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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die einen
IGBT und eine Diode aufweist.
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Eine
Inverterschaltung zum Ansteuern einer Last wie zum Beispiel einen
Motor ist ein Austauscher, um eine Gleichspannung und eine Wechselspannung
derart zu schalten, dass der Inverter den Motor erregt. Insbesondere
besteht die Inverterschaltung zum Ansteuern eines Induktionsmotors
beispielsweise aus einem Schaltelement wie zum Beispiel einem IGBT
(d.h. einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und einer FWD
(d.h. einer Freilaufdiode). Der IGBT dient als das Schaltelement.
Die FWD leitet den Strom, der in den Motor fließt, um und lässt ihn
zurückströmen, wenn
sich der IGBT ausschaltet, so dass sich der Strom, der in den Motor fließt, sogar
dann nicht ändert,
wenn der IGBT zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand wechselt.
Insbesondere ist eine Gleichstromenergiequelle mit dem Motor gekoppelt.
Der IGBT legt die Spannung an den Motor an. Wenn sich der IGBT ausschaltet,
fließt
der Strom, der in den Motor fließt, durch die Energie, die
in einer Induktivität
L des Motors angesammelt wird, zurück durch die FWD. Somit kann
der umgekehrte Gleichstrom an den Motor angelegt werden. Da der
Strom in dem Motor nicht unmittelbar abgeblockt wird, wenn der IGBT
in den Aus-Zustand schaltet, wird die Wechselspannung im Wesentlichen
von der Gleichstromenergiequelle erregt. Da die Inverterschaltung
den obigen Betrieb durchführt,
ist es notwendig, dass die Schaltung die FWD aufweist, die in Serie
in umgekehrter Richtung zum IGBT geschaltet ist. Insbesondere ist
es notwendig, dass die FWD umgekehrt parallel zum IGBT geschaltet
ist.
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Eine
Diode, die für
die FWD verwendet wird, ist in dem US-Patent Nr. 5 859 446, der JP-A-2000-114550,
dem US-Patent Nr. 6 177 713, der JP-A-2002-270857 und der JP-A-2000-340806 beschrieben.
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7 zeigt eine Diode 89,
die in dem US-Patent Nr. 5 859 446 beschrieben ist. In der Diode 89 dehnt
sich, wenn die Diode 89 einen Strom unterbricht, d.h.,
wenn die Diode 89 in einem Unterbrechungszustand ist, eine
Verarmungsschicht in einer Halbleiterschicht 14 aus, die
einen N–-Leitungstyp aufweist
(d.h. eine N–-Schicht 14),
so dass der Strom nicht fließt.
Wenn eine positive Spannung an eine Anodenelektrode in der Diode 89 in
Bezug auf eine Kathodenelektrode 17 angelegt wird, wird
ein Loch von einer Halbleiterschicht, die einen P+-Leitungstyp 11 aufweist
(d.h. eine P+-Schicht 11), in die N–-Schicht 14 eingeleitet.
Somit fließt
der Strom durch die Diode 89. Eine Halbleiterschicht 12,
die den P+-Leitungstyp aufweist und die
teilweise in einem Endbereich ausgebildet ist, dehnt die Verarmungsschicht
von einem Übergang
J1 zwischen der P+-Schicht 11 und
der N–-Schicht 14 auf
eine Umgebung der Diode 89 aus, so dass die Halbleiterschicht 12 die
Konzentration eines elektrischen Feldes in der Nähe einer Grenze des Endbereiches
verhindert.
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Der
Endbereich umgibt einen aktiven Bereich und einen Induktivitätsabschnitt
L. Ein Isolierfilm 13, der beispielsweise aus einem SiO2-Film besteht, ist teilweise in der Nähe der Oberfläche des Endbereiches
ausgebildet. Eine Halbleiterschicht 15, die einen N+-Leitungstyp aufweist (d.h. eine N+-Schicht 15), ist auf einer kathodenseitigen
Oberfläche
der N–-Schicht
angeordnet. Die N+-Schicht 15 kontaktiert
die Kathodenelektrode 17. Die N+-Schicht 15 leitet
ein Elektron in die N–-Schicht 14,
wenn eine Vorwärtsspannung
bzw. Durchlassspannung an die Diode 89 angelegt wird.
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8 ist ein äquivalentes
Schaltbild, das eine Halbleitervorrichtung 90 zeigt, die
geeignet für eine
Inverterschaltung zum Ansteuern der Last wie zum Beispiels des Motors
verwendet werden kann. Die Vorrichtung 90 beinhaltet einen
IGBT 90i und eine Diode 90d, die umgekehrt parallel
zueinander geschaltet sind.
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In
der Vorrichtung 90 gemäß dem Stand
der Technik sind der IGBT 90i und die Diode 90d jeweils in
unterschiedlichen Halbleitersubstraten oder unterschiedlichen Halbleiterchips
ausgebildet. Es ist jedoch vorzuziehen, dass der IGBT 90i und
die Diode 90d in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet werden,
um die Abmessungen der Vorrichtung zu minimieren.
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Wenn
die Diode 90d als die FWD in der Inverterschaltung verwendet
wird, ist eine Stromwellenform der Diode 90d in einem Fall
wichtig, in dem sich die Diode 90d invers bzw. in Sperrrichtung
zu einem Zeitpunkt erholt, zu der die Diode 90d von dem
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9A zeigt eine Schaltung
zum Messen und Auswerten einer Stromwellenform. Hier fließt der Strom
durch die Diode 90d in der Halbleitervorrichtung 90. 9B zeigt ein Beispiel für die Stromwellenform.
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Die
Halbleitervorrichtungen 90a, 90b sind durch die
Vorrichtung 90 wie in 8 gezeigt
vorgesehen. Ein IGBT 90ai in der Vorrichtung 90a wird
als die Schaltvorrichtung verwendet, ein IGBT in der Vorrichtung 90b ist
in Nebenschluss gelegt, und ein Strom 1d fließt durch
die Diode 90bd und wird gemessen.
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Wie
es in 9B gezeigt ist, fließt, wenn sich
der IGBT 90ai in der Vorrichtung 90a ausschaltet,
ein Kreisstrom in der Diode 90bd der Vorrichtung 90b.
Wenn sich der IGBT 90ai einschaltet, fließt ein Momentanstrom
umgekehrt in der Diode 90bd. Dieser Momentanstrom weist
eine Spitze auf, die als ein Erholungsstrom Irr definiert ist. Wenn
sich die Diode 90bd umgekehrt bzw. in Sperrrichtung erholt,
wird die Energiequellenspannung an die Diode 90bd angelegt.
