半导体装置和其制造方法以及电力变换系统制造方法及图纸

技术编号:17616909 阅读:49 留言:0更新日期:2018-04-04 07:48
本发明专利技术涉及半导体装置和其制造方法以及电力变换系统。【课题】实现了便宜但能抑制振荡现象的半导体装置。【解决手段】设置形成于硅半导体基板(100)的阳极电极(106)和阴极电极(107)、与阳极电极邻接形成的p型层(102,103)、与阴极电极邻接形成、使V族元素扩散而成的n型层(104)、形成于p型层与n型层之间的n

Semiconductor devices and their manufacturing methods and power conversion systems

The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method and a power conversion system. A semiconductor device, which is cheap but can suppress oscillation, is realized. [means] to solve the set formed on a silicon semiconductor substrate (100) of the anode electrode and the cathode electrode (106) (107), P and the anode electrode layer is formed adjacent to the (102103), type N, and the cathode electrode layer is formed adjacent to the V element diffusion into (104), formed between the P type N type layer and N layer

【技术实现步骤摘要】
半导体装置和其制造方法以及电力变换系统
本专利技术涉及半导体装置和其制造方法以及电力变换系统。
技术介绍
以往,作为抑制由尾电流的急剧减少引起的振荡现象的技术,有导入深的n缓冲层的技术(例如参照专利文献1)。另外,以往,作为形成用于抑制由尾电流的急剧减少引起的振荡现象的深的n缓冲层的技术,有将磷(P)用于深的n缓冲层的掺杂剂的技术(例如参照专利文献2)。另外,以往,作为形成用于抑制由尾电流的急剧减少引起的振荡现象的深的n缓冲层的技术,有形成数层通过质子照射而生成的n缓冲层的技术、在n-层中央部局部地形成通过质子照射生成的n缓冲层的技术(例如参照专利文献3和专利文献4)。另外,以往,作为形成用于抑制由尾电流的急剧减少引起的振荡现象的深的n缓冲层的技术,有将硒(Se)用于深的n缓冲层的掺杂剂的技术(例如参照专利文献5)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008-251679号公报专利文献2:日本特开2014-146721号公报专利文献3:国际公开第2011/052787号专利文献4:国际公开第2007/055352号专利文献5:美国专利申请公开第2012/0248576号说明书
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在电力变换装置中与IGBT(绝缘栅双极晶体管;InsulatedGateBipolarTransistor)或MOS(金属氧化物半导体;Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管逆并联连接而作为续流二极管使用的二极管随着装置的驱动频率的增加,更进一步要求开关时的二极管损耗即恢复损耗的降低。恢复损耗可通过减薄晶片厚度来降低,但存在如下问题:恢复时在开启状态注入的载流子的减少变得快速,与之相伴,尾电流急剧减少,由此发生图8所示那样的数MHz以上的振动数的振荡。为了抑制该振荡现象,在专利文献1和专利文献2中,公开了导入深的n缓冲层的构成。在该构成中,通过深的n缓冲层,注入载流子在恢复时的减少速度被抑制,使尾电流的减少缓慢,由此可抑制振荡现象。特别地,在专利文献2中,公开了将磷(P)用作该n缓冲层的掺杂剂。另外,在专利文献3和专利文献4中,公开了以形成了数层通过质子照射生成的n缓冲层的构成、在n-层中央部局部形成通过质子照射生成的n缓冲层的构成来抑制振荡现象的技术。另外,在专利文献5中,公开应用了使用硒(Se)作为掺杂剂的深的n缓冲层的二极管等的构成。但是,在专利文献1中,没有公开具体的掺杂剂。在专利文献2中,公开了V族元素的P作为掺杂剂,但为了使P如在专利文献1中那样扩散30μm以上,需要在1300℃左右的高温下进行长时间扩散,存在生产率差这样的问题。在通常用作n型掺杂剂的As、Sb这样的V族元素中,扩散常数进一步变小,产生进一步延长扩散时间的需要。另外,在专利文献3和专利文献4中,公开了通过质子照射形成n缓冲层。但是,为了生成施主、在深的位置形成n缓冲层,需要以高能量照射大量质子。因此,需要通过回旋加速器将质子加速、照射,存在成本增加这样的问题。进而,在专利文献3和专利文献4中,公开了将n缓冲层分离以在与阳极较近的位置形成n缓冲层的构成。在该构成中,产生如下问题:反偏置时阳极侧的电场变强,招致耐压的劣化,而且特别是在高耐压的二极管中,耐宇宙射线量下降。在专利文献5中,将Se用作n缓冲层的掺杂剂。Se与P相比,扩散常数大,可在低温下以短时间的扩散形成深的n缓冲层。但是,在通常情况下,需要将Se原料重新导入线路,有可能产生线路污染的问题。另外,产生导入Se的离子注入的设备等的需要。鉴于以上问题,优选以低成本提供抑制了振荡现象的二极管。或者,优选提供耐压特性、耐宇宙射线性质优异的二极管的构成。另外,或者,优选提供在二极管的制造中线路污染的担心少的设备结构。本专利技术是鉴于上述情况而完成的,目的在于提供一种便宜但能抑制振荡现象的半导体装置和其制造方法以及电力变换系统。用于解决课题的手段在用于解决上述课题的本专利技术的半导体装置中,特征在于,具有形成于硅半导体基板的一个面的阳极电极、形成于所述硅半导体基板的另一面的阴极电极、与所述阳极电极邻接形成的p型层、与所述阴极电极邻接形成、使V族元素扩散而成的n型层、形成于所述p型层与所述n型层之间的n-层、和形成于所述n-层与所述n型层之间、含有氧的n缓冲层,从所述阴极电极的所述n型层侧的面向着所述阳极电极的至少30μm的宽度的区域内的氧浓度为1×1017cm-3以上,并且与所述p型层相接的部位处的所述n-层的氧浓度小于3×1017cm-3。专利技术效果根据本专利技术的半导体装置和其制造方法以及电力变换系统,便宜但能抑制振荡现象。附图说明图1是根据本专利技术的第1实施方案的二极管的有源区中的(a)示意性截面图、和(b)n型载流子浓度及氧浓度分布图。图2是根据第1实施方案的二极管的有源区中的(a)一制造工序的示意性截面图、和(b)氧浓度分布图。图3是根据第1实施方案的二极管的有源区中的其它制造工序的示意性截面图。图4是根据第1实施方案的二极管的有源区中的其它制造工序的示意性截面图。图5是根据第1实施方案的二极管的有源区中的其它制造工序的示意性截面图。图6是示出氧浓度与氧热施主n型载流子浓度的关系的图。图7是根据比较例的二极管的有源区中的(a)示意性截面图、和(b)n型载流子浓度及氧浓度分布图。图8是示出根据第1实施方案和比较例的二极管的小电流恢复时的电压波形和电流波形的图。图9是根据第2实施方案的二极管的有源区的示意性截面图。图10是根据第3实施方案的二极管的有源区中的(a)示意性截面图、和(b)n型载流子浓度及氧浓度分布图。图11是根据第4实施方案的二极管的有源区中的(a)示意性截面图、和(b)n型载流子浓度及氧浓度分布图。图12是示出阴极n层104的厚度与成品率的关系的图。图13是根据第5实施方案的电力变换系统的框图。附图标记说明1C二极管(半导体装置)100Si基板(硅半导体基板)101n-漂移层(n-层)102阳极p层(p型层)103阳极p-层(p型层)104阳极n层(n型层)105n缓冲层(氧浓度减少区域)106阳极电极107阴极电极110第2n缓冲层112阳极p层200a~200cIGBT(第1半导体开关元件)200d~200fIGBT(第2半导体开关元件)201a~201f二极管具体实施方式[各实施方案的概要]根据后述的各实施方案的二极管在Si(硅)半导体的一个面具备阳极电极,在另一个面具备阴极电极,与阳极电极邻接地具备p型层(例如图1(a)所示的阳极p层102)、与阴极电极邻接地具备n型层(例如图1(a)所示的阴极n层104)。n型层通过含有V族元素而形成。作为V族元素,可举出P(磷)、As(砷)、Sb(锑)等。这些元素可形成n型载流子的活化率高、且高浓度的n型层。在遍及与该n型层邻接地距离厚度30μm以上的区域,具备连续地含有氧的n缓冲层(例如图1(a)所示的缓冲层105)。该n缓冲层的n型载流子浓度高于n-层(例如图1(a)的n-漂移层101)的载流子浓度,且成为1×1015cm-3以下。另外,将与n型层距离30μm的区域的氧浓度设定为1×1017cm-3以上且1×1018cm-3以下且高于与n型层邻接的区域的氧浓度的值。进而,将与上述p型层邻本文档来自技高网...
半导体装置和其制造方法以及电力变换系统

