專利名稱：半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體裝置，特別是，涉及具備二極管的電力(electric power)用的高耐壓的半導體裝置。
背景技術：
近年來，反相器裝置被使用在產(chǎn)業(yè)用電力裝置等領域。通常，將商 用電源(交流電源)使用于反相器裝置。因此，反相器裝置由以下部分 構成將交流電源一次變換(正變換)為直流的變換器部分；平滑電路 部分；將直流電壓變換(反變換)為交流的反相器部分。作為反相器部 分的主要的功率元件，主要應用能夠比較高速地進行開關工作的絕緣柵 型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,以下記作"IGBT")。
反相器裝置的負載為感應電動機(感應性負載的馬達)的情況較多。 該感應性負載被連接在上臂元件和下臂元件的中間電位點，在感應性負 載內流過的電流的方向為正和負兩個方向。因此，將在感應性負載內流 過的電流從負載連接端向高電位的電源側返回，或者從負載連接端流向 接地側，因此需要用于使該電流在感應性負載和臂元件的閉合電路間進 行回流的續(xù)流二極管。
在反相器裝置中，通常使IGBT作為開關進行工作，重復截止狀態(tài) 和導通狀態(tài)，從而控制電力能量。在感應性負載的反相器電路的開關中， 經(jīng)過接通(turnon)過程，成為接通狀態(tài)，另一方面，經(jīng)過切斷(turn off) 過程，成為截止狀態(tài)。所謂接通過程，是IGBT從截止狀態(tài)改變?yōu)閷?狀態(tài)，所謂切斷過程，是IGBT從導通狀態(tài)改變?yōu)榻刂範顟B(tài)。在IGBT 導通的狀態(tài)下，在二極管中不流過電流，二極管處于截止狀態(tài)。另一方 面，在IGBT截止的狀態(tài)下，在二極管中流過電流，二極管處于導通狀 態(tài)。
下面，對現(xiàn)有的二極管的結構和其工作進行說明?，F(xiàn)有的二極管中， 在n型低濃度的半導體襯底的一個主表面?zhèn)刃纬沙蔀殛枠O的p型擴散區(qū) 域。在該p型擴散區(qū)域上，以與p型擴散區(qū)域接觸的方式，形成陽極電 極。半導體襯底的另一主表面?zhèn)龋谧畋砻嫔闲纬蒼型超高濃度雜質層。在該n型超高濃度雜質層下形成n型高濃度雜質層。在n型超高濃度雜 質層上，以與n型超高濃度雜質層接觸的方式形成陰極電極。
為了以在陰極電極和陽極電極之間施加電壓的狀態(tài)下確保二極管 的耐壓，作為二極管， 一般地廣泛應用具備保護環(huán)(p型層)的二極管。 保護環(huán)以從陽極(p型擴散區(qū)域)的端部隔開距離并包圍陽極的方式形 成，由此，p型擴散區(qū)域的外周端部的電場被緩和。
在陽極和陰極間正向施加了高電壓的導通狀態(tài)下，在半導體襯底的 第一導電型的區(qū)域(漂移層)蓄積很多的載流子。另一方面，在陽極和 陰極間反向施加了高電壓的截止時(反向恢復時)，排出蓄積在漂移層 的載流子，從而流過反向恢復電流(恢復電流)。此時，對二極管以大 電流施加高電壓，因此隨黃較大的電力消耗而發(fā)熱。這成為妨礙高速開 關的原因之一。
而且，作為公開了具備保護環(huán)的二極管的文獻，例如，有特開 2003-152197號公報、特開平09-246570號公報。
但是，現(xiàn)有的半導體裝置中存在如下的問題。二極管在導通狀態(tài)下， 不僅在陽極正下方的漂移層的區(qū)域，載流子也擴散5 )j保護環(huán)正下方的漂 移層的區(qū)域，并且進行蓄積。
另一方面，在截止時，蓄積在漂移層的載流子從陽極或陰極被排出 等，最終消失。此時，蓄積在陽極正下方的漂移層的區(qū)域的載流子(空 穴)和蓄積在保護環(huán)的正下方的漂移層的區(qū)域的載流子(空穴)這兩種 的載流子都流入陽極的p型擴散區(qū)域。因此，特別是，在保護環(huán)附近的 陽極的外周端部，電流集中。此外，在該陽極的外周端部，反偏壓時的 電場也變強，電流與電場作用在陽極的外周端部，極限試驗時成為最容 易被破壞的位置。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，其目的在于提供一種抑制電 流集中在陽極的外周端部的半導體裝置。
