半导体装置

技术领域

本发明涉及半导体装置。

背景技术

在专利文献1中记载有与半导体装置相关的技术。

专利文献1：日本特开2007-324428号公报

关于半导体装置，希望改善其性能。

发明内容

因此，本发明就是鉴于上述点而提出的，其目的在于，提供一种能够使半导体装置的性能提高的技术。

本发明涉及的半导体装置的一个方式具有：第1导电型的第1半导体区域；所述第1半导体区域之上的第2导电型的第2半导体区域；所述第2导电型的第3半导体区域，其位于所述第2半导体区域之上，杂质浓度比所述第2半导体区域高；所述第2导电型的第4半导体区域，其杂质浓度比所述第2半导体区域高，在俯视观察时位于与所述第3半导体区域分离的位置，该第4半导体区域与所述第2半导体区域接触；所述第1导电型的第5半导体区域，其位于所述第2半导体区域之上，在俯视观察时位于所述第3及第4半导体区域之间；以及电极，其不与所述第4及第5半导体区域接触而是与所述第3半导体区域接触。

另外，本发明涉及的半导体装置的一个方式具有：第1导电型的第1半导体区域；所述第1半导体区域之上的第2导电型的第2半导体区域；所述第2导电型的第3半导体区域，其位于所述第2半导体区域之上，杂质浓度比所述第2半导体区域高；所述第2导电型的第4半导体区域，其杂质浓度比所述第2半导体区域高，在俯视观察时位于与所述第3半导体区域分离的位置，该第4半导体区域与所述第2半导体区域接触；凹部，其在俯视观察时位于所述第3及第4半导体区域之间，该凹部形成于所述第2半导体区域；绝缘膜，其将所述凹部填充；以及电极，其不与所述第4及第5半导体区域接触而是与所述第3半导体区域接触。

发明的效果

根据本发明，半导体装置的性能提高。

附图说明

图1是表示第1比较对象装置的剖面构造的图。

图2是表示第2比较对象装置的剖面构造的图。

图3是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

图4是表示半导体装置的平面构造的一个例子的图。

图5是表示半导体装置的平面构造的一个例子的图。

图6是表示半导体装置的特性的一个例子的图。

图7是表示半导体装置的特性的一个例子的图。

图8是表示半导体装置的特性的一个例子的图。

图9是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

图10是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

图11是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

图12是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

图13是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

图14是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

图15是表示半导体装置的剖面构造的一个例子的图。

标号的说明

1中间半导体区域，2、4、5、6半导体区域，3绝缘膜，7阳极电极，8凹部，100、110半导体装置。

具体实施方式

实施方式1.

首先，对与本实施方式涉及的半导体装置100进行比较的半导体装置150及160进行说明。图1是表示半导体装置150的剖面构造的图。图2是表示半导体装置160的剖面构造的图。半导体装置150及160各自例如为PIN型的二极管。在图1及2中示出二极管的元件部的剖面构造。后面，有时将半导体装置150及160各自称为第1比较对象装置150及第2比较对象装置160。

如图1所示，第1比较对象装置150具有阴极电极12、N

这里，N

阴极区域11位于阴极电极12之上。中间半导体区域1位于阴极区域11之上。阳极区域14位于中间半导体区域1之上。阳极电极7位于阳极区域14之上。

为了改善具有上述那样的构造的第1比较对象装置150的恢复特性，有效的是在将正向偏置施加于第1比较对象装置150期间使积蓄于第1比较对象装置150的空穴的量减少。如果减小阳极区域14的浓度，则在正向偏置时从阳极区域14供给的空穴的量减少。其结果，在正向偏置时在第1比较对象装置150积蓄的空穴的量减少，恢复特性得到改善。

但是，如果使阳极区域14的浓度减少，则在将反向偏置施加于第1比较对象装置150时，耗尽层容易从中间半导体区域1向阳极区域14扩展。其结果，有可能使耗尽层到达阳极电极7而导致第1比较对象装置150击穿。

