JP7070303B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7070303B2
JP7070303B2 JP2018189414A JP2018189414A JP7070303B2 JP 7070303 B2 JP7070303 B2 JP 7070303B2 JP 2018189414 A JP2018189414 A JP 2018189414A JP 2018189414 A JP2018189414 A JP 2018189414A JP 7070303 B2 JP7070303 B2 JP 7070303B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
layer
region
semiconductor substrate
buffer layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018189414A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020057746A (ja
Inventor
秀紀 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2018189414A priority Critical patent/JP7070303B2/ja
Priority to US16/441,366 priority patent/US11107887B2/en
Priority to DE102019125976.2A priority patent/DE102019125976A1/de
Priority to CN201910926528.4A priority patent/CN111009571B/zh
Publication of JP2020057746A publication Critical patent/JP2020057746A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7070303B2 publication Critical patent/JP7070303B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0821—Collector regions of bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834—Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/8611—Planar PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1602—Diamond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/868—PIN diodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、半導体装置に関する。
近年のパワー半導体装置は損失を低減するために薄ウエハ型が主流となっている。その製造方法として、ウエハ表面に不純物注入と熱処理で拡散層を形成した後に、ウエハを裏面から所望の厚さまで研削する。次に、ウエハ裏面にプロトン注入等でｎ型バッファ層を形成した後、最裏面に高濃度のｎ＋型層を形成する（例えば、特許文献１参照）。
特許第５３０９３６０号公報
基板厚み方向でアバランシェする構造の半導体装置では、性能を向上させるために基板厚みを薄くするほど、２次降伏電流が流れやすくなり、破壊耐量が下がる。特に、宇宙線が入射した際に局所的に破壊する現象（SEB: Single Event Burnout）等が起こりやすくなるという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は破壊耐量を向上させることができる半導体装置を得るものである。
本発明に係る半導体装置は、セル領域と前記セル領域の周囲に設けられた領域を有するｎ型半導体基板と、前記セル領域において前記ｎ型半導体基板の上面に設けられたｐ型アノード層と、前記ｎ型半導体基板の下面に設けられたｎ型バッファ層と、前記セル領域の周囲の領域のみにおいて前記ｎ型半導体基板の下面に設けられ、前記ｎ型バッファ層よりも深さが深いｐ型層とを備えることを特徴とする。
本発明に係る他の半導体装置は、セル領域と前記セル領域の周囲に設けられた終端領域を有するｎ型半導体基板と、前記セル領域において前記ｎ型半導体基板の上面に設けられたｐ型アノード層と、前記ｎ型半導体基板の下面に設けられたｎ型バッファ層と、前記ｎ型半導体基板の下面に設けられ、前記ｎ型バッファ層よりも深さが浅いｐ型コレクタ層とを備え、前記終端領域の一部のみにおいて前記ｎ型バッファ層が形成されていない領域が有り、その領域に前記ｐ型コレクタ層が設けられていることを特徴とする。
本発明では、終端領域においてｎ型半導体基板の下面に、ｎ型バッファ層よりも深さが深いｐ型層が設けられている。これにより、エネルギーの高い宇宙線の影響で局所的に２次降伏電流が流れた場合でも、基板上面のセル領域の主接合と基板下面の終端領域のｐ型層との間で２次降伏が起こる。従って、２次降伏電流が基板厚み斜め方向に流れるため、電流経路が長くなって負性抵抗が現れ難くなり、破壊耐量を向上させることができる。
実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。 比較例に係る半導体装置を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。ｎ－型半導体基板１は、セル領域と、セル領域の周囲に設けられた終端領域を有する。なお、ｎ－型半導体基板１はｎ型ドリフト層として機能する。
ｐ型アノード層２がセル領域においてｎ－型半導体基板１の上面に設けられている。複数のｐ型層３が終端領域においてｎ－型半導体基板１の上面に設けられている。終端領域の最外周部においてｎ+型層４がｎ－型半導体基板１の上面に設けられている。
ｎ－型半導体基板１の上に絶縁膜５が設けられている。ｐ型アノード層２、ｐ型層３、ｎ+型層４の上において絶縁膜５に開口が設けられている。ｐ型アノード層２、ｐ型層３、ｎ+型層４にそれぞれ上面電極６，７，８が接続されている。上面電極６の外周部、上面電極７，８を表面保護膜９が覆っている。
セル領域と終端領域において、ｎ型バッファ層１０がｎ－型半導体基板１の下面に設けられ、ｐ型コレクタ層１１がｎ型バッファ層１０の下面に設けられている。セル領域において、ｐｉｎダイオードとして動作させるための高濃度のｎ＋型カソード層１２がｎ型バッファ層１０の下面に設けられている。ｐ型コレクタ層１１及びｎ＋型カソード層１２はｎ型バッファ層１０よりも基板下面からの深さが浅い。このように基板下面にｐｎパターンを持つＲＦＣ（Relaxed Field of Cathode）ダイオード又はＲＣ－ＩＧＢＴがセル領域に形成されている。裏面にｐｎパターンを形成することで、ＲＦＣダイオードではリカバリ時の発振を抑制することができ、ＲＣ－ＩＧＢＴではＩＧＢＴとダイオードを１チップで形成することができる。セル領域のｐ型コレクタ層１１はリカバリ発振耐量向上のために設けられている。終端領域のｐ型コレクタ層１１はＳＯＡ（Safe Operating Area）向上のために設けられている。