本發(fā)明是具備二極管的半導體裝置，其具備第一導電型的半導體 襯底，第二導電型的陽極，保護環(huán)，第一導電型的陰極，第二導電型的 陰極側雜質區(qū)域。第 一導電型的半導體襯底具有彼此對置的第 一主表面 及第二主表面。第二導電型的陽極形成在半導體襯底的第一主表面?zhèn)取?br> 4保護環(huán)與陽極隔開距離，并且以包圍陽極的方式形成。第一導電型陰極 形成在半導體襯底的第二主表面?zhèn)取５诙щ娦偷年帢O側雜質區(qū)域形成 在與陰極的保護環(huán)對置的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置，第二導電型的陰極側雜質區(qū)域形成在與 陰極的保護環(huán)對置的區(qū)域，由此，陰極的n型區(qū)域的體積減少，在導通 狀態(tài)下，能夠使蓄積在保護環(huán)正下方的半導體襯底的第 一導電型區(qū)域的 載流子減少。由此，從導通狀態(tài)變化為截止狀態(tài)時，從保護環(huán)正下方的 第 一 導電型的區(qū)域流入保護環(huán)附近的陽極的外周端部的載流子減少。其 結果是，可以抑制電流在陽極的外周端部上集中，并使破壞耐量提高。
本發(fā)明的上述及其他的目的、特征、形勢及優(yōu)點由與附圖關聯(lián)地理 解的關于本發(fā)明的以下詳細說明可以明確。


圖1為本發(fā)明實施方式1的半導體裝置的剖面圖。
圖2為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第一狀態(tài)的
剖面圖。
圖3為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第二狀態(tài)的 剖面圖。
圖4為表示用于說明比較例的半導體裝置和其工作的第 一狀態(tài)的剖 面圖。
圖5為表示用于說明比較例的半導體裝置和其工作的第二狀態(tài)的剖 面圖。
圖6為本發(fā)明的實施方式2的半導體裝置的剖面圖。
圖7為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第一狀態(tài)的
剖面圖。
圖8為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第二狀態(tài)的 剖面圖。
圖9為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的效果的恢復損失 (recovery loss )和正向電壓降(voltage drop )的關系的第一曲線圖。
圖IO為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的效杲的恢復損失 和正向電壓降的關系的第二曲線圖。
圖11為表示該實施方式中用于說明恢復損失的反向恢復電流的曲線圖。
圖12為本發(fā)明實施方式3的半導體裝置的剖面圖。 圖13為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第一狀態(tài) 的剖面圖。
圖14為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第二狀態(tài) 的剖面圖。
圖15為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的效果的恢復損失
和正向電壓降的關系的曲線圖。
圖16為本發(fā)明實施方式4的半導體裝置的剖面圖。
圖17為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第一狀態(tài)
的剖面圖。
圖18為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第二狀態(tài) 的剖面圖。
圖19為本發(fā)明實施方式5的半導體裝置的剖面圖。 圖20為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第一狀態(tài) 的剖面圖。
圖21為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第二狀態(tài) 的剖面圖。