Das Produkt aus dem Erholungsstrom Irr und der Spannung ist als
ein Erholungsverlust definiert. Im allgemeinen ist es für eine Gleichrichterdiode
notwendig, dass sie einen niedrigen Erholungsstrom Irr und einen
niedrigen Erholungsverlust im Falle eines Erholungsschrittes in
Umkehrrichtung bzw. Sperrrichtung aufweist. Außerdem ist es notwendig, dass sie
eine geringe Erholung des Stromes im Falle des Erholungsschrittes
in Umkehrrichtung aufweist. Somit ist es notwendig, die Erholungscharakteristik
der Diode 90bd zu verbessern.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung
mit einem IGBT und einer Diode zu schaffen, die das oben beschriebene
Problem löst.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein
Halbleitersubstrat, das einen ersten Leitungstyp und erste und zweite
Oberflächen
aufweist; einen IGBT-Bereich, der einen IGBT aufweist und in dem Substrat
angeordnet ist; einen Diodenbereich, der eine Diode aufweist und
in dem Sub ist. Der IGBT-Bereich enthält einen ersten Halbleiterbereich,
der einen zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der erste Halbleiterbereich
einen Kanal-Ausbildungsbereich
des IGBT bereitstellt; und einen zweiten Halbleiterbereich, der
den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterbereich
dem ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt und einen Kollektoranschluss
des IGBT bereitstellt. Der Diodenbereich enthält einen dritten Halbleiterbereich, der
den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der dritte Halbleiterbereich
einen Anschluss aus dem Anoden- oder eine Kathodenanschluss der
Diode bereitstellt; und einen vierten Halbleiterbereich, der den
ersten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt der zweiten Oberfläche des
Substrats angeordnet ist, wobei der vierte Halbleiterbereich dem
ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt
und den anderen Anschluss aus dem Anoden- und Kathodenanschluss der
Diode bereitstellt. Der Umgebungsbereich enthält einen fünften Halbleiterbereich, der
den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt der
ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist; und einen sechsten Halbleiterbereich,
der den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der sechste Halbleiterbereich dem
fünften
Halbleiterbereich gegenüberliegt.
Der erste, dritte und fünfte
Halbleiterbereich sind gemeinsam elektrisch miteinander gekoppelt,
und der zweite, vierte und sechste Halbleiterbereich sind gemeinsam
elektrisch miteinander gekoppelt.
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In
der obigen Vorrichtung ist der sechste Halbleiterbereich auf der
zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet und liegt dem fünften Halbleiterbereich gegenüber. Somit
ist die parasitäre
Diode um den sechsten Halbleiterbereich gegenüber von der parasitären Diode
um den fünften
Halbleiterbereich angeordnet. Somit wird der Einfluss der parasitären Diode
um den fünften
Halbleiterbereich derart verringert, dass verhindert wird, dass
das Loch in das Substrat unter dem fünften Halbleiterbereich im
Falle eines Durchlassbetriebes eintritt. Dementsprechend werden
die Erholungscharakteristika der regulären Diode im Falle eines Sperrbetriebes
verbessert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung
ein Halbleitersubstrat, das einen ersten Leitungstyp und erste und
zweite Oberflächen
aufweist; einen IGBT-Bereich, der einen IGBT aufweist und in dem Substrat
angeordnet ist; einen Diodenbereich, der eine Diode aufweist und
in dem Substrat angeordnet ist; und einen Umgebungsbereich, der
in dem Substrat angeordnet ist. Der IGBT-Bereich enthält einen ersten
Halbleiterbereich, der einen zweiten Leitungstyp aufweist und in
einem Oberflächenabschnitt der
ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der erste Halbleiterbereich
einen Kanal-Ausbildungsbereich
des IGBT bereitstellt; und einen zweiten Halbleiterbereich, der
den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterbereich
dem ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt und einen Kollektoranschluss
des IGBT bereitstellt. Der Diodenbereich enthält einen dritten Halbleiterbereich,
der den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der dritte Halbleiterbereich
einen Anschluss aus dem Anoden- und Kathodenanschluss der Diode
bereitstellt; und einen vierten Halbleiterbereich, der den ersten
Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt der zweiten Oberfläche des
Substrats angeordnet ist, wobei der vierte Halbleiterbereich dem
ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt
und den anderen Anschluss aus dem Anoden- und Kathodenanschluss
der Diode bereitstellt. Der Umgebungsbereich enthält einen
fünften
Halbleiterbereich, der den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem
Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche des
Substrats angeordnet ist. Der IGBT-Bereich ist zwischen dem Umgebungsbereich
und dem Diodenbereich angeordnet. Der erste, dritte und fünfte Halbleiterbereich
sind gemeinsam elektrisch miteinander gekoppelt, und der zweite
und vierte Halbleiterbereich sind gemeinsam elektrisch miteinander
gekoppelt.
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In
der obigen Vorrichtung ist der IGBT-Bereich zwischen dem Umgebungsbereich
und dem Diodenbereich angeordnet. Somit wird sogar dann, wenn das
Loch in das Substrat unter dem fünften Halbleiterbereich
im Falle eines Durchlassbetriebes eingeführt wird, der Einfluss des
Loches auf die Erholungscharakteristika der Diode im Falle eines
Sperrbetriebes verringert.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden genaueren Beschreibung mit
Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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1A und 1B Querschnitte,
die Halbleitervorrichtungen gemäß beispielhaften
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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2A und 2B Querschnitte,
die Halbleitervorrichtungen gemäß anderen
beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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3 einen
Querschnitt, der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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4A und 4B Querschnitte,
die Halbleitervorrichtungen gemäß anderen
beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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5 einen
Querschnitt, der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren anderen beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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6 eine
Unteransicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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7 eine
perspektivische Ansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß dem Stand
der Technik zeigt,
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8 ein äquivalentes
Schaltbild, das die Vorrichtung der 7 zeigt,
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9A ein
Schaltbild, das eine Auswerteschaltung zum Messen einer Stromwellenform
in der Vorrichtung zeigt, und 9B eine
beispielhafte Graphik, die eine Stromwellenform in der Vorrichtung zeigt,
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10A–10D Querschnitte, die Halbleitervorrichtungen
gemäß anderen
beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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11A eine Draufsicht und 11B eine Unteransicht,
die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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12A eine Draufsicht und 12B eine Unteransicht,
die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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13A eine Draufsicht und 13B eine Unteransicht,
die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen, und
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14A eine Draufsicht und 14B eine Unteransicht,
die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Die 1A und 1B zeigen
Halbleitervorrichtungen 100, 101 gemäß beispielhaften
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die jeweiligen 1A und 1B eine
linke Seite der Vorrichtung 100, 101. In der Mitte der
jeweiligen Vorrichtung 100, 101 sind ein IGBT-Bereich
und ein Diodenbereich abwechselnd angeordnet. Die rechte Seite der
jeweiligen Vorrichtung 100, 101 weist eine Struktur
auf, die eine von links nach rechts gespiegelte Struktur der 1A oder 1B aufweist.