終端領域においてｎ－型半導体基板１の下面に、ｎ型バッファ層１０よりも深さが深いｐ－型層１３が設けられている。ｐ型アノード層２とｎ－型半導体基板１のｐｎ接合が基板上面のセル領域の主接合となる。この基板上面のセル領域の主接合と基板下面の終端領域の深いｐ－型層１３で２次降伏が起こるように、ｐ－型層１３の濃度、深さ、終端領域での位置を設定する。ｐ－型層１３は下面電極１４に接続されている。従って、ｐ型アノード層２、ｎ－型半導体基板１、ｐ型コレクタ層１１のｐｎｐバイポーラ動作で２次降伏電流を裏面電極に排出できる。
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、基板表面にセル構造と終端構造を、写真製版、不純物注入、拡散プロセスを組み合わせて形成する。セル構造は、ダイオードではアノード、ＩＧＢＴではＭＯＳ構造である。上面電極６，７，８と表面保護膜９を形成する。
次に、ｎ－型半導体基板１を裏面から所望の厚さに研削する。終端領域の基板裏面側に写真製版プロセス又は遮蔽マスクを使用してヘリウム又はボロンを１００ＭｅＶ程度で照射又は注入して、深いｐ－型層１３を形成する。なお、ｐ－型層１３は、図１では終端領域に部分的に形成しているが、チップ側面まで形成してもよい。
次に、基板裏面全面にプロトン又はリンを１００ＭｅＶ程度で照射又は注入してｎ型バッファ層１０を形成する。この不純物はｐ－型層１３にも注入されるが、濃度差で打ち消される。レーザーアニール等で熱処理を行うことでｐ－型層１３とｎ型バッファ層１０を活性化する。なお、ｐ－型層１３を更に深く形成する場合は、個別に熱処理を行うこともできる。
次に、基板最下面にボロンを数十ｋｅＶで１Ｅ１２～１Ｅ１５／ｃｍ２イオン注入してｐ型コレクタ層１１を形成する。写真製版でパターニングしたマスクを用いてリン又はヒ素を数十ｋｅＶで１Ｅ１４～１Ｅ１７／ｃｍ２イオン注入し、レーザーアニール等の熱処理で活性化させてｎ＋型カソード層１２を形成する。
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図２は、比較例に係る半導体装置を示す断面図である。比較例には、終端領域においてｎ－型半導体基板１の下面にｐ－型層１３が設けられていないため、２次降伏電流が基板厚み方向に流れる。従って、基板厚みを薄くするほど、２次降伏電流が流れやすくなり、破壊耐量が下がる。
これに対して、本実施の形態では、終端領域においてｎ－型半導体基板１の下面に、ｎ型バッファ層１０よりも深さが深いｐ－型層１３が設けられている。これにより、エネルギーの高い宇宙線の影響で局所的に２次降伏電流が流れた場合でも、基板上面のセル領域の主接合と基板下面の終端領域のｐ－型層１３との間で２次降伏が起こる。従って、２次降伏電流が基板厚み斜め方向に流れるため、電流経路が長くなって負性抵抗が現れ難くなり、破壊耐量を向上させることができる。
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１の深いｐ－型層１３の代わりに、終端領域においてｎ型バッファ層１０が形成されていない領域が有り、その領域にｎ型バッファ層１０よりも浅いｐ型コレクタ層１１が設けられている。この領域は、ｎ型バッファ層１０を形成する時に写真製版プロセス又は遮蔽マスクを使用して形成する。
本実施の形態では、終端領域においてｎ型バッファ層１０が形成されていない領域が有り、その領域にｐ型コレクタ層１１が設けられている。これにより、エネルギーの高い宇宙線の影響で局所的に２次降伏電流が流れた場合でも、基板上面のセル領域の主接合と基板下面の終端領域のｎ型バッファ層１０が形成されていない領域との間で２次降伏が起こる。従って、２次降伏電流が基板厚み斜め方向に流れるため、電流経路が長くなって負性抵抗が現れ難くなり、破壊耐量を向上させることができる。また、ｎ型バッファ層１０が形成されていない領域の幅、ｎ型バッファ層１０の深さ等を調整することで空乏層の伸び方を制御できるため、２次降伏電流の集中を抑制し、２次降伏電流が流れる経路を調整することができる。
実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。終端領域においてもｎ型バッファ層１０の下面にｎ＋型カソード層１２が設けられている。これにより、静耐圧測定でアバランシェブレークダウンした瞬間に２次降伏状態に移行して破壊する動作現象を抑えることができる。
ｐ型コレクタ層１１は、ｎ＋型カソード層１２よりもｎ－型半導体基板１の下面からの深さが浅い。終端領域においてｎ型バッファ層１０及びｎ＋型カソード層１２が形成されていない領域が有り、その領域にｐ型コレクタ層１１が設けられている。これにより実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
なお、ｎ＋型カソード層１２は、ｎ型バッファ層１０と同じ写真製版パターンを用いてイオン注入後にレーザーアニール等で熱処理を加えて活性化させることで形成する。従って、写真製版プロセス又は遮蔽マスクを追加する必要は無い。
実施の形態４．
図５は、実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。ｎ型バッファ層１０は、セル領域のｐ型コレクタ層１１の中央領域に向かって、不純物濃度が薄くなり、ｎ－型半導体基板１の下面からの深さが局所的に浅くなる。これにより、ｐ型コレクタ層１１からのホールの注入効率がセル領域のｐ型コレクタ層１１の中央領域で高くなり、周辺領域で低くなる。セル領域のｐ型コレクタ層１１の中央領域は、順方向動作時のキャリアの蓄積が少なく、リカバリ時に空乏化しやすい。このため、中央領域のホール注入効率を高くすることでリカバリ発振耐量を向上することができる。その他、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
また、ｐ型コレクタ層１１の上方のｎ型バッファ層１０は写真製版パターンの左右からの横方向拡散で形成されるため、パターン中心で不純物濃度が薄くなり、深さが浅くなる。そして、写真製版パターンの幅を調整することで、ｐ型コレクタ層１１の上方のｎ型バッファ層１０の不純物濃度と深さを調整することができる。
なお、ｎ－型半導体基板１は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体装置は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された半導体装置を用いることで、この半導体装置を組み込んだ半導体モジュールも小型化・高集積化できる。また、半導体装置の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、半導体装置の電力損失が低く高効率であるため、半導体モジュールを高効率化できる。
１ ｎ型半導体基板、２ ｐ型アノード層、１０ ｎ型バッファ層、１１ ｐ型コレクタ層、１２ ｎ＋型カソード層、１３ ｐ－型層

