DE102013219499A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (1) umfasst ein Halbleitersubstrat (2) mit einer Hauptoberfläche, in der eine Anode (3) einer Diode ausgebildet ist. In einem Abstand vom äußeren Umfang der Anode (3) ist ein Schutzring (4) so ausgebildet, dass er die Anode (3) umgibt. Die Anode (3) umfasst einen Diffusionsbereich (3a) vom p+-Typ, einen Bereich (11a) vom p–-Typ und eine Anodenelektrode (8). Der Bereich (11a) vom p–-Typ ist als Bereich mit relativ hohem elektrischem Widerstand ausgebildet, der zwischen die Diffusionsbereiche (3a) vom p+-Typ eingefügt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Leistungshalbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung, die eine Diode aufweist.
  • Heutzutage werden Inverter in jenen Gebieten wie z. B. dem Gebiet der industriellen Leistungseinheiten verwendet. Für den Inverter wird gewöhnlich eine kommerzielle Leistungsversorgung (Wechselspannungsversorgung) verwendet. Folglich umfasst der Inverter eine Umsetzereinheit, die zuerst eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umsetzt (Vorwärtsumsetzung), eine Glättungsschaltungseinheit und eine Invertereinheit, die die Gleichspannung in eine Wechselspannung umgesetzt (inverse Umsetzung). Als Hauptleistungsvorrichtung in der Invertereinheit wird hauptsächlich ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (nachstehend als ”IGBT” bezeichnet), der eine Schaltoperation mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durchführen kann, angewendet.
  • In den meisten Fällen ist die Last des Inverters eine elektrische Induktionsmaschine (Motor, der eine induktive Last ist). Die induktive Last ist mit einem Punkt eines Zwischenpotentials zwischen einem oberen Zweigelement und einem unteren Zweigelement verbunden und elektrischer Strom wird zur induktiven Last sowohl in der positiven als auch negativen Richtung fließen lassen. Um den in der induktiven Last fließenden Strom von dem Ende, mit dem die Last verbunden ist, zur Leistungsversorgung mit einem höheren Potential zurück zu lenken und den Strom von dem Ende, mit dem die Last verbunden ist, zur Masse zu lenken, ist eine Freilaufdiode zum Zirkulieren des Stroms zwischen der induktiven Last und einem geschlossenen Stromkreis der Zweigelemente erforderlich.
  • Im Inverter wird der IGBT gewöhnlich als Schaltvorrichtung betrieben, um einen AUS-Zustand und einen EIN-Zustand zu wiederholen, um die Leistungsenergie zu steuern. Hinsichtlich des Schaltens der Inverterschaltung mit einer induktiven Last wird der EIN-Zustand durch einen Einschaltprozess erreicht, während der AUS-Zustand durch einen Ausschaltprozess erreicht wird. Hier bezieht sich der Einschaltprozess auf einen Übergang des IGBT vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand, während sich der Ausschaltprozess auf einen Übergang des IGBT vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand bezieht. Während sich der IGBT im EIN-Zustand befindet, fließt kein Strom durch die Diode und die Diode befindet sich im AUS-Zustand. Während sich der IGBT im AUS-Zustand befindet, fließt dagegen ein Strom durch die Diode und die Diode befindet sich im EIN-Zustand.
  • Im Folgenden werden eine Struktur und eine Operation einer Diode beschrieben. In der Diode ist eine Anode mit einem Diffusionsbereich vom p-Typ in einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats vom n-Typ mit niedriger Konzentration ausgebildet. In der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ist eine Kathode mit einem Bereich vom n+-Typ mit hoher Konzentration ausgebildet. Um eine Durchbruchspannung der Diode sicherzustellen, während eine Spannung zwischen der Kathode und der Anode angelegt wird, wird üblicherweise und umfangreich die Diode mit einem Schutzring (Bereich vom p-Typ) verwendet. Der Schutzring ist in einem Abstand vom äußeren Umfang der Anode (Diffusionsbereich vom p-Typ) ausgebildet, so dass der Schutzring die Anode umgibt, und folglich wird ein elektrisches Feld in einem Endabschnitt der Anode, der auf der äußeren Umfangsseite der Anode angeordnet ist, verringert.