圖22為本發(fā)明實施方式6的半導體裝置的剖面圖。 圖23為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第一狀態(tài) 的剖面圖。
圖24為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第二狀態(tài) 的剖面圖。
圖25為本發(fā)明實施方式7的半導體裝置的剖面圖。 圖26為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第一狀態(tài) 的剖面圖。
圖27為表示該實施方式中用于說明半導體裝置的工作的第二狀態(tài) 的剖面圖。
具體實施方式
實施方式1
對本發(fā)明實施方式1的具備二極管的半導體裝置進行說明。如圖1所示，在n型半導體襯底1的一個主表面的一側形成有二極管的陽極2， 在另一個主表面的一側形成有陰極。
作為陽極2，形成有p型擴散區(qū)域3。從半導體襯底l的主表面到 預定深度形成p型擴散區(qū)域3。該p型擴散區(qū)域3的雜質濃度約為lx1016 — 18ions/cm3。在p型擴散區(qū)域3上形成有陽極電極4。以與該陽極2隔開 距離、并包圍陽極2的方式，形成有由p型擴散區(qū)域5構成的保護環(huán)6。 p型擴散區(qū)域5從半導體襯底1的主表面形成到預定深度。在保護環(huán)6 上以覆蓋保護環(huán)6的方式形成有絕緣膜7。
另一方面，作為陰極，形成有n型超高濃度雜質層12和n型高濃 度雜質層11。對于n型超高濃度雜質層12的雜質濃度來說，約為lx1019 — 21ions/cm3,對于n型高濃度雜質層11的雜質濃度來說，約為1><1014 — 19ions/cm3。 n型超高濃度雜質層12從半導體襯底1的另一個主表面形 成到預定深度，n型高濃度雜質層11與該n型超高濃度雜質層12連續(xù) 地形成到更深的區(qū)域。在該陰極中，在與保護環(huán)6對置的保護環(huán)對置區(qū) 域15,形成有陰極側p型擴散區(qū)域14。以與該陰極側p型擴散區(qū)域14 和n型超高濃度雜質層12接觸的方式形成有陰極電極13。
下面，對上述半導體裝置的工作進行說明。在反相器電路的二極管 中，根據(jù)IGBT的開關工作，交替地重復導通狀態(tài)和截止狀態(tài)。IGBT為 導通的狀態(tài)下，二極管處于截止狀態(tài)，IGBT為截止狀態(tài)下，二極管處 于導通的狀態(tài)。
在二極管的陽極電極4和陰極電極13之間正向施加了高電壓的導 通狀態(tài)下，如圖2所示，在半導體襯底1的第一導電型的區(qū)域(以下記 作"漂移層10"),蓄積很多的載流子。即，從p型擴散區(qū)域3朝向半導 體襯底1的漂移層10注入空穴，并且，從n型超高濃度雜質層12和n 型高濃度雜質層11朝向半導體襯底1的漂移層10注入電子。
然后，當在二極管的陽極電極4和陰極電極13之間反向施加高電 壓時，二極管從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)。如圖3所示，在從導通狀態(tài)變 為截止狀態(tài)的截止時，在導通狀態(tài)下在漂移層IO蓄積的載流子中的電 子從陰極電極13排出，空穴從陽極電極4排出。此外， 一部分電子和 空穴進行復合而消失，所注入的載流子最終;肖失。
在上述半導體裝置中，在陰極(n型超高濃度雜質層12和n型高濃 度雜質層ll)的與保護環(huán)對置的保護環(huán)對置區(qū)域15，形成有陰極側p型擴散區(qū)域14，由此，n型區(qū)域的體積(電子濃度)減少，結果，可以
使截止時的陽極的外周端部上的電場集中緩和。對此，舉出將在陰極側 不具備p型擴散區(qū)域的半導體裝置作為比較例來進行說明。
在比較例的半導體裝置中，除了在陰極側未形成p型擴散區(qū)域這一
點，具有與上述半導體裝置相同的結構。即，如圖4所示，在半導體襯 底101的一個主表面上，開j成有成為陽極102的p型擴散區(qū)域103、陽 極電極104及成為保護環(huán)106的p型擴散區(qū)域105,在另一個主表面形 成有成為陰極的n型超高濃度雜質層112、 n型高濃度雜質層111以及 陰極電極113。
如圖4所示，首先，在二極管的陽極電極104和陰極電極113之間 正向施加了高電壓的導通狀態(tài)下，從p型擴散區(qū)域102朝向半導體襯底 101的n型區(qū)域(漂移層110)注入空穴，并且從n型超高濃度雜質層 112和n型高濃度雜質層111朝向半導體襯底101的n型漂移層110注 入電子。
在比較例的半導體裝置中，陰極側僅由n型超高濃度雜質層112和 n型高濃度雜質層111的n型區(qū)域占據(jù)。因此，與在這樣的n型區(qū)域中 形成p型區(qū)域的情況相比較，n型區(qū)域的體積較大，特別是，在保護環(huán) 106正下方的漂移層的區(qū)域110a,注入更多載流子(電子)并被蓄積。
然后，如圖5所示，從導通狀態(tài)在二極管的陽極電極104和陰極電 極113之間反向施加高電壓，二極管由導通狀態(tài)變化為截止狀態(tài)。在該 截止時，在導通狀態(tài)下蓄積在漂移層110的載流子中的電子從陰極電極 113排出，空穴從陽極電極104排出等，所注入的載流子最終消失。
此時，在陽極102正下方的漂移層110的區(qū)域蓄積的載流子(空穴) 和在保護環(huán)106正下方的漂移層的區(qū)域110a蓄積的載流子(空穴)這 兩方的載流子向陽極102的p型擴散區(qū)域103流入。因此，特別是，電 流在保護環(huán)106附近的p型擴散區(qū)域103的外周端部(虛線框E)集中。
相對于此，在本實施方式的半導體裝置中，在n型超高濃度雜質層 12和n型高濃度雜質層11 (陰極)上，在與保護環(huán)6對置的保護環(huán)對 置區(qū)域15形成有陰極側p型擴散區(qū)域14,因此，保護環(huán)對置區(qū)域5上 的n型區(qū)域的體積(電子濃度)減少。由此，在導通狀態(tài)下，從陰極向 保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域1 Oa注入的載流子(電子)的濃度減少， 蓄積在區(qū)域10a中的載流子減少。蓄積在保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10a中的載流子減少，由此， 在截止時，能夠使流入到保護環(huán)6附近的p型擴散區(qū)域3的外周端部的 載流子的量減少。其結果是，能夠抑制電流(反向恢復電流)在p型擴 散區(qū)域3的外周端部集中，使破壞耐量提高。
實施方式2
這里，對能夠調整陰極側p型擴散區(qū)域的體積的半導體裝置進行說 明。如圖6所示，在陰極的保護環(huán)對置區(qū)域15形成有多個具有寬度Sp 和深度Xj的陰極側p型擴散區(qū)域14。并且，其以外的結構與圖l所示 的半導體裝置相同，因此，對于同一構件賦予同一附圖標記并省略其說明。
下面，對上述半導體裝置的工作進行說明。首先，如圖7所示，在 二極管為導通狀態(tài)下，從p型擴散區(qū)域3向半導體襯底1的漂移層10 注入空穴，并且，從n型超高濃度雜質層12和n型高濃度雜質層11向 半導體襯底1的漂移層10注入電子。接著，如圖8所示，在截止時， 在導通狀態(tài)下蓄積在漂移層10內的載流子中的電子從陰極電極13排 出，空穴從陽極電極4排出。此外， 一部分電子和空穴進行復合而消失， 所注入的載流子最終 >、肖失。
在上述半導體裝置中，在保護環(huán)對置區(qū)域15形成有陰極側p型擴 散區(qū)域14,從而n型區(qū)域的體積(電子濃度)減少，在導通狀態(tài)下，可 以使蓄積在保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10a中的載流子減少。由此， 從導通狀態(tài)變化為截止狀態(tài)的截止時，從保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū) 域10 a向保護環(huán)6附近的p型擴散區(qū)域3的外周端部流入的載流子減少。 其結果是，能夠抑制電流(反向恢復電流)在p型擴散區(qū)域3的外周端 部集中，使破壞耐量提高。
特別是，在上述半導體裝置中，關于在保護環(huán)對置區(qū)域15形成的 陰極側p型擴散區(qū)域14,能夠根據(jù)恢復耐量和正向的電壓降的折衷 (tradeoff)來設定所希望的深度Xj和寬度Sp。
