二極體的製作方法

2023-10-10 06:36:59 4

本說明書所公開的技術涉及一種二極體。

背景技術：

在專利文獻1中公開了一種二極體。在該二極體中，在半導體基板的表面上配置有陽極電極，在半導體基板的背面上配置有陰極電極。在半導體基板內形成有陽極區、柱區、勢壘區、中間區(p電場擴展防止區)以及陰極區。陽極區為p型，並與陽極電極歐姆接觸。柱區為n型，並與陽極電極相接。陽極區與柱區被配置為，在半導體基板的表面上交替地露出。勢壘區為n型，並從背面側與陽極區和柱區相接。中間區為p型，並從背面側與勢壘區相接。中間區通過勢壘區而與陽極區分離。陰極區為n型，並從背面側與中間區相接，且與陰極電極相接。

在該二極體中，當使陽極電極的電位上升時，電子將開始從陰極電極經由陰極區、中間區、勢壘區以及柱區而向陽極電極流動。即，在陽極電極的電位上升未結束的階段，電子在二極體中流動。由於勢壘區經由柱區而與陽極電極連接，因此在該階段中勢壘區與陽極電極之間的電位差較小。因此，在勢壘區與陽極區的界面的pn結處不易產生電位差，在該階段，該pn結不導通。當使陽極電極的電位進一步上升時，因上述的電子而產生的電流將增加，從而勢壘區與陽極電極之間的電位差增大。當該電位差達到預定的電位差時，勢壘區與陽極區的界面的pn結將導通，從而空穴從陽極電極經由陽極區、勢壘區以及中間區而向陰極區流入。以此方式，在該二極體中，在勢壘區與陽極區的界面的pn結導通之前，電子經由勢壘區和柱區而流動。因此，pn結導通的定時延遲，從而空穴向陰極區流入的情況被抑制。因此，在該二極體的反向恢復動作時，從陰極區向陽極電極排出的空穴較少。因此，在該二極體中，反向恢復電流較小，從而反向恢復動作時的損失被抑制。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-048230號公報

技術實現要素：

發明所要解決的問題

在一般的二極體中，半導體基板的表面的一部分的範圍與陽極電極相接，並且在其周圍，半導體基板的表面被絕緣層覆蓋。在被絕緣層覆蓋的範圍內，陽極電極不與半導體基板接觸。在下文中，將半導體基板與陽極電極相接的範圍稱為元件區域，並將半導體基板不與陽極電極相接的範圍稱為外周區域。

認為專利文獻1的二極體也具備上述的元件區域和外周區域。因此，在專利文獻1的二極體中，在pn結導通時，空穴也向外周區域內的陰極區擴散。因此，在二極體進行反向恢復動作時，不僅是存在於元件區域內的空穴，存在於外周區域內的空穴也向陽極電極排出。因此，在元件區域中的外周區域附近的範圍內，反向恢復電流容易集中。當反向恢復電流集中在外周區域附近的元件區域時，勢壘區將成為反向恢復電流的屏障，因此中間區的電位將上升。當中間區的電位成為極高時，存在由勢壘區、中間區以及陰極區構成的npn電晶體(寄生電晶體)導通的情況。當寄生電晶體導通時，將產生從電極向半導體基板注入載流子的現象，從而反向恢復電流增大，由此變得無法抑制反向恢復動作時的損失。因此，在本說明書中，提供一種在具有柱區、勢壘區、中間區以及陰極區的二極體中，抑制寄生電晶體導通的情況的技術。

用於解決問題的方法

本說明書所公開的二極體具備半導體基板、被配置在半導體基板的表面上的陽極電極和被配置在半導體基板的背面上的陰極電極。在俯視觀察半導體基板時，半導體基板具備單元區域、位於單元區域的外側的中間區域和位於中間區域的外側的外周區域。在單元區域和中間區域內，陽極電極與半導體基板的表面相接，在外周區域內，陽極電極不與半導體基板的表面相接。在單元區域內形成有：第一陽極區，其為p型，並且與陽極電極歐姆接觸；柱區，其為n型，並且與陽極電極相接；勢壘區，其為n型，並且從背面側與第一陽極區和柱區相接；第一中間區，其為p型，並且從背面側與勢壘區相接，並通過勢壘區而與第一陽極區分離。第一陽極區和柱區被配置為，在從特定截面對半導體基板進行剖視觀察時，交替地露出於半導體基板的表面。在中間區域內形成有：第二陽極區，其為p型，並且與陽極電極歐姆接觸；空穴抑制區，其與陽極電極相接；第二中間區，其為p型，並且從背面側與第二陽極區和空穴抑制區相接，且與第一中間區相接。勢壘區未被形成在中間區域內。在從陽極電極經由空穴抑制區而到達第二中間區的路徑上形成有屏障結構，在所述屏障結構中，從陽極電極朝向第二中間區的方向上的屏障與其反向上的屏障相比較高。在跨及單元區域、中間區域和外周區域的範圍內形成有陰極區，該陰極區為n型，並且從背面側與第一中間區和第二中間區相接，且與陰極電極相接。