  • Im EIN-Zustand, in dem eine hohe Spannung in der Durchlassrichtung zwischen der Anode und der Kathode angelegt wird, werden viele Ladungsträger in einem Bereich vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats angesammelt. Im AUS-Zustand, in dem eine hohe Spannung in der Sperrrichtung zwischen der Anode und der Kathode (zum Zeitpunkt der Sperrerholung) angelegt wird, werden die in der Driftschicht angesammelten Ladungsträger entladen, so dass ein Sperrrückgewinnungsstrom fließt. Zu diesem Zeitpunkt werden ein großer Strom und eine große Spannung an die Diode angelegt und folglich wird Wärme erzeugt, die von einem großen Leistungsverbrauch begleitet ist. Dies ist eine der Ursachen der Behinderung für das schnelle Schalten.
  • Dokumente, die eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode offenbaren, sind beispielsweise JP 2011-514674-A , JP 2000-114550-A , JP 2003-101039-A und JP 07-221326-A .
  • Die Halbleitervorrichtung weist jedoch das folgende Problem auf. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Ladungsträger nicht nur in einem Bereich der Driftschicht, der untermittelbar unter der Anode liegt, diffundiert und angesammelt, sondern auch in einem Bereich der Driftschicht, der unmittelbar unter dem Schutzring liegt.
  • Wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, werden die in der Driftschicht angesammelten Ladungsträger beispielsweise von der Anode oder Kathode entladen und verschwinden letztendlich. Zu diesem Zeitpunkt fließen in den Diffusionsbereich vom p-Typ der Anode sowohl die Ladungsträger (Löcher), die im Bereich der Driftschicht unmittelbar unter der Anode angesammelt sind, als auch die Ladungsträger (Löcher), die im Bereich der Driftschicht unmittelbar unter dem Schutzring angesammelt sind. Insbesondere fließen die Löcher konzentriert in den Endabschnitt der Anode. Daher treten eine Konzentration des elektrischen Feldes und folglich eine Temperaturerhöhung zum Endabschnitt der Anode auf, was zu einer Möglichkeit führt, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, in der die Stromkonzentration im Endabschnitt der Anode unterdrückt wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleitersubstrat, eine Anode, einen Schutzring und eine Kathode. Das Halbleitersubstrat weist eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche entgegengesetzt zueinander auf. Die Anode ist in der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet. Der Schutzring ist in der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats und in einem Abstand von einem äußeren Umfang der Anode so ausgebildet, dass er die Anode umgibt. Die Kathode ist in der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet. Die Anode umfasst in ihrem Endabschnitt, der am äußeren Umfang angeordnet ist, einen Bereich mit relativ hoher Störstellenkonzentration und einen Bereich mit relativ niedriger Störstellenkonzentration.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Stromkonzentration im Endabschnitt der Anode der Diode unterdrückt werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die vorangehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern zum Erläutern einer EIN-Operation der Halbleitervorrichtung in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 3 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern zum Erläutern einer AUS-Operation der Halbleitervorrichtung in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 4 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einem Vergleichsbeispiel.
  • 5 eine Querschnittsansicht, die das Verhalten von Ladungsträgern zum Erläutern einer AUS-Operation der Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode im Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 6 einen Graphen, der jeweilige Änderungen des Stroms, der Spannung und der Temperatur mit der Zeit, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode vom EIN-Zustand in den Aus-Zustand wechselt, im Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 7 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 8 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 10 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der dritten Ausführungsform zeigt.
  • 12 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 13 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der vierten Ausführungsform zeigt.
  • 14 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der fünften Ausführungsform zeigt.
  • 16 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 17 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 18 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 19 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der siebten Ausführungsform zeigt.
  • 20 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 21 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der achten Ausführungsform zeigt.
  • 22 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 23 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der neunten Ausführungsform zeigt.
  • 24 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 25 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der zehnten Ausführungsform zeigt.
  • 26 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 27 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der elften Ausführungsform zeigt.
  • 28 eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 29 eine Querschnittsansicht, die den Fluss von Ladungsträgern, wenn ein Wechsel vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand durchgeführt wird, zum Erläutern der Funktion und des Effekts in der zwölften Ausführungsform zeigt.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Halbleitervorrichtung 1 ein Halbleitersubstrat 2 vom n–-Typ mit niedriger Konzentration mit einer Hauptoberfläche, in der eine Anode 3 der Diode ausgebildet ist. In einem Abstand vom äußeren Umfang der Anode 3 ist ein Schutzring 4 so ausgebildet, dass er die Anode 3 umgibt. Die Anode 3 umfasst einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, einen Bereich 11a vom p–-Typ und eine Anodenelektrode 8. Der Schutzring 4 umfasst einen Bereich 4a vom p+-Typ. Unterdessen ist in der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 eine Kathode 6 ausgebildet. Die Kathode 6 umfasst einen Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration.
