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Die
Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist:
ein
Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeits-Typs;
einen Kathodenbereich
des ersten Leitfähigkeits-Typs,
der an der Unterseite des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und
auf dessen unterer Oberfläche
eine Kathodenelektrode ausgebildet ist;
einen ersten Anodenbereich
eines zweiten Leitfähigkeits-Typs,
der teilweise die obere Oberfläche
des Halbleitersubstrats bildet und auf dessen oberer Oberfläche eine
Anodenelektrode ausgebildet ist;
einen peripheren Bereich,
der den ersten Anodenbereich umschließend ausgebildet ist, um Spannungsfestigkeitseigenschaften
sicherzustellen, die gleich oder besser als vorbestimmte Spannungsfestigkeitseigenschaften
sind; und
einen Randbereich, der den peripheren Bereich umschließend ausgebildet
ist.
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Eine
derartige Halbleitervorrichtung ist beispielsweise aus der
US 5 859 446 A bekannt.
Dort ist eine Diodenanordnung beschrieben, bei der es darum geht,
die Stabilität
der Diode zu verbessern und einen Diodendurchbruch zu vermeiden,
wenn rasche Stromänderungen
auf die Diode wirken.
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Eine
Halbleitervorrichtung der eingangs genannten Art ist auch aus der
DE 198 24 514 A1 bekannt,
wobei es dort um eine Diodenanordnung geht, die eine hohe Schaltgeschwindigkeit,
einen geringen Leckstrom, eine geringe Durchlaßspannung sowie eine hohe Lawinendurchbruchsfestigkeit
besitzen soll.
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In
den letzten Jahren sind Inverter in Geräten in der Industrie sowie
elektrischen Geräten
für den Hausgebrauch
aufgrund der Notwendigkeit der Energieeinsparung zunehmend in Verwendung
gekommen. Um diese Bedürfnisse
zu befriedigen, hat ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (im
folgenden kurz als IGBT bezeichnet) rasch Verbreitung gefunden.
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Bei
einem solchen IGBT handelt es sich um eine Art von MOSFET (MOS-Feldeffekttransistor), und
zwar um eine Anordnung, bei der eine p-leitende Schicht dem Drain eines
MOSFET hinzugefügt
ist, wobei Minoritätsträger in die
p-leitende Schicht injiziert werden, um den Einschaltwiderstand
zu vermindern. Somit ist ein IGBT eine nützliche Leistungsvorrichtung
mit einigen Vorteilen, wie z.B. Gate-Spannungs-Treibereigenschaften, Schalteigenschaften mit
hoher Geschwindigkeit sowie Durchschlagfestigkeitseigenschaften,
wobei es sich auch um die Vorteile eines MOSFET handelt.
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Im
allgemeinen wird bei der Beendigung der Herstellung eines Halbleiter-Wafers
die Leistung des Halbleiter-Wafers im Wafer-Zustand geprüft. Wenn aber
beispielsweise ein Durchlaßspannungseffekt beim
IGBT gemessen werden soll, so wird ein Strom, der in dem IGBT fließen kann,
in Abhängigkeit
von einem Meßverfahren
reguliert. Aus diesem Grunde erfolgt die Messung des Durchlaßspannungseffektes beim
IGBT in Wirklichkeit mittels eines relativ geringen Stroms, und
der Durchlaßspannungseffekt
in einem tatsächlichen
Arbeitsstrombereich muß abgeschätzt werden,
so daß nicht
zu vermeiden ist, daß die
Meßgenauigkeit
beeinträchtigt
ist.
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Ferner
muß bei
Verwendung eines IGBT auch eine Rückkopplungsdiode verwendet
werden. Ein Durchlaßspannungseffekt
bei einer Rückkopplungsdiode
hängt jedoch
in wesentlicher Weise von der Leistungsfähigkeit der Diodenleistung
ab. Aus diesem Grund sind das Erkennen der Leistungsfähigkeit
im Wafer-Zustand oder die Rückkopplung
mit Herstellungsschritten sehr wichtig. In Anbetracht der Tatsache,
daß der
Durchlaßspannungseffekt
vorzugsweise einheitlich ausgelegt sein soll, wenn eine Vielzahl
von Bauelementen parallel zueinander geschaltet ist, so ist es wichtig,
die Leistungsfähigkeit
im Wafer-Zustand zu erkennen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, bei der sich eine gute Meßgenauigkeit
für die
Durchlaßspannungseffekteigenschaften
unter Verwendung von relativ niedrigen Strömen erzielen läßt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung besteht
darin, eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw.
