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JP6314905B2 - Power semiconductor device - Google Patents
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Description

本発明は、高耐圧pn接合ダイオードなどの電力半導体装置に関する。   The present invention relates to a power semiconductor device such as a high breakdown voltage pn junction diode.

高耐圧ダイオードがON状態からOFF状態へと高速に変化する過程におけるリカバリ状態の時(リカバリー動作時)、ダイオード内に溜まったキャリアが一気にP型アノード層から排出される。P型アノード層部分のキャリアはP型アノード層からアノード電極に直接排出することができる。しかし、FLR(Field Limiting Ring)領域の直下のキャリアはFLR領域から排出されないため、P型アノード層から排出される。その際、FLR領域の直下のキャリアはP型アノード層の端部に集中するため、P型アノード層の端部(外周部)の電界が高くなり破壊に至る場合があった。 When the high-breakdown-voltage diode is in the recovery state in the process of rapidly changing from the ON state to the OFF state (in the recovery operation), the carriers accumulated in the diode are discharged from the P + -type anode layer all at once. P + -type anode layer portion of the carrier can be discharged directly to the anode electrode from the P + -type anode layer. However, since the carriers immediately below the FLR (Field Limiting Ring) region are not discharged from the FLR region, they are discharged from the P + -type anode layer. At that time, the carrier immediately below the FLR region in some cases leading to concentrate on the end portion of the P + -type anode layer, destruction increases the electric field at the end portion of the P + -type anode layer (outer peripheral portion).

そこで、現行の高耐圧ダイオードでは、P型アノード層の端部からFLR領域に局所ライフタイムコントロールを実施することにより、高リカバリ破壊耐量を実現している。なお、従来は、FLR領域のP型層をP型アノード層よりも深く形成する(例えば、特許文献1参照)ため、両者を異なるプロセスで形成しなければならない。 Therefore, in the current high breakdown voltage diode, a high recovery breakdown resistance is realized by performing local lifetime control from the end of the P + type anode layer to the FLR region. Conventionally, since the P + type layer in the FLR region is formed deeper than the P + type anode layer (see, for example, Patent Document 1), both of them must be formed by different processes.

特開2006−210667号公報JP 2006-210667 A

高耐圧pn接合ダイオードなどの電力半導体装置では、耐圧保持のため、FLR領域が大きい。耐圧クラスが大きくなるにつれて、チップ有効エリア(アノード部分)に対し、FLR領域の比率が大きくなり、FLR領域の直下のキャリアの処理も考慮しなければならなくなる。従来の局所ライフタイムコントロールでは高リカバリ破壊耐量を確保できるが、製造上、逆回復安全動作領域(RRSOA)のばらつきが大きくなってしまう。このため、電力半導体装置のリカバリ耐量の選別が必要となり、コスト高と特性面でのばらつきが大きくなるという問題があった。   In a power semiconductor device such as a high breakdown voltage pn junction diode, the FLR region is large in order to maintain a breakdown voltage. As the withstand voltage class increases, the ratio of the FLR region to the chip effective area (anode portion) increases, and the processing of carriers immediately below the FLR region must be considered. The conventional local lifetime control can secure a high recovery breakdown tolerance, but in the manufacturing process, the reverse recovery safe operation area (RRSOA) varies greatly. For this reason, it is necessary to select the recovery tolerance of the power semiconductor device, and there is a problem that the cost is high and the variation in characteristics is increased.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はコストと特性ばらつきを抑えつつ高リカバリ破壊耐量を確保することができる電力半導体装置を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a power semiconductor device capable of ensuring high recovery breakdown tolerance while suppressing cost and characteristic variation.

