(57)【要約】【課題】  本発明は、パワー半導体コンポーネントと、これを生成する２つの方法を提供する。【解決手段】  コンポーネントは、半導体ベース体を有し、この半導体ベース体は、第１ドーピングと、接触領域によって形成されたｐｎ接合とを有し、この接触領域は、ベース体にドーピング輪郭線を伴った第２ドーピングを有する。この場合、第２接触領域が、ベース体の第２表面に配置され、ベース体の内部に延びる。このために、ベース体は、エッジ面とベース面とを伴ったトレンチ型切除部分を有しており、このベース面は、第２表面の第２部分面として形成され、第２接触領域は、ベース面からエッジ面を介して第１部分面に至るまで延びる。さらに、ｐｎ接合が、エッジ面に隣接した不活性化層を有する。【選択図】図７
2009152608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ドーピングを有する半導体ベース体（２、４）と、ドーピング輪郭線（１２０）を伴った第２ドーピングを有する第２接触領域（１２）とから成るパワー半導体コンポーネントにおいて、第２接触領域（１２）が、ベース体（２、４）に形成され、第１ドーピングを有する領域とともにｐｎ接合（１２６）を形成しており、さらに、第２接触領域（１２）が、ベース体の第２表面（１０）に配置され、ベース体の容積の内部に延びており、ベース体（２、４）が、第２接触領域（１２）のためにエッジ面（１２４）及びベース面（１２２）を備えているトレンチ（２４）型切除部分を有しており、ベース面（１２２）が、第２表面（１０）の第２部分面として形成されており、第２接触領域（１２）が、ベース面（１２２）からエッジ面（１２４）を介して第１部分面（１０ａ）に至るまで延びており、ｐｎ接合（１２６）が、エッジ面（１２４）に隣接する湾曲部分（１２８）を有することを特徴とする、パワー半導体コンポーネント。
【請求項２】
同様にベース体（２、４）に配置される第２ドーピングを有する複数のフィールドリング（１４）が、パワー半導体コンポーネントのエッジ領域に形成され、フィールドリング（１４）が、ベース体（２、４）の第２表面（１０）の第１部分面（１０ａ）に配置され、ベース体（２、４）の容積の内部に延びることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体コンポーネント。
【請求項３】
フィールドリング（１４）の領域において、第１部分面（１０ａ）の不活性化層（１６）が不連続になっており、個々に割り当てられたフィールドリング（１４）と導電接続している、複数のフィールドプレート（２０）をさらに有することを特徴とする、請求項２に記載のパワー半導体コンポーネント。
【請求項４】
エッジ面（１２４ａ）が、湾曲部分を有しており、この湾曲部分が、ｐｎ接合の湾曲部分に平行に続き、又は、エッジ面（１２４ｂ）がベース面（１２２ｂ）に対して垂直に形成されており、エッジ面（１２４ｂ）が、ｐｎ接合が第２表面に対して平行に延びている領域においてベース面（１２２ｂ）と交わることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体コンポーネント。
【請求項５】
第２接触領域（１２）が、金属被覆コンタクト面（１８）により被覆され、第１部分面（１０ａ）が、不活性化層（１６）により被覆されていることを特徴とする、請求項４に記載のパワー半導体コンポーネント。
【請求項６】
・第１ドーピングを有する半導体ベース体（２、４）の表面（１０）をマスキング（６）する工程と、
・後に第１部分面を形成する第１部分セクション及び第２部分セクションで、第２表面から出発する、第２ドーピングを有するドーピング輪郭線（１２０、１４０）を生成し、それにより、フィールドリング（１４）と第２接触領域（１２）を生成する工程と、
・第２接触領域（１２）のベース面（１２２）及びエッジ面（１２４）を生成するために、表面（１０）の第２部分面（１０ｂ）の領域において、第２ドーピングの浸透の深さに対して５０％から９０％の間の深さを有し、この深さより少なくとも１０倍に等しい横幅を有するトレンチを形成する工程と、
・第１部分面（１０ａ）を、完全に又は部分的に不活性化（１６）する工程と、
・導電接続のための接触面を形成するために、第２接触領域（１２）を金属被覆（１８）する工程と
を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のパワー半導体コンポーネントの生成方法。
【請求項７】
第２ドーピングを有するドーピング輪郭線（１２０、１４０）の生成が、第２接触領域（１２）とフィールドリング（１４）とのために同時に行われることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