7 anzugeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung
ist der zweite Anodenbereich derart ausgebildet, daß er von
dem ersten Anodenbereich elektrisch isoliert bzw. getrennt ist.
Die Elektrode des zweiten Anodenbereichs ist von der Elektrode auf dem
ersten Anodenbereich unabhängig.
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Auf
diese Weise läßt sich
eine Messung bei einer Stromdichte, die gleich einem Nennstrom oder nahe
dem Nennstrom ist, mit einem relativ geringen Strom durchführen.
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Bei
dieser Halbleitervorrichtung erfüllen
ein oberer Oberflächenbereich
SA1 des ersten Anodenbereichs und ein oberer Oberflächenbereich
SA2 des zweiten Anodenbereichs folgende Beziehung: SA1 > SA2. Die obere Oberflächenkonfiguration
des zweiten Anodenbereichs weist Krümmungsradien von nicht weniger
als 10 μm
an den Ecken der oberen Oberflächenkonfiguration
auf. Ein Zwischenraum bzw. Abstand zwischen dem ersten Anodenbereich und
dem zweiten Anodenbereich ist derart gewählt, daß er nicht weniger als 5 μm beträgt.
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Der
zweite Anodenbereich kann im wesentlichen in der Mitte des ersten
Anodenbereichs angeordnet sein. Ferner kann eine Vielzahl von zweiten Anodenbereichen
in dem ersten Anodenbereich ausgebildet sein, und die jeweiligen
zweiten Anodenbereiche können
an verschiedenen Ecken in dem ersten Anodenbereich angeordnet sein.
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Gemäß einem
zusätzlichen
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Halbleitervorrichtung
eine im wesentlichen ringförmige
Halbleiterschicht des ersten oder zweiten Leitfähigkeits-Typs, die in dem Randbereich
den ersten Anodenbereich umschließend ausgebildet ist, einen zweiten
Anodenbereich, der in einem zwischen der Halbleiterschicht und den
Ecken der Vorrichtung gebildeten Bereich ausgebildet ist, sowie
eine Elektrode, die auf der oberen Oberfläche des zweiten Anodenbereichs
ausgebildet ist.
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Der
zweite Anodenbereich ist von der Halbleiterschicht des ersten oder
zweiten Leitfähigkeits-Typs
elektrisch isoliert bzw. getrennt. Die Elektrode auf dem zweiten
Anodenbereich ist von der Anodenelektrode auf dem ersten Anodenbereich
unabhängig.
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Somit
läßt sich
eine Messung bei einer Stromdichte, die gleich oder nahe einem Nennstrom ist,
mit einem relativ niedrigen Strom durchführen. Wenn die Halbleiterschicht
in dem Randbereich ausgebildet ist, kann ferner die Konstruktion
des herkömmlichen
ersten Anodenbereichs ohne Veränderung
desselben verwendet werden.
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Die
Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden
anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Längsschnittansicht
zur Erläuterung
einer Halbleiterdiode gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf die Halbleiterdiode gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 eine
Schnittansicht zur Erläuterung von
Zwischenräumen
zwischen Anodenbereichen bei der Halbleiterdiode gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4A und 4B Draufsichten
zur Erläuterung
verschiedener Formgebungen von Hilfsanodenbereichen gemäß einer
Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels;
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5 eine
Längsschnittansicht
zur Erläuterung
einer Halbleiterdiode gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Draufsicht auf die Halbleiterdiode gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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7 eine
Draufsicht auf eine Halbleiterdiode gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
Draufsicht auf eine Halbleiterdiode gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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9 eine
vergrößerte Darstellung
zur Erläuterung
von einem der zweiten Anodenbereiche, die in der Halbleiterdiode
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
ausgebildet sind.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen
ausführlich
beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Die 1 und 2 zeigen
eine Schnittansicht einer Halbleiterdiode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bzw. eine Draufsicht auf die Halbleiterdiode.
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Die
Halbleiterdiode 10 weist ein Halbleitersubstrat 1 eines
ersten Leitfähigkeits-Typs,
einen Kathodenbereich 2 des ersten Leitfähigkeits-Typs,
der an der Unterseite des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet
ist und auf dessen unterer Oberfläche eine Kathodenelektrode 3 ausgebildet
ist, sowie einen ersten Anodenbereich A1 eines zweiten Leitfähigkeits-Typs auf,
der teilweise die obere Oberfläche
des Halbleitersubstrats 1 bildet und der eine Anodenelektrode 5 aufweist,
die auf seiner oberen Oberfläche
ausgebildet ist.
