DE102008051166A1

DE102008051166A1 - Halbleitervorrichtung mit einer Diode

Info

Publication number: DE102008051166A1
Application number: DE102008051166A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Yoshiura; Masanori Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-10-11
Also published as: US9704946B2; JP2009283781A; KR20090122106A; US20090289276A1; CN101587912A; JP4743447B2; US20150236088A1; TW200950103A; KR101030696B1; DE102008051166B4; TWI372466B; CN101587912B

Abstract

Die Erfindung sieht eine Halbleitervorrichtung mit einer Diode vor. Auf einer Hauptoberflächenseite eines n-Halbleitersubstrats (1) ist ein p-Diffusionsbereich (3) gebildet, der als eine Anode (2) der Diode dient. Ein Schutzring (6), der aus einem p-Diffusionsbereich (5) gebildet ist, ist zum Umgeben der Anode (2) gebildet. Auf der anderen Hauptoberflächenseite sind eine n-Schicht (12) ultrahoher Dotierungskonzentration und eine n-Schicht (11) hoher Dotierungskonzentration gebildet, die als eine Kathode dienen. In einem Bereich (15) gegenüber dem Schutzring (6), der in der Kathode angeordnet ist und dem Schutzring (6) gegenüber ist, ist ein kathodenseitiger p-Diffusionsbereich (14) gebildet. Folglich kann die Konzentration des elektrischen Stroms auf einem äußeren Peripherieendabschnitt der Anode unterdrückt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einer Diode und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung mit einer hohen Spannungswiderstandsfestigkeit, die eine Diode enthält und zu Benutzung in elektrischen Leistungsanwendungen dient.
In diesen Jahren werden Inverter auf solchen Gebieten wie das Gebiet der kommerziellen Leistungseinheiten benutzt. Für den Inverter wird gewöhnlich eine kommerzielle Leistungsquelle (Wechselstromleistungsquelle) benutzt. Somit enthält der Inverter eine Konvertereinheit, die zuerst eine Wechselspannung in eine Gleichspannung konvertiert (Vorwärtskonversion), eine Glättungsschaltungseinheit und eine Invertereinheit, die die Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert (inverse Konversion). Als eine Hauptleistungsvorrichtung der Invertereinheit wird hauptsächlich ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (hier im Folgenden als ”IGBT” bezeichnet), der eine Schalttätigkeit mit einer relativ hohen Geschwindigkeit ausführen kann, verwendet.
In den meisten Fällen ist die Last des Inverters eine elektrische Induktionsvorrichtung (Motor, der eine induktive Last ist). Die induktive Last ist mit einem Punkt eines mittleren Potentials zwischen einem Oberarmelement und einem Unterarmelement verbunden, und elektrischer Strom fließt zu der induktiven Last sowohl in der positiven als auch in der negativen Richtung. Daher ist zum Richten des Stroms, der in die induktive Last von dem Ende fließt, an dem die Last zurück mit der Leistungsversorgung eines hohen Potentials verbunden ist, und zum Richten des Stroms von dem Ende, an dem die Last mit der Masse verbunden ist, eine Freilaufdiode zum Zirkulierenlassen des Stroms zwischen der induktiven Last und der geschlossenen Schaltung der Armelemente notwendig.
In dem Inverter wird gewöhnlich der IGBT als Schalter betätigt zum Wiederholen des AUS-Zustands und des EIN-Zustands, so dass die Leistungsenergie gesteuert wird. Bezüglich des Schaltens der Inverterschaltung mit einer induktiven Last wird der EIN-Zustand erreicht durch einen Einschaltprozeß, während der AUS-Zustand durch einen Ausschaltprozeß erreicht wird. Hier bezieht sich der Einschaltprozeß auf eine Änderung des IGBT von dem AUS-Zustand zu dem EIN-Zustand, während sich der Ausschaltprozeß auf eine Änderung des IGBT von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand ändert. Während sich der IGBT in dem EIN-Zustand befindet, fließt Strom nicht durch die Diode, und die Diode ist in dem AUS-Zustand. Dagegen fließt Strom, während der IGBT in dem AUS-Zustand ist, durch die Diode, und die Diode ist in dem EIN-Zustand.
Eine Struktur und eine Tätigkeit einer herkömmlichen Diode werden beschrieben. Bei der herkömmlichen Diode ist ein p-Diffusionsbereich, der als eine Anode zu dienen hat, auf einer Seite einer Hauptoberfläche eines n-Halbleitersubstrates niedriger Konzentration gebildet. Auf dem p-Diffusionsbereich ist eine Anodenelektrode derart gebildet, dass die Anodenelektrode den p-Diffusionsbereich kontaktiert. Auf der anderen Seite der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ist ein n-Dotierungsbereich ultrahoher Konzentration als die oberste Oberfläche gebildet. Unter der n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration ist eine n-Dotierungsschicht hoher Konzentration gebildet. Auf der n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration ist eine Kathodenelektrode derart gebildet, dass die Kathodenelektrode die n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration kontaktiert.
Zum Sicherstellen einer Widerstandsfähigkeitsspannung der Diode in dem Zustand, in dem eine Spannung zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode angelegt ist, wird eine Diode mit einem Schutzring (p-Schicht) allgemein und weit verbreitet benutzt. Der Schutzring ist zum Umgeben der Anode in einem Abstand von einem Ende der Anode (p-Diffusionsbereich) gebildet, so dass das elektrische Feld auf einem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs abgebaut wird.