  • Die Struktur der Anode 3 wird genauer beschrieben. Der Bereich 11a vom p–-Typ ist in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Der Endabschnitt ist auf der äußeren Umfangsseite der Anode 3 angeordnet. Der Bereich 11a vom p–-Typ ist als Bereich mit relativ hohem elektrischem Widerstand ausgebildet, der zwischen die Diffusionsbereiche 3a vom p+-Typ eingefügt ist. Der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und der Bereich 11a vom p–-Typ sind von der einen Hauptoberfläche in dieselbe Tiefe ausgebildet. Hier soll dieselbe Tiefe nicht exakt dieselbe Tiefe bedeuten, sondern umfasst eine Herstellungstoleranz. Überdies ist die Oberfläche des Bereichs 11a vom p–-Typ mit einem Isolationsfilm 7 bedeckt.
  • Der Bereich 11a vom p–-Typ weist eine Störstellenkonzentration auf, die niedriger festgelegt ist als die Störstellenkonzentration des Diffusionsbereichs 3a vom p+-Typ. Der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ weist eine Störstellenkonzentration beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 1016/cm3 bis 1 × 1018/cm3 auf. Der Bereich 11a vom p–-Typ weist eine Störstellenkonzentration beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 1014/cm3 bis 1 × 1016/cm3 auf. Es sollte beachtet werden, dass das Halbleitersubstrat 2 vom n–-Typ mit niedriger Konzentration eine Störstellenkonzentration beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 1013/cm3 bis 1 × 1014/cm3 aufweist. Überdies weist der Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration eine Störstellenkonzentration beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 1018/cm3 bis 1 × 1020/cm3 auf.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung beschrieben. In einer Diode einer Inverterschaltung treten ein EIN-Zustand und ein AUS-Zustand abwechselnd wiederholt in Reaktion auf eine Schaltoperation des IGBT auf. Wenn sich der IGBT im EIN-Zustand befindet, befindet sich die Diode im AUS-Zustand. Wenn sich der IGBT im AUS-Zustand befindet, befindet sich die Diode im EIN-Zustand.
  • Im EIN-Zustand, in dem eine hohe Spannung in der Durchlassrichtung zwischen der Anode 3 und der Kathode 6 der Diode angelegt wird, werden viele Ladungsträger, wie in 2 gezeigt, in einem Bereich vom n–-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 angesammelt. Löcher werden nämlich vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert.
  • Dann verursacht das Anlegen einer hohen Spannung in der Sperrrichtung zwischen der Anode 3 und der Kathode 6 der Diode, dass die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt. Wie in 3 gezeigt, werden, wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, von den in der Driftschicht im EIN-Zustand angesammelten Ladungsträgern Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen. Ein Teil der Elektronen und ein Teil der Löcher werden rekombiniert, so dass sie verschwinden, und die injizierten Ladungsträger verschwinden letztendlich, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 der Halbleitervorrichtung 1, wie vorstehend beschrieben, ist ein Bereich 11a vom p–-Typ mit relativ niedriger Störstellenkonzentration ausgebildet. Folglich kann die Konzentration des elektrischen Feldes im Endabschnitt der Anode 3 abgeschwächt werden. Dies wird in Verbindung mit einer Halbleitervorrichtung eines Vergleichsbeispiels beschrieben.
  • Die Halbleitervorrichtung des Vergleichsbeispiels weist eine ähnliche Struktur zur vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung auf, außer dass die Anode keinen Bereich 11a vom p–-Typ mit einer anderen Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des Diffusionsbereichs 3a vom p+-Typ aufweist.