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In
dem Substrat 1 der Halbleiterdiode 10 werden zur
Sicherstellung von Spannungsfestigkeitseigenschaften, die gleich
oder besser sind als vorbestimmte Spannungsfestigkeitseigenschaften,
ein den ersten Anodenbereich A1 umschließender peripherer Bereich 8 sowie
ein den peripheren Bereich 8 umschließender Randbereich 9 geregelt.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist ein zweiter Anodenbereich A2 innerhalb des ersten Anodenbereichs
A1 ausgebildet, und eine Anodenelektrode 7 ist auf der
oberen Oberfläche
des zweiten Anodenbereichs A2 ausgebildet. Der zweite Anodenbereich
A2 ist von dem ersten Anodenbereich A1 elektrisch isoliert, und
die auf der oberen Oberfläche
des zweiten Anodenbereichs A2 ausgebildete Anodenelektrode 7 ist
unabhängig
von der auf der oberen Oberfläche
des ersten Anodenbereichs A1 ausgebildeten Anodenelektrode 5.
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Bei
Darstellung der oberen Oberfläche
des ersten Anodenbereichs A1 als SA1 sowie Darstellung der oberen
Oberfläche
des zweiten Anodenbereichs A2 als SA2, sind diese beiden Flächen derart, daß folgende
Beziehung erfüllt
wird: SA1 > SA2.
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Wenn
die obere Oberfläche
SA2 des zweiten Anodenbereichs A2 innerhalb des Bereichs, in dem die
obere Oberfläche
SA1 Messungen unterzogen werden kann, so klein wie möglich gewählt wird, nimmt
die Diodenstromdichte zu. Genauer gesagt, es nimmt ein zwangsweise
notwendiger Strom ab, der zum Erzielen einer Diodenstromdichte erforderlich ist,
die gleich oder höher
als eine vorbestimmte Diodenstromdichte ist.
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3 zeigt
eine Schnittansicht zur Erläuterung
eines Zwischenraums zwischen dem ersten Anodenbereich A1 und dem
zweiten Anodenbereich A2. In dem vorliegenden Fall ist der in 3 mit
L bezeichnete Zwischenraum zwischen dem ersten Anodenbereich A1
und dem zweiten Anodenbereich A2 vorzugsweise auf 5 μm oder mehr
gesetzt. Wenn der erste Anodenbereich A1 und der zweite Anodenbereich
A2 mit einer derartigen Beabstandung angeordnet sind, dann sind
die beiden Anodenbereiche elektrisch voneinander isoliert und getrennt.
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Bei
der Halbleiterdiode 10, die den vorstehend beschriebenen
zweiten Anodenbereich A2 aufweist, kann trotz eines niedrigen zwangsweise
vorhandenen Stroms die Messung bei einer Stromdichte durchgeführt werden,
die gleich einem Nennstrom oder nahe diesem ist. Daher ist es möglich, die
Leistung eines Chips mit hoher Stromkapazität mit hoher Genauigkeit in
einem tatsächlichen
Arbeitsstrombereich zu erkennen, und die Halbleiterdiode 10 ermöglicht in
effektiver Weise eine Rückkopplung
mit Wafer-Herstellungsschritten oder einer Chip-Auswahl in Parallelschaltung
bzw. gestattet Rückschlüsse darauf.
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Es
ist darauf hinzuweisen, daß die
Formgebung der oberen Oberfläche
des zweiten Anodenbereichs A2 nicht auf das in 2 gezeigte
Quadrat begrenzt ist. Es kann sich z.B. in der in 4A gezeigten
Weise auch um einen Kreis oder in der in 4B gezeigten
Weise um eine Konfiguration mit Krümmungsradien handeln, die gleich
einem oder größer als
ein vorbestimmter Krümmungsradius
an den Ecken R sind.
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In
diesem Fall fließt
ein Strom gleichmäßig in dem
zweiten Anodenbereich A2. Genauer gesagt, es hat die obere Oberflächengestalt
des zweiten Anodenbereichs A2 zum Verhindern einer Konzentration des
Stroms auf einen Ort vorzugsweise Krümmungsradien von 10 μm oder mehr
an den Ecken.