In einem EIN-Zustand, in dem eine hohe Spannung in der Vorwärtsrichtung zwischen der Anode und der Kathode angelegt wird, wird eine große Zahl von Trägern in einem Bereich eines ersten Leitungstyps (Driftschicht) des Halbleitersubstrats angesammelt. Dagegen werden in einem AUS-Zustand, in dem eine hohe Spannung in umgekehrter Richtung zwischen der Anode und der Kathode angelegt wird (zu der Zeit der umgekehrten Wiedergewinnung), die Träger, die in der Driftschicht angesammelt sind, ausgegeben, so dass ein umgekehrter Wiedergewinnungsstrom fließt. Zu dieser Zeit werden ein großer Strom und eine große Spannung an die Diode angelegt, und folglich wird Wärme erzeugt, die von einem gro ßen Leistungsverbrauch begleitet wird. Dieses ist eine der Ursachen des Verhinderns eines schnellen Schaltens.
Die JP 2003-152197 A und die JP 09-246570 A offenbaren z. B. eine Diode mit einem Schutzring.
Die herkömmliche Halbleitervorrichtung weist das folgende Problem auf. In dem EIN-Zustand der Diode diffundieren Träger und sammeln sich nicht nur in einem Bereich der Driftschicht, die unmittelbar unter der Anode angeordnet ist, sondern auch in einem Bereich der Driftschicht, der unmittelbar unter dem Schutzring angeordnet ist.
In dem AUS-Zustand werden Träger, die sich in der Driftschicht angesammelt haben, von der Anode oder Kathode zum Beispiel ausgegeben und verschwinden am Ende. Zu dieser Zeit fließen in dem p-Diffusionsbereich der Anode beide der Träger (Löcher), die sich in dem Bereich der Driftschicht unmittelbar unter der Anode angesammelt haben, und der Träger (Löcher), die sich in dem Bereich der Driftschicht unmittelbar unter dem Schutzring angesammelt haben. Daher tritt insbesondere in einem äußeren Peripherieendabschnitt der Anode, die in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring angeordnet ist, eine Stromkonzentration auf. Weiter ist in dem äußeren Peripherieendabschnitt der Anode das elektrische Feld zu der Zeit der Rückwärtsvorspannung sehr intensiv. Somit wirken der elektrische Strom und das elektrische Feld auf den äußeren Peripherieendabschnitt der Anode, und der äußere Peripherieendabschnitt ist ein Abschnitt, von dem es am Wahrscheinlichsten ist, dass er in einem Marginaltest zusammenbricht.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das obige Problem zu lösen, und es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung mit einer Diode vorzusehen, bei der eine Stromkonzentration auf einem äußeren Peripherieendabschnitt der Anode unterdrückt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung mit einer Diode nach Anspruch 1.
Die Halbleitervorrichtung weist eine Diode auf und enthält ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps, eine Anode eines zweiten Leitungstyps, einen Schutzring, eine Kathode des ersten Leitungstyps und einen Dotierungsbereich auf der Kathodenseite des zweiten Leitungstyps. Das Halbleitersubstrat des ersten Leitungstyps weist eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüber der ersten Hauptoberfläche auf. Die Anode des zweiten Leitungstyps ist auf einer ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats gebildet. Der Schutzring ist in einem Abstand von der Anode gebildet und umgibt die Anode. Die Kathode des ersten Leitungstyps ist auf einer zweiten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats gebildet. Der Dotierungsbereich der Kathodenseite des zweiten Leitungstyps ist in einem Bereich gebildet, der in der Kathode angeordnet ist und dem Schutzring gegenüber ist.
Bei der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Dotierungsbereich der Kathodenseite des zweiten Leitungstyps in dem Bereich in der Kathode gebildet, der dem Schutzring gegenüber ist, so dass das Volumen des n-Bereichs der Kathode abnimmt, und folglich können die Träger, die in dem Bereich des ersten Leitungstyps des Halbleitersubstrats angesammelt werden, der unmittelbar unter dem Schutzring angeordnet ist, in dem EIN- Zustand verringert werden. Somit nehmen die Träger, die von dem Bereich des ersten Leitungstyps unmittelbar unter dem Schutzring in einen äußeren Peripherieendabschnitt der Anode in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring fließen, zu der Zeit ab, wenn eine Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand auftritt. Als Resultat wird die Konzentration des Stroms auf dem äußeren Peripherieendabschnitt der Anode unterdrückt, und somit kann die Durchbruchstoleranz verbessert werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie in Zusammenhang mit den begleitenden Figuren genommen wird. Von den Figuren zeigen:
1 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 und 3 Querschnitte, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
4 und 5 Querschnitte einer Halbleitervorrichtung gemäß eines Vergleichsbeispiels, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung;
6 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 und 8 Querschnitte, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
9 und 10 ein erstes Diagramm und ein zweites Diagramm, die eine Beziehung zwischen einem Wiedergewinnungsverlust und einem Vorwärtsspannungsabfall zeigen zum Darstellen eines Effektes der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
11 ein Diagramm, das einen Rückwärtswiedergewinnungsstrom zum Darstellen eines Wiedergewinnungsverlusts in der Ausführungsform zeigt;
12 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 und 14 Querschnitte, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
15 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wiedergewinnungsverlust und einem Vorwärtsspannungsabfall zeigt zum Darstellen eines Effekts der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
16 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 und 18 Querschnitte, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
19 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 und 21 Querschnitte, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
22 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
23 und 24 Querschnitte, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform;
25 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
26 und 27 Querschnitte, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zeigen zum Darstellen einer Tätigkeit der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform.
