[发明专利]半导体器件及其制造方法有效
申请号: | 201380052950.2 | 申请日: | 2013-05-01 |
公开(公告)号: | CN104756258B | 公开(公告)日: | 2017-07-18 |
发明(设计)人: | 川上刚史;陈则;西井昭人;增冈史仁;中村胜光;古川彰彦;村上裕二 | 申请(专利权)人: | 三菱电机株式会社 |
主分类号: | H01L29/861 | 分类号: | H01L29/861;H01L21/329;H01L29/06;H01L29/47;H01L29/868;H01L29/872 |
代理公司: | 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038 | 代理人: | 金光华 |
地址: | 日本*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 半导体器件 及其 制造 方法 | ||
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制造方法,更详细而言涉及作为具有千伏单位以上的击穿电压的功率电子设备用半导体器件而适合的半导体器件及其制造方法。
背景技术
作为在功率电子设备中使用的半导体器件(以下有时称为“功率半导体器件”)、特别是击穿电压(breakdown voltage)为100伏特以上的半导体器件,可以举出二极管、金属-氧化物-半导体场效应型晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor;简称MOSFET)、绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor;简称IGBT)。在这些半导体器件中,设置了用于保持耐压性的终端构造。
例如,在相对半导体基板的厚度方向一方侧的表面(以下有时称为“基板表面”)垂直地流过电流的半导体器件(以下有时称为“纵型器件”)中,以包围作为有源元件发挥功能的区域(以下有时称为“活性区域”)的方式设置终端构造。
终端构造的功能在于,保持在活性区域与半导体器件的端部之间的基板表面所发生的高电压。通过设置终端构造,从而首次实现了半导体器件的高耐压性。
作为半导体器件的击穿电压,有二极管的逆向击穿电压、以及晶体管的关态(OFF)击穿电压。不论在哪一种情况下,都被定义为能够切断电流即不使电流流过的上限的电压。
在半导体器件切断了电流的状态下,耗尽层在半导体基板的内部扩大。通过该耗尽层,能够保持高电压。如果超过击穿电压而施加电压,则在半导体基板的内部的电场集中部分中产生雪崩击穿。由此,耗尽层被破坏,流过短路电流。
例如,在由低浓度N型半导体基板和高浓度P型注入层构成的PN结二极管(以下有时称为“PIN二极管”)的情况下,在截止时,耗尽层大致扩展到低浓度N型半导体基板。通过该耗尽层,保持高电压。通过高浓度P型注入层的端部具体而言外缘部中的电场集中来限制击穿电压。
因此,如果与高浓度P型注入层的端部邻接而形成低浓度P型注入层,则耗尽层扩展到低浓度N型半导体基板和低浓度P型注入层这两方。由此,高浓度P型注入层的端部的电场被缓和,击穿电压得到提高。
该低浓度P型注入层被称为RESURF(Reduced Surface Field(降低表面电场);简称RESURF)层、或者JTE(Junction Termination Extension(结终端扩展))层。另外,这样的终端构造被称为RESURF构造。
在RESURF构造中,耗尽层还扩展到RESURF层。为了得到高耐压性,期望RESURF层以期望的电压大致完全耗尽化至最表面。关于其条件,通过RESURF层的注入量、例如剂量或者注入面密度来规定。
在RESURF层整体的注入量是单一的情况下,最佳的注入量不依赖于半导体基板的杂质浓度,而是由构成半导体基板的半导体材料来决定。例如,在硅(Si)中,最佳的注入量是约1×1012cm-2。在多类型4H的碳化硅(SiC)中,最佳的注入量是约1×1013cm-2。这些最佳的注入量的值是注入了的杂质的活性化率为100%时的值。这些最佳的注入量的值被称为RESURF条件。
在RESURF构造中,有以下的问题。在RESURF构造中,为了得到高耐压性,电场还集中到RESURF层的外缘部。其结果,击穿电压提高由于RESURF层的外缘部中的雪崩击穿而被限制。即,在利用RESURF构造的击穿电压提高中有界限。
例如,通过使RESURF层的注入量随着朝向半导体基板的外侧逐渐减少,从而避免这个问题(例如参照非专利文献1以及专利文献1)。通过这样设为RESURF层的注入量逐渐减少的构造,电场集中点被分散到无数的部位,半导体内部的最大电场被大幅降低。这样的RESURF层的构造被称为VLD(Variation of Lateral Doping,横向变掺杂)构造。
另外,有随着朝向半导体基板的外侧而阶段性地降低了RESURF层的注入量的RESURF构造(例如参照专利文献2以及专利文献3)。通过使用该RESURF构造,能够得到与非专利文献1或者专利文献1公开的使用VLD构造的RESURF层的情况接近的效果。
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