Claims (5)

  1. セル領域と前記セル領域の周囲に設けられた領域を有するｎ型半導体基板と、
    前記セル領域において前記ｎ型半導体基板の上面に設けられたｐ型アノード層と、
    前記ｎ型半導体基板の下面に設けられたｎ型バッファ層と、
    前記セル領域の周囲の領域のみにおいて前記ｎ型半導体基板の下面に設けられ、前記ｎ型バッファ層よりも深さが深いｐ型層とを備えることを特徴とする半導体装置。
  2. セル領域と前記セル領域の周囲に設けられた終端領域を有するｎ型半導体基板と、
    前記セル領域において前記ｎ型半導体基板の上面に設けられたｐ型アノード層と、
    前記ｎ型半導体基板の下面に設けられたｎ型バッファ層と、
    前記ｎ型半導体基板の下面に設けられ、前記ｎ型バッファ層よりも深さが浅いｐ型コレクタ層とを備え、
    前記終端領域の一部のみにおいて前記ｎ型バッファ層が形成されていない領域が有り、その領域に前記ｐ型コレクタ層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  3. 前記ｎ型バッファ層の下面に設けられたｎ型カソード層を更に備え、
    前記ｐ型コレクタ層は、前記ｎ型カソード層よりも深さが浅く、
    前記終端領域において前記ｎ型バッファ層及び前記ｎ型カソード層が形成されていない領域が有り、その領域に前記ｐ型コレクタ層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記ｎ型バッファ層は、前記セル領域の前記ｐ型コレクタ層の中央領域に向かって、不純物濃度が薄くなり、深さが局所的に浅くなることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
  5. 前記ｎ型半導体基板はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の半導体装置。
JP2018189414A 2018-10-04 2018-10-04 半導体装置 Active JP7070303B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018189414A JP7070303B2 (ja) 2018-10-04 2018-10-04 半導体装置
US16/441,366 US11107887B2 (en) 2018-10-04 2019-06-14 Semiconductor device
DE102019125976.2A DE102019125976A1 (de) 2018-10-04 2019-09-26 Halbleitervorrichtung
CN201910926528.4A CN111009571B (zh) 2018-10-04 2019-09-27 半导体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018189414A JP7070303B2 (ja) 2018-10-04 2018-10-04 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020057746A JP2020057746A (ja) 2020-04-09
JP7070303B2 true JP7070303B2 (ja) 2022-05-18