Erste Ausführungsform
Eine Beschreibung wird von einer Halbleitervorrichtung mit einer Diode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Anode 2 der Diode auf einer Hauptoberflächenseite eines n-Halbleitersubstrats 1 gebildet, und eine Kathode ist auf der anderen Hauptoberflächenseite gebildet.
Ein p-Diffusionsbereich 3 ist zum Dienen als Anode 2 gebildet. Der p-Diffusionsbereich 3 ist zu einer vorbestimmten Tiefe von der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet. Die Dotierungskonzentration des p-Diffusionsbereichs 3 beträgt ungefähr 1 × 10^16-18 Ionen/cm³. Auf dem p-Diffusionsbereich 3 ist eine Anodenelektrode 4 gebildet. Ein Schutzring 6, der aus einem p-Diffusionsbereich 5 gebildet ist, ist in einem Abstand von der Anode 2 zum Umgeben der Anode 2 gebildet. Der p-Diffusionsbereich 5 ist zu einer vorbestimmten Tiefe von der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet. Auf dem Schutzring 6 ist ein isolierender Film 7 zum Bedecken des Schutzrings 6 gebildet.
Eine n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und eine n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration sind zum Dienen als die Kathode gebildet. Die Dotierungskonzentration der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration beträgt ungefähr 1 × 10^19-21 Ionen/cm³, und die Dotierungskonzentration der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration beträgt ungefähr 1 × 10^14-19 Ionen/cm³. Die n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Kon zentration ist bis zu einer vorbestimmten Tiefe von der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet, und die n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration ist darauf folgend auf die n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration zu einer größeren Tiefe gebildet. In der Kathode ist ein kathodenseitiger p-Diffusionsbereich 14 in einem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring gebildet, der gegenüber dem Schutzring 6 angeordnet ist. Eine Kathodenelektrode 13 ist zum Kontaktieren des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 und der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration gebildet.
Der Betrieb der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung wird nun beschrieben. Eine Diode als eine Inverterschaltung wechselt zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand gemäß einer Schalttätigkeit eines IGBT. Wenn der IGBT in dem EIN-Zustand ist, ist die Diode in dem AUS-Zustand. Wenn der IGBT in dem AUS-Zustand ist, ist die Diode in dem EIN-Zustand.
In dem EIN-Zustand der Diode, in dem eine hohe Spannung in der Vorwärtsrichtung zwischen der Anodenelektrode 4 und der Kathodenelektrode 13 angelegt ist, wird eine große Zahl von Trägern in einem Bereich erster Leitfähigkeit (hier im Folgenden als ”Driftschicht 10” bezeichnet) des Halbleitersubstrats 1 angesammelt, wie in 2 gezeigt ist. Genauer, Löcher werden von dem p-Diffusionsbereich 3 zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert werden.
Dann wird folgende auf den EIN-Zustand eine hohe Spannung in der Rückwärtsrichtung zwischen der Anodenelektrode 4 und der Katho denelektrode 13 der Diode angelegt, so dass sich die Diode in den AUS-Zustand ändert. Wie in 3 gezeigt ist, werden zu der AUS-Zeit, wenn sich die Diode von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand ändert, von den Trägern, die in der Driftschicht 10 in dem EIN-Zustand angesammelt sind, Elektronen von der Kathodenelektrode 13 ausgegeben, und Löcher werden von der Anodenelektrode 4 ausgegeben. Ein Teil der Elektronen und Löcher rekombinieren zum Verschwinden und die injizierten Träger verschwinden am Ende.
Bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung ist der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14 in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring gebildet, der in der Kathode (n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration) angeordnet ist und gegenüber dem Schutzring angeordnet ist. Somit nimmt das Volumen (Elektronenkonzentration) des n-Bereichs ab, und folglich kann eine Konzentration eines elektrischen Felds auf einem äußeren Peripherieendabschnitt der Anode zu der AUS-Zeit verringert werden. Dieses wird im Zusammenhang mit einer Halbleitervorrichtung als ein Vergleichsbeispiel beschrieben, die ohne den p-Diffusionsbereich auf der Kathodenseite ist.
Die Halbleitervorrichtung des Vergleichsbeispiels weist die gleiche Struktur wie die der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung auf mit der Ausnahme, dass die erste Halbleitervorrichtung keinen p-Diffusionsbereich aufweist, der auf der Kathodenseite gebildet ist. Genauer, wie in 4 gezeigt ist, sind ein p-Diffusionsbereich 103, der als eine Anode 102 zu dienen hat, eine Anodenelektrode 104 und ein P-Diffusionsbereich 105, der als ein Schutzring 106 zu dienen hat, auf einer Hauptoberflächenseite eines Halbleitersubstrats 101 gebildet, und eine n- Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration 112 und eine n-Dotierungsschicht hoher Konzentration 111, die als eine Kathode zu dienen haben, und eine Kathodenelektrode 113 sind auf der anderen Hauptoberflächenseite gebildet.
Wie in 4 gezeigt ist, werden in dem EIN-Zustand der Diode, in dem eine hohe Spannung in der Vorwärtsrichtung zwischen der Anodenelektrode 104 und der Kathodenelektrode 113 angelegt ist, Löcher von dem p-Diffusionsbereich 102 zu einem n-Bereich (Driftschicht 110) des Halbleitersubstrats 101 injiziert, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration 112 und der n-Dotierungsschicht hoher Konzentration 111 zu der n-Driftschicht 110 des Halbleitersubstrats 101 injiziert werden.