此外，正向偏置是指以阳极电极7的电位高于阴极电极12的电位的方式在阳极电极7和阴极电极12之间施加的电压。正向偏置也称为正向偏置电压。另一方面，反向偏置是指以阳极电极7的电位低于阴极电极12的电位的方式在阳极电极7和阴极电极12之间施加的电压。反向偏置也称为反向偏置电压。

第2比较对象装置160是对第1比较对象装置150进行了改善的装置。如图2所示，就第2比较对象装置160而言，在第1比较对象装置150的基础上，代替阳极区域14而具有阳极区域24，还具有绝缘膜3。

阳极区域24位于中间半导体区域1之上。阳极区域24具有P

绝缘膜3位于阳极区域24之上。在俯视观察时绝缘膜3将半导体区域4的整个区域覆盖。在俯视观察时绝缘膜3将半导体区域2的一部分覆盖。绝缘膜3具有使半导体区域2的部分区域20的一部分露出的开口部3a。阳极电极7以将开口部3a填埋的方式形成于绝缘膜3之上。由此，从开口部3a露出的半导体区域2的一部分与阳极电极7彼此接触。由于绝缘膜3将半导体区域4的整个区域覆盖，因此阳极电极7不与半导体区域4接触。阳极电极7经由半导体区域2与半导体区域4电连接。绝缘膜3例如为氧化膜。

在具有上述那样的构造的第2比较对象装置160中，阳极电极7和半导体区域4经由杂质浓度低的半导体区域2电连接。因此，可以说在阳极电极7和半导体区域4之间存在由半导体区域2形成的电阻成分。因此，在将正向偏置施加于第2比较对象装置160的情况下，半导体区域4的电位为从阳极电极7的电位减去半导体区域2处的电压下降量而得到的值。因此，在将正向偏置施加于第2比较对象装置160的情况下，阳极区域24所包含的半导体区域4的电位比阳极电极7的电位小。因此，对来自阳极区域24的空穴的供给进行抑制，第2比较对象装置160中的空穴的积蓄量减少。其结果，第2比较对象装置160的恢复特性得到改善。

另外，在第2比较对象装置160中，由于半导体区域4的电位比阳极电极7的电位小，因此能够对来自半导体区域4的空穴的供给进行抑制，因此能够将半导体区域4的杂质浓度设定得高。在半导体区域4的杂质浓度高的情况下，在将反向偏置施加于第2比较对象装置160时，半导体区域4能够对耗尽层从中间半导体区域1向阳极区域24的扩展进行抑制。因此，能够降低在第2比较对象装置160产生击穿的可能性。

上述专利文献1公开了与第2比较对象装置160相同的构造。在专利文献1所公开的构造中，与半导体区域2相当的区域32的杂质浓度被设定为1×10

为了进一步改善第2比较对象装置160的恢复特性，想到通过降低半导体区域2的浓度来降低来自阳极区域24的空穴的注入效率。如果降低半导体区域2的浓度，则在将大的反向偏置施加于第2比较对象装置160时，半导体区域4有可能不能够对从中间半导体区域1产生的耗尽层的扩展充分地进行抑制。其结果，第2比较对象装置160有可能击穿。另外，如果降低半导体区域2的浓度，则在阳极电极7和半导体区域2之间，有可能无法实现电气上来说良好的接触，即欧姆接触。另外，根据各种理由，由于半导体区域2及4的浓度及深度存在限制，因此在第2比较对象装置160中，难以大幅改善恢复特性。

本实施方式涉及的半导体装置100是对第2比较对象装置160进行了改善的装置。图3是表示本实施方式涉及的半导体装置100的剖面构造的一个例子的图。半导体装置100例如为PIN型的二极管。在图3中示出二极管的元件部的剖面构造。如图3所示，就半导体装置100而言，在第2比较对象装置160的基础上，代替阳极区域24而具有阳极区域34，还具有N型的半导体区域6。