Family

ID=69886377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018189414A Active JP7070303B2 (ja) 2018-10-04 2018-10-04 半導体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11107887B2 (ja)
JP (1) JP7070303B2 (ja)
CN (1) CN111009571B (ja)
DE (1) DE102019125976A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101052639B1 (ko) * 2003-02-17 2011-07-28 파텐트-트로이한트-게젤샤프트 퓌어 엘렉트리쉐 글뤼람펜 엠베하 저압 방전 램프

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009010414A (ja) 2008-08-26 2009-01-15 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JP2009170670A (ja) 2008-01-16 2009-07-30 Toyota Motor Corp 半導体装置とその半導体装置を備えている給電装置の駆動方法
CN104011861A (zh) 2011-10-10 2014-08-27 国家科研中心 集成电路的单块单元并且尤其是单块转换单元
US20150132895A1 (en) 2013-11-14 2015-05-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device
JP2018107479A (ja) 2018-04-05 2018-07-05 三菱電機株式会社 半導体装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4240027A1 (de) * 1992-11-28 1994-06-01 Asea Brown Boveri MOS-gesteuerte Diode
JPH11204789A (ja) * 1998-01-08 1999-07-30 Sanken Electric Co Ltd 絶縁ゲ−ト形トランジスタ
DE102006025958B3 (de) * 2006-06-02 2007-10-11 Infineon Technologies Ag Sanft schaltendes Halbleiterbauelement mit hoher Robustheit und geringen Schaltverlusten
JP5309360B2 (ja) 2008-07-31 2013-10-09 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
US8507352B2 (en) * 2008-12-10 2013-08-13 Denso Corporation Method of manufacturing semiconductor device including insulated gate bipolar transistor and diode
US9941269B2 (en) * 2014-01-29 2018-04-10 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device including well extension region and field-limiting rings
JP5920383B2 (ja) * 2014-03-03 2016-05-18 トヨタ自動車株式会社 半導体装置を製造する方法及び半導体装置
JP2015177142A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 株式会社日立製作所 半導体装置およびそれを用いた電力変換装置
JP2016012669A (ja) * 2014-06-30 2016-01-21 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
US10176994B2 (en) * 2015-03-13 2019-01-08 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009170670A (ja) 2008-01-16 2009-07-30 Toyota Motor Corp 半導体装置とその半導体装置を備えている給電装置の駆動方法
JP2009010414A (ja) 2008-08-26 2009-01-15 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
CN104011861A (zh) 2011-10-10 2014-08-27 国家科研中心 集成电路的单块单元并且尤其是单块转换单元
JP2014534622A (ja) 2011-10-10 2014-12-18 サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） 集積回路のためのモノリシックセルおよび特にモノリシック転流セル
US20150132895A1 (en) 2013-11-14 2015-05-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device
JP2015095618A (ja) 2013-11-14 2015-05-18 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
JP2018107479A (ja) 2018-04-05 2018-07-05 三菱電機株式会社 半導体装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101052639B1 (ko) * 2003-02-17 2011-07-28 파텐트-트로이한트-게젤샤프트 퓌어 엘렉트리쉐 글뤼람펜 엠베하 저압 방전 램프

Also Published As

Publication number Publication date
CN111009571A (zh) 2020-04-14
US11107887B2 (en) 2021-08-31
US20200111869A1 (en) 2020-04-09
JP2020057746A (ja) 2020-04-09
CN111009571B (zh) 2023-09-26
DE102019125976A1 (de) 2020-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11508581B2 (en) Semiconductor device having IGBT and diode with field stop layer formed of hydrogen donor and helium
JP6078961B2 (ja) 半導体装置の製造方法
WO2014156849A1 (ja) 半導体装置
US20170133454A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4746927B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN107534042B (zh) 半导体装置
TW201306254A (zh) 用於製備陽極短路的場欄絕緣閘雙極電晶體之方法
JP2011124566A (ja) 注入されたドーパントを選択的に活性化するためのレーザ・アニーリングを使用して半導体デバイスを製造するための方法
JPH01258476A (ja) 高耐圧半導体装置の製造方法
WO2018016208A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP5822032B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2018078216A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP3951738B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3952452B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP7070303B2 (ja) 半導体装置
JP2021190496A (ja) 半導体装置
CN111370481A (zh) 功率器件及功率器件制备方法
JP6780335B2 (ja) 逆阻止ｍｏｓ型半導体装置および逆阻止ｍｏｓ型半導体装置の製造方法
JP2007096348A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2022000882A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2023062606A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN115810629A (zh) 半导体装置
JP2007123932A (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210924

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211005

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211111

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220418

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7070303

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150