Wie in 4 gezeigt ist, in dem EIN-Zustand der Diode, in dem eine hohe Spannung in der Vorwärtsrichtung zwischen der Anodenelektrode 104 und der Kathodenelektrode 113 angelegt ist, werden Löcher von dem p-Diffusionsbereich 102 zu einem n-Bereich (Driftschicht 110) des Halbleitersubstrats 101 injiziert, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration 112 und der n-Dotierungsschicht hoher Konzentration 111 zu der n-Driftschicht 110 des Halbleitersubstrats 101 injiziert werden.
Bei der Halbleitervorrichtung des Vergleichsbeispiels ist die Kathodenseite nur durch den n-Bereich belegt, der die n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration 112 und die n-Dotierungsschicht hoher Konzentration 111 ist. Daher weist im Vergleich mit dem Fall, in dem der p-Bereich in diesem n-Bereich gebildet ist, der n-Bereich des Vergleichsbeispiels ein größeres Volumen auf. Insbesondere in einem Bereich 110a der Driftschicht 110, der unmittelbar unter dem Schutzring 106 angeordnet ist, werden mehr Träger (Elektronen) injiziert und angesammelt.
Dann wird, wie in 5 gezeigt ist, folgend auf den EIN-Zustand eine hohe Spannung in der Rückwärtsrichtung zwischen der Anodenelektrode 104 und der Kathodenelektrode 113 der Diode angelegt, so dass sich die Diode von dem EIN-Zustand zu de AUS-Zustand ändert. Bei dieser AUS-Zeit werden Elektronen von den Trägern, die in der Driftschicht 110 in dem EIN-Zustand angesammelt sind, von der Kathodenelektrode 113 ausgegeben, während Löcher von der Anodenelektrode 104 ausgegeben werden, und folglich verschwinden die injizierten Träger am Ende.
Zu dieser Zeit fließen die beiden der Träger (Löcher), die in dem Bereich der Driftschicht 110 unmittelbar unter der Anode 102 angesammelt sind, und der Träger (Löcher), die in dem Bereich 110a der Driftschicht 110 unmittelbar unter dem Schutzring 106 angesammelt sind, in den p-Diffusionsbereich 103 der Anode 102. Daher konzentriert sich der elektrische Strom insbesondere auf einem äußeren Peripherieendabschnitt (der Abschnitt, der durch die gestrichelte Linie E eingekreist ist) des p-Diffusionsbereichs 103, der in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 106 angeordnet ist.
Dagegen ist bei der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform in der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration (Kathode) der kathodenseitige p-Diffusionsbereichs 14 in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet. Daher wird das Volumen (Elektronenkonzentration) des n-Bereichs in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 verkleinert. Folglich nimmt die Konzentration von Trägern (Elektronen), die von der Kathode in einen Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in dem EIN-Zustand injiziert werden, ab, so dass die in dem Bereich 10a angesammelten Träger abnehmen. Da die Träger, die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring angesammelt sind abnehmen, kann der Betrag von Trägern, die in den äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 fließen, der in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 6 angeordnet ist, in dem Aus-Zustand verringert werden. Als Resultat kann die Konzentration des Stroms (Rückwärtswiedergewinnungsstrom) auf dem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 unterdrückt werden, wodurch die Durchbruchstoleranz verbessert wird.
Zweite Ausführungsform
Eine Beschreibung wird hier von einer Halbleitervorrichtung gegeben, bei der das Volumen des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs eingestellt werden kann. Wie in 6 gezeigt ist, ist in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 in der Kathode eine Mehrzahl kathodenseitigen p-Diffusionsbereichen 14 jeweils mit einer Breite Sp und einer Tiefe Xj gebildet. Diese Halbleitervorrichtung ist ähnlich zu der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung mit der Ausnahme dieses Merkmals. Daher sind entsprechende Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Die Tätigkeit der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung wird nun beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist, werden in dem EIN-Zustand der Diode Löcher von dem p-Diffusionsbereich 3 zu der Driftschicht des Halbleitersubstrats 1 injiziert, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration zu der Drift schicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert werden. Dann werden, wie in 8 gezeigt ist, in dem AUS-Zustand der Diode von den in der Driftschicht 10 in dem EIN-Zustand gesammelten Trägern die Elektronen von der Kathodenelektrode 13 ausgegeben und Löcher werden von der Anodenelektrode 4 ausgegeben. Ein Teil der Elektronen und Löcher rekombinieren zum Verschwinden, und die injizierten Träger verschwinden am Ende.
Da bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung die kathodenseitigen p-Diffusionsbereiche 14 in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet sind, nimmt das Volumen (Elektronenkonzentration) des n-Bereichs ab. Somit können die Träger, die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in den EIN-Zustand angesammelt sind, verringert werden. Folglich nehmen zu der AUS-Zeit, wenn die Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand auftritt, die Träger, die von dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in einen äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 fließen, der in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 6 angeordnet ist, ab. Als Resultat kann die Konzentration des Stroms (Rückwärtswiedergewinnungsstrom) auf dem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 unterdrückt werden zum Verbessern der Durchbruchstoleranz.
Insbesondere können für die oben beschriebene Halbleitervorrichtung eine gewünschte Tiefe Xj und eine gewünschte Breite Sp des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14, der in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet ist, auf der Grundlage einer Abwägung zwischen einer Wiedergewinnungstoleranz und eines Vorwärtsspannungsabfalls eingestellt werden.
Dies wird auf der Grundlage von Diagrammen beschrieben, die jeweils eine Beziehung zwischen dem Wiedergewinnungsverlust und einem Vorwärtsspannungsabfall zeigen. 9 und 10 sind jeweils ein Diagramm, das diese Beziehung zeigt. 9 zeigt Kurven A, B und C, in denen entsprechende Tiefen der kathodenseitigen p-Diffusionsbereiche identisch sind, während drei verschiedene Breiten Sp vorgesehen sind (Spa > Spb > Spc) 10 zeigt Kurven D, E und F, in denen entsprechende Breiten der kathodenseitigen p-Diffusionsbereiche identisch sind, während drei verschiedene Tiefen vorgesehen sind (Xjd > Xje > Xjf).
