半导体元件制造技术

具有：有源区域，其具有在第1导电型的衬底的上表面侧设置的第1导电型的发射极区域、在该衬底的上表面侧设置的第2导电型的基极区域和在该衬底的下表面侧设置的第2导电型的集电极层；以及二极管区域，其具有在该衬底的上表面侧设置的第2导电型的阳极层和在该衬底的下表面侧设置的第1导电型的阴极层，该阴极层在俯视图中与该有源区域分离，在该有源区域的上表面侧形成杂质浓度比该阳极层高的第2导电型的高浓度区域。

Semiconductor component

A: active region, base region of a first conductivity type collector layer arranged on the upper surface side of the substrate having a first conductivity type in the emitter region, on the surface side of the substrate is second conductivity type and a second conductivity type arranged on the lower surface side of the substrate and the diode region; the cathode layer having a second conductivity type anode layer is arranged on the upper surface side of the substrate and the first conductive type is arranged on the lower surface side of the substrate of the cathode layer in the top viewport and separation of the active region, the formation of impurity concentration than the anode conductive type second storey high concentration in the region on the surface side of the active region.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体元件
本专利技术涉及在例如开关、空调、冰箱、洗衣机、新干线、电车、混合动力汽车、太阳能或者风力发电用转换器等中使用的半导体元件。
技术介绍
在专利文献1中公开有将IGBT和续流二极管集成于同一芯片的半导体元件。该半导体元件为了降低IGBT的导通电压，使得阴极区域的端部在远离IGBT部的方向上与阳极区域的端部分离大于或等于100μm。专利文献1：日本特开2004－363328号公报
技术实现思路
与将开关元件和二极管设为彼此独立的部件的情况相比，将开关元件区域和二极管区域集成于1个芯片的半导体元件有利于装置的小型化。但是，在续流模式下存在下述问题，即，在流过二极管区域的电流中叠加流过开关元件区域的寄生二极管的电流。其结果，存在恢复电流变大的问题。本专利技术就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够减小恢复电流的半导体元件。本专利技术所涉及的半导体元件的特征在于，具有：开关元件区域，其具有有源区域，该有源区域具有在第1导电型的衬底的上表面侧设置的第1导电型的发射极区域、在该衬底的上表面侧设置的第2导电型的基极区域和在该衬底的下表面侧设置的第2导电型的集电极层；以及二极管区域，其具有在该衬底的上表面侧设置的第2导电型的阳极层和在该衬底的下表面侧设置的第1导电型的阴极层，该阴极层在俯视图中与该有源区域分离，在该有源区域的上表面侧形成有杂质浓度比该阳极层高的第2导电型的高浓度区域。本专利技术的其他特征将在下面得以明确。专利技术的效果根据本专利技术，由于在俯视图中使阴极层与有源区域分离，在有源区域的上表面侧形成杂质浓度比阳极层高的第2导电型的高浓度区域，因此能够维持开关元件区域的特性，并且减小恢复电流。附图说明图1是实施方式1所涉及的半导体元件的局部剖视图。图2是实施方式1所涉及的半导体元件的俯视图。图3是附加了电路符号后的半导体元件的局部剖视图。图4是表示后退距离和续流模式下的衬底的载流子浓度的关系的图表。图5是表示后退距离和恢复电流的关系的图表。图6是实施方式2所涉及的半导体元件的局部剖视图。图7是半导体元件的局部剖视图，示出通过设置阱区域而生成的二极管。图8是实施方式3所涉及的半导体元件的局部剖视图。具体实施方式参照附图，对本专利技术的实施方式所涉及的半导体元件进行说明。对相同或者相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。实施方式1将n型的导电型称为第1导电型，将p型的导电型称为第2导电型。本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件是将IGBT和续流用二极管(FreeWheelingDiode(FWD))集成于1个芯片的反向导通绝缘栅双极晶体管(Reverse-ConductingInsulatedGateBipolarTransistor，RC-IGBT)。图1是本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的局部剖视图。该半导体元件具有第1导电型的衬底10。衬底10例如由Si、GaN或者SiC形成。在该衬底10制作出：有源区域R2，其构成开关元件区域R1的一部分；以及二极管区域R3。对有源区域R2进行说明。在衬底10的上表面侧设置有第1导电型的载流子存储区域12。载流子存储区域12的杂质浓度比衬底10的杂质浓度高。在衬底10的上表面侧设置有位于载流子存储区域12之上的第2导电型的基极区域14。在衬底10的上表面侧设置有位于基极区域14之上的第1导电型的发射极区域16。