本発明に係る電力半導体装置は、N型半導体基板と、前記N型半導体基板の表面に形成されたP型アノード層と、前記N型半導体基板の表面において前記P型アノード層の周縁部に形成されたP型周縁アノード層と、前記N型半導体基板の表面において前記P型アノード層と前記P型周縁アノード層の間に形成され、前記P型アノード層より不純物濃度が低く抵抗が高いP型高抵抗層と、前記N型半導体基板の表面において前記P型アノード層、前記P型周縁アノード層及び前記P型高抵抗層を囲むように形成され、互いに離間した複数のリング状のP型層を有するFLR(Field Limiting Ring)領域と、前記P型アノード層に接続されたアノード電極と、前記P型周縁アノード層及び前記P型高抵抗層と前記アノード電極との間に形成された絶縁膜とを備え、前記P型アノード層、前記P型周縁アノード層、及び前記FLR領域の前記P型層は深さが同じであり、チップコーナー部分において前記P 型周縁アノード層はドット状であることを特徴とする。
The power semiconductor device according to the present invention includes an N-type semiconductor substrate, a P + -type anode layer formed on the surface of the N-type semiconductor substrate, and a peripheral portion of the P + -type anode layer on the surface of the N-type semiconductor substrate. is said as P + -type anode layer is formed between the P + -type peripheral anode layer, an impurity concentration than the P + -type anode layer and formed P + -type peripheral anode layer, the surface of the N-type semiconductor substrate A low resistance and high resistance P type high resistance layer is formed on the surface of the N type semiconductor substrate so as to surround the P + type anode layer, the P + type peripheral anode layer and the P type high resistance layer. FLR (Field Limiting Ring) region having a plurality of ring-shaped P + -type layers spaced apart, an anode electrode connected to the P + -type anode layer, the P + -type peripheral anode layer, and the P -type high resistance Layer and Serial and an insulating film formed between the anode electrode and the P + -type anode layer, the P + -type peripheral anode layer, and Ri the P + -type layer depth equal der of the FLR region, In the chip corner portion, the P + -type peripheral anode layer has a dot shape .

本発明では、FLR領域に局所ライフライムコントロールを行わないため、コストと特性ばらつきを抑えることができる。また、P型高抵抗層とP型周縁アノード層を形成することにより、P型高抵抗層がアノード電極とFLR領域の間に存在する。従って、定常ON状態に蓄積されたFLR領域の直下のキャリアが、OFF状態となる過程でのリカバリ動作時にP型周縁アノード層の外端部へ流れ込むのが抑制される。このため、リカバリ動作時におけるP型周縁アノード層の外端部の発熱が低下し、破壊耐量が向上する。 In the present invention, since local life lime control is not performed in the FLR region, cost and characteristic variations can be suppressed. Further, by forming the P type high resistance layer and the P + type peripheral anode layer, the P type high resistance layer exists between the anode electrode and the FLR region. Accordingly, the carriers immediately below the FLR region accumulated in the steady ON state are suppressed from flowing into the outer end portion of the P + -type peripheral anode layer during the recovery operation in the process of becoming the OFF state. For this reason, the heat generation at the outer end of the P + -type peripheral anode layer during the recovery operation is reduced, and the breakdown resistance is improved.

本発明の実施の形態1に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードを示す平面図である。It is a top view which shows the high voltage | pressure-resistant pn junction diode which is a power semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1のI−IIに沿った断面図である。It is sectional drawing in alignment with I-II of FIG. 図1のチップコーナー部分を拡大した図である。It is the figure which expanded the chip | corner corner part of FIG. 比較例に係る電力半導体装置を示す平面図である。It is a top view which shows the power semiconductor device which concerns on a comparative example. 図4のI−IIに沿った断面図である。It is sectional drawing along I-II of FIG. 本発明の実施の形態2に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードを示す平面図である。It is a top view which shows the high voltage | pressure-resistant pn junction diode which is a power semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図6のI−IIに沿った断面図である。It is sectional drawing along I-II of FIG. 図7におけるアノード層の周縁部構造を拡大した図である。It is the figure which expanded the peripheral part structure of the anode layer in FIG. 本発明の実施の形態5に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードのチップコーナー部分を拡大した図である。It is the figure which expanded the chip | corner corner part of the high voltage | pressure-resistant pn junction diode which is a power semiconductor device which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードを示す平面図である。It is a top view which shows the high voltage | pressure-resistant pn junction diode which is a power semiconductor device which concerns on Embodiment 6 of this invention. 図10のI−IIに沿った断面図である。It is sectional drawing along I-II of FIG. 図10のチップコーナー部分を拡大した図である。It is the figure which expanded the chip | corner corner part of FIG.