另外，上述的第一陽極區既可以由單一的p型區構成，也可以由相互分離的多個p型區構成。此外，上述的柱區既可以由單一的n型區構成，也可以由相互分離的多個n型區構成。此外，在本說明書中，屏障是指載流子通過屏障結構所需的電位差。

首先，對該二極體的正向動作(陽極電極的電位與陰極電極的電位相比較高的情況下的動作)進行說明。在單元區域中，空穴從陽極電極經由第一陽極區、勢壘區以及第一中間區而流入陰極區。但是，在單元區域內，通過勢壘區和柱區而使從陽極電極向陰極區的空穴的流入被抑制。在中間區域內，空穴從陽極電極經由第二陽極區和第二中間區而流入陰極區。在中間區域內未形成有勢壘區。因此，在中間區域內，與在單元區域內相比，空穴較容易流入陰極區。但是，在中間區域內形成有空穴抑制區。由於在從陽極電極經由空穴抑制區而朝向第二中間區的路徑上屏障較高，因此空穴幾乎不會在經由空穴抑制區的路徑上流動。此外，由於形成有空穴抑制區，從而陽極電極與第二陽極區的接觸面積減小。由此，在中間區域內也一定程度地抑制了向陰極區的空穴的流入。流入陰極區的空穴的一部分向外周區域擴散。

接下來，對該二極體的反向恢復動作進行說明。當在正向動作之後陰極電極的電位與陽極電極的電位相比較高時，存在於陰極區內的空穴將向陽極電極排出。通過以此方式被排出的空穴，從而在二極體中流通有反向恢復電流。在單元區域內，陰極區內的空穴經由第一中間區、勢壘區以及第一陽極區而向陽極電極排出。在單元區域內，由於在正向動作時流入陰極區的空穴較少，因此在反向恢復動作時向陽極電極排出的空穴也較少。因此，在單元區域內流通的反向恢復電流不太會使第一中間區的電位上升。在中間區域內，陰極區內的空穴經由第二中間區和第二陽極區而向陽極電極流動。此時，不僅是存在於中間區域內的陰極區的空穴，存在於外周區域內的陰極區的空穴也經由中間區域(即，第二中間區和第二陽極區)而向陽極電極排出。即，反向恢復電流集中在中間區域內流通。但是，在中間區域內未形成勢壘區，從而第二中間區與第二陽極區直接接觸。因此，即使反向恢復電流集中在中間區域內流通，第二中間區的電位也不太會上升。而且，在正向動作時通過空穴抑制區而在一定程度上抑制了向陰極區的空穴的流入，因此在反向恢復動作時在第二中間區域內流通的反向恢復電流也在一定程度上被抑制。由此，也會抑制第二中間區的電位的上升。如此，第二中間區的電位的上升被抑制，因此與第二中間區相接的第一中間區的電位的上升也被抑制。如此，在中間區域內流通的反向恢復電流也不太會使第一中間區的電位上升。如此，由於在反向恢復動作時第一中間區的電位幾乎不上升，因此單元區域內的寄生電晶體(即，由勢壘區、第一中間區以及陰極區構成的npn電晶體)不易導通。通過該二極體，單元區域內的寄生電晶體的導通被抑制。因此，因寄生電晶體導通而導致的損失的產生被抑制。

附圖說明

圖1為實施例1的二極體10的俯視圖。

圖2為圖1的A-A線(在x方向上延伸的直線)處的縱剖視圖。

圖3為圖1的A-A線處的縱剖視圖。

圖4為圖1的A-A線處的縱剖視圖。

圖5為比較例的二極體的縱剖視圖。

圖6為實施例2的二極體的縱剖視圖。

圖7為實施例2的二極體的縱剖視圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，實施例1的二極體10具有半導體基板12。另外，在下文中，將與半導體基板12的表面平行的一個方向稱為x方向，將與半導體基板12的表面平行且與x方向正交的方向稱為y方向，將半導體基板12的厚度方向(即，與x方向及y方向正交的方向)稱為z方向。在半導體基板12的表面上形成有陽極電極14。如圖2所示，半導體基板12的表面的外周部被絕緣膜15覆蓋。陽極電極14在未形成絕緣膜15的區域(半導體基板12的表面的中央部)與半導體基板12相接。即，在半導體基板12的表面的中央部處形成有陽極電極14與半導體基板12相互接觸的接觸部14a。在形成有絕緣膜15的區域(半導體基板12的表面的外周部)內，陽極電極14被形成在絕緣膜15上，從而不與半導體基板12相接。在下文中，如圖1所示，將在沿著半導體基板12的厚度方向(即，z方向)而對半導體基板12進行俯視觀察時與接觸部14a重疊的半導體區域稱為元件區域20。此外，將元件區域20的外側的半導體區域(即，被絕緣膜15覆蓋的範圍)稱為外周區域18。