フィールドリング（１４）の領域で、フィールドリング（１４）に割り当てられた金属フィールドプレート（２０）が、第２接触領域（１２）を金属被覆（１８）するのと同時に生成されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
・第１ドーピングを有する半導体ベース体（２、４）の表面（１０）をマスキング（２６）する工程と、
・第２表面（１０）の第２部分面（１０ｂ）の領域においてトレンチを形成する工程と、
・後に第２部分面を形成する第１部分セクションで第２表面（１０）から出発するイオン注入によって第２ドーピングを有するドーピング輪郭線（１２０）を生成する工程と、
・第１部分面（１０ａ）を、完全に又は部分的に不活性化（１６）する工程と、
・導電接続のための接触面を形成するために、第２接触領域（１２）を金属被覆（１８）する工程と
を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のパワー半導体コンポーネントの生成方法。
【請求項１０】
第２接触領域（１２）の金属被覆（１８）前に、高濃度の第２ドーピングを有する、表面近くのさらなる領域が、第２接触領域（１２）にさらに形成されることを特徴とする、請求項６又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体コンポーネントに関するものであり、このコンポーネントは、少なくとも１つのｐｎ接合から成っており、パワークラスのコンバータに適用するために、少なくとも６００Ｖの遮断電圧を有するパワーダイオードであると好ましい。このタイプのパワー半導体コンポーネントのための条件に関して必要不可欠な条件とは、スイッチング損失が最小であることである。従来技術に従うと、２つの解決手段が、この条件を達成するために特に好ましい。
【背景技術】
【０００２】
例として特許文献１がパワー半導体コンポーネントを開示している。このコンポーネントは、ここではパワーダイオードであるｐｎ接合を有し、高エネルギー粒子で放射することによって、再結合中心が半導体に生成される。このために、電子とヘリウム原子核の両方が用いられる。この結果、高速パワーダイオードを形成することになり、このダイオードは、高い絶縁耐力を有し、さらにはパワートランジスタと共に用いるとき利点を有する。
【０００３】
特許文献１に従うパワーダイオードを形成するにあたっての欠点は、例えばヘリウム原子核の放出が、半導体において欠陥を生成する原因となる点であり、この欠陥は、ブロッキング状態でチャージキャリアを生成するので、より大きい逆電流をもたらす。しかし、このインプランテーションの影響は、さらなる生成工程において、部分的に補うことができる。
【０００４】
従来技術では、第１ドーピングを有する半導体に低濃度の第２ドーピングを有する領域を形成することは、代替方法として周知である。その結果形成されるｐｎ接合は、表面に対して平行に延び、ドーピング領域のエッジ領域において、表面に達する前に大きく湾曲した部分を有する。この場合の欠点は、第２ドーピングの浸透の深さが浅いために、パワー半導体コンポーネントの絶縁耐力が低い点である。第２ドーピングと反対側のエッジ領域の複雑な構成は、この欠点を補うために不可欠である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ４３３７３２９Ｃ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、高い絶縁耐力と共に低いスイッチング損失を有するパワー半導体コンポーネントと、その生成方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題は、本発明に従い、請求項１、及び６、及び９に記載した装置及び方法により解決される。好適実施例は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明の概念は、パワー半導体コンポーネントに基づいている。このコンポーネントは、第１接触領域に、好ましくはｎ型である第１ドーピングを有する半導体ベース体から成る。少なくとも１つのｐｎ接合を形成するために、好ましくはｐ型である第２ドーピングを有する少なくとも１つの領域が前述したベース体に配置され、この領域は、本明細書で第２接触領域と後述される。第２ドーピングを有するこの領域は、拡散過程によって形成されると好ましいため、均一なドーピングではなく、ドーパント添加面から出発する、濃度が減少していくドーピング輪郭線（プロフィール）を有する。
【０００９】