本発明の実施の形態に係る電力半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。   A power semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードを示す平面図である。図2は図1のI−IIに沿った断面図である。図3は図1のチップコーナー部分を拡大した図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a plan view showing a high voltage pn junction diode which is a power semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-II in FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the chip corner portion of FIG.

N型半導体基板1の表面の中央部分にP型アノード層2aが形成されている。N型半導体基板1の表面においてP型アノード層2aの周縁部(外端部)に、アノード層の周縁部構造として、P型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bが形成されている。P型高抵抗層5はP型アノード層2aとP型周縁アノード層2bの間に形成されている。P型周縁アノード層2bはP型アノード層2aと同じ不純物濃度であるのに対し、P型高抵抗層5はP型アノード層2aより不純物濃度を低くすることで抵抗値を高くしている。N型半導体基板1の表面においてP型アノード層2a及びその周縁部構造(P型周縁アノード層2bとP型高抵抗層5)を囲むように、互いに離間した複数のリング状のP型層4を有するFLR(Field Limiting Ring)領域3が形成されている。P型アノード層2a、P型周縁アノード層2b、及びFLR領域3のP型層4は深さが同じである。 A P + -type anode layer 2 a is formed at the center of the surface of the N-type semiconductor substrate 1. As a peripheral structure of the anode layer, a P type high resistance layer 5 and a P + type peripheral anode layer 2 b are formed on the periphery (outer end) of the P + type anode layer 2 a on the surface of the N type semiconductor substrate 1. ing. The P type high resistance layer 5 is formed between the P + type anode layer 2a and the P + type peripheral anode layer 2b. The P + -type peripheral anode layer 2b has the same impurity concentration as the P + -type anode layer 2a, whereas the P -type high resistance layer 5 has a higher resistance value by making the impurity concentration lower than that of the P + -type anode layer 2a. doing. A plurality of ring-shaped Ps separated from each other so as to surround the P + type anode layer 2a and the peripheral structure (P + type peripheral anode layer 2b and P type high resistance layer 5) on the surface of the N type semiconductor substrate 1 An FLR (Field Limiting Ring) region 3 having a + -type layer 4 is formed. The P + type anode layer 2a, the P + type peripheral anode layer 2b, and the P + type layer 4 in the FLR region 3 have the same depth.

アノード電極6がアノード層上に形成され、P型アノード層2aに接続されている。また、酸化膜などの絶縁膜7がアノード層周縁部であるP型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bの直上においてアノード電極6との間に形成されている。これによって、P型周縁アノード層2bにあるキャリアはアノード電極6に直接排出されることはなく、P型高抵抗層5とP型アノード層2aを必ず経由することになる。N型半導体基板1の裏面にN型層8が形成されている。N型層8にカソード電極9が接続されている。アノード電極6はAlなどからなり、カソード電極9はAuなどからなる。 An anode electrode 6 is formed on the anode layer and connected to the P + -type anode layer 2a. An insulating film 7 such as an oxide film is formed between the P type high resistance layer 5, which is the peripheral part of the anode layer, and the anode electrode 6 immediately above the P + type peripheral anode layer 2 b. As a result, carriers in the P + -type peripheral anode layer 2b are not directly discharged to the anode electrode 6, but always pass through the P -type high resistance layer 5 and the P + -type anode layer 2a. An N + type layer 8 is formed on the back surface of the N type semiconductor substrate 1. A cathode electrode 9 is connected to the N + type layer 8. The anode electrode 6 is made of Al or the like, and the cathode electrode 9 is made of Au or the like.