  • Wie in 4 gezeigt, umfasst eine Halbleitervorrichtung 101 ein Halbleitersubstrat 102 mit einer Hauptoberfläche, in der eine Anode 103 einer Diode ausgebildet ist. In einem Abstand vom äußeren Umfang der Anode 103 ist ein Schutzring 104 so ausgebildet, dass er die Anode 103 umgibt. Die Anode 103 umfasst einen Diffusionsbereich 103a vom p+-Typ. Der Schutzring 104 umfasst einen Bereich 104a vom p+-Typ. Unterdessen ist in der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 102 eine Kathode 106 ausgebildet. Die Kathode 106 umfasst einen Bereich 106a vom n+-Typ mit hoher Konzentration.
  • Im Folgenden wird eine Operation der Halbleitervorrichtung im Vergleichsbeispiel beschrieben. Im EIN-Zustand, in dem eine hohe Spannung in der Durchlassrichtung zwischen der Anode 103 und der Kathode 106 der Diode angelegt wird, werden Löcher vom Diffusionsbereich 103a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 102 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 106a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 102 injiziert.
  • Dann verursacht das Anlegen einer hohen Spannung in der Sperrrichtung zwischen der Anode 103 und der Kathode 106 der Diode, dass die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt. Zu diesem Zeitpunkt werden von den Ladungsträgern, die im EIN-Zustand in der Driftschicht angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 106 entladen und Löcher werden von der Anode 103 entladen. Folglich verschwinden die injizierten Ladungsträger letztendlich.
  • Zu diesem Zeitpunkt fließen in den Diffusionsbereich 103a vom p+-Typ der Anode 103 sowohl die Ladungsträger (Löcher), die in der Driftschicht unmittelbar unter der Anode 103 angesammelt sind, als auch die Ladungsträger (Löcher), die in der Driftschicht unmittelbar unter dem Schutzring 104 angesammelt sind (Sperrerholungsstrom). Daher konzentriert sich der Strom insbesondere in einem Endabschnitt (gestrichelter Kasten 115) des Diffusionsbereichs 103a vom p+-Typ, der in der direkten Nähe des Schutzrings 104 angeordnet ist.
  • Hier sind jeweilige Änderungen des in der Diode fließenden Stroms, der an die Diode angelegten Spannung und der Temperatur der Diode mit der Zeit, wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, in 6 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, fließt ein Sperrerholungsstrom (Erholungsstrom) in der Diode, wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt (siehe durchgezogene Linie im Graphen). Zu diesem Zeitpunkt fließen Ladungsträger (Löcher) konzentriert in den Endabschnitt (gestrichelter Kasten 115) des Diffusionsbereichs 103a vom p+-Typ. Aufgrund Aufgrund dessen konzentriert sich ein elektrisches Feld im Endabschnitt der Anode, was verursacht, dass die Temperatur der Diode nachteilig ansteigt (siehe die Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen im Graphen). Folglich entsteht eine Möglichkeit eines Durchbruchs der Diode.
  • Im Gegensatz zur Halbleitervorrichtung des Vergleichsbeispiels umfasst die vorstehend beschriebene Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und und einen Bereich 11a vom p–-Typ, die im Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet sind. Die Störstellenkonzentration des Bereichs 11a vom p–-Typ ist niedriger als die Störstellenkonzentration des Diffusionsbereichs 3a vom p+-Typ und der Bereich 11a vom p–-Typ ist als Bereich mit einem höheren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ so ausgebildet, dass der Bereich 11a vom p–-Typ zwischen die Diffusionsbereiche 3a vom p+-Typ eingefügt ist. Überdies ist der Bereich 11a vom p–-Typ von einer Hauptoberfläche in dieselbe Tiefe wie der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ ausgebildet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens zwei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b) in der Anode 3, wie in 7 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 8 gezeigt, umfasst eine Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 12a vom p++-Typ. Der Bereich 12a vom p++-Typ ist als Bereich mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Der Bereich 12a vom p++-Typ ist so angeordnet, dass er zwischen den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, und den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der entgegengesetzten Seite zur Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, eingefügt ist.
