[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及装载于电源模块等的电源装置等的半导体装置，尤其涉及具有要求高反向恢复容量的连结式二极管（junction diode）结构的半导体装置。

背景技术

近年来，对应节能的要求，在电力转换装置等中所使用的电源模块的应用范围正在扩大。例如图9所示，这些电源模块的构成具备转换部（Converter）100、制动部（Brake）200、逆变部（Inverter）300，在逆变部300中具有绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)301和续流二极管（FWD，Free Wheeling Diode）反并联连接的结构。

通常，在逆变部300中所使用的所述FWD 302具有从正向通电状态恢复为反向截止状态的反向恢复模式。在该反向恢复模式的过渡期，FWD 302被施加高电压和大电流。当对于该高电压和大电流的FWD的容量（即，反向恢复容量）较低时，在反向恢复电流的集中部位上容易引起元件的损坏。因此，为了防止元件损坏，要求FWD 302具有高反向恢复容量。

利用图8所示的现有的FWD的半导体基板的主要部分剖视图，并通过内部载流子的活动来说明FWD的结构和在所述反向恢复模式中的引起损坏的过程。作为一般的FWD的结构，使用n型硅半导体基板（以下，记载为“n型漂移层101”），并在一侧的主表面层上选择性地设置p型阳极扩散区域102。在该p型阳极扩散区域102的中央表面上欧姆接触由Al-Si等的合金构成的阳极电极103。在n型漂移层101的内表面，形成具有可进行欧姆接触的表面杂质浓度的n型阴极扩散层104，并形成接触于该n型阴极扩散层104的表面的由Ti/Ni/Au等的层压金属膜构成的阴极电极105。

而且，为了确保耐压以及耐压的可靠性，在包围所述FWD的p型阳极扩散区域102的耐压区域106的表面层上，将绝缘膜109和保护环结构106-1、场电极（field plate）结构106-2、降低表面电场（RESURF，Reduced Surface Field）结构（未图示）等的电场缓和结构分别设置成环状。由于在该耐压区域106的内侧的p型阳极扩散区域102的中央表面中，阳极电极103所接触的区域流经主电流，因此称为活性区域107。该活性区域的p型阳极扩散区域102的周边部108则经由PSG等的绝缘膜被所述阳极电极覆盖。

包含这种FWD 302和所述IGBT 301的反并联结构的电源模块的负载通常为以电机作为代表的电感，如所述图9所示，对应于根据各IGBT 301的栅极控制的开/关（ON/OFF），在FWD 302中也会流有回流电流。作为初期状态，FWD 302处于截止状态，且处于反向偏置状态。

当流有回流电流时，首先，具有如上所述的构成的FWD 302变为正向偏置。变为正向偏置的FWD如图8所示，当p型阳极扩散区域102内的空穴的电位超过pn结的扩散电位（内部电位）时，空穴作为少数载流子从p型阳极扩散区域102注入到n^-层（相同于n型漂移层101）。其结果，在n型漂移层101中发生对应于大量注入的空穴载流子的浓度的电导率调制而使电子载流子（多数载流子）浓度增加，因此如同从众所周知的二极管的正向I-V曲线可看到的那样，表现出电阻急剧减小而使正向电流急剧增加的正向特性。

然后，当FWD 302变为反向偏置时，经过残留于n型漂移层101的少数载流子（空穴）的、与多数载流子（电子）的再结合以及朝阳极（负极）侧的清除过程，n型漂移层101中的耗尽层变宽。当耗尽层变宽时变成电压截止状态。该过程称为反向恢复。该反向恢复时的所述的载流子清除过程在宏观上称为反向恢复电流，其是与反向偏置无关地过渡性地流有电流的状态。对于该反向恢复电流而言，从正向转移到反向时的电流降低率越大，峰值电流值越大（也称为“硬恢复（Hard Recovery）”）。

少数载流子（空穴）从作为反向偏置时的负极侧的阳极电极103被引出（或者被清除）时，将会集中于p型阳极扩散区域102的周边部108的端部的曲率部130。其原因在于，在该曲率部130中，因反向偏置而产生的电场的等电位线局部密集，电场容易变高，因此电流密度和电场强度这两个都变高（尤其，在从所述正向转移到反向时的电流降低率较大时）。