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Jede
Vorrichtung 100, 101 enthält ein Halbleitersubstrat 1,
das einen N–-Leitungstyp
aufweist und in dem ein IGBT und eine Diode ausgebildet sind.
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In
dem IGBT-Bereich der jeweiligen Vorrichtung 100, 101 ist
ein erster Halbleiterbereich 2, der einen P-Leitungstyp
aufweist, in einem Oberflächenabschnitt
einer Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich 2 stellt
einen Kanal-Ausbildungsbereich des IGBT bereit. Ein zweiter Halbleiterbereich 3,
der einen P+-Leitungstyp aufweist, ist in
einem Oberflächenabschnitt
einer Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet. Der zweite Halbleiterbereich 3 liegt
dem ersten Halbleiterbereich 2 gegenüber. Der zweite Halbleiterbereich 3 stellt
einen Kollektorbereich des IGBT bereit. Eine Halbleiterschicht 1a,
die einen N-Leitungstyp aufweist und in dem Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet ist, stellt eine Feldstoppschicht
des IGBT bereit.
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In
dem Diodenbereich der jeweiligen Vorrichtung 100, 101 ist
ein dritter Halbleiterbereich 4, der den P-Leitungstyp
aufweist, in einem Oberflächenabschnitt
der Hauptoberfläche
des Substrats 1 ausgebildet. Der dritte Halbleiterbereich 4 stellt
einen Anodenbereich der Diode bereit. Ein vierter Halbleiterbereich 5,
der einen N+-Leitungstyp aufweist, ist in einem Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet. Der vierte Halbleiterbereich 5 liegt dem
dritten Halbleiterbereich 4 gegenüber. Der vierte Halbleiterbereich 5 stellt
einen Kathodenbereich der Diode bereit.
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Ein
Umgebungsbereich in dem Substrat 1 ist auf einem Umfang
des Substrats 1 angeordnet und ist ein anderer Bereich
als der IGBT-Bereich und der Diodenbereich. In dem Umgebungsbereich
ist ein fünfter
Halbleiterbereich 6, der den P-Leitungstyp aufweist, in
einem Oberflächenabschnitt
der Hauptoberfläche
ausgebildet. Der fünfte
Halbleiterbereich 6 ist unter einer Gateverdrahtung bzw.
-drahtleitung 9a und einer Anschlussflächenelektrode 9b des
IGBT mit einem Isolierfilm 10 zwischen dem Bereich 6 und der
Verdrahtung 9a oder der Elektrode 9b angeordnet.
Der fünfte
Halbleiterbereich 6 und das Substrat 1 stellen
einen PN-Übergang
dazwischen bereit, so dass eine Durchbruchspannung der Vorrichtung
verbessert wird. Der erste, dritte und fünfte Halbleiterbereich 2, 4, 6 sind
gemeinsam elektrisch miteinander gekoppelt. Der fünfte Halbleiterbereich 6 wird
in demselben Herstellungsschritt wie der erste und dritte Halbleiterbereich 2, 4 ausgebildet.
Der fünfte
Halbleiterbereich 6 weist dieselbe Verunreinigungskonzentration
und dieselbe Tiefe wie der erste und dritte Halbleiterbereich 2, 4 auf.
Ein siebter Halbleiterbereich 6a, der den P-Leitungstyp
aufweist, ist in einem Oberflächenabschnitt
der Hauptoberfläche
des Substrats 1 ausgebildet. Der siebte Halbleiterbereich 6a umgibt
den ersten, dritten und fünften
Halbleiterbereich 2, 4, 6. Der siebte
Halbleiterbereich 6a ist mit dem fünften Halbleiterbereich 6 nicht
elektrisch verbunden, so dass der siebte Halbleiterbereich 6a elektrisch
frei von dem fünften
Halbleiterbereich 6 ist. Durch Verwendung des siebten Halbleiterbereichs 6a dehnt
sich im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Umgebungsbereich keinen
siebten Halbleiterbereich 6a aufweist, eine Verarmungsschicht
zum Umgebungsbereich aus, wenn sich die Diode in dem Unterbrechungszustand
befindet. Somit verringert der siebte Halbleiterbereich 6a die
elektrische Feldkonzentration.
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In
der jeweiligen Vorrichtung 100, 101 ist ein sechster
Halbleiterbereich 7a, 7b, der den P+-Leitungstyp
aufweist, in einem Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 angeordnet. Der sechste Halbleiterbereich 7a, 7b liegt
dem fünften
Halbleiterbereich 6 gegenüber. In der Vorrichtung 100 ist
der sechste Halbleiterbereich 7a auf der gesamten Rückseite,
abgesehen von dem zweiten Halbleiterbereich 3 und dem vierten
Halbleiterbereich 5, angeordnet. In der Vorrichtung 101 ist
der sechste Halbleiterbereich 7b nur unter dem fünften Halbleiterbereich 6 angeordnet.
Der zweite, vierte und sechste Halbleiterbereich sind gemeinsam
elektrisch mit einer rückseitigen
Elektrode 8 gekoppelt.
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In
der Vorrichtung 100, 101 werden der IGBT-Bereich
und der Diodenbereich in dem Substrat 1 ausgebildet, so
dass die Abmessungen der Vorrichtung, die den IGBT und die Diode
aufweist, minimiert werden.
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Der
fünfte
Halbleiterbereich 6 einer jeden Vorrichtung 100, 101 weist
den P-Leitungstyp
auf und ist unter der Gateverdrahtung 9a und der Anschlussflächenelektrode 9b angeordnet.
Der fünfte
Halbleiterbereich 6 verbessert eine Durchbruchspannung durch
Ausbilden eines PN-Übergangs
zwischen dem Substrat 1 und dem Bereich 6. Der
fünfte
Halbleiterbereich 6 ist mit dem ersten und dritten Halbleiterbereich 2, 4 elektrisch
gekoppelt. Dementsprechend weist die Vorrichtung 100 eine
reguläre
Diode D auf, und zusätzlich
weist die Vorrichtung 100 zwei parasitäre Dioden PDa, PDb auf. Die
parasitäre
Diode PDa wird zwischen dem fünften
Halbleiterbereich 6 und dem Substrat 1, das unter
dem fünften
Halbleiterbereich 6 angeordnet ist, ausgebildet. Wenn ein
Bereich vom N-Leitungstyp, der dem fünften Halbleiterbereich 6 gegenüberliegt,
auf der Rückseite
des Substrats 1 angeordnet ist, leitet die parasitäre Diode
PDa zwischen dem fünften
Halbleiterbereich 6 und dem Substrat 1 eine große Menge
Löcher
in das Substrat 1 im Falle eines Durchlassbetriebes ein.
