半导体装置

摘要

n‑型半导体衬底(1)具有有源区域和终端区域，该终端区域与有源区域相比配置在外侧。在有源区域，在n‑型半导体衬底(1)的上表面的一部分形成有p+型阳极层(2)。在终端区域，在n‑型半导体衬底(1)的上表面形成有多个p+型保护环层(3)。在n‑型半导体衬底(1)的下表面形成有n+型阴极层(5)。阳极电极(6)与p+型阳极层(2)连接。金属制的阴极电极(7)与n+型阴极层(5)连接。在终端区域，n+型阴极层(5)被挖除而形成凹部(8)。阴极电极(7)也形成在凹部(8)内。

权利要求

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：衬底，其具有有源区域和终端区域，该终端区域与所述有源区域相比配置在外侧；

p+型阳极层，其在所述有源区域形成于所述衬底的上表面的一部分；

多个p+型保护环层，其在所述终端区域形成于所述衬底的上表面的一部分；

n+型阴极层，其形成在所述衬底的下表面；

阳极电极，其与所述p+型阳极层连接；以及金属制的阴极电极，其与所述n+型阴极层连接，+

在所述终端区域，所述n型阴极层被挖除而形成凹部，所述阴极电极也形成在所述凹部内，在俯视观察时仅在所述衬底的角部分形成有所述凹部。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，+

在所述终端区域，不仅挖除所述n型阴极层，而且还挖除至所述衬底的中途而形成所述凹部。

3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述凹部不仅在所述终端区域延伸，而且还延伸至所述有源区域的中途。

说明书

半导体装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种被使用于功率模块的二极管等半导体装置。

背景技术

[0002] 在二极管中，如果p+型阳极层与n+型阴极层之间正向流动电流，则在n-型漂移层会积蓄许多的载流子。然后，如果断开开关，则已积蓄的载流子被排出，恢复电流(反向恢复电流)流动。当恢复动作时在有源区域和终端区域所积蓄的载流子双方均流入至p+型阳极层。因此，关于p+型阳极层的端部，恢复电流集中、电场升高、温度上升而容易被破坏。为了防止这种情况提出了一种二极管，该二极管在终端区域挖除n+型阴极层而形成了凹部(例如，参照专利文献1的图3)。

[0003] 专利文献1：日本特开2009-094105号公报

发明内容

[0004] 在当前的二极管中，在凹部内不形成阴极电极。因此，由于需要在衬底的背面选择性地形成阴极电极，因而制造工序数增加。另外，在凹部内虽然露出了硅，但是硅与焊料不合金化。因此，在使用了焊料来安装二极管时会发生欧姆缺陷。并且，也会发生焊料空洞和润湿性不佳的问题。

[0005] 本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于获得一种半导体装置，该半导体装置能够简化制造工序，提高破坏耐量和成品率。

[0006] 本发明涉及的半导体装置，其特征在于，具有：衬底，其具有有源区域和终端区域，该终端区域与所述有源区域相比配置在外侧；p+型阳极层，其在所述有源区域形成于所述衬底的上表面的一部分；多个p+型保护环层，其在所述终端区域形成于所述衬底的上表面的一部分；n+型阴极层，其形成在所述衬底的下表面；阳极电极，其与所述p+型阳极层连接；以及金属制的阴极电极，其与所述n+型阴极层连接，在所述终端区域，所述n+型阴极层被挖除而形成凹部，所述阴极电极也形成在所述凹部内。

[0007] 发明的效果

[0008] 根据本发明，能够简化制造工序，提高破坏耐量和成品率。

附图说明

[0009] 图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。

[0010] 图2是表示对比例涉及的半导体装置的剖视图。

[0011] 图3是表示对比例涉及的半导体装置的恢复波形的图。

[0012] 图4是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的恢复波形的图。

[0013] 图5是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。

[0014] 图6是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的剖视图。

[0015] 图7是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的仰视图。

具体实施方式

[0016] 参照附图，对本发明的实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。

[0017] 实施方式1

[0018] 图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。n-型半导体衬底1具有有源区域和终端区域，该终端区域与有源区域相比配置在外侧。在有源区域，在n-型半导+体衬底1(漂移层)的上表面的一部分形成有p型阳极层2。

[0019] 在终端区域，在n-型半导体衬底1的上表面形成有浮置的多个p+型保护环层3。该多个p+型保护环层3从p+型阳极层2的端部向外侧配置，具有减弱p+型阳极层2的端部的电场的功能。