如圖2所示，在半導體基板12的背面上形成有陰極電極16。陰極電極16覆蓋半導體基板12的背面的整個區域。即，陰極電極16以跨及元件區域20的背面和外周區域18的背面的方式而形成。

在元件區域20內的接觸部14a(即，半導體基板12的表面)露出的範圍內形成有多個陽極區30(即，30a及30b)和多個柱區32(即，32a及32b)。各陽極區30為p型雜質濃度較高的p型區。各陽極區30與陽極電極14歐姆接觸。各陽極區30在y方向上延伸為較長。各柱區32為n型雜質濃度較高的n型區。各柱區32與陽極電極14歐姆接觸。但是，也可以將各柱區32的n型雜質濃度調節為較低的濃度，並且使各柱區32與陽極電極14肖特基接觸。各柱區32在y方向上延伸為較長。陽極區30和柱區32以在露出於接觸部14a的表層部處，在x方向上交替地反覆出現的方式而配置。即，陽極區30和柱區32在x方向上交替地露出於半導體基板12的表面。陽極區30和柱區32相互鄰接。

在陽極區30和柱區32的下側(背面側)形成有n型的勢壘區34。勢壘區34從下側與陽極區30和柱區32相接。如圖1所示，勢壘區34僅被形成在元件區域20內的中央部處，而並未被形成在元件區域20的外周部處。即，在勢壘區34與外周區域18之間設置有間隔。在下文中，如圖1所示，將在沿著半導體基板12的厚度方向而對半導體基板12進行俯視觀察時與勢壘區34重疊的範圍的半導體區域稱為單元區域24。此外，將單元區域24與外周區域18之間的範圍(即，單元區域24的外側且元件區域20內的範圍)稱為中間區域22。此外，將單元區域24內的陽極區30稱為第一陽極區30a，將中間區域22內的陽極區30稱為第二陽極區30b。此外，將單元區域24內的柱區32稱為第一柱區32a，將中間區域22內的柱區32稱為第二柱區32b。

在勢壘區34的下側形成有第一中間區36。第一中間區36為與陽極區30相比p型雜質濃度較低的p型區。第一中間區36從下側與勢壘區34相接。第一中間區36通過勢壘區34而與第一陽極區30a分離。

如上所述，在中間區域22內的第二陽極區30b和第二柱區32b的下側未形成有勢壘區34。在中間區域22內，在第二陽極區30b和第二柱區32b的下側形成有第二中間區44。第二中間區44為與陽極區30相比p型雜質濃度較低的p型區。第二中間區44從下側與第二陽極區30b和第二柱區32b相接。第二中間區44從第二陽極區30b及第二柱區32b的下端的深度起延伸至單元區域24內的第一中間區36的下端的深度。第二中間區44與單元區域24內的勢壘區34以及第一中間區36相接。第二中間區44的p型雜質濃度與第一中間區36的p型雜質濃度大致相等。即，第二中間區44和第一中間區36為實質上連續的p型區。

另外，中間區域22的寬度L1(即，x方向上的勢壘區34與外周區域18之間的間隔)與後述的漂移區50內的空穴的擴散長度相比較長。

在外周區域18內形成有終端p型區60。終端p型區60以跨及外周區域18和中間區域22的方式而形成。終端p型區60從半導體基板12的表面起被形成至與第二中間區44的下端大致相同的深度。終端p型區60與最外周側的第二陽極區30b以及第二中間區44相接。

在第一中間區36、第二中間區44以及終端p型區60的下側形成有n型的陰極區56。陰極區56具有漂移區50、緩衝區52以及多個陰極接觸區54。

漂移區50為n型雜質濃度較低的n型區。漂移區50以跨及單元區域24、中間區域22以及外周區域18的方式而延伸。漂移區50從下側與第一中間區36、第二中間區44以及終端p型區60相接。此外，漂移區50延伸至與終端p型區60相比靠外周側，因此露出於半導體基板12的表面以及端面。

緩衝區52為與漂移區50相比n型雜質濃度較高的n型區。緩衝區52被形成在漂移區50的下側。緩衝區52以跨及單元區域24、中間區域22以及外周區域18的方式而延伸。在單元區域24、中間區域22以及外周區域18的各個區域內，緩衝區52從下側與漂移區50相接。