半导体装置100例如使用硅类的半导体材料。半导体装置100也可以使用硅类的半导体材料之外的半导体材料。例如，半导体装置100也可以使用砷化镓类的半导体材料、碳化硅类的半导体材料或氮化镓类的半导体材料等。下面，对半导体装置100为2.2kV耐压等级的二极管的情况下的半导体装置100的各种特性及结构参数进行说明。在半导体装置100的耐压为2.2kV之外的情况下，半导体装置100的各种特性及结构参数有时与下述内容不同。

阴极电极12例如由层叠有铝、钛和镍的层叠金属材料构成。阳极电极7例如由铝构成。阴极电极12及阳极电极7的材料不限于此。

阳极区域34具有上述半导体区域2及4、P型的半导体区域5。半导体区域5形成于半导体区域2的部分区域20内。半导体区域5形成于半导体区域2的部分区域20的一部分。半导体区域5从半导体区域2的主面2b向主面2a侧延伸，不到达主面2a。半导体区域5形成得比半导体区域4浅。可以说半导体区域5位于半导体区域2的部分区域20之上。

N型的半导体区域6形成于半导体区域2的部分区域20内。半导体区域6形成于半导体区域2的部分区域20的一部分。半导体区域6从半导体区域2的主面2b向主面2a侧延伸，不到达主面2a。半导体区域6形成得比半导体区域2及4浅。半导体区域6的深度例如与半导体区域5的深度相同。半导体区域6具有在俯视观察时夹着半导体区域5的区域60。可以说区域60在半导体装置100的剖面观察时，在与半导体区域5的深度方向正交的方向夹着半导体区域5。区域60与半导体区域4及5接触。半导体区域4的区域40在俯视观察时夹着半导体区域6的区域60和半导体区域5。区域40与区域60接触。可以说半导体区域6位于半导体区域2的部分区域20之上。后面，除非有特别地说明，否则就半导体区域2而言，其是指在半导体区域2处没有形成半导体区域4、5、6的部分。

半导体区域4的区域40在俯视观察时形成为与半导体区域5分离。换言之，区域40在半导体装置100的剖面观察时，在与区域40的深度方向正交的方向形成为与半导体区域5分离。半导体区域6的区域60在俯视观察时位于区域40和半导体区域5之间。

半导体区域4及5的峰值浓度比半导体区域2的峰值浓度大。半导体区域2的峰值浓度的上限值例如被设定为1×10

绝缘膜3位于阳极区域34之上。在俯视观察时绝缘膜3将半导体区域4及6的整个区域覆盖。在俯视观察时绝缘膜3没有将半导体区域5覆盖。绝缘膜3具有露出半导体区域5的开口部3a。阳极电极7以将开口部3a填埋的方式形成于绝缘膜3之上。由此，从开口部3a露出的半导体区域5与阳极电极7彼此接触。由于绝缘膜3将半导体区域4及6的整个区域覆盖，因此阳极电极7不与半导体区域4及6接触。阳极电极7经由半导体区域5、半导体区域2与半导体区域4电连接。

图4及5各自是表示半导体装置100的平面构造的一个例子的图。在图4及5中，省略了阳极电极7及绝缘膜3的记载。图4的矢向A-A的剖面构造为图3所示的剖面构造。另外，图5的矢向B-B的剖面构造为图3所示的剖面构造。

在图4的例子中，半导体装置100具有多个半导体区域5和多个半导体区域6。多个半导体区域5形成为条带状。在俯视观察时，各半导体区域5呈细长的长方形。各半导体区域6由将半导体区域5夹在中间的一对部分区域16构成。在俯视观察时，一对部分区域16各自呈细长的长方形。在俯视观察时，一对部分区域16形成为彼此平行。一对部分区域16构成夹着半导体区域5的上述区域60。

在图5的例子中，在俯视观察时大致正方形的多个半导体区域5排列为矩阵状。另外，在图5的例子中，形成有与多个半导体区域5各自对应的多个半导体区域6。各半导体区域6形成为在俯视观察时将半导体区域5包围。在图5的例子中，半导体区域6也具有在俯视观察时夹着半导体区域5的区域60。半导体区域6的俯视观察时的外形呈大致正方形。

