[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，特别地，涉及一种具有二极管的电力用高耐压的半导体装置。

背景技术

近年，在工业用电力装置等领域中使用逆变器装置。在逆变器装置中通常使用商用电源（交流电源）。因此，逆变器装置由将交流电源一度变换（顺向变换）为直流的变换器部分、平滑电路部分、以及将直流电压变换（反向变换）为交流的逆变器部分构成。作为逆变器部分中的主要功率元件，主要使用能够比较高速地进行开关动作的绝缘栅型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，以下记作“IGBT”）。

逆变器装置的负载多为感应电动机（电感性负载型的电动机）。该电感性负载与上支路元件和下支路元件的中间电位点连接，流过电感性负载的电流方向为正和负两个方向。因此，为了使流过电感性负载的电流从负载连接端向高电位的电源侧返回，或从负载连接端向接地侧流动，而需要用于使该电流在电感性负载和支路元件的闭合电路间回流的续流二极管。

在逆变器装置中，通常使IGBT作为开关元件而动作，通过反复形成断开状态和接通状态，从而对电能进行控制。在针对电感性负载的逆变器电路的开关动作中，经过接通过程而形成接通状态，另一方面，经过断开过程而形成断开状态。所谓接通过程，是指IGBT从断开状态向接通状态转变，所谓断开过程，是指IGBT从接通状态向断开状态转变。在IGBT为接通的状态下，在二极管中不流过电流，二极管处于断开状态。另一方面，在IGBT为断开的状态下，在二极管中流过电流，二极管处于接通状态。

下面，对现有的二极管的构造及其动作进行说明。在现有的二极管中，在n型低浓度的半导体衬底的一个主表面侧，形成有包含p型扩散区域的正极。在半导体衬底的另一个主表面侧，形成有包含n+型高浓度区域的负极。为了在负极和正极之间施加了电压的状态下确保二极管的耐压性，作为二极管，通常广泛使用具有保护环（p型区域）的二极管。保护环形成为，与正极（p型扩散区域）的外周隔开距离而包围正极，从而缓和正极的外周侧的末端部的电场。

在正极和负极之间沿正方向施加高电压的接通状态下，在半导体衬底中的n型区域（漂移层）中积蓄大量的载流子。另一方面，在正极和负极之间沿反方向施加高电压的断开时（反向恢复时），通过使在漂移层中积蓄的载流子排出，从而流过反向恢复电流（恢复电流）。此时，由于以大电流向二极管施加高电压，所以伴随着大功率消耗而发热。其成为阻碍高速开关的原因之一。

此外，作为公开了具有二极管的电力用半导体装置的文献，存在例如日本特表2011－514674号公报、日本特开2000－114550号公报、日本特开2003－101039号公报以及日本特开平07－221326号公报。

但是，在现有的半导体装置中存在下述问题。在二极管处于接通状态时，载流子不仅扩散并积蓄至正极正下方的漂移层区域，还会扩并积蓄至保护环正下方的漂移层区域。

另一方面，在从接通状态向断开状态变换时，积蓄在漂移层中的载流子从正极或负极排出等而最终湮灭。此时，积蓄在正极正下方的漂移层区域中的载流子（空穴）以及积蓄在保护环正下方的漂移层区域中的载流子（空穴）这两者，流入至正极的p型扩散区域中。特别地，在正极的末端部，空穴集中地流入。因此，在正极的末端部处，电场集中而温度上升，可能破坏二极管。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种半导体装置，该半导体装置能够抑制电流向正极的末端部汇集。

本发明所涉及的半导体装置具有半导体衬底、正极、保护环以及负极。半导体衬底具有彼此相对的第1主表面以及第2主表面。正极形成在半导体衬底的第1主表面侧。保护环以与正极的外周隔开距离而包围正极的方式，形成在半导体衬底的第1主表面侧。负极形成在半导体衬底的第2主表面侧。正极在位于外周侧的末端部，具有杂质浓度相对较高的区域和杂质浓度相对较低的区域。

根据本发明所涉及的半导体装置，可以抑制电流向二极管中的正极的末端部汇集。

通过下述可参照附图进行理解的针对本发明的详细说明，可以明确理解本发明的上述及其它目的、特征、状况以及优点。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的具有二极管的电力用半导体装置的剖面图。

图2是表示在本实施方式中用于对半导体装置的接通动作进行说明的载流子的流动的剖面图。

图3是表示在本实施方式中用于对半导体装置的断开动作进行说明的载流子的流动的剖面图。

图4是对比例所涉及的具有二极管的电力用半导体装置的剖面图。