在緩衝區52的下側形成有上述的多個陰極接觸區54和多個電子抑制區58。陰極接觸區54和電子抑制區58被形成在露出於半導體基板12的背面的範圍內。各陰極接觸區54為與緩衝區52相比n型雜質濃度較高的n型區。各陰極接觸區54從下側與緩衝區52相接。各陰極接觸區54與陰極電極16歐姆接觸。各陰極接觸區54在y方向上延伸為較長。各電子抑制區58為p型雜質濃度較高的p型區。各電子抑制區58從下側與緩衝區52相接。各電子抑制區58與陰極電極16歐姆接觸。各電子抑制區58在y方向上延伸為較長。陰極接觸區54和電子抑制區58以在x方向上交替地反覆出現的方式而配置。陰極接觸區54與電子抑制區58的反覆結構以跨及單元區域24、中間區域22以及外周區域18的方式而形成。

接下來，對二極體10的動作進行說明。首先，對向二極體10施加正向電壓(陽極電極14與陰極電極16相比成為高電位的電壓)時的動作進行說明。

當使正向電壓逐漸增加時，電子將在單元區域24內如圖2的箭頭80所示那樣流動。即，電子從陰極電極16經由陰極接觸區54和緩衝區52而流入漂移區50。流入漂移區50的電子穿過第一中間區36而流入勢壘區34，並從勢壘區34經由第一柱區32a而向陽極電極14流動。雖然第一中間區36為p型，但是由於雜質濃度較低且厚度較薄，因此電子會穿過第一中間區36。如此，在施加了較低的正向電壓的狀態下，電子從勢壘區34經由第一柱區32a而向陽極電極14流動，因此勢壘區34的電位與陽極電極14的電位大致相等。因此，在第一陽極區30a與勢壘區34的界面的pn結70處不易產生電位差。因此，在此階段，pn結70不導通。

當使正向電壓進一步上升時，在單元區域24內如箭頭80所示那樣流動的電子將增加，從而勢壘區34與陽極電極14之間的電位差增大。於是，隨著該電位差的增加，向pn結70施加的電位差增大。當向pn結70施加的電位差超過預定值時，pn結70將導通。於是，空穴如圖3的箭頭84所示那樣流動。即，空穴從陽極電極14經由第一陽極區30a、勢壘區34以及第一中間區36而流入漂移區50。雖然第一中間區36為p型，但是由於雜質濃度較低且厚度較薄，因此空穴會穿過第一中間區36。流入漂移區50的空穴經由緩衝區52和陰極接觸區54而向陰極電極16流動。此外，當pn結70導通時，電子朝向箭頭84的反向流動。即，電子從陰極電極16經由陰極接觸區54和緩衝區52而流入漂移區50。流入漂移區50的電子經由第一中間區36、勢壘區34以及第一陽極區30a而向陽極電極14流動。

如以上所說明的那樣，在單元區域24內，在正向電壓較低的階段，電子經由勢壘區34和柱區32而流動，從而在pn結70處不易產生電位差。因此，在正向電壓變得足夠高的階段，pn結70導通。即，pn結70導通的定時延遲。由此，可抑制空穴流入漂移區50的情況。

另一方面，由於在中間區域22內未形成勢壘區34，因此在中間區域22內不會產生如圖2的箭頭80那樣的電子的流動。由於在中間區域22內，第二陽極區30b與第二中間區44直接相接，因此第二中間區44的電位與陽極電極14的電位大致相等。因此，當使正向電壓上升時，在第二中間區44與漂移區50的界面的pn結72處容易產生電位差。因此，在中間區域22內，在正向電壓較低的階段，pn結72導通。其結果為，在中間區域22內，空穴如圖2的箭頭82所示那樣流動。即，空穴從陽極電極14經由第二陽極區30b、第二中間區44而流入漂移區50。流入漂移區50的空穴經由緩衝區52和陰極接觸區54而向陰極電極16流動。此外，當pn結72導通時，電子朝向箭頭82的反向流動。即，電子從陰極電極16經由陰極接觸區54和緩衝區52而流入漂移區50。流入漂移區50的電子經由第二中間區44和第二陽極區30b而向陽極電極14流動。此後，即使正向電壓進一步上升，電流也會如圖3的箭頭82所示那樣，與正向電壓較低的情況相同地在中間區域22內流動。通過如圖3所示那樣，中間區域22的pn結72與單元區域24的pn結70導通，從而二極體10導通。

如以上所說明的那樣，在中間區域22內，在正向電壓較低的階段，pn結72導通。即，中間區域22的pn結72與單元區域24的pn結70相比在較早的定時導通。因此，在中間區域22中，在與單元區域24相比較早的定時，開始向漂移區50的空穴的流入。因此，在中間區域22中，與在單元區域24中相比，空穴較容易流入漂移區50。

此外，當空穴如圖3所示那樣流入漂移區50時，在漂移區50內，一部分的空穴將向外周區域18擴散。因此，在二極體10導通的狀態下，在外周區域18的漂移區50內也存在空穴。