Diese Locheinleitung bewirkt eine Verschlechterung der Erholungscharakteristika
in der regulären
Diode D im Falle eines Sperrbetriebes.
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Um
die obige Verschlechterung der Erholungscharakteristika zu vermeiden,
ist in jeder Vorrichtung 100, 101 der sechste
Halbleiterbereich 7a, 7b, der den P-Leitungstyp
aufweist, auf der Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet und liegt dem fünften Halbleiterbereich 6,
der auf der Hauptoberfläche
des Substrats 1 angeordnet ist, gegenüber. Somit wird eine andere
parasitäre
Diode PDb um den sechsten Halbleiterbereich 7a, 7b auf
der Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet. Die parasitäre Diode
PDb weist eine entgegengesetzte Richtung zur parasitären Diode
PDa um den fünften
Halbleiterbereich 6 auf. Dementsprechend wird der Betrieb
der parasitären
Diode PDa eingeschränkt,
und die Locheinleitung in das Substrat 1 unter dem fünften Halbleiterbereich 6 im Falle
des Durchlassbetriebes wird verringert. Die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes werden verbessert.
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Die
parasitäre
Diode PDa um den fünften Halbleiterbereich 6 kann
durchbrechen, wenn die Stromänderungsrate
dl/dt des Erholungsprozesses größer wird.
Dieses ist ähnlich
einem Fall, bei dem eine Stoßspannung,
wie zum Beispiel eine ESD (d.h. eine elektrostatische Entladung)
auf die Vorrichtung wirkt. Dementsprechend wird es bevorzugt, dass
die Vorrichtung 100, 101 die folgende Struktur
aufweist, um eine Durchbruchspannung der parasitären Diode PDa gegenüber einer
Stoßspannung
zu erhöhen.
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Die 2A, 2B, 3, 4A und 4B zeigen
Halbleitervorrichtungen 102–106, die verschiedene
fünfte
Halbleiterbereiche 6d–6f aufweisen.
Jede Halbleitervorrichtung 102–106 ähnelt der Vorrichtung 100 der 1A mit
Ausnahme des fünften
Halbleiterbereichs 6.
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In
der Vorrichtung 102 der 2A weist
der fünfte
Halbleiterbereich 6b eine niedrigere Verunreinigungskonzentration
als der dritte Halbleiterbereich 4 auf, obwohl der fünfte Halbleiterbereich 6 in
der Vorrichtung 100 der 1A dieselbe
Verunreinigungskonzentration wie der dritte Halbleiterbereich 4 aufweist.
Somit erhöht
sich der Widerstand der Träger,
die den fünften
Halbleiterbereich 6b passieren, so dass die Stromkonzentration
verringert wird. Dementsprechend wird die Durchbruchspannung gegenüber einer
Stoßspannung
verbessert, d.h. erhöht.
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In
der Vorrichtung 103 der 2B weist
der fünfte
Halbleiterbereich 6c eine geringere Tiefe als der dritte
Halbleiterbereich 4 auf, obwohl der fünfte Halbleiterbereich 6 in
der Vorrichtung 100 dieselbe Tiefe wie der dritte Halbleiterbereich 4 aufweist.
Somit erhöht
sich der Widerstand der Träger,
die den fünften
Halbleiterbereich 6c passieren, so dass die Stromkonzentration
verringert wird. Dementsprechend wird die Durchbruchspannung gegenüber der Stoßspannung
verbessert.
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In
der Vorrichtung 104 der 3 besteht
der fünfte
Halbleiterbereich 6d aus mehreren Diffusionsbereichen,
die einander überlappen
und benachbart zueinander sind, obwohl der fünfte Halbleiterbereich 6 in
der Vorrichtung 100 aus einem Diffusionsbereich ausgebildet
ist. Somit wird der Widerstand des fünften Halbleiterbereichs 6d an
dem jeweiligen überlappenden
Abschnitt der Diffusionsbereiche erhöht. Somit erhöht sich
der Widerstand der Träger,
die den fünften
Halbleiterbereich 6d passieren, so dass die Stromkonzentration
verringert wird. Dementsprechend wird die Durchbruchspannung gegenüber der Stoßspannung
verbessert.
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In
jeder Vorrichtung 105, 106 der 4A und 4B beinhaltet
der fünfte
Halbleiterbereich 5e, 5f einen Graben te, tf,
in dem ein Isolierfilm ausgebildet ist. Insbesondere durchdringt
der Graben te der Vorrichtung 105 den fünften Halbleiterbereich 6e und
ist in einem Teil des fünften
Halbleiterbereichs 6e angeordnet. Der Graben tf der Vorrichtung 106 durchdringt den
fünften
Halbleiterbereich 6f nicht, d.h. der Boden des Grabens
tf erreicht das Substrat 1 nicht, so dass der Boden des
Grabens tf in dem fünften
Halbleiterbereich 6f verbleibt. In der Vorrichtung 100 weist
der fünfte
Halbleiterbereich 6 keinen Graben auf. Somit erhöht sich
der Widerstand der Träger,
die den fünften
Halbleiterbereich 6e, 6f passieren, so dass die Stromkonzentration
verringert wird. Dementsprechend wird die Durchbruchspannung gegenüber der Stoßspannung
verbessert.
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5 zeigt
eine Halbleitervorrichtung 107, bei der die Abmessungen
des fünften
Halbleiterbereichs 6g spezifiziert sind. In der Vorrichtung 107 ist der
siebte Halbleiterbereich 6a, der den P-Leitungstyp aufweist,
auf der Hauptoberfläche
des Substrats 1 ausgebildet. Der erste, dritte und fünfte Halbleiterbereich 2, 4, 6 sind
von dem siebten Halbleiterbereich 6a umgeben. Der fünfte Halbleiterbereich 6g weist
ein Ende e1 auf, das auf der Seite des siebten Halbleiterbereichs
angeordnet ist, und die E lektrode 9c weist ein Ende e2
auf, das an der Seite des Umgebungsbereiches angeordnet ist. Die
Elektrode 9c ist mit dem fünften Halbleiterbereich 6g verbunden. Der
Abstand zwischen dem einen Ende e1 des fünften Halbleiterbereichs 6g und
dem einen Ende e2 der Elektrode 9c ist als L definiert,
der größer als
eine Diffusionslänge
des Loches in einem achten Halbleiterbereich 1b des Substrats 1 ist.