Erstens nimmt in dem Fall, wie in 9 gezeigt ist, das Volumen der kathodenseitigen p-Diffusionsbereiche 14 zu, während die entsprechenden Tiefen der kathodenseitigen p-Diffusionsbereiche identisch sind. Somit nimmt das Volumen des n-Bereichs der Kathode ab, und die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 angesammelten Träger nehmen in dem EIN-Zustand ab. Zu der Zeit der Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand wird die Zeit, die für die Träger gebraucht wird zum Verschwinden, verkürzt, so dass sich die Diode schneller zu dem AUS-Zustand ändert.
Wenn die Breite Sp des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 zunimmt, nehmen die Träger, die in der Driftschicht 10 in dem EIN-Zustand angesammelt sind, ab, so dass der Einschaltwiderstand zunimmt. Daher nimmt eine Differenz zwischen einer Spannung, wenn der Strom in die Diode eintritt, und einer Spannung, wenn der Strom die Diode verlässt (Vorwärtsspannungsabfall), zu, und der Wiedergewinnungsverlust nimmt zu. 9 zeigt dies durch die Tendenz der Kurven, dass die rechte Seite ansteigt und die linke Seite abfällt, wenn die Breit Sp größer wird.
Hier bezieht sich der Wiedergewinnungsverlust auf einen Verlust, der erzeugt wird durch den Fluß eines Rückwärtswiedergewinnungsstroms, wenn eine Rückwärtsvorspannung an die Diode angelegt wird. Wie in 11 gezeigt ist, wird der Wiedergewinnungsverlust dargestellt durch ein Produkt eines integrierten Werts des Stroms und eines integrierten Werts der Spannung von der Zeit an, wenn der Rückwärtswiedergewinnungsstrom zu fließen beginnt (If = 0), während die Zeit Trr, zu der ein Maximalwert (Absolutwert) Irr erreicht wird, bis zu der Zeit, zu der der Strom ein Zehntel von Irr wird, und er entspricht der Fläche des Abschnitts, der durch die schrägen Linien bezeichnet ist.
Zweitens nimmt in dem Fall, wie in 10 gezeigt ist, das Volumen des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 zu, während die Tiefe Xj zunimmt, während die entsprechenden Breiten der kathodenseitigen p-Diffusionsbereiche 14 identisch bleiben. Dann nimmt das Volumen des n-Bereichs der Kathode ab, und die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in dem EIN-Zustand gesammelten Träger nehmen ab. Zu der Zeit der Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand wird die Zeit, die für die Träger notwendig ist zu verschwinden, verkürzt, so dass die Diode schneller den AUS-Zustand annimmt.
Wenn die Tiefe Xj des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 zunimmt, nehmen die in der Driftschicht 10 in dem EIN-Zustand angesammelten Träger ab, so dass der Einschaltwiderstand zunimmt. Daher nimmt der Vorwärtsspannungsabfall zu, und der Wiedergewinnungsverlust nimmt zu. In 10 ist dies durch die Tendenz gezeigt, dass die rechte Seite der Kurven ansteigen und die linke Seite davon abfallen, während die Tiefe Xj zunimmt.
Während das Volumen des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 der Diode zunimmt, kann nämlich die Geschwindigkeit des Schaltens der Diode vergrößert werden, wodurch der Wiedergewinnungsverlust zunimmt. Daher kann eine stabilere Schalttätigkeit erzielt werden durch Einstellen der Tiefe Xj und der Breite Sp des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 auf gewünschte Werte im Hinblick auf die Beziehung zu der Vorrichtung, auf die die Diode angewendet wird.
Dritte Ausführungsform
Eine Beschreibung wird hier von einer Halbleitervorrichtung gegeben, bei der der kathodenseitige p-Diffusionsbereich zu einem Teil des Bereichs gegenüber der Anode erstreckt ist. Wie in 12 gezeigt ist, enthält der kathodenseitige p-Diffusionsbereich einen erstreckten Bereich 14a, der sich zu einem Teil des Bereichs gegenüber der Anode erstreckt. Diese Halbleitervorrichtung ist ähnlich zu der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung mit der Ausnahme dieses Merkmals. Daher sind gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Eine Tätigkeit der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung wird nun beschrieben. Wie in 13 gezeigt ist, werden in dem EIN-Zustand der Diode Löcher von dem p-Diffusionsbereich 3 zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injizierte, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert werden. Wie in 14 gezeigt ist, werden zu der AUS-Zeit die Träger, die in der Driftschicht 10 angesammelt sind, von der Kathodenelek trode 13 oder der Anodenelektrode 4 zum Beispiel ausgegeben und verschwinden am Ende.
Bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung ist der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14 in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet. Daher wird das Volumen des n-Bereichs (Elektronenkonzentration) verringert, so dass die Träger, die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in dem EIN-Zustand gesammelt sind, verringert werden können. Folglich nehmen zu der AUS-Zeit, wenn eine Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand auftritt, die Träger, die von dem Bereich 10a der Driftschicht unmittelbar unter dem Schutzring 6 in einen äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 6 fließen, ab. Als Resultat kann die Konzentration des Stroms (Rückwärtswiedergewinnungsstrom) auf dem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 unterdrückt werden zum Verbessern der Durchbruchstoleranz.
Insbesondere ist in der Halbleitervorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, der erstreckte Bereich 14a, der sich in einen Teil des Bereichs erstreckt, der gegenüber der Anode angeordnet ist, gebildet. Hier wird der Betrag der Erstreckung (Fläche oder Volumen) des erstreckten Bereichs 14a auf der Grundlage von Diagrammen beschrieben, die eine Beziehung zwischen einem Wiedergewinnungsverlust und einem Vorwärtsspannungsabfall zeigen.
15 ist ein Diagramm, das diese Beziehung zeigt. Insbesondere sind Kurven A, B und C gezeigt, in denen das Flächenverhältnis zwischen einer Fläche Sa der Anode und einer Fläche Sk der n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration (Flächenverhältnis: Sk/Sa) unter drei Bedingungen gegeben ist (Sk/Sa ≥ 1, Sk/Sa = 0,5, Sk/Sa = 0,4) als auch eine Kurve T für den Kompromisstoleranzwert gezeigt. In jedem Fall sind die Tiefe der Anode (p-Diffusionsbereich) und die Tiefe der n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration konstant.
Wenn der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14 allmählich erstreckt wird zu dem Bereich gegenüber der Anode 2, nimmt eine Fläche Sk der n-Dotierungsschicht ultrahoher Konzentration ab, und das Flächenverhältnis nimmt ab. Dann nimmt das Volumen des n-Bereichs der Kathode ab. Die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in den EIN-Zustand angesammelten Träger nehmen ab. Zu der AUS-Zeit, wenn eine Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand auftritt, wird die Zeit, die durch die Träger zum Verschwinden verbraucht wird, verkürzt, so dass die Diode den AUS-Zustand schneller annimmt.
Wenn jedoch das Volumen des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 zunimmt, nehmen die in der Driftschicht 10 in dem EIN-Zustand angesammelten Träger ab, so dass der Einschaltwiderstand zunimmt. Daher nimmt der Vorwärtsspannungsabfall zu, und der Wiedergewinnungsverlust nimmt zu. 15 zeigt dies durch eine Tendenz der Neigung der Kurve, dass die rechte Seite der Kurve ansteigt, während die linke Seite davon abfällt, wenn das Flächenverhältnis (Sk/Sa) abnimmt.
Von den drei Kurven A, B und C, die in 15 gezeigt sind, entspricht die Kurve C dem Flächenverhältnis (Sk/Sa) von 0,4, was zeigt, dass der Wiedergewinnungsverlust des rechten Endabschnitts der Kurve C höher als die Kurve T ist, die den Kompromisstoleranzwert zeigt. Hieraus ist zu sehen, dass es zum Vergrößern der Geschwindigkeit des Schaltens der Diode und zum Verringern des Wiedergewinnungsverlusts notwendig ist, dass das Flächenverhältnis (Sk/Sa) nicht 0,5 oder weniger ist. Mit anderen Worten, die Abmessung der Erstreckung des erstreckten Bereichs 14a des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14 ist auf weniger als 50% der Fläche Sa der Anode 2 (p-Diffusionsbereich 3) zu setzen.
Bei dieser Halbleitervorrichtung ist der erstreckte Bereich 14a zu dem kathodenseitigen p-Diffusionsbereich 14 vorgesehen. Somit werden Löcher auch von diesem erstreckten Bereich 14a injiziert, und folglich kann eine Variation des Stroms in Bezug auf die Zeit in einer letzten Tätigkeit der Wiedergewinnung sanfter gemacht werden. Als Resultat wird Oszillation der Diode unterdrückt, so dass der Durchbruch der Diode aufgrund der Tätigkeit einer Spannung, die eine Toleranz überschreitet, und eine Erzeugung von Rauschen mit negativem Einfluß auf Peripherien unterdrückt werden.
Vierte Ausführungsform
Eine Beschreibung wird hier gegeben eines Beispiels der Halbleitervorrichtung zum lokalen Verkürzen der Lebenszeit von Trägern. Wie in 16 gezeigt ist, ist in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 der Kathode ein kathodenseitiger p-Diffusionsbereich 14b gebildet, in dem ein Schwermetall (wie Au oder Pt) selektiv diffundiert ist. Diese Halbleitervorrichtung ist ähnlich zu der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung mit der Ausnahme des oben beschriebenen Merkmals. Daher sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die detaillierte Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Eine Beschreibung wird nun über eine Tätigkeit der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung gegeben. Zuerst werden, wie in
17 gezeigt ist, in dem EIN-Zustand der Diode Löcher von dem p-Diffusionsbereich 3 zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats injiziert, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert werden. Als nächstes werden, wie in 18 gezeigt ist, zu der AUS-Zeit die Träger, die in der Driftschicht 10 angesammelt sind, von der Kathodenelektrode 13 oder der Anodenelektrode 11 zum Beispiel ausgegeben und verschwinden am Ende.
Bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung nimmt, da der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14b in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet ist, das Volumen (Elektronenkonzentration) des n-Bereichs ab, so dass die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in dem EIN-Zustand angesammelten Träger verringert werden können. Weiter dient, wie in 18 gezeigt ist, da das Schwermetall in den kathodenseitigen p-Diffusionsbereich 14b diffundiert ist, das diffundierte Schwermetall als ein Zentrum der Rekombination zu der AUS-Zeit, wenn die Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand auftritt, so dass das Verhältnis der angesammelten Elektronen und Löcher, die an dem Zentrum der Rekombination zum Verschwinden rekombinieren, vergrößert wird.