另外，在中間區域22的陽極電極14側(表面側)的表層部處形成有第二陽極區30b和第二柱區32b。在第二柱區32b與第二中間區44的界面處形成有pn結74。在pn結74處，在從第二中間區44朝向第二柱區32b的方向上屏障較小，而在從第二柱區32b朝向第二中間區44的方向上屏障較大。因此，雖然在中間區域22內從陽極電極14朝向漂移區50流動的空穴如箭頭82所示那樣經由第二陽極區30b而流動，但幾乎不向第二柱區32b流動。如此，通過在中間區域22的陽極電極14側的表層部處局部地配置n型的第二柱區32b，從而能夠縮窄空穴向漂移區50流入的路徑。由此，在中間區域22內也能夠一定程度地抑制空穴向漂移區50的流入。

此外，在該二極體中，在陰極電極16側(背面側)的表層部處交替地形成有陰極接觸區54和電子抑制區58。如上所述，當二極體10導通時，電子從陰極電極16經由陰極接觸區54而流入漂移區50。從陰極電極16流入漂移區50的電子幾乎不向電子抑制區58流動。如此，通過在半導體基板12的背面側的表層部處局部地配置p型的電子抑制區58，從而能夠縮窄電子向漂移區50流入的路徑。由此，能夠一定程度地抑制電子向漂移區50的流入。

接下來，對將向二極體10施加的施加電壓從正向電壓切換為反向電壓的情況下的二極體10的動作(即，二極體10的反向恢復動作)進行說明。如圖3所示，在二極體10導通的狀態下，將施加電壓從正向電壓切換為反向電壓。於是，如圖4的箭頭86、88及90所示，漂移區50內的空穴向陽極電極14排出。

在單元區域24內，如箭頭86所示，空穴從漂移區50經由第一中間區36、勢壘區34以及陽極區30而向陽極電極14排出。如上所述，在單元區域24內，在正向電壓施加時向漂移區50的空穴的流入被有效地抑制。因此，在反向恢復動作時從漂移區50向陽極電極14排出的空穴較少。因此，在單元區域24內不會流通有較高的反向恢復電流。由於在單元區域24內流通的反向恢復電流較小，因此在單元區域24內流通的反向恢復電流不太會使第一中間區36的電位上升。

在中間區域22內，如箭頭88所示，空穴從漂移區50經由第二中間區44和第二陽極區30b而向陽極電極14排出。此外，存在於外周區域18的漂移區50內的空穴如箭頭90所示那樣流入中間區域22的漂移區50內。從外周區域18流入中間區域22的空穴也穿過箭頭88所示的路徑而向陽極電極14排出。因此，反向恢復電流集中在中間區域22內。在中間區域22內流通有較高的反向恢復電流。

在此，為了比較而對如圖5所示那樣在元件區域20的整體內形成有勢壘區34的二極體進行探討。在該情況下，反向恢復電流(空穴)也集中在元件區域20的外周部。在圖5中，反向恢復電流如箭頭92、94所示那樣在元件區域20的外周部流通。箭頭92所示的路徑穿過勢壘區34與陽極區30的界面的pn結76。由於pn結76的屏障相對於朝向箭頭92所示的方向流動的空穴而較高，因此當反向恢復電流如箭頭92所示那樣流通時，p型的中間區36的電位將上升。中間區36的電位上升在反向恢復電流集中的部分(即，元件區域20中的外周區域18附近的部分)處較為顯著。當中間區36的電位上升時，由n型的勢壘區34、p型的中間區36及n型的陰極區56構成的寄生電晶體(npn電晶體)將導通。於是，由勢壘區34、中間區36、陰極區56以及電子抑制區58構成的寄生閘流電晶體也將導通。當如上述那樣，寄生電晶體以及寄生閘流電晶體導通時，空穴從陰極電極16流入半導體基板12，並且所流入的空穴向陽極電極14流動。此外，電子從陽極電極14流入半導體基板12，並且所流入的電子向陰極電極16流動。如此，在陽極電極14與陰極電極16之間流動有空穴與電子，從而流通有較高的反向恢復電流。因此，在反向恢復動作時會產生較高的損失。

與此相對，由於在圖4所示的實施例1的二極體10中，在中間區域22內未形成有勢壘區34，因此即使反向恢復電流如箭頭88所示那樣流通，第二中間區44的電位也幾乎不會上升。其結果為，與第二中間區44相連的第一中間區36的電位也幾乎不會上升。如此，在中間區域22內流通的反向恢復電流不太會使第一中間區36的電位上升。

如以上所說明的那樣，在二極體10中，在反向恢復動作時，第一中間區36的電位幾乎不會上升。因此，可抑制由勢壘區34、第一中間區36以及陰極區56構成的寄生電晶體導通的情況。即，可抑制由勢壘區34、第一中間區36、陰極區56以及電子抑制區58構成的寄生閘流電晶體導通的情況。