さらに、本発明に従うパワー半導体コンポーネントは、このコンポーネントのエッジ領域に配置された複数のフィールドリングを有することが好ましい。このフィールドリングもまた、第２ドーピングを有し、ドーピング輪郭線をも有する領域として形成され、第２接触領域を好ましくは同心円状に取り囲む。第２接触領域とフィールドリングとは、ベース体の第２表面に配置され、ベース体の内部に延びる。エッジ領域とフィールドリングとから成る構成の代替として、例えばＶＬＤ（可変横方向ドーピング（ｖａｒｉａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｌａｔｅｒａｌ  ｄｏｐｉｎｇ））のような様々な代替が、従来技術においても周知である。
【００１０】
本発明に従うと、ベース体は、第２接触領域のエッジ面及びベース面によって区切られたトレンチ型切除部分を有する。この場合、このベース面は、パワー半導体コンポーネントの第２表面の第２部分面として形成され、任意のフィールドリングの領域における第１部分面に対して平行に配置される。従って、第２接触領域は、第２部分面からエッジ面を介して第１部分面に至るまで延びる。本発明のパワー半導体コンポーネントは、負荷電流が２つの表面の間に流れるコンポーネントである。
【００１１】
本発明に従う半導体コンポーネントの構成において、エッジ面は、ｐｎ接合の湾曲部分に平行に続いて湾曲部分を有することが好ましい。あるいは、エッジ面は、ベース面に対して垂直に又は４５度以下の斜角を成して形成され、ｐｎ接合が第２表面に対して平行に延びている領域のベース面と交わる。
【００１２】
上述したパワー半導体コンポーネントを生成する、本発明に従う第１方法は、以下の基本的な工程から成る。
・従来技術に従う、第１ドーピングを有する半導体ベース体の第２表面をマスキングする工程。第１接触領域は、第２表面とは反対側に配置されている第１表面に位置する。
・後に表面の第１部分面を形成する第１部分セクション及び第２部分セクションで、第２表面から出発する、第２ドーピングを有するドーピング輪郭線を生成する工程。それにより、フィールドリングと第２接触領域の両者を生成する工程。この２つの工程は、同時に行われるのが好ましく、それによって、濃度の推移という点から、両ドーピング輪郭線は同一に形成される。
・第２接触領域のベース面及びエッジ面を生成するために、表面の第２部分面の領域にトレンチを形成する工程。このために、好ましくは、この領域は、マスキングするために取り除かれるべきではなく、トレンチは、ウェットエッチング及び／又はドライエッチングを用いて続けて形成されるべきである。トレンチの深さは、第２ドーピングの浸透の深さに対して、ｐｎ接合の位置の５０％から９０％の間である。トレンチの横方向の大きさは、少なくとも深さの１０倍に等しい。
・第１部分面を、完全に又は部分的に不活性化する工程。
・導電接続するための接触面を形成するために、第２接触領域を金属被覆する工程。この場合、フィールドリングの領域でフィールドリングにそれぞれ割り当てられた金属フィールドプレートが、第２接触領域が金属被覆されるのと同時に生成されることが好ましい。
【００１３】
上述したパワー半導体コンポーネントを生成する、代替方法である第２方法は、以下の基本的な工程から成る。
・従来技術に従う、第１ドーピングを有する半導体ベース体の表面をマスキングする工程。
・後に第２接触領域となる領域の第２表面の第２部分面の領域にトレンチを形成する工程。この場合、このトレンチは、周知のウェット及び／又はドライエッチングを用いて形成されるのが好ましい。
・後に第２部分面を形成する部分セクションの第２表面から出発する、イオン注入による第２ドーピングを有するドーピング輪郭線を生成する工程。
・第１部分面を、完全に又は部分的に不活性化する工程。
・導電接続するための接触面を形成するために、第２接触領域（１２）を金属被覆（１８）する工程。
【００１４】
両方法で重要な点は、ｐｎ接合の湾曲部分が、従来技術と比較して著しく小さく生成されるという点である。この結果、パワー半導体コンポーネントの絶縁耐力は、著しく増大し、例えばフィールドリングを用いているエッジ領域の構成も、複雑性を減少させることが可能である。
【００１５】
本発明の解決手段を、図１〜５における実施例に基づいて、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に従うパワー半導体コンポーネントのベース体を示す図である。
【図２】本発明に従う第１方法の第２ドーピングを形成する部分工程を示す図である。
【図３】本発明に従う第１方法の第２ドーピングを形成した後の部分工程を示す図である。