Folglich nehmen die Träger, die von dem Bereich 10a der Driftschicht unmittelbar unter dem Schutzring 6 in einen äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 6 fließen, ab. Als Resultat kann die Konzentration des Stroms (Rückwärtswiedergewinnungsstrom) auf dem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 sicher unterdrückt werden zum Verbessern der Durchbruchstoleranz.
Hier kann das Schwermetall in den kathodenseitigen Diffusionsbereich 14b durch Ausführen einer geeigneten Wärmebehandlung diffundiert werden, nachdem das Schwermetall in den kathodenseitigen p-Diffusionsbereich durch Sputtern oder Dampfabscheiden unter Benutzung einer Oxidfilmmaske zum Beispiel geliefert ist.
Fünfte Ausführungsform
Hier wird eine Beschreibung eines anderen Beispiels der Halbleitervorrichtung zum lokalen Verkürzen der Lebenszeit von Trägern gegeben. Wie in 19 gezeigt ist, ist in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 der Kathode ein kathodenseitiger p-Diffusionsbereich 14c, der selektiv mit einem Elektronenstrahl, einem Protonenstrahl oder Helium bestrahlt ist, gebildet. Diese Halbleitervorrichtung ist ähnlich zu der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung mit der Ausnahme dieses Merkmals. Daher sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Eine Beschreibung wird nun über eine Tätigkeit der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung gegeben. Zuerst werden, wie in 20 gezeigt ist, in dem EIN-Zustand der Diode Löcher von dem p-Diffusionsbereich 3 zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert werden. Dann werden, wie in 21 gezeigt ist, zu der AUS-Zeit die Träger, die in der Driftschicht 10 an gesammelt sind, von der Kathodenelektrode 13 oder Anodenelektrode 14 zum Beispiel ausgegeben und verschwinden am Ende.
Bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung ist der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14c in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet, und somit nimmt das Volumen (Elektronenkonzentration) des n-Typs ab. Somit können die Träger, die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in dem EIN-Zustand angesammelt sind, verringert werden. Da weiter, wie in 21 gezeigt ist, ein Kristallfehler erzeugt ist aufgrund der Bestrahlung des kathodenseitigen Diffusionsbereichs 14c mit zum Beispiel dem Elektronenstrahl, dient der Kristalldefekt als ein Rekombinationszentrum zu der AUS-Zeit, wenn die Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand auftritt, so dass das Verhältnis der angesammelten Elektronen und Löcher, die an dem Rekombinationszentrum rekombiniert sind zum Verschwinden, zunimmt.
Folglich nehmen zu der AUS-Zeit Träger, die von dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 zu einem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 6 fließen, weiter ab. Als Resultat kann die Konzentration des Stroms (Rückwärtswiedergewinnungsstrom) auf dem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 sicher unterdrückt werden zum Verbessern der Durchbruchstoleranz.
Sechste Ausführungsform
Die oben beschriebenen Halbleitervorrichtungen sind in Verbindung mit dem Beispiel erläutert worden, in dem der kathodenseitige p-Diffusionsbereich elektrisch mit der Kathodenelektrode verbunden ist. Hier wird eine Beschreibung gegeben des Falls, in dem der kathodenseitige p-Diffusionsbereich elektrisch in Bezug auf die Kathodenelektrode schwebt. Wie in 22 gezeigt ist, ist die n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration zwischen der Kathodenelektrode 13 und eines kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs 14d angeordnet, der in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 in der Kathode gebildet ist, und somit schwebt der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14d elektrisch in Bezug auf die Kathodenelektrode 13. Diese Halbleitervorrichtung ist ähnlich zu der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung mit der Ausnahme dieses Merkmals. Daher sind gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Eine Beschreibung wird nun über eine Tätigkeit der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung gegeben. Selbst in dem Fall, in dem der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14d elektrisch in Bezug auf die Kathodenelektrode 13 schwebt, ist die Tätigkeit im Wesentlichen identisch zu der Tätigkeit in dem Fall, in dem der kathodenseitige p-Diffusionsbereich elektrisch mit der Kathodenelektrode verbunden ist.
Zuerst werden, wie in 23 gezeigt ist, in dem EIN-Zustand die Diode Löcher von dem p-Diffusionsbereich 3 zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert, während Elektronen von der n-Dotierungsschicht 12 ultrahoher Konzentration und der n-Dotierungsschicht 11 hoher Konzentration zu der Driftschicht 10 des Halbleitersubstrats 1 injiziert werden. Dann werden, wie in 24 gezeigt ist, zu der AUS-Zeit die Träger, die in der Driftschicht 10 angesammelt sind, von der Kathodenelektrode 13 oder der Anodenelektrode 4 zum Beispiel ausgegeben, und sie verschwinden am Ende.
Bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung nimmt, da der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14d in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet ist, das Volumen (Elektronenkonzentration) des n-Bereichs ab, so dass die in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in dem EIN-Zustand gesammelten Träger verringert werden können. Folglich nehmen die Träger, die von dem Bereich 10a der Driftschicht 10 in einen äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 6 zu der AUS-Zeit fließen, ab. Als Resultat kann die Konzentration des Stroms (Rückwärtswiedergewinnungsstrom) auf dem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 unterdrückt werden zum Verbessern der Durchbruchstoleranz.
Da weiter bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14d elektrisch in Bezug auf die Kathodenelektrode 13 schwebt, kann jedes Herstellungsverfahren unterschiedlich von dem einen in dem Fall, in dem der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14d mit der Kathodenelektrode 13 verbunden ist, benutzt werden, und somit kann die Vielfalt des Herstellungsverfahrens vergrößert werden. Insbesondere kann diese Struktur auf die folgende Weise gebildet werden. Zuerst wird die n-Schicht hoher Dotierungskonzentration gebildet. Dann werden Dotierstoffe zum Bilden des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs injiziert. Dann wird eine Wärmebehandlung ausgeführt zum thermischen Diffundieren der Dotierstoffe zum Bilden des kathodenseitigen p-Diffusionsbereichs. Dann wird die n-Schicht ultrahoher Dotierungskonzentration gebildet.