此外，如上所述，在中間區域22內，在正向電壓施加時通過第二柱區32b而抑制向漂移區50的空穴的流入。因此，可抑制在反向恢復動作時於中間區域22內流通的反向恢復電流。由此，也可抑制第二中間區44以及第一中間區36的電位的上升，從而寄生電晶體以及寄生閘流電晶體不易導通。

此外，在二極體10中，中間區域22的寬度L1(即，x方向上的勢壘區34與外周區域18之間的間隔)長於漂移區50內的空穴的擴散長度。因此，在反向恢復動作時，外周區域18的漂移區50內的空穴不會到達勢壘區34。即，外周區域18的漂移區50內的空穴不會穿過勢壘區34而向陽極電極14排出。由此，第一中間區36的電位更加不易上升。因此，寄生電晶體以及寄生閘流電晶體更加不易導通。

以此方式，通過對寄生電晶體和寄生閘流電晶體的導通進行抑制，從而可抑制在反向恢復動作時產生的損失。

此外，在反向恢復動作時，存在於漂移區50內的電子向陰極電極16排出。通過以此方式被排出的電子，也會使反向恢復電流流通。但是，在實施例1的二極體10中，在正向電壓施加時，通過電子抑制區58而使從陰極電極16向漂移區50的電子的流入被抑制。因此，在反向恢復動作時從漂移區50向陰極電極16排出的電子較少。由此，也可抑制反向恢復動作時的損失。

如以上所說明的那樣，在實施例1的二極體10中，用於抑制向漂移區50的空穴的流入的勢壘區34被形成在單元區域24內，而未被形成在中間區域22內。由此，即使反向恢復電流集中在中間區域22，第二中間區44的電位也不易上升。此外，在中間區域22內，通過第二柱區32b而使反向恢復電流本身被抑制，由此也會使第二中間區44的電位不易上升。因此，第一中間區36的電位的上升被抑制，從而寄生電晶體的導通被抑制。其結果為，反向恢復動作時的損失被抑制。

另外，在上述的實施例1的二極體10中，在中間區域22內，第二陽極區30b與第二柱區32b被交替地反覆形成。但是，只要在中間區域22的表面側的表層部處形成有第二陽極區30b和第二柱區32b，這些區域可以任意地配置。

此外，在上述的實施例1的二極體10中，在與終端p型區60鄰接的位置處形成有第二陽極區30b。但是，也可以在與終端p型區60鄰接的位置處形成有第二柱區32b。根據該結構，能夠更有效地抑制在正向電壓施加時向外周區域18的漂移區50的空穴的流入。因此，能夠對在中間區域22內流通的反向恢復電流進行抑制。

此外，在上述的實施例1的二極體10中，也可以進一步縮短在中間區域22內陽極區30與柱區32於x方向上反覆的間距。例如，可以將該間距設為在中間區域22內與在單元區域24內相比較短。在反向恢復動作時向陽極電極14排出的空穴會繞過第二柱區32b而從第二陽極區30b流過。通過縮短上述的間距，從而空穴繞過第二柱區32b而流動時的路徑會縮短，由此能夠進一步有效地抑制第二中間區44以及第一中間區36的電位的上升。

對實施例1的二極體10與權利要求的二極體的關係進行說明。實施例1的第一柱區32a為權利要求的柱區的一個示例。實施例1的第二柱區32b為權利要求的空穴抑制區(作為n型區的空穴抑制區)的一個示例。實施例1的pn結74為權利要求的屏障結構的一個示例。實施例1的漂移區50為權利要求的與第二中間區鄰接的部分的陰極區的一個示例。

實施例2

圖6圖示了實施例2的二極體的與圖2對應的縱截面。通過對圖2與圖6進行對比可明確，在實施例2的二極體中，取代實施例1的二極體10的第二柱區32b(中間區域22內的柱區32)而形成有肖特基區43。除了這一點以外，實施例2的二極體的結構與實施例1的二極體10的結構相同。

在實施例2的二極體的中間區域22內形成有多個肖特基區43。各肖特基區43為p型雜質濃度較低的p型區。各肖特基區43的p型雜質濃度與陽極區30的p型雜質濃度相比較低，且與第二中間區44的p型雜質濃度大致相等。各肖特基區43與陽極電極14肖特基接觸。各肖特基區43在y方向上延伸為較長。第二陽極區30b與肖特基區43以在x方向上交替地反覆出現的方式而配置。第二陽極區30b與肖特基區43相互鄰接。在第二陽極區30b與肖特基區43的下側形成有第二中間區44。第二中間區44從下側與第二陽極區30b和肖特基區43相接。如上所述，肖特基區43與第二中間區44的p型雜質濃度大致相等，肖特基區43與第二中間區44為實質上連續的p型區。