Der Abstand L ist beispielsweise vorbestimmt und gleich oder größer als 50 µm. Vorzugsweise
kann der Abstand L gleich oder größer als 100 µm sein.
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Da
die Vorrichtung 107 den siebten Halbleiterbereich 6a enthält, dehnt
sich die Verarmungsschicht zum Umgebungsbereich aus, wenn sich die Diode
in dem Unterbrechungszustand befindet. Dementsprechend wird die
elektrische Feldkonzentration verringert. Da außerdem der Abstand L größer als
die Diffusionslänge
des Loches ist, wird die Stromkonzentration ebenfalls verringert.
Somit wird ebenfalls ein Durchbruch an dem einen Ende e2, an dem
der fünfte
Halbleiterbereich 6g mit der Elektrode 9c verbunden
ist, verringert.
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10A zeigt eine Halbleitervorrichtung 109,
bei der eine Isolierschicht 20 an der Rückseite des Substrats 1 angeordnet
ist. Insbesondere ist die Isolierschicht 20 in dem Umgebungsbereich
angeordnet, und die rückseitige
Elektrode 8 ist auf der Rückseite des Substrats 1 in
dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich angeordnet. Hier stellt die
Halbleiterschicht 1a vom N-Leitungstyp eine Feldstoppschicht
(d.h. eine FS-Schicht) bereit. Im Vergleich zur Vorrichtung 100 der 1A weist
die Vorrichtung 109 keinen vierten Halbleiterbereich 5 und
keinen sechsten Halbleiterbereich 7a auf. Da jedoch die
Vorrichtung 109 die Isolierschicht 20 enthält, wird
der Betrieb der parasitären
Diode PDa beschränkt,
und die Locheinleitung in das Substrat 1 unter dem fünften Halbleiterbereich 6 im
Falle des Durchlassbetriebes wird verringert. Somit werden die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D in dem Falle des Sperrbetriebes verbessert.
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10B zeigt eine Halbleitervorrichtung 110,
bei der die Isolierschicht 20 auf der Rückseite des Substrats 1 angeordnet
ist. Insbesondere ist die Isolierschicht 20 in dem Umgebungsbereich
angeordnet, und die rückseitige
Elektrode 8 ist auf der Rückseite des Substrats 1 in
dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich angeordnet. Im Vergleich
zur Vorrichtung 100 der 1A weist
die Vorrichtung 109 keinen vier ten Halbleiterbereich 5 und
keinen sechsten Halbleiterbereich 7a auf. Außerdem ist
der Halbleiterbereich 1a vom N-Leitungstyp in dem Umgebungsbereich
nur teilweise angeordnet. Hauptsächlich
ist keine Feldstoppschicht (d.h. entsprechend dem Halbleiterbereich 1a vom
N-Leitungstyp) in dem Umgebungsbereich vorhanden. Da jedoch die
Vorrichtung 109 die Isolierschicht 20 enthält, wird
der Betrieb der parasitären
Diode PDa eingeschränkt,
und die Locheinleitung in das Substrat 1 unter dem fünften Halbleiterbereich 6 im
Falle des Durchlassbetriebes wird verringert. Somit werden die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verbessert.
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10C zeigt eine Halbleitervorrichtung 111,
bei der eine Hochwiderstandsschicht 21 auf der Rückseite
des Substrats 1 zwischen der Halbleiterschicht 1a vom
N-Leitungstyp und
der rückseitigen Elektrode 8 angeordnet
ist. Insbesondere ist die Hochwiderstandsschicht 21 nur
in dem Umgebungsbereich angeordnet, und die rückseitige Elektrode 8 ist
auf der Rückseite
des Substrats 1 nicht nur in dem Diodenbereich und dem
IGBT-Bereich, sondern ebenfalls in dem Umgebungsbereich angeordnet.
Im Vergleich zur Vorrichtung 100 der 1A weist
die Vorrichtung 111 keinen vierten Halbleiterbereich 5 und
keinen sechsten Halbleiterbereich 7a auf. Da jedoch die
Vorrichtung 111 die Hochwiderstandsschicht 21 enthält, wird
der Betrieb der parasitären Diode
PDa eingeschränkt,
und die Locheinleitung in das Substrat 1 unter dem fünften Halbleiterbereich 6 im
Falle des Durchlassbetriebes wird verringert. Somit werden die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verbessert. Hier wird die Hochwiderstandsschicht 21 durch
Erhöhen
eines Kontaktwiderstandes zur rückseitigen Elektrode 8 oder
durch Verringern einer Verunreinigungskonzentration an einer Grenze
zwischen der rückseitigen
Elektrode und der Halbleiterschicht 1a vom N-Leitungstyp
erstellt.
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10D zeigt eine Halbleitervorrichtung 112.
Insbesondere ist die rückseitige
Elektrode 8 nur in dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich
angeordnet. Somit ist keine rückseitige
Elektrode 8 in dem Umgebungsbereich vorhanden. Außerdem weist
die Vorrichtung 112 im Vergleich zur Vorrichtung 100 der 1A keinen
vierten Halbleiterbereich 5 und keinen sechsten Halbleiterbereich 7a auf.
Da jedoch der Umgebungsbereich keine rückseitige Elektrode 8 aufweist,
wird der Betrieb der parasitären
Diode PDa eingeschränkt,
und die Locheinleitung in das Substrat 1 unter dem fünften Halbleiterbereich 6 im
Falle des Durchlassbetriebes wird verringert. Somit werden die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verbessert.
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6 zeigt
eine Halbleitervorrichtung 108, die eine Querschnittsstruktur ähnlich der
Vorrichtung 100 der 1A aufweist.
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Die
Vorrichtung 108 enthält
einen IGBT und eine Diode, die in dem Substrat 1, das den
N–-Leitungstyp
aufweist, ausgebildet sind. In dem IGBT-Bereich der Vorrichtung 108 ist,
wie es in 1A gezeigt ist, der erste Halbleiterbereich 2,
der den P-Leitungstyp
aufweist, in dem Oberflächenabschnitt
der Hauptoberfläche
des Substrats 1 ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich 2 stellt
den Kanal-Ausbildungsbereich
des IGBT bereit. Der zweite Halbleiterbereich 3, der den
P+-Leitungstyp
aufweist, ist in dem Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet. Der zweite Halbleiterbereich 3 liegt
dem ersten Halbleiterbereich 2 gegenüber und stellt den Kollektorbereich
des IGBT bereit. Der zweite Halbleiterbereich 3 ist in
dem IGBT-Bereich angeordnet und als ein Bereich gezeigt, der mit
einer Strich-Punkt-Linie und einer Strich-zwei-Punkte-Linie in 6 umgeben
ist.
