(dǎo)體模塊也小型化。另外，由于裝置的耐熱性高，因此能夠使散熱器的散熱片小型化，能夠使水冷部空冷化，從而能夠使半導(dǎo)體模塊進(jìn)一步地小型化。另外，由于元件的電力損耗低且高效率，因此能夠使半導(dǎo)體模塊高效率化。
[0035]標(biāo)號(hào)的說明
[0036]1 η型半導(dǎo)體襯底(襯底)，2 ρ+型陽極層，3 ρ+型保護(hù)環(huán)層，5 η +型陰極層，6陽極電極，7陰極電極，8凹部。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有: 襯底，其具有有源區(qū)域和終端區(qū)域，該終端區(qū)域與所述有源區(qū)域相比配置在外側(cè)； P+型陽極層，其在所述有源區(qū)域形成于所述襯底的上表面的一部分； 多個(gè)p+型保護(hù)環(huán)層，其在所述終端區(qū)域形成于所述襯底的上表面的一部分； n+型陰極層，其形成在所述襯底的下表面； 陽極電極，其與所述p+型陽極層連接；以及 金屬制的陰極電極，其與所述n+型陰極層連接， 在所述終端區(qū)域，所述n+型陰極層被挖除而形成凹部， 所述陰極電極也形成在所述凹部?jī)?nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述終端區(qū)域，不僅挖除所述n+型陰極層，而且還挖除至所述η型半導(dǎo)體襯底的中途而形成所述凹部。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述凹部不僅在所述終端區(qū)域延伸，而且還延伸至所述有源區(qū)域的中途。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在俯視觀察時(shí)僅在所述襯底的角部分形成有所述凹部。
【專利摘要】n-型半導(dǎo)體襯底(1)具有有源區(qū)域和終端區(qū)域，該終端區(qū)域與有源區(qū)域相比配置在外側(cè)。在有源區(qū)域，在n-型半導(dǎo)體襯底(1)的上表面的一部分形成有p+型陽極層(2)。在終端區(qū)域，在n-型半導(dǎo)體襯底(1)的上表面形成有多個(gè)p+型保護(hù)環(huán)層(3)。在n-型半導(dǎo)體襯底(1)的下表面形成有n+型陰極層(5)。陽極電極(6)與p+型陽極層(2)連接。金屬制的陰極電極(7)與n+型陰極層(5)連接。在終端區(qū)域，n+型陰極層(5)被挖除而形成凹部(8)。陰極電極(7)也形成在凹部(8)內(nèi)。
【IPC分類】H01L21/329, H01L29/06, H01L29/861, H01L29/868
【公開號(hào)】CN105378903
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380078117
【發(fā)明人】大月詠?zhàn)? 貞松康史, 吉浦康博
【申請(qǐng)人】三菱電機(jī)株式會(huì)社
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2013年7月8日
【公告號(hào)】DE112013007220T5, US20160087110, WO2015004716A1