接下來，對實施例2的二極體的動作進行說明。考慮使向實施例2的二極體施加的正向電壓逐漸增加的情況。實施例2的單元區域24以與實施例1的單元區域24相同的方式動作。因此，在正向電壓施加時，通過勢壘區34而使空穴流入單元區域24的漂移區50的情況被抑制。另一方面，在中間區域22內未形成勢壘區34，從而第二陽極區30b與第二中間區44直接接觸。因此，第二中間區44的電位與陽極電極14的電位大致相等。因此，在第二中間區44與漂移區50的界面的pn結72處容易產生電位差。因此，在中間區域22內，在正向電壓較低的階段，pn結72導通。其結果為，在中間區域22內，空穴如圖6的箭頭96所示那樣流動。即，空穴從陽極電極14經由第二陽極區30b和第二中間區44而流入漂移區50。流入漂移區50的空穴向陰極電極16流動。此外，當pn結72導通時，電子朝向箭頭96的反向流動。

如以上所說明的那樣，在中間區域22內，在正向電壓較低的階段，pn結72導通，從而空穴與電子流動。即，中間區域22的pn結72與單元區域24的pn結70相比在較早的定時導通。因此，在中間區域22內，在與單元區域24相比較早的定時，開始向漂移區50的空穴的流入。因此，在中間區域22內，與在單元區域24內相比，空穴較容易流入漂移區50。

另外，在中間區域22的陽極電極14側(表面側)的表層部處交替地形成有第二陽極區30b和肖特基區43。在肖特基區43與陽極電極14的界面處形成有肖特基結。在該肖特基結處，在從肖特基區43朝向陽極電極14的方向上屏障較小，而在從陽極電極14朝向肖特基區43的方向上屏障較大。因此，在中間區域22的pn結72導通時從陽極電極14朝向漂移區50流動的空穴如箭頭96所示那樣經由第二陽極區30b而流動，而幾乎不向肖特基區43流動。如此，通過在中間區域22的陽極電極14側的表層部處局部地配置肖特基區43，從而能夠縮窄空穴向漂移區50流入的路徑。由此，在中間區域22內也能夠一定程度地抑制空穴向漂移區50的流入。

接下來，對將向實施例2的二極體施加的施加電壓從正向電壓切換為反向電壓的情況下的二極體的動作進行說明。在二極體10導通的狀態下，將施加電壓從正向電壓切換為反向電壓。於是，如圖7的箭頭98、100、102以及104所示，漂移區50內的空穴向陽極電極14排出。

在單元區域24內，空穴如箭頭98所示那樣被排出。在反向恢復動作中，實施例2的單元區域24也以與實施例1的單元區域24相同的方式動作。

在中間區域22內，如箭頭100所示，空穴從漂移區50經由第二中間區44和陽極區30而向陽極電極14排出。

此外，中間區域22內的一部分的空穴如箭頭102所示那樣，從漂移區50經由第二中間區44而流入肖特基區43。在肖特基區43的表面附近(肖特基結附近)形成有極薄的耗盡層。當空穴到達該耗盡層時，通過耗盡層內較強的電場而使空穴向陽極電極14排出。如此，在實施例2的二極體中，空穴也在箭頭102所示的路徑中流動。

此外，存在於外周區域18的漂移區50內的空穴如箭頭104所示那樣流入中間區域22的漂移區50。如此，流入中間區域22的空穴也穿過箭頭100、102所示的路徑而向陽極電極14排出。因此，反向恢復電流集中在中間區域22。在中間區域22內流通有較高的反向恢復電流。

但是，由於在實施例2的二極體中，在中間區域22內未形成有勢壘區34，因此即使反向恢復電流如箭頭100、102、104所示那樣流通，第二中間區44的電位也幾乎不會上升。此外，在實施例2的二極體中，陽極區30與肖特基區43雙方成為排出空穴的路徑，從而排出空穴的路徑與實施例1相比較寬。因此，空穴易於向陽極電極14排出，由此第二中間區44的電位更加不易上升。由於第二中間區44的電位不易上升，因此與第二中間區44相連的第一中間區36的電位也不易上升。因此，可抑制由勢壘區34、第一中間區36以及陰極區56構成的寄生電晶體導通的情況。即，可抑制由勢壘區34、第一中間區36、陰極區56以及電子抑制區58構成的寄生閘流電晶體導通的情況。由此，可抑制在反向恢復動作時產生的損失。

此外，如上所述，在實施例2的二極體中，通過肖特基區43而使正向電壓施加時的中間區域22的向漂移區50的空穴的流入被抑制。因此，可抑制在反向恢復動作時於中間區域22內流通的反向恢復電流。由此，也會對第二中間區44以及第一中間區36的電位的上升進行抑制，從而寄生電晶體以及寄生閘流電晶體不易導通。