続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図4は、比較例に係る電力半導体装置を示す平面図である。図5は図4のI−IIに沿った断面図である。比較例では、アノード層の周縁構造であるP型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bが無く、FLR領域3に局所ライフライムコントロール(図中の×部分)を行っている。比較例では局所ライフタイムコントロールを行うため、コスト高と特性面でのばらつきが大きくなってしまう。一方、本実施の形態ではFLR領域3に局所ライフライムコントロールを行わないため、コストと特性ばらつきを抑えることができる。 Subsequently, the effect of the present embodiment will be described in comparison with a comparative example. FIG. 4 is a plan view showing a power semiconductor device according to a comparative example. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line I-II in FIG. In the comparative example, the P type high resistance layer 5 and the P + type peripheral anode layer 2b, which are the peripheral structure of the anode layer, are not provided, and local life lime control (X portion in the figure) is performed in the FLR region 3. In the comparative example, since local lifetime control is performed, the cost increases and the variation in characteristics increases. On the other hand, in this embodiment, since local life lime control is not performed on the FLR region 3, it is possible to suppress cost and characteristic variations.

また、高耐圧ダイオードではより高い耐圧を持たせようとするためにはFLR領域3を大きくとる必要があり、リカバリ動作時にFLR領域3の直下にたまったキャリアがアノード端部に集中する。そこで、本実施の形態ではP型アノード層2aの周縁部にP型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bを形成することにより、定常ON状態に蓄積されたFLR領域3の直下のキャリアが、OFF状態となる過程でのリカバリ動作時にP型周縁アノード層2bの外端部へ流れ込むのが、P型高抵抗層5がアノード電極6との間に存在することで抑制されるため、リカバリ動作時におけるP型周縁アノード層2bの外端部の発熱が低下し、破壊耐量が向上する。 Further, in order to provide a higher breakdown voltage in the high breakdown voltage diode, it is necessary to make the FLR region 3 large, and the carriers accumulated immediately below the FLR region 3 during the recovery operation concentrate on the anode end. Therefore, in the present embodiment, the P type high resistance layer 5 and the P + type peripheral anode layer 2b are formed at the peripheral portion of the P + type anode layer 2a, so that the FLR region 3 directly under the steady ON state is formed. Carrier flows into the outer end of the P + -type peripheral anode layer 2b during the recovery operation in the process of being turned off by the presence of the P -type high resistance layer 5 between the anode electrode 6 and the carrier. Therefore, the heat generation at the outer end portion of the P + -type peripheral anode layer 2b during the recovery operation is reduced, and the breakdown resistance is improved.

また、P型アノード層2a、P型周縁アノード層2b、及びFLR領域3のP型層4はそれぞれの不純物濃度と深さが同じであるため、同じプロセスで同時に形成することができる。また、P型高抵抗層5に関しては不純物注入時におけるP型アノード層2aとP型周縁アノード層2bとの間隔、即ちマスクの幅を調整することにより、濃度を調整することができる。 Further, since the P + type anode layer 2a, the P + type peripheral anode layer 2b, and the P + type layer 4 in the FLR region 3 have the same impurity concentration and depth, they can be simultaneously formed in the same process. . The concentration of the P type high resistance layer 5 can be adjusted by adjusting the distance between the P + type anode layer 2 a and the P + type peripheral anode layer 2 b during impurity implantation, that is, the mask width. .

実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードを示す平面図である。図7は図6のI−IIに沿った断面図である。図8は、図7におけるアノード層の周縁部構造を拡大した図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a plan view showing a high voltage pn junction diode which is a power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line I-II in FIG. FIG. 8 is an enlarged view of the peripheral structure of the anode layer in FIG.

実施の形態1ではアノード層の周縁部構造が言わば1組のP型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bからなるが、実施の形態2ではこれらP型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bが複数組(n組)、横並びに配置されている。P型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bとからなる複数の拡散層はP型アノード層2aの全外周に同心円状に配置される。 In the first embodiment, the peripheral structure of the anode layer consists of a pair of P type high resistance layer 5 and a P + type peripheral anode layer 2b. In the second embodiment, the P type high resistance layer 5 and P A plurality of sets (n sets) of + type peripheral anode layers 2b are arranged side by side. A plurality of diffusion layers including the P type high resistance layer 5 and the P + type peripheral anode layer 2b are concentrically arranged on the entire outer periphery of the P + type anode layer 2a.