[0020] 在n-型半导体衬底1的上表面的最外周部形成有n+型沟道截断层4。在n-型半导体衬底1的下表面形成有n+型阴极层5，该n+型阴极层5具有与n-型半导体衬底1相比较高的杂质浓度。阳极电极6与p+型阳极层2连接。阴极电极7与n+型阴极层5连接。阴极电极7是由与焊料的密接性好的镍等金属制成的。

[0021] 作为本实施方式的特征，在终端区域，n+型阴极层5被挖除而形成有凹部8。阴极电极7也形成在凹部8内。即，阴极电极7在有源区域与n+型阴极层5的下表面接触，在终端区域，在凹部8内与n-型半导体衬底1的下表面接触。

[0022] 下面，将本实施方式的效果与对比例进行比较而说明。图2是表示对比例涉及的半导体装置的剖视图。在对比例中未设置凹部8。在对比例中，从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子不仅在有源区域扩散，还在终端区域扩散，从而会积蓄许多的载流子。当恢复动作时，有源区域和终端区域所积蓄的载流子双方均流入至p+型阳极层2。因此，关于p+型阳极层2的端部，恢复电流集中、电场变高、温度上升而容易被破坏。

[0023] 本实施方式中通过在终端区域挖除n+型阴极层5，从而针对施加正向偏置时从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子，抑制它们积蓄在终端区域。由于终端区域的n-型半导体衬底1所积蓄的载流子量减少，因此能够缓和在恢复动作时恢复电流向p+型阳极层2的端部集中，提高破坏耐量。

[0024] 另外，由于在衬底背面的整面形成阴极电极7，因此，相比于以不形成于凹部8的方式对阴极电极7进行图案化的当前技术，能够简化制造工序。并且，由于金属制的阴极电极7与焊料的密接性高，因此在使用了焊料来进行安装时，能够防止欧姆缺陷等并提高成品率。此外，虽然在凹部8，阴极电极7产生台阶，但因为将二极管装片至产品框架时，厚度100μm左右的焊料等也会进入台阶部分，所以不会产生由台阶引起的故障。

[0025] 图3是表示对比例涉及的半导体装置的恢复波形的图。图4是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的恢复波形的图。可以看出与对比例相比本实施方式中的最高温度较低。

[0026] 此外，虽然在本实施方式中，在终端区域将n+型阴极层5全部除去，但不限于此，也+ +可以仅除去n型阴极层5的一部分。但是，n型阴极层5的残留厚度越少则效果越好。

[0027] 实施方式2

[0028] 图5是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。在终端区域不仅将n+型阴极层5挖除，而且还挖除至n-型半导体衬底1的中途而形成有凹部8。由此，在终端区域，n-型半导体衬底1的体积减少，所以所积蓄的载流子量进一步地减少，能够进一步地提高破坏耐量。此外，因为凹部8越深则效果越好，所以根据耐压规格对凹部8的深度进行调整。

[0029] 实施方式3

[0030] 图6是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的剖视图。凹部8不仅在终端区域延伸，而且还延伸至有源区域(p+型阳极层2的正下方)的中途。由此，集中在p+型阳极层2的端部的恢复电流进一步地减少，所以能够进一步地提高破坏耐量。此外，因为凹部8的宽度越宽则越有效果，所以根据VF电气特性规格对凹部8的宽度进行调整。

[0031] 实施方式4

[0032] 图7是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的仰视图。在俯视观察时凹部8仅形成在衬底的角部分。由此，能够对容易发生破坏的角部的破坏和VF的上升有效地进行抑制。

[0033] 此外，在实施方式1～4中说明了将本发明适用于1200[V]的FZ薄晶圆二极管的情况，但无论耐压等级如何，都能够获得同样的效果。

[0034] 另外，实施方式1～4涉及的半导体装置不限于由硅形成，也可以由与硅相比带隙较大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体是，例如碳化硅、氮化镓类材料或者是金刚石。由这样的宽带隙半导体形成的半导体装置，因为耐电压性、容许电流密度高，所以能够小型化。通过使用这种被小型化的装置，能够使组装有该装置的半导体模块也小型化。另外，由于装置的耐热性高，因此能够使散热器的散热片小型化，能够使水冷部空冷化，从而能够使半导体模块进一步地小型化。另外，由于元件的电力损耗低且高效率，因此能够使半导体模块高效率化。

[0035] 标号的说明

[0036] 1 n-型半导体衬底(衬底)，2 p+型阳极层，3 p+型保护环层，5 n+型阴极层，6 阳极电极，7 阴极电极，8 凹部。