以此方式，在實施例2的二極體中，也通過對寄生電晶體和寄生閘流電晶體的導通進行抑制，從而抑制在反向恢復動作時產生的損失。

此外，在實施例2的二極體中，也在正向電壓施加時通過電子抑制區58而使從陰極電極16向漂移區50的電子的流入被抑制。因此，在反向恢復動作時從漂移區50向陰極電極16排出的電子較少。由此，也會抑制反向恢復動作時的損失。

如以上所說明的那樣，在實施例2的二極體中，勢壘區34被形成在單元區域24內，而未被形成在中間區域22內。由此，即使反向恢復電流集中在中間區域22，第二中間區44的電位也不易上升。此外，在中間區域22中，通過肖特基區43而使反向恢復電流本身被抑制，由此，第二中間區44的電位也不易上升。因此，第一中間區36的電位的上升被抑制，從而寄生電晶體的導通被抑制。其結果為，反向恢復動作時的損失被抑制。

此外，在實施例2的二極體中，取代實施例1的柱區32(n型區)而形成有p型的肖特基區43。由於無需在被陽極區30和第二中間區44包圍的範圍內形成n型區，因此能夠減少半導體基板12的內部的pn結的數量。由此，半導體基板12的內部的寄生元件的數量變少，從而能夠抑制非本意的寄生元件的動作。

另外，在上述的實施例2的二極體中，在中間區域22內第二陽極區30b與肖特基區43被交替地反覆形成。但是，只要在中間區域22的表面側的表層部處形成有第二陽極區30b和肖特基區43，這些區域可以任意地配置。

此外，在上述的實施例2的二極體中，在與終端p型區60鄰接的位置處形成有第二陽極區30b。但是，也可以在與終端p型區60鄰接的位置處形成有肖特基區43。根據該結構，能夠更有效地抑制在正向電壓施加時向外周區域18的漂移區50的空穴的流入。因此，能夠對在中間區域22內流通的反向恢復電流進行抑制。

對實施例2的二極體與權利要求的二極體的關係進行說明。實施例2的第一柱區32a為權利要求的柱區的一個示例。實施例2的肖特基區43為權利要求的空穴抑制區(作為與陽極電極肖特基接觸的p型區的空穴抑制區)的一個示例。實施例2的肖特基結為權利要求的屏障結構的一個示例。實施例2的漂移區50為權利要求的與第二中間區鄰接的部分的陰極區的一個示例。

另外，雖然在上述的實施例1、2中，在半導體基板12中形成有二極體，但是也可以取代二極體而在半導體基板12中形成IGBT(insulated gatebipolar transistor：絕緣柵雙極性電晶體)。在該情況下，能夠將陽極電極14兼用為IGBT的發射極，將陰極電極16兼用為IGBT的集電極。此外，在該情況下，能夠將p型的電子抑制區58作為IGBT的集電區而發揮作用。

此外，雖然上述的實施例1、2的二極體具有電子抑制區58，但是也可以不具有電子抑制區58。例如，也可以在露出於半導體基板12的背面的整個範圍內形成陰極接觸區54。

此外，在上述的實施例1、2的二極體中，也可以使與終端p型區60鄰接的第二陽極區30b在x方向上的接觸寬度(與陽極電極14相接的區域的寬度)與其他的第二陽極區30b相比較寬。由此，在反向恢復動作時從外周區域18流入中間區域22的空穴容易向陽極電極14排出，從而能夠進一步有效地抑制第二中間區44以及第一中間區36的電位的上升。

此外，在上述的實施例1、2中，在單元區域24的表面側的表層部處形成有多個陽極區30和多個柱區32。但是，可以在未圖示的位置處使各陽極區30相互連接，也可以在未圖示的位置處使各柱區32相互連接。也就是說，只要在特定的縱截面上形成有陽極區30和柱區32的反覆結構，也可以在單元區域24內形成單一的陽極區30，或者可以在單元區域24內形成單一的柱區32。

雖然以上對本發明的具體示例進行了詳細說明，但是這些僅為例示，並不對權利要求書進行限定。在權利要求書所記載的技術中，包括對上文所例示的具體示例進行了各種改變、變更的技術。

在本說明書或者附圖中所說明的技術要素通過單獨或者各種的組合的方式而發揮技術上的有用性，並不限定於申請時權利要求所記載的組合。此外，本說明書或者附圖所例示的技術為同時達成多個目的的技術，並且達成其中一個目的本身便具有技術上的有用性。

符號說明

10：二極體；12：半導體基板；14：陽極電極；14a：接觸部；15：絕緣膜；16：陰極電極；18：外周區域；20：元件區域；22：中間區域；24：單元區域；30a：第一陽極區；30b：第二陽極區；32a：第一柱區；32b：第二柱區；34：勢壘區；36：第一中間區；44：第二中間區；50：漂移區；52：緩衝區；54：陰極接觸區；56：陰極區；58：電子抑制區。