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Im
folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei bezeichnen die gleichen
Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die gleichen
Teile, wobei auf eine nochmalige Beschreibung derselben verzichtet
wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Die 5 und 6 zeigen
eine Schnittansicht zum Erläutern
einer Halbleiterdiode gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bzw. eine Draufsicht auf die Halbleiterdiode. Eine
Halbleiterdiode 20 hat die gleiche Konfiguration wie die
Halbleiterdiode 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
kann ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel trotz eines
niedrigen zwangsweise vorhandenen Stroms eine Messung bei einer
Stromdichte ausgeführt
werden, die gleich oder nahe einem Nennstrom ist.
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Ferner
ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel,
wie in 6 erkennbar ist, der zweite Anodenbereich A2 in
der Mitte des ersten Anodenbereichs A1 angeordnet. Auf diese Weise
kann ein Arbeitsgang, wie z.B. ein Drahtbondvorgang, zum Anbringen
einer Vorrichtung vorzugsweise ohne Behinderung durch den zweiten
Anodenbereich A2 durchgeführt
werden.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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7 zeigt
eine Draufsicht auf eine Halbleiterdiode gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl
von (vier) zweiten Anodenbereichen A2 innerhalb eines ersten Anodenbereichs
A1 ausgebildet, wobei die jeweiligen zweiten Anodenbereiche A2 jeweils
an verschiedenen Ecken auf der oberen Oberfläche des ersten Anodenbereichs
A1 ausgebildet sind.
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Wie
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann
ein Arbeitsgang, wie z.B. ein Drahtbondvorgang, zum Anbringen einer
Vorrichtung vorzugsweise ohne Behinderung durch die zweiten Anodenbereiche
A2 durchgeführt
werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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8 zeigt
eine Draufsicht auf die Halbleiterdiode gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Diese Halbleiterdiode 50 weist
eine ringförmige
Halbleiterschicht 51 des ersten oder zweiten Leitfähigkeits-Typs
auf, die innerhalb eines Randbereichs 9 angeordnet ist
und den ersten Anodenbereich A1 umschließt. Die Halbleiterdiode 50 besitzt
ferner einen zweiten Anodenbereich A2 in Bereichen (und zwar vier
Bereichen bei diesem vierten Ausführungsbeispiel), die zwischen
der Halbleiterschicht 51 und jeder Ecke der Halbleiterdiode gebildet
sind. Jeder der zweiten Anodenbereiche A2 ist von der Halbleiterschicht 51 des
ersten oder zweiten Leitfähigkeits-Typs
elektrisch isoliert.
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9 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
von einem der zweiten Anodenbereiche A2. Die zweiten Anodenbereiche
A2 sind entlang des äußeren Umfangs
der Halbleiterschicht 51 des ersten oder zweiten Leitfähigkeits-Typs
angeordnet und kurvenförmig jeweils
mit einem vorbestimmten Krümmungsradius an
ihrem Innen- und Außenumfang
ausgebildet. Eine Elektrode 7 ist auf der oberen Oberfläche jedes
zweiten Anodenbereichs A2 ausgebildet und ist unabhängig von
der Anodenelektrode 5 auf dem ersten Anodenbereich A1.
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Da
der zweite Anodenbereich A2 ein inaktiver Bereich ist, braucht bei
wirksamer Verwendung dieses inaktiven Bereichs ein Bereich beispielsweise für einen
NF-Monitor nicht neu ausgebildet zu werden. Folglich läßt sich
eine Vergrößerung der
Chipgröße vermeiden.
Dabei braucht der erste Anodenbereich A1 nicht verändert zu
verwenden, sondern es kann die Konstruktion des herkömmlichen
ersten Anodenbereichs A1 verwendet werden.
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Bei
diesem vierten Ausführungsbeispiel
ist eine Halbleitervorrichtung exemplarisch dargestellt, bei der
die zweiten Anodenbereiche A2 jeweils in vier Regionen gebildet
sind, die zwischen der Halbleiterschicht 51 des ersten
oder zweiten Leitfähigkeits-Typs und jeder Ecke
der Halbleitervorrichtung liegen, jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht auf eine derartige Ausführung
beschränkt.
Es ist zum Beispiel auch möglich,
daß der
zweite Anodenbereich nur an mindestens einer der vier Ecken der Halbleitervorrichtung
ausgebildet ist.