发射极区域16的杂质浓度比载流子存储区域12的杂质浓度高。在基极区域14之上设置有与发射极区域16相邻的第2导电型的P+接触区域18。P+接触区域18的杂质浓度比基极区域14的杂质浓度高。在衬底10的上表面侧设置有贯穿载流子存储区域12和基极区域14的沟槽栅极电极20。沟槽栅极电极20例如由多晶硅形成。沟槽栅极电极20的侧面和下表面由栅极绝缘膜22覆盖。发射极区域16、基极区域14、载流子存储区域12以及衬底10与栅极绝缘膜22接触。在衬底10的上表面形成有上表面电极24。前述的P+接触区域18设置于基极区域14和上表面电极24之间。为了防止上表面电极24和沟槽栅极电极20接触，在二者之间设置有层间绝缘膜26。如上所述，在有源区域R2的上表面侧形成有n沟道MOSFET构造。在衬底10的下表面侧设置有第1导电型的缓冲层30。在衬底10的下表面侧设置有位于缓冲层30之下的第2导电型的集电极层32。在集电极层32的下表面设置有下表面电极34。对二极管区域R3进行说明。在衬底10的上表面侧设置有载流子存储区域12。在衬底10的上表面侧设置有位于载流子存储区域12之上的第2导电型的阳极层40。阳极层40的杂质浓度比基极区域14的杂质浓度低，且比P+接触区域18的杂质浓度低。另外，在阳极层40和衬底10之间形成的载流子存储区域12的杂质浓度比衬底10的杂质浓度高。在阳极层40的上表面设置有上表面电极24。与有源区域R2同样地，在二极管区域R3也设置有沟槽栅极电极20和栅极绝缘膜22。沟槽栅极电极20贯穿阳极层40和载流子存储区域12。在衬底10的下表面侧设置有第1导电型的缓冲层30。在衬底10的下表面侧设置有位于缓冲层30之下的第1导电型的阴极层42。阴极层42的杂质浓度比衬底10的杂质浓度高。在阴极层42的下表面设置有下表面电极34。如上所述，在二极管区域R3形成有PIN二极管。集电极层32从有源区域R2和二极管区域R3的边界起向二极管区域R3侧以距离W1延伸。阴极层42的端部42a在俯视图中在远离有源区域R2的方向上从该边界起后退了距离W1。有时将该距离W1称为后退距离。图2是本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的俯视图。开关元件区域R1具有有源区域R2和栅极区域R4。在栅极区域R4的表面形成有栅极电极。上表面电极24的轮廓以虚线示出。上表面电极24在有源区域R2作为发射极电极起作用，在二极管区域R3作为阳极电极起作用。阴极层42的轮廓以单点划线示出。阴极层42在俯视图中以距离W1与有源区域R2分离。此外，在半导体元件的外周设置有外周区域R5。对本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的动作进行说明。在开关元件的正向稳定动作时，电子经过有源区域R2的n沟道MOSFET而从上表面电极24流入至衬底10。衬底10的下表面是称为阳极短路的构造，电子电流最初从缓冲层30经过阴极层42而流入至下表面电极34(集电极电极)。然后，如果集电极层32和缓冲层30的结变为正向偏置，则空穴从集电极层32向衬底10流入，导电率调制开始，成为稳定状态。如果有源区域R2的n沟道MOSFET截止，则衬底10内部的过剩载流子从基极区域14、P+接触区域18以及阳极层40向上表面电极24排出，开关元件成为截止状态。如果上表面电极24的电位变得比下表面电极34的电位高，则续流模式(FWD模式)的动作开始。续流模式的动作根据栅极电位而不同，在这里对栅极电位为0V的情况进行说明。二极管的理想的导通状态(稳定状态)是下述状态，即，空穴从阳极层40经过载流子存储区域12向衬底10流入，电流向阴极层42流入。即，理想情况是，仅由从阳极层40向衬底10流入的空穴构成电流。但是，实际上，有源区域R2也有助于电流。关于这一点，参照图3进行说明。图3是附加了电路符号后的半导体元件的局部剖视图。在续流模式下，除二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件，其特征在于，具有：开关元件区域，其具有有源区域，该有源区域具有在第1导电型的衬底的上表面侧设置的第1导电型的发射极区域、在所述衬底的上表面侧设置的第2导电型的基极区域和在所述衬底的下表面侧设置的第2导电型的集电极层；以及二极管区域，其具有在所述衬底的上表面侧设置的第2导电型的阳极层和在所述衬底的下表面侧设置的第1导电型的阴极层，所述阴极层在俯视图中与所述有源区域分离，在所述有源区域的上表面侧形成有杂质浓度比所述阳极层高的第2导电型的高浓度区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体元件，其特征在于，具有：开关元件区域，其具有有源区域，该有源区域具有在第1导电型的衬底的上表面侧设置的第1导电型的发射极区域、在所述衬底的上表面侧设置的第2导电型的基极区域和在所述衬底的下表面侧设置的第2导电型的集电极层；以及二极管区域，其具有在所述衬底的上表面侧设置的第2导电型的阳极层和在所述衬底的下表面侧设置的第1导电型的阴极层，所述阴极层在俯视图中与所述有源区域分离，在所述有源区域的上表面侧形成有杂质浓度比所述阳极层高的第2导电型的高浓度区域。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，所述高浓度区域是所述基极区域。3.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，具有：上表面电极，其形成于所述衬底的上表面；以及第2导电型的P+接触区域，其设置于所述基极区域和所述上表面电极之间，杂质浓度比所述基极区域高，所述高浓度区域是所述P+接触区域。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体元件，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥彻雄，瓜生胜美，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP