[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为构成耐压600V以上的高耐压功率模块的半导体器件之一的二极管，特别是涉及可以提高振荡耐量和恢复耐量，并且能够抑制阶跃(snap-off)现象的半导体器件及其制造方法。

背景技术

图30是表示二极管的导通电压VF与恢复损耗(recovery loss)Erec的关系的图。两者之间存在折衷(trade-off)的关系。根据应用的产品，利用折衷曲线上的任意的点。以往为了得到具有折衷曲线上的任意的点的特性的二极管，控制P型阳极层的杂质浓度，或利用电子束照射控制寿命。

在二极管上施加反向偏压的情况下，耗尽层向阳极和阴极的两侧延伸。当降低P型阳极层的杂质浓度时，在施加高电压时耗尽层容易延伸到阳极侧，因此存在电场在阳极侧发生穿透(Reach through)导致耐压降低的问题。但是，当使P型阳极层的杂质降低时，可减小恢复动作时的逆恢复电流Irr，因此可以降低恢复损耗。因此，以往为了使Irr减小，在耐压能得以保持的范围内降低P型阳极层的杂质浓度，控制寿命，以得到折衷曲线上的任意的特性。又，迄今为止以低漏电流化、低Irr化等为目的提出在阳极侧形成沟槽的二极管的方案(例如，请参照专利文献1)。

专利文献：日本特开平11-97715号公报

发明内容

在已有技术中，由于利用寿命控制技术控制VF-Erec折衷特性，交叉点有很大变化，会有在并联工作时难以控制的问题。又，为了减小Irr，想要降低P型阳极层的杂质浓度，但从保持耐压的观点出发，会产生不能降低浓度的问题。

在严格的条件(电源电压Vcc高，电流密度Jc低，浮动电感Ls高)下进行恢复动作的情况下，在该工作终端逆恢复电流为0时，阴极附近的载流子密度急剧变化。由此电流密度变化率djr/dt变大，因此发生阳极-阴极间电压比电源电压跳得更高的阶跃现象。这时的阶跃电压Vsnap-off超过二极管的耐压的情况下，甚至于会发生器件损坏的问题。从而，有必要抑制阶跃现象。

又，作为恢复动作中的损坏，有电压损坏和热损坏。在热损坏的一个模型中，终端区域内的残留的载流子在恢复动作时集中于阳极终端部，在该处温度上升，直到热损坏。从而，在载流子集中于阳极终端部那样的结构的情况下，会产生恢复耐量小的问题。

发明内容

本发明是为解决上述问题所作的，第1目的是，得到下述的半导体器件及其制造方法，即能够与P型阳极层的杂质浓度无关地保持耐压，同时利用P型阳极层的杂质浓度控制导通电压，不进行寿命控制就能够控制导通电压与恢复损耗的折衷特性，并且能够抑制阶跃现象。本发明的第2目的是，得到能够提高恢复耐量的半导体器件。

第1发明的半导体器件的特征在于，具备：N型漂移层；设置于所述N型漂移层上的P型阳极层；贯通所述P型阳极层的沟槽；隔着绝缘膜埋入到所述沟槽内的导电性物质；以及设置于所述N型漂移层与所述P型阳极层之间并且具有比所述N型漂移层高的杂质浓度的N型缓冲层。

第2发明的半导体器件的特征在于，具备：N型漂移层；在所述N型漂移层上的一部分上设置的P型阳极层；连接于所述P型阳极层的阳极电极；以及设置于P型阳极层的外端部与所述阳极电极之间的绝缘膜，所述P型阳极层的外端与所述绝缘膜的内端之间的长度为100μm以上。

根据第1发明，能够与P型阳极层的杂质浓度无关地保持耐压并且同时能够利用P型阳极层的杂质浓度控制导通电压，由此不需要进行寿命控制就能控制导通电压与恢复损耗的折衷特性，并且能够抑制阶跃现象。根据第2发明，能够提高恢复耐量。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的半导体器件的剖视图。

图2是表示本发明实施方式1的半导体器件的制造方法的剖视图。

图3是表示本发明实施方式1的半导体器件的制造方法的剖视图。

图4是表示有沟槽的情况下和无沟槽的情况下的阳极部的电场强度分布的图。

图5是表示P型阳极层的杂质浓度与导通电压VF以及耐压BVrrm的关系的图。

图6是表示已有的二极管结构的剖视图。

图7是表示已有技术和本发明的各折衷控制方法得到的VF-Erec折衷特性的不同的图。

图8是表示有沟槽和无沟槽情况下的N型缓冲层的杂质浓度与耐压BVrrm的关系的图。

图9是表示导通电压VF与交叉点的关系的图。

图10是沟槽的深度与耐压的关系的图。

图11是表示阳极宽度以及沟槽宽度与阶跃电压Vsnap-off的关系的图。