型高抵抗層5の幅aと、P型周縁アノード層2bの幅bとの関係が4a<bである。これにより、リカバリ破壊耐量の向上に寄与するP型高抵抗層5が形成できる。なお、幅aと幅bについては図8に示すような条件に基づいて導き出されるものとする。そのため、同図においては実際の断面には見られない不純物注入時におけるマスク50を破線で描いている。詳細には、幅aはP型高抵抗層5を形成するため、N型半導体基板1に不純物注入を行う際に用いるマスク(レジストや酸化膜)の幅に対応し、幅bは同マスクが複数ある場合の隣接するマスク同士の間隔、即ち開口幅に対応する。 The relationship between the width a of the P type high resistance layer 5 and the width b of the P + type peripheral anode layer 2b is 4a <b. Thereby, the P type high resistance layer 5 that contributes to the improvement of the recovery breakdown tolerance can be formed. Note that the width a and the width b are derived based on the conditions shown in FIG. Therefore, in the same figure, the mask 50 at the time of impurity implantation which is not seen in the actual cross section is drawn with a broken line. Specifically, the width a corresponds to the width of a mask (resist or oxide film) used for impurity implantation in the N-type semiconductor substrate 1 to form the P type high resistance layer 5, and the width b corresponds to the same mask. This corresponds to the interval between adjacent masks when there are a plurality of masks, that is, the opening width.

実施の形態3.
実施の形態3では、P型高抵抗層5の幅aと、P型アノード層2aの深さcとの関係がa<cである(実施の形態2における寸法関係は不問)。これにより、P型アノード層2aとP型周縁アノード層2bとの間、あるいは複数のP型周縁アノード層2bそれぞれの間にP型高抵抗層5が確実に形成されることになるので、電界集中が緩和できる。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, the relationship between the width a of the P type high resistance layer 5 and the depth c of the P + type anode layer 2a is a <c (the dimensional relationship in the second embodiment is not questioned). As a result, the P type high resistance layer 5 is reliably formed between the P + type anode layer 2a and the P + type peripheral anode layer 2b, or between each of the plurality of P + type peripheral anode layers 2b. Therefore, electric field concentration can be reduced.

実施の形態4.
本実施の形態4では、実施の形態2においてP型高抵抗層5とP型周縁アノード層2bの各拡散層の組数nが7個以下とするものである(n≦7)。これにより、リカバリ破壊耐量を最大にする理想的なP型高抵抗層5が形成できる。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the number n of the diffusion layers of the P type high resistance layer 5 and the P + type peripheral anode layer 2b in the second embodiment is 7 or less (n ≦ 7). Thereby, an ideal P type high resistance layer 5 that maximizes the recovery breakdown tolerance can be formed.

実施の形態5.
図9は、本発明の実施の形態5に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードのチップコーナー部分を拡大した図である。チップコーナー部分においてP型周縁アノード層2bをドット状に配置する。これにより、直線部分より電界が高くなるチップコーナー部分における抵抗がチップコーナー部分以外の領域より高くなるため、リカバリ破壊耐量を更に向上できる。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 9 is an enlarged view of a chip corner portion of a high voltage pn junction diode which is a power semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. The P + -type peripheral anode layer 2b is arranged in a dot shape at the chip corner portion. Thereby, the resistance in the chip corner portion where the electric field is higher than that in the straight portion becomes higher than that in the region other than the chip corner portion, so that the recovery breakdown resistance can be further improved.

また、チップコーナー部分のみでなくチップ全外周においてP型周縁アノード層2bをドット状にしてもよい。これにより、直線部分を含むチップ全外周において抵抗が高くなるため、リカバリ破壊耐量を更に向上できる。 Further, the P + -type peripheral anode layer 2b may be formed in a dot shape not only at the chip corner but also at the entire outer periphery of the chip. As a result, the resistance is increased on the entire outer periphery of the chip including the straight portion, so that the recovery breakdown resistance can be further improved.

