[发明专利]电力半导体装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2012年9月12日提出的日本专利申请第2012－200858号主张优先权，这里引用其全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及电力半导体装置。

背景技术

在逆变器等电力变换装置中，将称作FWD（Free Wheeling Diode）的二极管及IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）作为电力半导体元件组合使用。FWD具有由p型半导体层构成的阳极层、高电阻半导体层（以下称作活性层）以及由n型半导体层构成的阴极层。当IGBT成为截止（off）时，在具有电感的负荷流过的电流成为环流而流过FWD。FWD被要求正向电压低且开关时间短。为了减小开关时间，需要使FWD的反向恢复特性提高。为此，需要降低FWD的活性层中的载流子浓度而减少反向恢复时的电荷量。作为其一种手段，在FWD中的储存载流子的活性层中，设置使载流子的寿命变短的寿命控制区域。寿命控制区域是通过电子束照射、质子照射、氦照射、或重金属扩散等而在活性层中发生了缺陷的区域。该缺陷的密度越高，载流子的寿命越短。通过载流子的寿命变短，使FWD的活性层中的载流子浓度降低，使FWD的反向恢复动作时的反向恢复电荷量降低，所以反向恢复特性提高。

但是，由于寿命控制层包含许多缺陷，所以有FWD的逆向泄漏电流因缺陷而增大的缺点。此外，通过将FWD形成在与IGBT相同的芯片内，要求逆变器的封装的小型化和成本降低。在此情况下，如果与FWD区域一起在IGBT区域中形成寿命控制区域，则有IGBT区域的阈值及导通电压增大的缺点。根据以上，为了提高FWD的反向恢复特性，希望有代替寿命控制的手段。作为其一种手段，通过降低阳极层p型区域的杂质总量、存在空穴向FWD的活性层的低注入化。随着阳极区域的载流子浓度的降低，将FWD的活性层中的载流子浓度与使用寿命控制的情况同样地降低，能够提高FWD的反向恢复特性。但是，如果阳极层p型区域的杂质总量过度下降，则在反偏压时耗尽层容易向阳极层侧扩张。如果耗尽层向阳极层侧扩张而到达阳极电极，则FWD被经由阳极层与阳极电极之间的界面的界面态的泄漏电流破坏。此外，即使不发生因泄漏电流造成的破坏，也会发生阳极层与阴极层的p－n结中的局部性的雪崩击穿而引起电流集中，所以雪崩耐受量较低，FWD容易被破坏。希望提供破坏耐受量较高的低注入型的FWD。

发明内容

本发明的实施方式提供一种破坏耐受量较高的电力半导体装置。

有关本发明的技术方案的电力半导体装置具备：第一导电型的第一半导体层、第二导电型的第二半导体层、一对导电体、第二导电型的第三半导体层、第一导电型的第四半导体层、第一电极、和第二电极。第一半导体层具有第一表面和与第一表面相反侧的第二表面，在与第一表面平行的面内具有第一区域。第二半导体层在上述第一区域中设在上述第一半导体层的上述第一表面。一对导电体设在夹着第二半导体层从第二半导体层的与第一半导体层相反侧的表面到达第一半导体层的一对第一沟槽内，隔着绝缘膜与第一半导体层及第二半导体层相邻。第三半导体层在一对导电体之间选择性地设在第二半导体层的与第一半导体层相反侧的表面，具有比第二半导体层高的第二导电型的杂质的浓度。第四半导体层在第一区域中设在第一半导体层的第二表面上，与第一半导体层的第二表面电连接，具有比第一半导体层高的第一导电型的杂质的浓度。第一电极隔着层间绝缘膜设在一对导电体上，与第二半导体层的与第一半导体层相反侧的表面及第三半导体层的与第一半导体层相反侧的表面电接合，与一对导电体电连接。第二电极与第四半导体层电连接。

根据本发明的技术方案，能够提供破坏耐受量较高的电力半导体装置。

附图说明

图1是有关第一实施方式的电力半导体装置的主要部分示意剖视图。

图2是表示有关第一实施方式的电力半导体装置及有关比较例的电力半导体装置的载流子浓度分布的曲线图。

图3是表示有关第一实施方式的电力半导体装置的等电位线的分布的主要部分示意剖视图。

图4是表示有关第一实施方式的电力半导体装置的静态耐压与p基层中的杂质总量的关系的曲线图。

图5是有关第二实施方式的电力半导体装置的主要部分示意剖视图。

图6是有关比较例的电力半导体装置的主要部分示意剖视图。

图7是有关第三实施方式的电力半导体装置的主要部分示意剖视图。

图8是表示有关第三实施方式的电力半导体装置的制造工序的一部分的主要部分示意剖视图。