在具有上述那样的构造的半导体装置100中，阳极电极7和半导体区域4经由半导体区域5、杂质浓度低的半导体区域2电连接。因此，在将正向偏置施加于半导体装置100的情况下，半导体区域4的电位为从阳极电极7的电位减去半导体区域2处的电压下降量而得到的值。因此，在将正向偏置施加于半导体装置100的情况下，阳极区域34的半导体区域4的电位比阳极电极7的电位小。并且，在半导体装置100中，在p型的半导体区域4和与阳极电极7接触的p型的半导体区域5之间存在n型的半导体区域6。因此，在将正向偏置施加于半导体装置100的情况下，从半导体区域5向半导体区域4流动的电流以避开n型的半导体区域6的方式流动。其结果，浓度低的半导体区域2处的电流路径变长。因此，能够进一步减小将正向偏置施加于半导体装置100的情况下的半导体区域4的电位。由此，对来自阳极区域34的空穴的供给进行抑制，半导体装置100中的空穴的积蓄量减少。其结果，半导体装置100的恢复特性得到改善。具体而言，能够降低通断损耗，并且使通断波形柔和化。因此，半导体装置100的性能提高。

另外，在将反向偏置施加于半导体装置100时，不仅通过半导体区域4，还通过杂质浓度高的半导体区域5对耗尽层从中间半导体区域1向阳极区域34的扩展进行抑制。因此，在半导体装置100中，与第2比较对象装置160相比产生击穿的可能性降低。即，能够使半导体装置100的静态耐压提高。

另外，阳极电极7不与浓度低的半导体区域2接触而是与浓度高的半导体区域5接触。因此，即使将半导体区域2的浓度设定得低，也能够实现阳极电极7和半导体区域5之间的欧姆接触。通过将半导体区域2的浓度设定得低，从而能够增大由半导体区域2形成的电阻成分，因此能够更加减小将正向偏置施加于半导体装置100的情况下的半导体区域4的电位。因此，进一步对来自阳极区域34的空穴的供给进行抑制。其结果，在半导体装置100中，实现阳极电极7和阳极区域34之间的欧姆接触，并且与第2比较对象装置160相比改善了恢复特性。

另外，如上述例子所示，通过将半导体区域2的峰值浓度的上限值设定为1×10

另外，如上述例子所示，通过将半导体区域2的峰值浓度的下限值设定为1×10

另外，如上述例子所示，通过将半导体区域4及5的峰值浓度的上限值设定为1×10

另外，如上述例子所示，通过将半导体区域5的峰值浓度的下限值设定为1×10

图6是表示俯视观察时的半导体区域5和半导体区域4的区域40之间的距离W(参照图3～5)、与半导体区域2处的电流路径的标准化电阻值R的关系的图。图6的横轴及纵轴各自表示距离W及标准化电阻值R。也可以说距离W为半导体区域6的由半导体区域5和半导体区域4夹着的部分的宽度。

这里，标准化电阻值R是利用基准值将半导体区域2处的电流路径的电阻值标准化后的值。即，标准化电阻值R是将半导体区域2处的电流路径的电阻值除以基准值而得到的值。就基准值而言，例如将半导体区域2的峰值浓度设定为下限值(1×10

图6的图形200表示将半导体区域2的峰值浓度设定为上限值(1×10

如图6所示，距离W越大，则标准化电阻值R越增加。这是因为如果距离W大，则半导体区域2处的电流路径变长。另外，半导体区域2的浓度越小，则标准化电阻值R越增加。

在半导体装置100中，也可以将距离W设定为大于或等于5μm。即，也可以将半导体区域6的由半导体区域5和半导体区域4夹着的部分的宽度设定为大于或等于5μm。在该情况下，改善了半导体装置100的恢复特性，并且容易形成半导体区域6。

图7是表示半导体装置100及第2比较对象装置160的输出特性的图。图7的图表300示出半导体装置100的输出特性，图7的图形310示出第2比较对象装置160的输出特性。图7的横轴示出施加于半导体装置100及第2比较对象装置160的正向偏置。图7的纵轴示出半导体装置100及第2比较对象装置160中的正向电流。在图7中示出温度125℃下的耐压2.2kV的半导体装置100及第2比较对象装置160的输出特性。