実施の形態6.
図10は、本発明の実施の形態6に係る電力半導体装置である高耐圧pn接合ダイオードを示す平面図である。図11は図10のI−IIに沿った断面図である。図12は図10のチップコーナー部分を拡大した図である。ここではP型アノード層2aの構造は実施の形態2と同様であるが、他の構造でもよい。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 10 is a plan view showing a high voltage pn junction diode which is a power semiconductor device according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line I-II in FIG. FIG. 12 is an enlarged view of the chip corner portion of FIG. Here, the structure of the P + -type anode layer 2a is the same as that of the second embodiment, but other structures may be used.

ここで、チップコーナー部分以外の直線部分におけるP型アノード層2aとアノード電極6の接続部からP型アノード層2aの外端部までの距離を第1の距離d1とする(図2参照)。チップコーナー部分におけるP型アノード層2aとアノード電極6の接続部からP型アノード層2aの外端部までの距離を第2の距離d2とする(図11参照)。 Here, the distance from the connection portion of the P + -type anode layer 2a and the anode electrode 6 in the linear portion other than the chip corner portion to the outer end portion of the P + -type anode layer 2a and the first distance d1 (see FIG. 2 ). A distance from the connection portion of the P + type anode layer 2a and the anode electrode 6 at the chip corner portion to the outer end portion of the P + type anode layer 2a is defined as a second distance d2 (see FIG. 11).

本実施の形態では第2の距離d2を第1の距離d1と比べて長くしている。これにより、チップコーナー部分の発熱集中が抑制され、リカバリ破壊耐量が向上する。ただし、第2の距離d2はチップコーナー部分におけるP型アノード層2aの曲率半径Rよりも小さい(d2<R)ことが望ましい。 In the present embodiment, the second distance d2 is longer than the first distance d1. As a result, the concentration of heat generation at the chip corner portion is suppressed, and the recovery breakdown tolerance is improved. However, it is desirable that the second distance d2 is smaller than the curvature radius R of the P + -type anode layer 2a at the chip corner portion (d2 <R).

なお、上記の実施の形態1〜6では高耐圧pn接合ダイオードの場合について説明したが、これに限らずIGBT、MOSFETなどの他の電力半導体装置にも本発明を適用することができる。   In the first to sixth embodiments described above, the case of a high breakdown voltage pn junction diode has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other power semiconductor devices such as IGBTs and MOSFETs.

また、N型半導体基板1は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたパワー半導体素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体モジュールも小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体モジュールを高効率化できる。   The N-type semiconductor substrate 1 is not limited to being formed of silicon, but may be formed of a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon. The wide band gap semiconductor is, for example, silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond. A power semiconductor element formed of such a wide band gap semiconductor can be miniaturized because of its high voltage resistance and allowable current density. By using this miniaturized element, a semiconductor module incorporating this element can also be miniaturized. Further, since the heat resistance of the element is high, the heat dissipating fins of the heat sink can be miniaturized and the water cooling part can be air cooled, so that the semiconductor module can be further miniaturized. In addition, since the power loss of the element is low and the efficiency is high, the efficiency of the semiconductor module can be increased.

1 N型半導体基板、2a P型アノード層、2b P型周縁アノード層、3 FLR領域、4 P型層、5 P型高抵抗層、6 アノード電極、7 絶縁膜 1 N type semiconductor substrate, 2a P + type anode layer, 2b P + type peripheral anode layer, 3 FLR region, 4 P + type layer, 5 P type high resistance layer, 6 anode electrode, 7 insulating film

Claims (7)