【図４ａ】本発明に従う第１方法の工程においてトレンチを形成した後の部分工程の変形例を示す図である。
【図４ｂ】本発明に従う第１方法の工程においてトレンチを形成した後の部分工程の他の変形例を示す図である。
【図５ａ】本発明に従うパワー半導体コンポーネントの変形例を示す図である。
【図５ｂ】本発明に従うパワー半導体コンポーネントの他の変形例を示す図である。
【図６】本発明に従う第２方法を用いた、トレンチ及び第２ドーピングを形成する部分工程を示す図である。
【図７】本発明に従う第２方法により形成されたパワー半導体コンポーネントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、正確な尺度ではないが、本発明に従うパワー半導体コンポーネントのベース体（２、４）を示しており、遮断電圧１２００Ｖのパワーダイオードの例に基づいている。この例は、他の図においても基本的には継続して用いられている。この場合、半導体ベース体は、２つの濃度を有するｎ型ドーピング領域を備えている。低濃度のドーピング領域（２）はベース体の第２表面（１０）に隣接しており、高濃度のドーピング領域（４）は第１表面（１００）に隣接している。２つのドーピング領域の境界は、表面（１０、１００）に平行してベース体の内部で延びている。
【００１８】
図２は、本発明に従う方法において、第２ドーピングを形成する部分工程を示している。従来技術に従うと、この場合は、ドーピングを選択する準備で様々な領域がマスキング（６）される。後から、フィールドリングが、第１部分面（１０ａ）の領域に生成され、第２接触領域が、第２部分面（１０ｂ）の領域に生成される。従来技術に従うと、この場合、拡散（６０）によるドーピングが、第２表面（１０）の方向から行われる。
【００１９】
図３は、本発明に従う方法において、ここではｐ型である第２ドーピング（１２、１４）を形成した後の部分工程を示している。さらに、ドーピング輪郭線（１２０、１４０）の推移も図示している。すなわち、浸透の深さによるｐ型ドーパントの濃度の減少を図示している。ｐ型ドーパントが、半導体ベース体（２、４）の内部へ表面に対して垂直に浸透していくだけでなく、表面に対して横方向にも浸透していき、マスク（６）の十分に小さな開口部にほぼ半円状の領域を形成していくことが見られる。これは、同様に、第２接触領域が形成されるときにも適用され、ここでもｐ型ドーパントの濃度が底部に向かって減少していくのと同様に、横方向へ、第１フィールドリングの方向に延びていく。
【００２０】
図４は、２つの変形例において、本発明に従う方法の工程でトレンチを形成した後の部分工程を示している。この場合、図４ａは、第１変形例を示し、トレンチを形成するためのエッチングによる浸食が、適切なマスキングと、ｐ型である第２ドーピング（１２０）の濃度を示す線にほぼ沿っている適切なエッチング溶剤とを介して行われる。これにより、ベース面（１２２ａ）及びエッジ面（１２４ａ）を伴った、低濃度にドーピングした第２接触領域（１２）が生じる。このエッジ面は、ベース面に対して連続して隣接しており、ほぼ垂直を成して、表面の第１部分面（１０ａ）で終わっている。従って、第２接触領域（１２）のドーピングは、半導体において、平坦で、かつ、表面（１０ｂ）全体における濃度に関して均一に形成される。
【００２１】
図４ｂは、この場合、第２変形例を示し、エッチングによる浸食が、適切なマスキングと、表面（１０）にほぼ垂直である適切なエッチング溶剤とを介して行われる。この場合、エッジ面（１２４ｂ）が、ドーピング輪郭線（１２０）の濃度を示す線が、ベース面（１２２ｂ）に対して平行に延びている位置で、ベース面（１２２ｂ）と交わるという事実を考慮すべきである。これにより、トレンチ形成後、ベース面（１２２ｂ）からエッジ面（１２４ｂ）へと推移する領域における残存濃度が、ベース面（１２２ｂ）の他の部分の下部よりも低くないということを確実にする。その結果、エッジ面（１２４ｂ）のドーピング輪郭線（１２０）は、第１部分面（１０ａ）の周囲において下方へ形成され、１つのフィールドリング（１４）のドーピング輪郭線（１４０）の半分にほぼ等しい。
【００２２】
図５は、２つの変形例において、本発明に従うパワー半導体コンポーネントを示している。この場合、図５ａは、図４ａに従って形成される第１変形例を示し、ここでは、フィールドリング（１４）上の第１部分面（１０ａ）は、不活性化層（１６）で完全に被覆されている。さらに、続いて行われる第２接触領域（１２）の金属被覆（１８）の前に、第２接触領域において、表面近くに、高濃度の第２ドーピングを有する領域が追加して生成され、金属被覆に対してオーミックコンタクトを形成する。
【００２３】