如图7所示，半导体装置100的接通电压比第2比较对象装置160的接通电压大。这是因为与第2比较对象装置160相比，半导体装置100的施加了正向偏置时的半导体区域2的电位小，其结果，与第2比较对象装置160相比，半导体装置100的空穴的注入效率低。

图8是表示半导体装置100和第2比较对象装置160的恢复特性的图。图8的图形400示出半导体装置100从接通状态变化为断开状态的情况下的正向电流的波形。图8的图形500示出半导体装置100从接通状态变化为断开状态的情况下的阴极电极12和阳极电极7之间的电压的波形。图8的图形410示出第2比较对象装置160从接通状态变化为断开状态的情况下的正向电流的波形。图8的图形510示出第2比较对象装置160从接通状态变化为断开状态的情况下的阴极电极12和阳极电极7之间的电压的波形。图8的横轴示出时间。图8的左侧的纵轴表示正向电流，图8的右侧的纵轴表示阴极电极12和阳极电极7之间的电压。在图8中示出温度125℃下的耐压2.2kV的半导体装置100及第2比较对象装置160的恢复特性。

如图8所示，与第2比较对象装置160进行比较，在半导体装置100中恢复电流(逆电流)的峰值小，恢复期间也短。这是因为与第2比较对象装置160相比，半导体装置100的空穴的注入效率低，与第2比较对象装置160相比，半导体装置100的所积蓄的空穴的量少。

此外，半导体装置100的构造不限于上述例子。例如，半导体区域4的深度也可以大于或等于半导体区域2的深度。在图9中示出半导体区域4的深度比半导体区域2的深度大的情况下的半导体装置100的剖面构造的一个例子。另外，如图10所示，半导体区域6的深度也可以比半导体区域5的深度大。在该情况下，由于浓度低的半导体区域2处的电流路径变长，因此将正向偏置施加于半导体装置100的情况下的半导体区域4的电位进一步变小。因此，半导体装置100中的空穴的积蓄量进一步减少，其结果，进一步改善了半导体装置100的恢复特性。另外，半导体区域6也可以不与半导体区域5接触。另外，半导体区域6也可以不与半导体区域4接触。在图11中示出半导体区域6不与半导体区域4及5接触的情况下的半导体装置100的剖面构造的一个例子。另外，在半导体装置100中，也可以将p型的区域变更为n型的区域，将n型的区域变更为p型的区域。

实施方式2.

图12是表示本实施方式涉及的半导体装置110的剖面构造的一个例子的图。就半导体装置110而言，在上述半导体装置100的基础上，在半导体区域2的形成有半导体区域6的部分，代替半导体区域6而设置有凹部8。就半导体装置110而言，也可以在上述图4所示的半导体装置100的基础上，在半导体区域2的形成有半导体区域6的部分，代替半导体区域6而设置有凹部8。另外，就半导体装置110而言，也可以在上述图5所示的半导体装置100的基础上，在半导体区域2的形成有半导体区域6的部分，代替半导体区域6而设置有凹部8。

凹部8例如是通过干蚀刻从主面2b向厚度方向对半导体区域2进行挖掘而形成的。凹部8也可以说是挖出部。凹部8的深度比半导体区域2及4的深度小。另外，凹部8的深度与半导体区域5的深度相同。凹部8被绝缘膜3填充。绝缘膜3与半导体区域2、4、5接触。在俯视观察时，绝缘膜3在半导体区域2将没有形成半导体区域4及5的部分覆盖。

凹部8具有在俯视观察时夹着半导体区域5的部分80。由于绝缘膜3被填充于凹部8，因此可以说绝缘膜3在与半导体装置110的厚度方向正交的方向具有夹着半导体区域5的部分30。

具有上述那样的构造的半导体装置110具有与上述图6～8所示的半导体装置100的特性相同的特性。半导体装置110中的距离W也可以说是凹部8的由半导体区域5和半导体区域4夹着的部分的宽度。另外，距离W也可以说是将凹部8填充的绝缘膜3的由半导体区域5和半导体区域4夹着的部分的宽度。