N型半導体基板と、
前記N型半導体基板の表面に形成されたP型アノード層と、
前記N型半導体基板の表面において前記P型アノード層の周縁部に形成されたP型周縁アノード層と、
前記N型半導体基板の表面において前記P型アノード層と前記P型周縁アノード層の間に形成され、前記P型アノード層より不純物濃度が低く抵抗が高いP型高抵抗層と、
前記N型半導体基板の表面において前記P型アノード層、前記P型周縁アノード層及び前記P型高抵抗層を囲むように形成され、互いに離間した複数のリング状のP型層を有するFLR(Field Limiting Ring)領域と、
前記P型アノード層に接続されたアノード電極と、
前記P型周縁アノード層及び前記P型高抵抗層と前記アノード電極との間に形成された絶縁膜とを備え、
前記P型アノード層、前記P型周縁アノード層、及び前記FLR領域の前記P型層は深さが同じであり、
チップコーナー部分において前記P 型周縁アノード層はドット状であることを特徴とする電力半導体装置。
An N-type semiconductor substrate;
A P + type anode layer formed on the surface of the N type semiconductor substrate;
A P + -type peripheral anode layer formed on the periphery of the P + -type anode layer on the surface of the N-type semiconductor substrate;
A P type high resistance layer formed between the P + type anode layer and the P + type peripheral anode layer on the surface of the N type semiconductor substrate and having a lower impurity concentration and higher resistance than the P + type anode layer;
A plurality of ring-shaped P + -type layers formed on the surface of the N-type semiconductor substrate so as to surround the P + -type anode layer, the P + -type peripheral anode layer, and the P -type high-resistance layer are separated from each other. A FLR (Field Limiting Ring) region,
An anode electrode connected to the P + -type anode layer;
An insulating film formed between the P + type peripheral anode layer and the P type high resistance layer and the anode electrode,
The P + -type anode layer, the P + -type peripheral anode layer, and Ri the P + -type layer depth equal der of the FLR region,
The power semiconductor device according to claim 1 , wherein the P + -type peripheral anode layer has a dot shape at a chip corner portion .
N型半導体基板と、  An N-type semiconductor substrate;
前記N型半導体基板の表面に形成されたP  P formed on the surface of the N-type semiconductor substrate + 型アノード層と、A mold anode layer;
前記N型半導体基板の表面において前記P  On the surface of the N-type semiconductor substrate, the P + 型アノード層の周縁部に形成されたPP formed on the periphery of the mold anode layer + 型周縁アノード層と、A mold peripheral anode layer;
前記N型半導体基板の表面において前記P  On the surface of the N-type semiconductor substrate, the P + 型アノード層と前記PType anode layer and P + 型周縁アノード層の間に形成され、前記PFormed between the mold peripheral anode layers and the P + 型アノード層より不純物濃度が低く抵抗が高いPP with lower impurity concentration and higher resistance than type anode layer 型高抵抗層と、Type high resistance layer,
前記N型半導体基板の表面において前記P  On the surface of the N-type semiconductor substrate, the P + 型アノード層、前記PType anode layer, P + 型周縁アノード層及び前記PMold peripheral anode layer and P 型高抵抗層を囲むように形成され、互いに離間した複数のリング状のPA plurality of ring-shaped Ps formed so as to surround the mold high resistance layer and spaced apart from each other + 型層を有するFLR(Field Limiting Ring)領域と、FLR (Field Limiting Ring) region having a mold layer;
前記P  P + 型アノード層に接続されたアノード電極と、An anode electrode connected to the mold anode layer;
前記P  P + 型周縁アノード層及び前記PMold peripheral anode layer and P 型高抵抗層と前記アノード電極との間に形成された絶縁膜とを備え、An insulating film formed between the mold high resistance layer and the anode electrode,
前記P  P + 型アノード層、前記PType anode layer, P + 型周縁アノード層、及び前記FLR領域の前記PMold peripheral anode layer, and P in the FLR region + 型層は深さが同じであり、The mold layer has the same depth,
チップ全外周において前記P  P on the entire outer periphery of the chip + 型周縁アノード層はドット状であることを特徴とする電力半導体装置。A power semiconductor device, wherein the mold peripheral anode layer is in the form of dots.
N型半導体基板と、  An N-type semiconductor substrate;
前記N型半導体基板の表面に形成されたP  P formed on the surface of the N-type semiconductor substrate + 型アノード層と、A mold anode layer;