  • Der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und der Bereich 12a vom p++-Typ sind von einer Hauptoberfläche in dieselbe Tiefe ausgebildet. Hier soll dieselbe Tiefe nicht exakt dieselbe Tiefe bedeuten, sondern umfasst eine Herstellungstoleranz. Der Bereich 12a vom p++-Typ weist eine Störstellenkonzentration auf, die höher festgelegt ist als die Störstellenkonzentration des Diffusionsbereichs 3a vom p+-Typ. Der Bereich 12a vom p++-Typ weist eine Störstellenkonzentration beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 1018/cm3 bis 1 × 1020/cm3 auf. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind ähnlich zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n–-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die in der Driftschicht im EIN-Zustand angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und der Bereich 12a vom p++-Typ ausgebildet. Der Bereich 12a vom p++-Typ weist eine höhere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und ist als Bereich mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ so ausgebildet, dass der Bereich 12a vom p++-Typ zwischen die Diffusionsbereiche 3a vom p+-Typ eingefügt ist. Überdies sind der Bereich 12a vom p++-Typ und der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ von einer Hauptoberfläche in dieselbe Tiefe ausgebildet. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Bereich 12a vom p++-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens zwei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b) in der Anode 3, wie in 9 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Dritte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 10 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 11b vom p–-Typ. Der Bereich 11b vom p–-Typ ist als Bereich mit relativ hohem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Der Bereich 11b vom p–-Typ ist von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einen Bereich erstreckt, der flacher ist als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass die Querseite und Unterseite des Bereichs 11b vom p–-Typ vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ umgeben sind. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die in der Driftschicht im EIN-Zustand angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und ein Bereich 11b vom p–-Typ ausgebildet. Der Bereich 11b vom p–-Typ weist eine niedrigere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Der Bereich 11b vom p–-Typ ist als Bereich mit einem höheren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einem flacheren Bereich erstreckt als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass seine Unterseite und Querseite vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ umgeben sind. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und ein Bereich (Bereich 11b vom p–-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt ein Strom folglich konzentriert in mindestens zwei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b) in der Anode 3, wie in 11 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Vierte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 12 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 12b vom p++-Typ. Der Bereich 12b vom p++-Typ ist als Bereich mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Der Bereich 12b vom p++-Typ ist von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einen Bereich erstreckt, der flacher ist als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass die Querseite und Unterseite des Bereichs 12b vom p++-Typ vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ umgeben sind. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die in der Driftschicht im EIN-Zustand angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und ein Bereich 12b vom p++-Typ ausgebildet. Der Bereich 12b vom p++-Typ weist eine höhere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Der Bereich 12b vom p++-Typ ist als Bereich mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, so dass er sich in einen Bereich erstreckt, der flacher ist als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass die Unterseite und Querseite des Bereichs 12b vom p++-Typ vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ umgeben sind. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Bereich 12b vom p++-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens zwei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b) in der Anode 3, wie in 13 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 14 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 11c vom p–-Typ. Der Bereich 11c vom p–-Typ ist als Bereich mit relativ hohem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Der Bereich 11c vom p–-Typ ist so angeordnet, dass er zwischen den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, und den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der entgegengesetzten Seite zur Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, eingefügt ist.
  • Der Bereich 11c vom p–-Typ ist von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einen tieferen Bereich als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ erstreckt, so dass der Bereich 11c vom p–-Typ in einem größeren Ausmaß nach unten vorsteht als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die in der Driftschicht im EIN-Zustand angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und der Bereich 11c vom p–-Typ ausgebildet. Der Bereich 11c vom p–-Typ weist eine niedrigere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Der Bereich 11c vom p–-Typ ist als Bereich mit einem höheren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ ausgebildet, so dass der Bereich 11c vom p–-Typ in einem größeren Ausmaß nach unten vorsteht als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und ein Bereich (Bereich 11c vom p–-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens zwei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b) in der Anode 3, wie in 15 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Im vorstehend beschriebenen Endabschnitt der Anode 3 ist überdies ein Bereich 11c vom p–-Typ ausgebildet, der eine Durchlassspannung (VF) der Diode beeinflusst. Die Durchlassspannung ist ein Spannungsabfall zwischen der Anode und der Kathode der Diode, wenn ein Durchlassstrom fließt. Da die Störstellenkonzentration des Bereichs 11c vom p–-Typ verringert ist, nimmt die Durchlassspannung gewöhnlich zu.