Da weiter in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung die n-Schicht 12 ultrahoher Dotierungskonzentration über die Gesamt heit der anderen Hauptelektrode des Halbleitersubstrats 1 gebildet wird, kann der Kontaktwiderstand zwischen der anderen Hauptoberfläche und der Kathodenelektrode 13 verringert werden.
Siebte Ausführungsform
Hier wird eine Beschreibung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat gegeben, bei der eine Diode gebildet ist und zusätzlich ein MOS-FET (Metalloxydhalbleiterfeldeffekttransistor) gebildet ist. Wie in 25 gezeigt ist, ist auf einer Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats 1 ein MOS-FET 21 in einem Abstand von der Anode der Diode gebildet.
In dem MOS-FET 21 ist ein p-Diffusionsbereich 22 von der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 1 zu einer vorbestimmten Tiefe gebildet. In dem p-Diffusionsbereich 22 ist ein n-Diffusionsbereich 23 gebildet. Auf dem p-Diffusionsbereich 22 sind eine Gateelektrode 24 und eine Sourceelektrode 25 gebildet. Auf der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 1 sind Elektroden 13, 26, die sowohl als eine Kathodenelektrode als auch eine Drainelektrode dienen, gebildet. Diese Halbleitervorrichtung ist ähnlich zu der bereits beschriebenen Halbleitervorrichtung mit der Ausnahme des oben beschriebenen Merkmals. Daher sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Bezüglich der Diode der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung ist der kathodenseitige p-Diffusionsbereich 14 in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 der Kathode gebildet, so dass das Volumen (Elektronenkonzentration) des n-Typs verringert wird, und wie in 26 gezeigt ist, können die Träger, die sich in dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in dem EIN-Zustand angesammelt haben, verringert werden, wie oben beschrieben wurde. Folglich, wie in 27 gezeigt ist, zu der AUS-Zeit, wenn eine Änderung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand auftritt, nehmen Träger, die von dem Bereich 10a der Driftschicht 10 unmittelbar unter dem Schutzring 6 in einen äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 in enger Nachbarschaft zu dem Schutzring 6 fließen, ab. Als Resultat kann die Konzentration des Stroms (Rückwärtswiedergewinnungsstrom) auf dem äußeren Peripherieendabschnitt des p-Diffusionsbereichs 3 unterdrückt werden zum Verbessern der Durchbruchstoleranz.
Die Halbleitervorrichtung sieht den folgenden Effekt zusätzlich zu dem oben beschriebenen Effekt vor. Insbesondere sind die Diode und der MOS-FET an dem gleichen Halbleitersubstrat gebildet, so dass die Produktivität verbessert werden kann und der Zusammenbauprozeß vereinfacht werden kann.
Zum Vermeiden einer Unausgeglichenheit zwischen dem elektrischen Feld und dem elektrischen Strom ist es bevorzugt, dass die kathodenseitigen p-Diffusionsbereiche 14 bis 14d der entsprechenden Halbleitervorrichtungen der oben beschriebenen Ausführungsformen jeweils mit der gleichen Form (wie Breite und Tiefe) über die gesamte Peripherie in dem Bereich 15 gegenüber dem Schutzring 6 gebildet sind, der gegenüber dem Schutzring 6 angeordnet ist. Da weiter die Konzentration des Stroms auf dem äußeren Peripherieendabschnitt der Anode unterdrückt wird, kann die Lebensdauer der Halbleitervorrichtung verlängert werden, und Energie kann gespart werden. Weiter vermindert die verlängerte Lebensdauer die Last für die Umwelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-152197 A [0008]
- JP 09-246570 A [0008]

Claims

Halbleitervorrichtung mit einer Diode, mit: einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, die einander gegenüber sind; einer Anode (2, 3) eines zweiten Leitungstyps, die auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats (1) gebildet ist; einem Schutzring (6), der in einem Abstand von der Anode (2, 3) gebildet ist und die Anode (2, 3) umgibt; einer Kathode (11, 12) des ersten Leitungstyps, die auf der zweiten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats (1) gebildet ist; und einem kathodenseitigen Dotierungsbereich (14) des zweiten Leitungstyps, der in einem Bereich gebildet ist, der in der Kathode (11, 12) und gegenüber dem Schutzring (6) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der kathodenseitige Dotierungsbereich (14) mit einer vorbestimmten Belegungsfläche und einer vorbestimmten Tiefe (Xj) gebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der kathodenseitige Dotierungsbereich (14) einen erstreckten Bereich (14a) enthält, der sich von dem Bereich, der gegenüber dem Schutzring (6) angeordnet ist, zu einem Bereich gegenüber der Anode (2, 3) erstreckt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Fläche, die durch den erstreckten Bereich (14a) belegt ist, auf nicht mehr als 50% einer Fläche gesetzt ist, die durch die Anode (2, 3) belegt ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein Schwermetall in den kathodenseitigen Dotierungsbereich (14) diffundiert ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Kristalldefekt in dem kathodenseitigen Dotierungsbereich (14) gebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der kathodenseitige Dotierungsbereich (14) elektrisch in Bezug auf eine Elektrode (13) auf der Seite der Kathode (11, 12) schwebt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Feldeffekttransistor (21), der auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats (1) gebildet ist.