さらに、第２接触領域（１２）、すなわちベース面（１２２ａ）とエッジ面（１２４ｂ）とに、金属被覆コンタクト面（１８ａ）が供給され、金属被覆コンタクト面は、好ましくは、第１部分面（１０ａ）の不活性化層（１６）をも多少被覆する。
【００２４】
さらに、トレンチ全体を金属層（２２）で満たし、ほぼ平らなパワー半導体コンポーネントの表面を得ることが好ましい。
【００２５】
図５ｂは、この場合、図４ｂに従って形成される第２変形例を示し、ここでは、フィールドリング（１４）上の第１部分面（１０ａ）は、完全には不活性化層（２０）で被覆されていない。切除部分が、フィールドリング（１４）の領域に位置し、フィールドリング（１４）を、割り当てられた各フィールドプレート（２０）に対して電気接続するのに適している。図５ａと図５ｂの両変形例は、それぞれ、第１表面（１００）上に、第１表面の金属被覆（１０２）を示しており、これは、例えば基板とのはんだ接続に適している。
【００２６】
１０ｍｍ２から１００ｍｍ２の範囲にある好適なベース面と、遮断電圧１２００Ｖとを有するパワーダイオードの典型的なサイズのオーダーは、以下のことを含む。
・パワーダイオードの厚さは、１００μｍから４５０μｍの間の値である。
・ｐｎ接合（１２６）、すなわちここではｐ型である第２ドーピング（１２０、１４０）の浸透の深さは、１０μｍから３０μｍの間の値である。
・トレンチの深さの範囲は、第２ドーピングの浸透の深さに対して、最大が９０％で、最小が５０％である。浸透の深さを２０μｍとすると、トレンチの深さは、１０μｍから１８μｍの間の値である。
・第２接触領域（１２）の第２ドーピングを有する領域は、表面において１０１５から１０１６ｃｍ−３の好適な濃度を有する。
・金属被覆に対してオーミックコンタクトをしているコンタクト面の第２ドーピングを有する、表面近くの領域は、１０１８から１０２０ｃｍ−３の好適な濃度を有する。
【００２７】
図６は、本発明に従う第２方法による、トレンチ（２４）と、第２接触領域（１２）とを形成する部分工程を示している。図１に従う、最初の基本工程におけるベース体（２、４）を基礎として、より大きい遮断電圧を必要とするフィールドリング（１４）が形成される。その後、第２接触領域（１２）を形成するのに適していない領域（２６）がマスキングされ、トレンチ（２４）が第２表面（１０）から連続して形成される。次の工程では、イオン注入（２８）が、第２表面（１０）の方向から行われる。有利なことに、イオン注入が行われた後、アニーリング工程が引き続き行われ、イオン注入の間に生成された結晶欠陥が取り除かれる。
【００２８】
図７は、本発明に従う第２方法により形成されたパワー半導体コンポーネントを示している。ここでは、第２接触領域（１２）は、イオン注入（２８）によって形成されるドーピング輪郭線（１２０）を有しており、ここではｐｎ接合（１２６）の湾曲部分（１２８）も、従来技術に比較すると大きく形成される。同様に、フィールドプレート（２０）と、第１表面（１００）の金属被覆（１０２）と、第２接触領域（１２）の金属被覆（１８ａ）とを図示している。有利なことに、従来技術に従う第２不活性化層（３０）は、第１部分面上に追加配置される。
【符号の説明】
【００２９】
２  ベース体（低濃度のドーピング領域）
４  ベース体（高濃度のドーピング領域）
６  マスク
１０  第２表面
１０ａ  第１部分面
１０ｂ  第２部分面
１２  第２接触領域（第２ドーピング）
１４  フィールドリング（第２ドーピング）
１６  不活性化層
１８  金属被覆
１８ａ  金属被覆コンタクト面
２０  フィールドプレート
２２  金属層
２４  トレンチ
２６  領域
２８  イオン注入
３０  第２不活性化層
６０  拡散
１００  第１表面
１０２  金属被覆
１２０、１４０  ドーピング輪郭線（第２ドーピング）
１２２、１２２ａ、１２２ｂ  ベース面
１２４、１２４ａ、１２４ｂ  エッジ面
１２６  ｐｎ接合
１２８  湾曲部分
【図１】
2009152608.tif 000003
【図２】
2009152608.tif 000004
【図３】
2009152608.tif 000005
【図４ａ】
2009152608.tif 000006
【図４ｂ】
2009152608.tif 000007
【図５ａ】
2009152608.tif 000008
【図５ｂ】
2009152608.tif 000009
【図６】
2009152608.tif 000010
【図７】
2009152608.tif 000011
【外国語明細書】
2009152608000001.pdf
2009152608000002.pdf
2009152608000003.pdf
2009152608000004.pdf