  • In der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung ist der Bereich 11c vom p–-Typ von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einen tieferen Bereich als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ erstreckt. Daher ist es unnötig, die Störstellenkonzentration des Bereichs 11c vom p–-Typ übermäßig zu verringern, um zu ermöglichen, dass der Strom im AUS-Zustand zerstreut wird, und folglich kann eine Erhöhung der Durchlassspannung immer noch unterdrückt werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 16 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 12c vom p++-Typ. Der Bereich 12c vom p++-Typ ist als Bereich mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Der Bereich 12c vom p++-Typ ist von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einen Bereich erstreckt, der tiefer ist als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass der Bereich 12c vom p++-Typ in einem größeren Ausmaß als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ nach unten vorsteht. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn die Diode dagegen vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die in der Driftschicht im EIN-Zustand angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und ein Bereich 12c vom p++-Typ ausgebildet. Der Bereich 12c vom p++-Typ weist eine höhere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Der Bereich 12c vom p++-Typ ist als Bereich mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einen Bereich erstreckt, der tiefer ist als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass der Bereich 12c vom p++-Typ sich in einem größeren Ausmaß nach unten erstreckt als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Bereich 12c vom p++-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens zwei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b) in der Anode 3, wie in 17 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Im vorstehend beschriebenen Endabschnitt der Anode ist überdies der Bereich 12c vom p++-Typ ausgebildet, der einen Sperrerholungsverlust (Erholungsverlust) beeinflusst, der aufgrund des Sperrerholungsstroms verursacht wird. Da die Störstellenkonzentration des Bereichs 12c vom p++-Typ erhöht ist, nimmt gewöhnlich der Erholungsverlust zu.
  • In der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung ist ein Bereich 12c vom p++-Typ von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass er sich in einen tieferen Bereich als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ erstreckt. Daher ist es unnötig, die Störstellenkonzentration des Bereichs 12c vom p++-Typ übermäßig zu erhöhen, um zu ermöglichen, dass der Strom im AUS-Zustand zerstreut wird, und folglich kann immer noch eine Erhöhung des Erholungsverlusts unterdrückt werden.
  • Siebte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 18 gezeigt, umfasst eine Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 11d vom p–-Typ. Mehrere Bereiche 11d vom p–-Typ sind jeweils als Bereich mit relativ hohem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Mehrere Bereiche 11d vom p–-Typ sind jeweils so angeordnet, dass sie zwischen den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, und den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der entgegengesetzten Seite zur Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, eingefügt sind. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung des Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die im EIN-Zustand in der Driftschicht angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und mehrere Bereiche 11d vom p–-Typ ausgebildet. Der Bereich 11d vom p–-Typ weist eine niedrigere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Mehrere Bereiche 11d vom p–-Typ sind jeweils als Bereich mit einem höheren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ ausgebildet, so dass der Bereich 11d vom p–-Typ zwischen die Diffusionsbereiche 3a vom p+-Typ eingefügt ist. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und mehrere Bereiche (Bereiche 11d vom p–-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens drei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b, 15c) in der Anode 3, wie in 19 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, weiter verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes weiter abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Achte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 20 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 12d vom p++-Typ. Mehrere Bereiche 12d vom p++-Typ sind jeweils als Bereich mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Mehrere Bereiche 12d vom p++-Typ sind jeweils so ausgebildet, dass sie zwischen den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, und den Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, der auf der entgegengesetzten Seite zur Seite des Schutzrings 4 angeordnet ist, eingefügt sind. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die im EIN-Zustand in der Driftschicht angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und mehrere Bereiche 12d vom p++-Typ ausgebildet. Der Bereich 12d vom p++-Typ weist eine höhere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Mehrere Bereiche 12d vom p++-Typ sind jeweils als Bereich mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ so ausgebildet, dass sie zwischen die Diffusionsbereiche 3a vom p+-Typ eingefügt sind. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand und mehrere Bereiche (Bereiche 12d vom p++-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens drei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b, 15c) in der Anode 3, wie in 21 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, weiter verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes weiter abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Neunte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 22 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 11e vom p–-Typ. Mehrere Bereiche 11e vom p–-Typ sind jeweils als Bereich mit relativ hohem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Mehrere Bereiche 11e vom p–-Typ sind jeweils von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass sie sich in einen Bereich erstrecken, der flacher ist als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass die Querseite und Unterseite des Bereichs 11e vom p–-Typ vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ umgeben sind. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die im EIN-Zustand in der Driftschicht angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und mehrere Bereiche 11e vom p–-Typ ausgebildet. Der Bereich 11e vom p–-Typ weist eine niedrigere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Mehrere Bereiche 11e vom p–-Typ sind jeweils als Bereich mit einem höheren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ so ausgebildet, dass die Unterseite und Querseite des Bereichs 11e vom p–-Typ von Diffusionsbereichen 3a vom p+-Typ umgeben sind. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und mehrere Bereiche (Bereiche 11e vom p–-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens drei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b, 15c) in der Anode 3, wie in 23 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, weiter verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes weiter abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Zehnte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 24 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 12e vom p++-Typ. Mehrere Bereiche 12e vom p++-Typ sind jeweils als Bereich mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Mehrere Bereiche 12e vom p++-Typ sind jeweils von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass sie sich in einen Bereich erstrecken, der flacher ist als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass die Querseite und Unterseite des Bereichs 12e vom p++-Typ vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ umgeben sind. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die im EIN-Zustand in der Driftschicht angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und mehrere Bereiche 12e vom p++-Typ ausgebildet. Der Bereich 12e vom p++-Typ weist eine höhere Störstellenkonzentration auf als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Mehrere Bereiche 12e vom p++-Typ sind jeweils als Bereich mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ so ausgebildet, dass die Unterseite und Querseite der Bereiche 12e vom p++-Typ vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ umgeben sind. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich mehrere Bereiche (Bereiche 12e vom p++-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens drei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b, 15c) in der Anode 3, wie in 25 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, weiter verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes weiter abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Elfte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 26 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 11f vom p–-Typ. Mehrere Bereiche 11f vom p–-Typ sind jeweils als Bereich mit relativ hohem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Mehrere Bereiche 11f vom p–-Typ sind jeweils von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass sie sich in einen tieferen Bereich erstrecken als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so so dass der Bereich 11f vom p–-Typ in einem größeren Ausmaß nach unten vorsteht als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn die Diode dagegen vom Ein-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die im EIN-Zustand in der Driftschicht angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und mehrere Bereiche 11f vom p–-Typ ausgebildet. Der Bereich 11f vom p–-Typ weist eine niedrigere Störstellenkonzentration als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ auf. Mehrere Bereiche 11f vom p–-Typ sind jeweils als Bereich mit einem höheren elektrischen Widerstand als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ ausgebildet, so dass der Bereich 11f vom p–-Typ in einem größeren Ausmaß nach unten vorsteht als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Im Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und mehrere Bereiche (Bereiche 11f vom p–-Typ) mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens drei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b, 15c) in der Anode 3, wie in 27 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, weiter verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes weiter abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Zwölfte Ausführungsform
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode in einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Wie in 28 gezeigt, umfasst die Anode 3 einen Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und einen Bereich 12f vom p++-Typ. Mehrere Bereiche 12f vom p++-Typ sind jeweils als Bereich mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand in einem Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet. Mehrere Bereiche 12f vom p++-Typ sind jeweils von einer Hauptoberfläche so ausgebildet, dass sie sich in einen tieferen Bereich erstrecken als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ, so dass der Bereich 12f vom p++-Typ in einem größeren Ausmaß nach unten vorsteht als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Andere Merkmale als die vorstehend beschriebenen sind zu jenen der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung ähnlich. Daher sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Im Folgenden wird eine Operation der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung kurz beschrieben. Wenn sich die Diode im EIN-Zustand befindet, werden Löcher vom Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ in Richtung eines Bereichs vom n-Typ (Driftschicht) des Halbleitersubstrats 2 injiziert und Elektronen werden vom Bereich 6a vom n+-Typ mit hoher Konzentration in Richtung der Driftschicht des Halbleitersubstrats 2 injiziert. Wenn dagegen die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet werden soll, werden von den Ladungsträgern, die im EIN-zustand in der Driftschicht angesammelt wurden, Elektronen von der Kathode 6 entladen und Löcher werden von der Anode 3 entladen, was den AUS-Zustand verursacht.
  • Im Endabschnitt der Anode 3 in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung sind ein Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ und mehrere Bereiche 12f vom p++-Typ ausgebildet. Der Bereich 12f vom p++-Typ weist eine höhere Störstellenkonzentration als der Bereich 3a vom p+-Typ auf. Mehrere Bereiche 12f vom p++-Typ sind jeweils so ausgebildet, dass sie in einem größeren Ausmaß nach unten vorstehen als der Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ. Im Endabschnitt der Anode 3 der Diode sind nämlich mehrere Bereiche (Bereiche 12f vom p++-Typ) mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand und ein Bereich (Diffusionsbereich 3a vom p+-Typ) mit mit relativ hohem elektrischem Widerstand angeordnet.
  • Wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, fließt folglich ein Strom konzentriert in mindestens drei verteilte Bereiche (gestrichelte Kästen 15a, 15b, 15c) in der Anode 3, wie in 29 gezeigt. Da die Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, weiter verteilt sind, wird die Konzentration des elektrischen Feldes weiter abgeschwächt. Folglich wird eine Temperaturerhöhung der Diode unterdrückt und es kann verhindert werden, dass die Diode durchbrochen wird.
  • Hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde beschrieben, dass Bereiche 11a bis 11f vom p–-Typ oder Bereiche 12a bis 12f vom p++-Typ jeweils von einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in eine vorbestimmte Tiefe im Endabschnitt der Anode 3 ausgebildet sind. Solange Bereiche, in die der Strom konzentriert fließt, wenn die Diode vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand wechselt, verteilt sein können, ist die vorliegende Erfindung nicht auf jede der vorstehend beschriebenen Konfigurationen begrenzt.
  • Die vorliegende Erfindung wird effektiv für eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode verwendet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • JP 07-221326 A [0007]

Claims (10)

  1. Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (2) von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche entgegengesetzt zueinander; eine Anode (3), die in der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (2) ausgebildet ist; einen Schutzring (4), der in der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (2) und in einem Abstand von einem äußeren Umfang der Anode (3) so ausgebildet ist, dass er die Anode (3) umgibt; und eine Kathode (6) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die in der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (2) ausgebildet ist, wobei die Anode (3) in ihrem Endabschnitt, der am äußeren Umfang angeordnet ist, einen Bereich mit relativ hoher Störstellenkonzentration und einen Bereich mit relativ niedriger Störstellenkonzentration umfasst.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Endabschnitt der Anode (3) ein erster Störstellenbereich (3a) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Störstellenkonzentration als einer des Bereichs mit relativ hoher Störstellenkonzentration und des Bereichs mit relativ niedriger Störstellenkonzentration von der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (2) in eine erste Tiefe ausgebildet ist, und ein zweiter Störstellenbereich (11a–11f, 12a–12f) vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer zweiten Störstellenkonzentration, die von der ersten Störstellenkonzentration verschieden ist, als anderer des Bereichs mit relativ hoher Störstellenkonzentration und des Bereichs mit relativ niedriger Störstellenkonzentration von der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (2) in eine zweite Tiefe ausgebildet ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Tiefe und die zweite Tiefe dieselbe Tiefe sind, und der zweite Störstellenbereich (11a, 12a) so ausgebildet ist, dass er zwischen die ersten Störstellenbereiche (3a) eingefügt ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11d, 12d) ausgebildet sind, mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11d, 12d) entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind, die die Anode (3) und den Schutzring (4) verbindet, und mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11d, 12d) jeweils so ausgebildet sind, dass sie zwischen die ersten Störstellenbereiche (3a) eingefügt sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Tiefe flacher ist als die erste Tiefe, und der zweite Störstellenbereich (11b, 12b) so ausgebildet ist, dass seine Unterseite und Querseite vom ersten Störstellenbereich (3a) umgeben sind.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11e, 12e) ausgebildet sind, mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11e, 12e) entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind, die die Anode (3) und den Schutzring (4) verbindet, und mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11e, 12e) jeweils so ausgebildet sind, dass ihre Unterseite und Querseite vom ersten Störstellenbereich (3a) umgeben sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Tiefe tiefer ist als die erste Tiefe, und der zweite Störstellenbereich (11c, 12c) so ausgebildet ist, dass er in einem größeren Ausmaß nach unten vorsteht als der erste Störstellenbereich (3a).
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11f, 12f) ausgebildet sind, mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11f, 12f) entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind, die die Anode (3) und den Schutzring (4) verbindet, und mehrere der zweiten Störstellenbereiche (11f, 12f) jeweils so ausgebildet sind, dass sie in einem größeren Ausmaß nach unten vorstehen als der erste Störstellenbereich (3a).
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Störstellenkonzentration niedriger ist als die erste Störstellenkonzentration.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Störstellenkonzentration höher ist als die erste Störstellenkonzentration.
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