前記N型半導体基板の表面において前記P  On the surface of the N-type semiconductor substrate, the P + 型アノード層の周縁部に形成されたPP formed on the periphery of the mold anode layer + 型周縁アノード層と、A mold peripheral anode layer;
前記N型半導体基板の表面において前記P  On the surface of the N-type semiconductor substrate, the P + 型アノード層と前記PType anode layer and P + 型周縁アノード層の間に形成され、前記PFormed between the mold peripheral anode layers and the P + 型アノード層より不純物濃度が低く抵抗が高いPP with lower impurity concentration and higher resistance than type anode layer 型高抵抗層と、Type high resistance layer,
前記N型半導体基板の表面において前記P  On the surface of the N-type semiconductor substrate, the P + 型アノード層、前記PType anode layer, P + 型周縁アノード層及び前記PMold peripheral anode layer and P 型高抵抗層を囲むように形成され、互いに離間した複数のリング状のPA plurality of ring-shaped Ps formed so as to surround the mold high resistance layer and spaced apart from each other + 型層を有するFLR(Field Limiting Ring)領域と、FLR (Field Limiting Ring) region having a mold layer;
前記P  P + 型アノード層に接続されたアノード電極と、An anode electrode connected to the mold anode layer;
前記P  P + 型周縁アノード層及び前記PMold peripheral anode layer and P 型高抵抗層と前記アノード電極との間に形成された絶縁膜とを備え、An insulating film formed between the mold high resistance layer and the anode electrode,
前記P  P + 型アノード層、前記PType anode layer, P + 型周縁アノード層、及び前記FLR領域の前記PMold peripheral anode layer, and P in the FLR region + 型層は深さが同じであり、The mold layer has the same depth,
チップコーナー部分以外の直線部分における前記P  The P in the straight portion other than the chip corner portion + 型アノード層と前記アノード電極の接続部から前記PP from the connecting portion of the mold anode layer and the anode electrode + 型アノード層の外端部までの距離を第1の距離とし、The distance to the outer end of the mold anode layer is the first distance,
チップコーナー部分における前記P  P at the tip corner + 型アノード層と前記アノード電極の接続部から前記PP from the connecting portion of the mold anode layer and the anode electrode + 型アノード層の外端部までの距離を第2の距離として、The distance to the outer edge of the mold anode layer is the second distance,
前記第2の距離は前記第1の距離と比べて長いことを特徴とする電力半導体装置。  The power semiconductor device, wherein the second distance is longer than the first distance.
前記第2の距離はチップコーナー部分における前記P  The second distance is the P at the chip corner portion. + 型アノード層の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項3に記載の電力半導体装置。The power semiconductor device according to claim 3, wherein the power semiconductor device is smaller than a radius of curvature of the mold anode layer. 前記P型周縁アノード層と前記P型高抵抗層が複数組、横並びに配置され、
前記P型高抵抗層の幅aと前記P型周縁アノード層の幅bとの関係が4a<bであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電力半導体装置。
A plurality of sets of the P + type peripheral anode layer and the P type high resistance layer are arranged side by side,
The P - power according to any one of claims 1 to 4, the relationship between the width a of the type high-resistance layer and the width b of the P + -type peripheral anode layer is characterized in that it is a 4a <b Semiconductor apparatus.
前記P型周縁アノード層と前記P型高抵抗層が複数組、横並びに配置され、
前記P型高抵抗層の幅aと前記P型アノード層の深さcとの関係がa<cであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電力半導体装置。
A plurality of sets of the P + type peripheral anode layer and the P type high resistance layer are arranged side by side,
The P - power according to any one of claims 1 to 4, wherein the relationship between the depth c of the width a of the type high-resistance layer and the P + -type anode layer is a <c semiconductor apparatus.
前記P型周縁アノード層と前記P型高抵抗層の各拡散層の組数が7個以下であることを特徴とする請求項5又は6に記載の電力半導体装置。 7. The power semiconductor device according to claim 5 , wherein the number of sets of diffusion layers of the P + -type peripheral anode layer and the P -type high-resistance layer is 7 or less.
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