在本实施方式涉及的半导体装置110中，与半导体装置100相同地，在将正向偏置施加于半导体装置110的情况下，半导体区域4的电位为从阳极电极7的电位减去浓度低的半导体区域2处的电压下降量而得到的值。并且，在半导体装置110中，在p型的半导体区域4和与阳极电极7接触的p型的半导体区域5之间存在凹部8，绝缘膜3填充于该凹部8。因此，在将正向偏置施加于半导体装置100的情况下，从半导体区域5向半导体区域4流动的电流以避开凹部8的方式流动。其结果，浓度低的半导体区域2处的电流路径变长。因此，能够进一步减小将正向偏置施加于半导体装置100的情况下的半导体区域4的电位。因此，对来自阳极区域34的空穴的供给进行抑制，半导体装置110中的空穴的积蓄量减少。其结果，改善了半导体装置110的恢复特性。

另外，在将反向偏置施加于半导体装置110时，不仅通过半导体区域4，还通过杂质浓度高的半导体区域5对耗尽层从中间半导体区域1向阳极区域34的扩展进行抑制。因此，在半导体装置110中，产生击穿的可能性降低。

另外，阳极电极7不与浓度低的半导体区域2接触而是与浓度高的半导体区域5接触。因此，即使将半导体区域2的浓度设定得低，也能够实现阳极电极7和半导体区域5之间的欧姆接触。通过将半导体区域2的浓度设定得低，从而能够增大由半导体区域2形成的电阻成分，因此能够更加减小将正向偏置施加于半导体装置110的情况下的半导体区域4的电位。因此，进一步对来自阳极区域34的空穴的供给进行抑制。其结果，实现阳极电极7和半导体区域5之间的欧姆接触，并且进一步改善半导体装置110的恢复特性。

另外，如果将反向偏置施加于实施方式1涉及的半导体装置100，则在半导体区域5和半导体区域6的PN结处电场有可能集中。因此，存在产生碰撞电离化而使空穴载流子增加的可能性。其结果，在半导体装置100中，存在不能够大幅改善恢复特性的可能性。

相对于此，在本实施方式涉及的半导体装置110中，代替半导体区域6而形成有凹部8，该凹部8被绝缘膜3填充，因此不存在与半导体区域5接触的n型的半导体区域。因此，在半导体装置110中，能够降低通过碰撞电离化而使空穴载流子增加的可能性。因此，能够增大恢复特性的改善幅度。

在半导体装置110中，也可以将距离W设定为大于或等于5μm。即，也可以将凹部8的由半导体区域5和半导体区域4夹着的部分的宽度设定为大于或等于5μm。在该情况下，改善了半导体装置100的恢复特性，并且容易形成凹部8。

此外，半导体装置110的构造不限于上述例子。例如，凹部8的形状也可以是图12所示的形状之外的形状。例如，也可以如图13所示，凹部8的内侧面8a呈随着变深而前端变细的锥形状。另外，凹部8的形状也可以是图12及13所示的形状之外的形状。

另外，在半导体装置110中，同样地，半导体区域4的深度也可以大于或等于半导体区域2的深度。另外，如图14所示，凹部8的深度也可以比半导体区域5的深度大。在该情况下，由于浓度低的半导体区域2处的电流路径变长，因此将正向偏置施加于半导体装置110的情况下的半导体区域4的电位进一步变小。因此，半导体装置110中的空穴的积蓄量进一步减少，其结果，半导体装置110的恢复特性进一步得到改善。另外，在凹部8和半导体区域5之间也可以存在半导体区域2。另外，在凹部8和半导体区域4之间也可以存在半导体区域2。在图15中示出在凹部8和半导体区域4之间、凹部8和半导体区域5之间存在半导体区域2的情况下的半导体装置110的剖面构造的一个例子。另外，在半导体装置110中，也可以将p型的区域变更为n型的区域，将n型的区域变更为p型的区域。

本发明可以在其发明的范围内将各实施方式自由组合，对各实施方式适当进行变形、省略。