對此，基于表示恢復損失和正向電壓降的關系的曲線圖進行說明。 圖9及圖IO是表示其關系的曲線圖，在圖9中，表示使陰極側p型擴 散區(qū)域的深度固定、并將寬度Sp分為三個的J青況下(Spa〉 Spb> Spc ) 的曲線圖A、 B、 C,在圖—IO中，表示使陰極側p型擴散區(qū)域的寬度固 定并且將深度分為三個的情況下,(Xjd〉Xje〉Xjf)的曲線圖D、 E、 F。首先，在圖9所示的情況下，當使陰極側p型擴散區(qū)域的深度固定、 并且寬度Sp (面積)增加時，陰極側p型擴散區(qū)域14的體積增加。這
樣，陰極的n型區(qū)域的體積減少，在導通狀態(tài)下蓄積在保護環(huán)6正下方 的漂移層的區(qū)域10a中的載流子減少，從導通狀態(tài)變化為截止狀態(tài)時， 直到所蓄積的載流子消失的時間變快，二極管更快速地變?yōu)榻刂範顟B(tài)。
另一方面，當陰極側p型擴散區(qū)域14的寬度Sp增加時，導通狀態(tài) 下蓄積在漂移層10中的載流子減少，接通電阻上升。因此，在二極管 中通過電流時，電流進入二極管時的電壓和電流離開二極管時的電壓之 差(正向電壓降)變大，恢復損失變大。在圖9中，對于恢復損失來說， 伴隨著寬度Sp增加，在曲線圖右側上升，在左側下降。
這里，所謂恢復損失，是向二極管施加反向偏置電壓時，由于流過 反向恢復電流而產(chǎn)生的損失，如圖ll所示，從反向恢復電流開始流過 起(lf=0)、到經(jīng)過最大值(絕對值)Irr而成為Irr的十分之一的期間 的電流積分值和電壓積分值之積來表示，相當于斜線部分的面積。
下面，在圖10所示的情況下，當將陰極側p型擴散區(qū)域14的寬度
設為固定并且深度Xj變深時，陰極側p型擴散區(qū)域14的體積增加。這
樣，陰極的n型區(qū)域的體積減少，導通狀態(tài)下蓄積在保護環(huán)6正下方的
漂移層的區(qū)域10a中的載流子減少，在從導通狀態(tài)變化為截止狀態(tài)時，
到所蓄積的載流子消失為止的時間變快，二極管更快速地變?yōu)榻刂範?太
心o
另一方面，當陰極側p型擴散區(qū)域14的深度Xj變深時，導通狀態(tài) 下蓄積在漂移層10內的載流子減少，接通電阻上升。因此，正向電壓 降變大，恢復損失變大。在圖10中，對于恢復損失來說，伴隨著深度 Xj變深，在曲線圖右側上升，在左側下降。
即，使二極管的陰極側p型擴散區(qū)域14的體積增加，由此，可以 更高速地進行二極管的開關，另一方面，恢復損失增加。因此，在與應 用二極管的器件的關系中，將陰極側p型擴散區(qū)域14的深度Xj和寬度 Sp設定為所希望的值，從而能夠進行更穩(wěn)定的開關工作。
實施方式3
這里，對使陰極側p型擴散區(qū)域延伸至與陽極對置的區(qū)域的 一部分 的半導體裝置進行說明。如圖12所示，在陰極側p型擴散區(qū)域形成有 延伸至與陽極對置的區(qū)域的一部分的擴展區(qū)域14a。而且，這以外的結構與圖l所示的半導體裝置相同，因此，對同一構件賦予同一附圖標記， 從而省略其說明。
下面，對上述半導體裝置的工作進行說明。首先，如圖13所示，
在二極管為導通狀態(tài)下，從p型擴散區(qū)域3向半導體襯底1的漂移層10 注入空穴，并且，從n型超高濃度雜質層12和n型高濃度雜質層11向 半導體襯底1的漂移層10注入電子。接著，如圖14所示，在截止時， 蓄積在漂移層10內的載流子從陰極電極13或陽極電極4排出等，最終 消失。
在上述半導體裝置中，在保護環(huán)對置區(qū)域15形成有陰極側p型擴 散區(qū)域14,由此，n型區(qū)域的體積(電子濃度)減少，在導通狀態(tài)下， 能夠使蓄積在保護環(huán)6的正下方的漂移層的區(qū)域10a中的載流子減少。 由此，在從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)的截止時，從保護環(huán)6的正下方的漂 移層的區(qū)域10a流入到保護環(huán)6附近的p型擴散區(qū)域3的外周端部的載 流子減少。結果，抑制電流(反向恢復電流)在p型擴散區(qū)域3的外周 端部集中，使破壞耐量提高。
特別是，在上述半導體裝置中，在陰極側p型擴散區(qū)域14形成有 延伸至與陽極對置的區(qū)域的一部分的擴展區(qū)域14a。這里，關于該擴展 區(qū)域14a的擴展量(面積或者體積)，基于表示恢復損失和正向電壓降 的關系的曲線圖進行說明。
圖15是表示該關系的曲線圖，特別是，分別表示將陽極面積Sa和 n型超高濃度雜質層的面積Sk的面積比(Sk/Sa)分為三個條件的情況 下的(Sk/Sa》l、 Sk/Sa = 0.5、 Sk/Sa = 0.4)的曲線圖A、 B、 C、和折衷 允許值的曲線圖T。而且，在任意的情況下，陽極(p型擴散區(qū)域)的 深度、和n型超高濃度雜質層的深度都相同。
當將陰極側p型擴散區(qū)域14逐漸延伸至與陽極2對置的區(qū)域時，n 型超高濃度雜質層的面積Sk減少，面積比變小。這樣，陰極的n型區(qū) 域的體積減少，在導通狀態(tài)下蓄積在保護環(huán)6正下方的漂移層10a中的 載流子減少，在從導通狀態(tài)變化為截止狀態(tài)的截止時，到所蓄積的載流 子消失為止的時間變快，二極管更快速地變?yōu)榻刂範顟B(tài)。
但是，如上所述，當陰極側p型擴散區(qū)域14的體積增加時，導通 狀態(tài)下蓄積在漂移層10中的載流子減少并且接通電阻上升，因此，正 向電壓降變大，恢復損失變大。在圖15中，對于恢復損失來說，伴隨
ii著面積比(Sk/Sa)變小，在曲線圖右側上升，在左側下降。
圖15所示的三個曲線圖A、 B、 C中的面積比(Sk/Sa)為0.4的曲 線圖C中，曲線圖C的右端的部分的恢復損失比表示折衷允許值的曲線 圖T高。因此，為了更高速地進行二極管的開關并且抑制恢復損失，需 要面積比(Sk/Sa)為0.5以下。即，作為陰極側p型擴散區(qū)域14的擴 展區(qū)域14d的擴展尺寸，需要以不超過陽極2 (p型擴散區(qū)域3)的面積 Sa的50%的方式進行設定。
在本半導體裝置中，在陰極側p型擴散區(qū)域14設置擴展區(qū)域14a, 也從該擴展區(qū)域14a注入空穴，由此，可以緩慢地進行恢復的最終工作 時的電流的時間變化。其結果是，二極管的振蕩被抑制，能夠抑制由允 許以上的電壓進行作用所導致的二極管的破壞、或對外圍設備帶來不良 影響的噪聲的發(fā)生。 實施方式4
這里，對將載流子的壽命局部性地變短的半導體裝置的一例進行說 明。如圖16所示，在陰極的保護環(huán)對置區(qū)域15上形成選擇性地擴散了 重金屬(Au、 Pt等)的陰極側p型擴散區(qū)域14b。而且，其以外的結構 與圖1所示的半導體裝置相同，因此對同一構件賦予同一附圖標記，省 略其說明。
下面，對上述半導體裝置的工作進行說明。首先，如圖17所示， 在二極管導通狀態(tài)下，從p型擴散區(qū)域3向半導體襯底1的漂移層10 注入空穴，并且，從n型超高濃度雜質層12和n型高濃度雜質層11向 半導體襯底1的漂移層10注入電子。接著，如圖18所示，在截止時， 蓄積在漂移層10內的載流子從陰極電極13或者陽極電極4排出等，最 終消失。
在上述半導體裝置中，首先，在保護環(huán)對置區(qū)域15上形成有陰極 側p型擴散區(qū)域14b,由此，n型區(qū)域的體積(電子濃度)減少，在導 通狀態(tài)下，能夠使蓄積在保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10a中的載流 子減少。并且，如圖18所示，對陰極側p型擴散區(qū)域14b擴散重金屬， 由此，在從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)的截止時，所擴散的重金屬成為復合 中心，所蓄積的電子和空穴進行復合，消失的比例提高。
由此，在截止時，從保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10a流入保護 環(huán)6附近的p型擴散區(qū)域3的外周端部的載流子進一步減少。結果，可
12靠地抑制電流(反向恢復電流)在p型擴散區(qū)域3的外周端部集中，使 破壞耐量提高。
而且，例如，利用氧化膜掩模，通過濺射法或蒸鍍法將重金屬引入 到陰極側p型擴散區(qū)域內之后，實施適當?shù)臒崽幚?，由此，能夠擴散到
陰極側擴散區(qū)域14b。 實施方式5
這里，對使載流子的壽命局部地變短的半導體裝置的其他的例子進 行說明。如圖19所示，在陰極的保護環(huán)對置區(qū)域15形成有選擇性地照 射電子線、質子或氦的陰極側p型擴散區(qū)域14c。而且，其以外的結構 與圖1所示的半導體裝置相同，因此對同一構件賦予同一附圖標記，省 略其說明。
下面，對上述半導體裝置的工作進行說明。首先，如圖20所示， 在二極管導通狀態(tài)下，從p型擴散區(qū)域3向半導體襯底1的漂移層10 注入空穴，并且，從n型超高濃度雜質層12和n型高濃度雜質層11向 半導體襯底1的漂移層10'注入電子。接著，如圖21所示，在截止時， 蓄積在漂移層10內的載流子從陰極電極13或陽極電極4排出等，最終 消失。
在上述半導體裝置中，首先，在保護環(huán)對置區(qū)域15形成有陰極側p 型擴散區(qū)域14c,從而n型區(qū)域的體積(電子濃度)減少，在導通狀態(tài) 下，能夠使蓄積在保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10 a中的載流子減少。 并且，如圖21所示，對陰極側p型擴散區(qū)域14c照射電子線等，產(chǎn)生 結晶缺陷，由此，在從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)的截止時，結晶缺陷成為 復合中心，所蓄積的電子和空穴進行復合，消失的比例提高。
由此，在截止時，從保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10a流入保護 環(huán)6附近的p型擴散區(qū)域3的外周端部的載流子進一步減少。結果，可 靠地抑制電流(反向恢復電流)在p型擴散區(qū)域3的外周端部集中，使 破壞耐量提高。 ，
實施方式6
在上述各半導體裝置中，舉出將陰極側p型擴散區(qū)域電連接到陰極 電極的情況為例來進行說明。這里，對陰極側p型擴散區(qū)域相對于陰極 電極電浮置(electrically floating)的情況進行說明。如圖22所示，在 陰極的保護環(huán)對置區(qū)域15形成的陰極側p型擴散區(qū)域14d和陰極電極13之間夾著n型超高濃度雜質層12,陰極側p型擴散區(qū)域14d相對于 陰極電極13為電浮置。而且，其以外的結構與圖1所示的半導體裝置 相同，因此對同一構件賦予同一附圖標記，省略其說明。
下面，對上述半導體裝置的工作進行說明。在陰極側p型擴散區(qū)域 14d相對于陰極電極13為電浮置的情況下，對于其工作來說，也與陰極 側p型擴散區(qū)域電連接5"陰極電極的情況幾乎沒有變化。
首先，如圖23所示，在二極管導通狀態(tài)下，從p型擴散區(qū)域3向 半導體襯底1的漂移層IO注入空穴，并且從n型超高濃度雜質層12和 n型高濃度雜質層11向半導體襯底1的漂移層IO注入電子。接著，如 圖24所示，在截止時，蓄積在漂移層10內的載流子從陰極電極13或 陽極電極4排出等，最終消失。
在上述半導體裝置中，首先，在保護環(huán)對置區(qū)域形成有陰極側p型 擴散區(qū)域14d,由此，n型區(qū)域的體積(電子濃度)減少，在導通狀態(tài) 下，能夠使蓄積在保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10a中的載流子減少。 由此，在截止時，從漂移層的區(qū)域10a流入保護環(huán)6附近的p型擴散區(qū) 域3的外周端部的載流子減少。結果，抑制電流(反向恢復電流)在p 型擴散區(qū)域3的外周端部集中，使破壞耐量提高。
進而，在上述半導體裝置中，陰極側p型擴散區(qū)域14d相對于陰極 電極13為電浮置，由此，可以采取與陰極側p型擴散區(qū)域14d連接到 陰極電極13的情況不同的制造方法，制造方法的變化增加。即，該結 構能夠以如下方式來形成。首先，形成n型高雜質濃度層。接著，進行 用于形成陰極側p型擴散區(qū)域的雜質注入。接著，實施熱處理，從而使 雜質進行熱擴散，形成陰極側p型擴散區(qū)域。然后，形成n型超高雜質 濃度層。
此外，在上述半導體裝置中，在半導體襯底1的另一個的主表面的 整個面上形成n型超高雜質濃度層12,由此，另一主表面和陰極電極 13的接觸電阻也能夠下降。
實施方式7
這里，對在形成有二極管的半導體襯底上也一起形成有MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導體 場效應晶體管)的半導體裝置進行說明。如圖25所示，在半導體襯底1 的一個主表面?zhèn)?，與二極管的陽極隔開距離，形成有MOSFET21。