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In
dem Diodenbereich der Vorrichtung 108 ist, wie es in 1A gezeigt
ist, der dritte Halbleiterbereich 4, der den P-Leitungstyp
aufweist, in dem Oberflächenabschnitt
der Hauptoberfläche
des Substrats 1 ausgebildet. Der dritte Halbleiterbereich 4 stellt
den Anodenbereich der Diode bereit. Der vierte Halbleiterbereich 5,
der den N+-Leitungstyp aufweist, ist in dem Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet. Der vierte Halbleiterbereich 5 liegt
dem dritten Halbleiterbereich 4 gegenüber und stellt den Kathodenbereich
der Diode bereit. Der vierte Halbleiterbereich 5 ist in
dem Diodenbereich angeordnet. Der vierte Halbleiterbereich 5 der
Vorrichtung 108 ist als ein Bereich gezeigt, der von der Strich-Punkt-Linie
der 6 umgeben ist.
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Somit
umgibt in der Vorrichtung 108 der IGBT-Bereich (d.h. als
der zweite Halbleiterbereich 3 gezeigt) den Diodenbereich
(d.h. als der vierte Halbleiterbereich 5 gezeigt), wie
es in 6 gezeigt ist.
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Ein
Bereich, der außerhalb
der Strich-zwei-Punkte-Linie in 6 angeordnet
ist, entspricht einem anderen Bereich als der IGBT-Bereich, und
der Diodenbereich der Vorrichtung 108 und umgibt den IGBT-Bereich.
Der fünfte
Halbleiterbereich 6 ist in dem Oberflächenabschnitt der Hauptoberfläche des
Substrats 1 in diesem Bereich außerhalb der Strich-zwei-Punkte-Linie
ausgebildet, wie es in 1A gezeigt ist. Dementsprechend
umgibt in der Vorrichtung 108 der fünfte Halbleiterbereich 6 den
IGBT-Bereich (d.h. entsprechend dem zweiten Halbleiterbereich 3).
Hier sind der erste, dritte und fünfte Halbleiterbereich 2, 4, 6 elektrisch
miteinander gekoppelt.
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In
der Vorrichtung 108 ist der sechste Halbleiterbereich 7a,
der dem fünften
Halbleiterbereich 6 gegenüberliegt, auf dem gesamten
Oberflächenabschnitt
der Rückseite
mit Ausnahme des zweiten und vierten Halbleiterbereichs 3, 5 angeordnet.
Der zweite, vierte und sechste Halbleiterbereich 3, 5, 7a sind gemeinsam
elektrisch mit einer rückseitigen
Elektrode 8 gekoppelt.
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Der
fünfte
Halbleiterbereich 6 ist unter der Gateverdrahtung 9a und
der Anschlussflächenelektrode 9b angeordnet
und weist den P-Leitungstyp auf. Dementsprechend wird der PN-Übergang
zwischen dem Substrat 1, das den N-Leitungstyp aufweist,
und dem fünften
Halbleiterbereich 6 ausgebildet, so dass die Durchbruchspannung
der Vorrichtung verbessert wird. Dieser fünfte Halbleiterbereich 6 ist
jedoch gemeinsam elektrisch mit dem ersten und dritten Halbleiterbereich 2, 4 gekoppelt.
Somit kann die parasitäre
Diode PDa zwischen dem fünften
Halbleiterbereich 6 und dem Substrat 1 die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verringern. Somit nehmen in
der Vorrichtung 108 der fünfte Halbleiterbereich 6 und
der reguläre
Diodenbereich (d.h. entsprechend dem vierten Halbleiterbereich 5)
den IGBT-Bereich (d.h. entsprechend dem zweiten Halbleiterbereich 3)
als Schicht zwischen sich auf und sind voneinander getrennt. Somit wird
in dem Falle des Durchlassbetriebes der Diode D das Loch in das
Substrat 1 unter dem fünften
Halbleiterbereich 6 eingeleitet. Der Einfluss auf die Erholungscharakteristika
der Diode D durch das eingeleitete Loch wird jedoch im Falle des
Sperrbetriebes der Diode D verringert.
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In
dem anderen Bereich als der IGBT-Bereich und der Diodenbereich der
Vorrichtung 108 ist der fünfte Halbleiterbereich 6,
der den P-Leitungstyp aufweist, auf der Haupt- oberfläche des Substrats 1 ausgebildet,
und der sechste Halbleiterbereich 7a, der den P+-Leitungstyp aufweist und dem fünften Halbleiterbereich 6 gegenüberliegt,
ist auf der Rückseite
des Substrats 1 ausgebildet. Um die Erholungscharakteristika
der Diode D zu verbessern, ist es bevorzugt, wenn der sechste Halbleiterbereich 7a den P-Leitungstyp
aufweist. Alternativ kann, da der Diodenbereich und der fünfte Halbleiterbereich 6 durch Einschluss
des IGBT-Bereiches dazwischen voneinander getrennt sind, in der
Vorrichtung 108 der sechste Halbleiterbereich den N-Leitungstyp
aufweisen, so lange wie der Diodenbereich und der fünfte Halbleiterbereich 6 ausreichend
voneinander getrennt sind. In dieser Vorrichtung 108 werden
die Erholungscharakteristika der regulären Diode D im Falle des Sperrbetriebes
verbessert. Außerdem
wird die Durchbruchspannung gegenüber der Stoßspannung verbessert.
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11A zeigt die Hauptoberfläche einer Halbleitervorrichtung 113,
und 11B zeigt die Rückseite
der Vorrichtung 113. Der IGBT-Bereich und der Diodenbereich
der Vorrichtung 103 sind gemeinsam in demselben Bereich
ausgebildet. Hier weist die Vorrichtung 113 einen ähnlichen
Querschnitt wie die Vorrichtungen 109 bis 112 der 10A–10D auf. Insbesondere beinhaltet der Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 in dem Umgebungsabschnitt die Isolierschicht 20 mit der
Feldstoppschicht 1a, die Isolierschicht 20 ohne die
Feldstoppschicht 1a, die Hochwiderstandsschicht 21 zwischen
der Feldstoppschicht 1a und der rückseitigen Elektro de 8,
oder nur die Feldstoppschicht ohne die rückseitige Elektrode 8.
Bei dieser Vorrichtung 113 werden die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verbessert, und die Durchbruchspannung
gegenüber
der Stoßspannung
wird verbessert.