【技术保护点】
半导体装置,其特征在于,具有形成于硅半导体基板的一个面的阳极电极、形成于所述硅半导体基板的另一面的阴极电极、与所述阳极电极邻接形成的p型层、与所述阴极电极邻接形成、使V族元素扩散而成的n型层、形成于所述p型层与所述n型层之间的n

【技术特征摘要】
2016.09.27 JP 2016-1877051.半导体装置,其特征在于,具有形成于硅半导体基板的一个面的阳极电极、形成于所述硅半导体基板的另一面的阴极电极、与所述阳极电极邻接形成的p型层、与所述阴极电极邻接形成、使V族元素扩散而成的n型层、形成于所述p型层与所述n型层之间的n-层、和形成于所述n-层与所述n型层之间、含有氧的n缓冲层,从所述阴极电极的所述n型层侧的面向着所述阳极电极的至少30μm的宽度的区域内的氧浓度为1×1017cm-3以上,并且与所述p型层相接的部位处的所述n-层的氧浓度小于3×1017cm-3。2.权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,所述n型层的厚度为50μm以上,从所述阴极电极的所述n型层侧的面向着所述阳极电极的至少30μm的宽度的区域内的氧浓度为3×1017cm-3以上且小于1×1018cm-3。3.权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,在所述n型层与所述n缓冲层之间具有使V族元素扩散而成的第2n缓冲层,所述第2n缓冲层的氧浓度高于所述第2n缓冲层的n型载流子浓度,所述第2n缓冲层的热施主浓度高于所述n-层的热施主浓度,所述第2n缓冲层的热施主浓度低于所述第2n缓冲层的V族元素的n型载流子浓度。4.权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,所述n缓冲层在遍及厚度30μm以上的区域连续地含有氧。5.权利要求4所述的半导体装置,其特征在于,所述n缓冲层在遍及至少10μm以上的区域具有氧浓度向着阴极侧减少的氧浓度减少区域,所述氧浓度减少区域中的氧浓度为5×1017cm-3以上且×1018cm-3以下。6.权利要求4所述的半导体装置,其特征在于,所述n缓冲层的距所述n型层30μm的位置的氧浓度高于所述n型层的氧浓度。7.权利要求4所述的半导体装置,其特征在于,在所述n型层与所述n缓冲层之间具有使V...

【专利技术属性】
技术研发人员:若木政利新井大夏森睦宏古川智康
申请(专利权)人:株式会社日立功率半导体
类型:发明
国别省市:日本,JP

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1