14在MOSFET21中，從半導體襯底1的主表面到預定的深度形成有p 型擴散區(qū)域22。在p型擴散區(qū)域22形成有n型擴散區(qū)域23。在該p型 擴散區(qū)域22上形成有柵電極24和源電極25。在半導體襯底1的另一個 主表面上，形成有兼作陰極電極和漏電極的電極13、 26。而且，其以外 的結構與上述的半導體裝更相同，因此對同 一構件賦予同 一附圖標記， 省略其說明。
在上述半導體裝置中，如已經(jīng)對二極管進行了說明的那樣，在陰極 的保護環(huán)對置區(qū)域15形成有陰極側p型擴散區(qū)域14,由此，n型區(qū)域 的體積(電子濃度)減少，如圖26所示，在導通狀態(tài)下，可以使蓄積 在保護環(huán)6正下方的漂移層的區(qū)域10a中的載流子減少。由此，如圖27 所示，在從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)的截止時，從保護環(huán)6正下方的漂移 層的區(qū)域10a流入保護環(huán)6附近的p型擴散區(qū)域3的外周端部的載流子 減少。結果，抑制電流(反向恢復電流)在p型擴散區(qū)域3的外周端部 集中，使破壞耐量提高。
在該半導體裝置中，除了該效果以外，還可以得到如下的效果。即， 在同一半導體襯底上形成二極管和MOSFET，由此，使生產(chǎn)率提高，并 且能夠謀求裝配工序的簡化。
而且，為了避免電場和電流的不平衡，優(yōu)選在與保護環(huán)6對置的保 護環(huán)對置區(qū)域15上，在整周上具有同一形狀(寬度、深度等)地形成 上述各實施方式的半導體裝置的陰極側p型擴散區(qū)域14~ 14d。此外， 抑制電流在陽極的外周端部集中，從而可以謀求半導體裝置的長壽命化 及節(jié)能化，此外，由于長壽命化，也可以降低對環(huán)境的負載。
詳細地說明并示出了本發(fā)明，但這僅用于例示，不成為限定，能夠 明確地理解的是發(fā)明的范圍由本技術方案的保護范圍進行解釋。
權利要求
1.一種具備二極管的半導體裝置，具備第一導電型的半導體襯底，具有彼此對置的第一主表面以及第二主表面；第二導電型的陽極，形成在所述半導體襯底的所述第一主表面?zhèn)?；保護環(huán)，以與所述陽極隔開距離并且包圍所述陽極的方式形成；第一導電型的陰極，形成在所述半導體襯底的所述第二主表面?zhèn)?；第二導電型的陰極側雜質區(qū)域，形成在與所述陰極的所述保護環(huán)對置的區(qū)域。
2. 如權利要求1的半導體裝置，其中，所述陰極側雜質區(qū)域以具有預定的占有面積和預定的深度的方式形成。
3. 如權利要求1的半導體裝置，其中，所述陰極側雜質區(qū)域包括擴展區(qū)域，該擴展區(qū)域從與所述保護環(huán)對 置的區(qū)域向與所述陽極對置的區(qū)域擴展。
4. 如權利要求3的半導體裝置，其中，所述擴展區(qū)域的占有面積以不超過所述陽極的占有面積的50 %的 方式i殳定。
5. 如權利要求1的半導體裝置，其中， 在所述陰極側雜質區(qū)域擴散有重金屬。
6. 如權利要求1的半導體裝置，其中， 在所述陰極側雜質區(qū)域形成有結晶缺陷。
7. 如權利要求1的半導體裝置，其中，所述陰極側雜質區(qū)域相對于所述陰極側的電極為電浮置。
8. 如權利要求1的半導體裝置，其中，具備在所述半導體襯底的所述第一主表面?zhèn)刃纬傻膱鲂w管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體裝置。在n型的半導體襯底(1)的一個主表面的一側，形成有p型擴散區(qū)域(3)作為二極管的陽極(2)。以包圍該陽極(2)的方式，形成有由p型擴散區(qū)域(5)構成的保護環(huán)(6)。在另一主表面的一側形成有n型超高濃度雜質層(12)和n型高濃度雜質層(11)作為陰極。在陰極的與保護環(huán)(6)對置的保護環(huán)對置區(qū)域(15)形成有陰極側p型擴散區(qū)域(14)。由此，電流在陽極的外周端部集中被抑制。
文檔編號H01L29/06GK101587912SQ20081018237
公開日2009年11月25日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權日2008年5月23日
發(fā)明者井上雅規(guī), 吉浦康博 申請人:三菱電機株式會社