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12A zeigt die Hauptoberfläche einer Halbleitervorrichtung 114,
und 12B zeigt die Rückseite
der Vorrichtung 114. Der IGBT-Bereich und der Diodenbereich
der Vorrichtung 114 sind getrennt ausgebildet. Der IGBT-Bereich
und der Diodenbereich sind abwechselnd entlang einer Richtung des
Substrats 1 angeordnet, die parallel zur Hauptfläche des
Substrats 1 ist. Hier weist die Vorrichtung 114 einen ähnlichen
Querschnitt wie die Vorrichtungen 109–112 der 10A–10D auf. Insbesondere beinhaltet der Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 in dem Umgebungsbereich die Isolierschicht 20 mit
der Feldstoppschicht 1a, die Isolierschicht 20 ohne
die Feldstoppschicht 1a, die Hochwiderstandsschicht 21 zwischen
der Feldstoppschicht 1a und der rückseitigen Elektrode 8,
oder nur die Feldstoppschicht ohne die rückseitige Elektrode 8.
In dieser Vorrichtung 114 werden die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verbessert, und die Durchbruchspannung
gegenüber
der Stoßspannung
wird verbessert.
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13A zeigt die Hauptoberfläche einer Halbleitervorrichtung 115,
und 13B zeigt die Rückseite
der Vorrichtung 115. Der IGBT-Bereich und der Diodenbereich
der Vorrichtung 115 sind getrennt ausgebildet. Der Umgebungsbereich
umgibt den IGBT-Bereich, und der IGBT-Bereich umgibt den Diodenbereich.
Hier weist die Vorrichtung 115 einen ähnlich Querschnitt wie die
Vorrichtungen 109–112 der 10A–10D auf. Insbesondere beinhaltet der Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 in dem Umgebungsbereich die Isolierschicht 20 mit
der Feldstoppschicht 1a, die Isolierschicht 20 ohne
die Feldstoppschicht 1a, die Hochwiderstandsschicht 21 zwischen
der Feldstoppschicht 1a und der rückseitigen Elektrode 8,
oder nur die Feldstoppschicht ohne die rückseitige Elektrode 8.
In dieser Vorrichtung 115 werden die Erholungscharakteristika der
regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verbessert, und die Durchbruchsspannung
gegenüber
der Stoßspannung
wird verbessert.
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14A zeigt die Hauptoberfläche einer Halbleitervorrichtung 116,
und 14B zeigt die Rückseite
der Vorrichtung 116. Der IGBT-Bereich und der Diodenbereich
der Vorrichtung 116 sind getrennt ausgebildet. Der Umgebungsbereich
umgibt den IGBT-Bereich und den Diodenbereich. Außerdem sind
der IGBT-Bereich und der Diodenbereich abwechselnd entlang einer
Richtung des Substrats 1 angeordnet, die parallel zur Hauptfläche des
Substrats 1 ist. Außerdem
beinhaltet der Umgebungsbereich einen mittleren Abschnitt, der den
IGBT-Bereich und den Diodenbereich in zwei Teile unterteilt. Hier weist
die Vorrichtung 116 einen ähnlichen Querschnitt wie die
Vorrichtungen 109–112 der 10A– 10D auf. Insbesondere beinhaltet der Oberflächenabschnitt
der Rückseite
des Substrats 1 in dem Umgebungsbereich die Isolierschicht 20 mit der
Feldstoppschicht 1a, die Isolierschicht 20 ohne die
Feldstoppschicht 1a, die Hochwiderstandsschicht 21 zwischen
der Feldstoppschicht 1a und der rückseitigen Elektrode 8,
oder nur die Feldstoppschicht ohne die rückseitige Elektrode 8.
In dieser Vorrichtung 116 sind die Erholungscharakteristika
der regulären
Diode D im Falle des Sperrbetriebes verbessert, und die Durchbruchspannung
gegenüber
der Stoßspannung
ist verbessert.
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In
jeder Vorrichtung 100–116 weist
das Substrat 1 den N-Leitungstyp auf, der IGBT ist ein
N-Kanal-IGBT mit dem ersten Halbleiterbereich 2, der den P-Leitungstyp
aufweist, als den Kanal-Ausbildungsbereich, und die Diode weist
den dritten Halbleiterbereich 4, der den P-Leitungstyp
aufweist, als die Anode auf. Alternativ kann das Substrat 1 den
P-Leitungstyp aufweisen, der IGBT kann ein P-Kanal-IGBT mit dem
ersten Halbleiterbereich 2, der den N-Leitungstyp aufweist,
als den Kanal-Ausbildungsbereich aufweisen,
und die Diode kann den dritten Halbleiterbereich 4, der
den N-Leitungstyp aufweist, als die Kathode aufweisen. In diesem
Fall werden die Erholungscharakteristika der regulären Diode
D im Falle des Sperrbetriebes verbessert. Außerdem wird die Durchbruchspannung
gegenüber
der Stoßspannung verbessert.
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Die
obige Beschreibung weist die folgenden Aspekte auf.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein
Halbleitersubstrat, das einen ersten Leitungstyp und erste und zweite
Oberflächen
aufweist; einen IGBT-Bereich, der einen IGBT aufweist und in dem Substrat
angeordnet ist; einen Diodenbereich, der eine Diode aufweist und
in dem Substrat angeordnet ist; und einen Umgebungsbereich, der
in dem Substrat angeordnet ist. Der IGBT-Bereich enthält einen ersten
Halbleiterbereich, der einen zweiten Leitungstyp aufweist und in
einem Oberflächenabschnitt in
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der erste Halbleiterbereich
einen Kanal-Ausbildungsbereich
des IGBT bereitstellt; und einen zweiten Halbleiterbereich, der
einen zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt der
zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterbereich
dem ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt und einen Kollektor
des IGBT bereitstellt. Der Diodenbereich enthält einen dritten Halbleiterbereich,
der den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der dritte Halbleiterbereich
einen Anschluss aus dem Anoden- und
Kathodenanschluss der Diode bereitstellt; und einen vierten Halbleiterbereich,
der den ersten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der vierte Halbleiterbereich dem
ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt
und den anderen Anschluss aus dem Anoden- und Kathodenanschluss
bereitstellt. Der Umgebungsbereich beinhaltet einen fünften Halbleiterbereich,
der den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist; und einen sechsten Halbleiterbereich,
der den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der sechste Halbleiterbereich
dem fünften
Halbleiterbereich gegenüberliegt. Der
erste, dritte und fünfte
Halbleiterbereich sind gemeinsam elektrisch miteinander gekoppelt,
und der zweite, vierte und sechste Halbleiterbereich sind gemeinsam
elektrisch miteinander gekoppelt.
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In
der obigen Vorrichtung ist der sechste Halbleiterbereich auf der
zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet und liegt dem fünften Halbleiterbereich gegenüber. Somit
ist die parasitäre
Diode um den sechsten Halbleiterbereich entgegengesetzt zur parasitären Diode
um den fünften
Halbleiterbereich angeordnet. Somit wird der Einfluss der parasitären Diode
um den fünften
Halbleiterbereich verringert, so dass verhindert wird, dass das
Loch in das Substrat unter dem fünften
Halbleiterbereich im Falle eines Sperrbetriebes eingeleitet wird.
Dementsprechend werden die Erholungscharakteristika der regulären Diode
im Falle eines Sperrbetriebes verbessert.
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Alternativ
kann die Vorrichtung außerdem eine
rückseitige
Elektrode enthalten, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet
ist. Die rückseitige
Elektrode ist in dem Umgebungsbereich, dem Diodenbereich und dem
IGBT-Bereich angeordnet, so dass der zweite, vierte und sechste
Halbleiterbereich gemeinsam elektrisch mit der rückseitigen Elektrode gekoppelt
sind.
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Alternativ
kann die Vorrichtung außerdem
einen siebten Halbleiterbereich enthalten, der den zweiten Leitungstyp
aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist. Der siebte Halbleiterbereich umgibt den
ersten, dritten und fünften
Halbleiterbereich. Der fünfte
Halbleiterbereich weist ein Ende in der Nähe des siebten Halbleiterbereichs
auf. Der Umgebungsbereich enthält
außerdem
eine Elektrode, die auf dem fünften
Halbleiterbereich angeordnet ist. Die Elektrode weist ein Ende in
der Nähe
des siebten Halbleiterbereichs auf. Ein Abstand zwischen dem einen
Ende des fünften
Halbleiterbereichs und dem einen Ende der Elektrode ist gleich oder
größer als eine
Diffusionslänge
eines Loches in dem Substrat zwischen dem fünften Halbleiterbereich und
dem sechsten Halbleiterbereich. In diesem Fall dehnt sich eine Verarmungsschicht
in den Umgebungsbereich aus, wenn sich die Diode in dem Unterbrechungszustand
befindet, so dass eine elektrische Feldkonzentration verringert
wird. Da außerdem
der Abstand zwischen dem einen Ende des fünften Halbleiterbereichs und
dem einen Ende der Elektrode gleich oder größer als die Diffusionslänge des
Loches ist, wird eine Stromkonzentration verringert, so dass ein Durchbruch
an dem einen Ende der Elektrode verhindert wird.
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Alternativ
kann der sechste Halbleiterbereich nur unter dem fünften Halbleiterbereich
angeordnet sein. Alternativ kann der sechste Halbleiterbereich auf
der gesamten zweiten Oberfläche
des Substrats mit Ausnahme des Oberflächenabschnitts des zweiten
Halbleiterbereichs und des Oberflächenabschnitts des vierten
Halbleiterbereichs angeordnet sein. Alternativ kann der IGBT-Bereich
den Diodenbereich umgeben, und der fünfte Halbleiterbereich in dem
Umgebungsbereich kann den IGBT-Bereich umgeben.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein
Halbleitersubstrat, das einen ersten Leitungstyp und erste und zweite
Oberflächen
aufweist; einen IGBT-Bereich, der einen IGBT aufweist und in dem Substrat
angeordnet ist; einen Diodenbereich, der eine Diode aufweist und
in dem Substrat angeordnet ist; und einen Umgebungsbereich, der
in dem Substrat angeordnet ist. Der IGBT-Bereich beinhaltet einen ersten
Halbleiterbereich, der einen zweiten Leitungstyp aufweist und in
einem Oberflächenabschnitt der
ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der erste Halbleiterbereich
einen Kanal-Ausbildungsbereich
des IGBT bereitstellt; und einen zweiten Halbleiterbereich, der
den zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterbereich
dem ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt und einen Kollektor
des IGBT bereitstellt. Der Diodenbereich beinhaltet einen dritten
Halbleiterbereich, der den zweiten Leitungstyp aufweist und in dem
Oberflächenabschnitt
der ersten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der dritte Halbleiterbereich
einen Anschluss aus dem Anoden- und
Kathodenanschluss der Diode bereitstellt; und einen vierten Halbleiterbereich, der
den ersten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt
der zweiten Oberfläche
des Substrats angeordnet ist, wobei der vierte Halbleiterbereich
dem ersten Halbleiterbereich gegenüberliegt und den anderen Anschluss
aus dem Anoden- und Kathodenanschluss der Diode bereitstellt. Der
Umgebungsbereich beinhaltet einen fünften Halbleiterbereich, der den
zweiten Leitungstyp aufweist und in einem Oberflächenabschnitt der ersten Oberfläche des
Substrats angeordnet ist. Der IGBT-Bereich ist zwischen dem Umgebungsbereich
und dem Diodenbereich angeordnet. Der erste, dritte und fünfte Halbleiterbereich sind
gemeinsam elektrisch miteinander gekoppelt, und der zweite und vierte
Halbleiterbereich sind gemeinsam elektrisch miteinander gekoppelt.
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In
der obigen Vorrichtung ist der IGBT-Bereich zwischen dem Umgebungsbereich
und dem Diodenbereich angeordnet. Somit wird sogar dann, wenn das
Loch in das Substrat unter dem fünften Halbleiterbereich
im Falle eines Durchlassbetriebes eingeleitet wird, der Einfluss
des Loches auf die Erholungscharakteristika der Diode im Falle eines Sperrbetriebes
verringert.
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Alternativ
kann der IGBT-Bereich den Diodenbereich umgeben, und der fünfte Halbleiterbereich
in dem Umgebungsbereich kann den IGBT-Bereich umgeben.
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Alternativ
kann die Vorrichtung außerdem eine
rückseitige
Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet
ist; und eine Isolierschicht, die auf der zweiten Oberfläche des
Substrats angeordnet ist, enthalten. Die rückseitige Elektrode ist in
dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich angeordnet, so dass der zweite
und vierte Halbleiterbereich gemeinsam elektrisch miteinander gekoppelt sind,
und die Isolierschicht ist in dem Umgebungsbereich angeordnet.
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Alternativ
kann die Vorrichtung außerdem eine
rückseitige
Elektrode enthalten, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet
ist. Die rückseitige
Elektrode ist in dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich angeordnet,
so dass der zweite und vierte Halbleiterbereich gemeinsam elektrisch miteinander
gekoppelt sind, und die rückseitige
Elektrode ist nicht in dem Umgebungsbereich angeordnet.
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Während die
Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist es selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen
und Konstruktionen beschränkt
ist. Die Erfindung deckt verschiedene Modifikationen und äquivalente
Anordnungen ab. Der Bereich der Erfindung wird durch die zugehörigen Ansprüche angegeben.