DE112020006511T5 - Schottky-Barrierendiode - Google Patents

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barrier diode
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Seiya Nakano
Yoshifumi Tomomatsu
Yasuo ATA
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Abstract

Eine Schottky-Barrierendiode gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Halbleitersubstrat vom n-Typ; ein oder mehr Schutzringe vom p-Typ, die auf einer Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind; eine Anodenelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine Kathodenelektrode, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und einen Isolierfilm, der auf einem inneren Schutzring auf einer innersten Seite unter den ein oder mehr Schutzringen angeordnet ist, wobei die Anodenelektrode auf dem Isolierfilm sitzt und deren Endteilbereich direkt oberhalb des inneren Schutzrings angeordnet ist, die Anodenelektrode und der innere Schutzring voneinander entfernt angeordnet sind und eine Dicke des Isolierfilms 1,0 µm oder mehr beträgt.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Schottky-Barrierendiode.
  • Hintergrund
  • Patentliteratur 1 offenbart eine Schottky-Barrierendiode, in der auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats eines Leitfähigkeitstyps ein aus einer Halbleiterschicht eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestehender Schutzring ausgebildet ist.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • [PTL 1] JP 63-138769 A
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • In der in der Patentliteratur 1 offenbarten Schottky-Barrierendiode kann, falls ein Durchlassstrom zunimmt, ein Durchlassspannungsabfall über einen zwischen dem Schutzring und dem Halbleitersubstrat auszubildenden pn-Übergang geringer als ein Durchlassspannungsabfall eines Schottky-Teilbereichs sein. Infolgedessen kann aufgrund einer Stromkonzentration ein Abschlussbereich zerstört werden.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und ist darauf gerichtet, eine Schottky-Barrierendiode zu erhalten, die imstande ist, eine Stromkonzentration in einem Schutzring zu unterdrücken.
  • Lösung für das Problem
  • Eine Schottky-Barrierendiode gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Halbleitersubstrat vom n-Typ, ein oder mehr Schutzringe vom p-Typ, die auf einer Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind, eine Anodenelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, eine Kathodenelektrode, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und einen Isolierfilm, der auf einem inneren Schutzring auf einer innersten Seite unter den ein oder mehr Schutzringen angeordnet ist, wobei die Anodenelektrode auf dem Isolierfilm liegt bzw. sitzt und deren Endteilbereich direkt oberhalb des inneren Schutzrings angeordnet ist, die Anodenelektrode und der innere Schutzring voneinander entfernt angeordnet sind und eine Dicke des Isolierfilms 1,0 µm oder mehr beträgt.
  • Eine Schottky-Barrierendiode gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Halbleitersubstrat vom n-Typ, eine Vielzahl von Schutzringen vom p-Typ, die auf einer Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind, eine Anodenelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, eine Kathodenelektrode, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und einen Isolierfilm, der auf einem inneren Schutzring auf einer innersten Seite unter der Vielzahl von Schutzringen angeordnet ist, wobei die Anodenelektrode auf dem Isolierfilm sitzt und deren Endteilbereich direkt oberhalb des inneren Schutzrings angeordnet ist und die Anodenelektrode und der innere Schutzring voneinander entfernt angeordnet sind.
  • Eine Schottky-Barrierendiode gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Halbleitersubstrat vom n-Typ, ein oder mehr Schutzringe vom p-Typ, die auf einer Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind, einen Isolierfilm, der auf einem inneren Schutzring auf einer innersten Seite unter den ein oder mehr Schutzringen angeordnet ist, eine Anodenelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist und auf dem Isolierfilm sitzt, eine Kathodenelektrode, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und eine Schicht mit hohem Widerstandswert, die einen höheren Widerstandswert als jenen des inneren Schutzrings aufweist und den inneren Schutzring und die Anodenelektrode voneinander beabstandet.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • In der Schottky-Barrierendiode gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Anodenelektrode und der Schutzring über eine kapazitive Komponente des Isolierfilms miteinander verbunden. Daher kann eine Stromkonzentration im Schutzring unterdrückt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 2 ist ein Diagramm, um Abmessungen der Schottky-Barrierendiode gemäß der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode gemäß der dritten Ausführungsform.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode gemäß der vierten Ausführungsform.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode gemäß der fünften Ausführungsform.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode gemäß der sechsten Ausführungsform.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode gemäß der siebten Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Eine Schottky-Barrierendiode gemäß jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Identischen oder entsprechenden Bestandteilen bzw. Bauelementen sind die gleichen Bezugsziffern gegeben, und die wiederholte Beschreibung solcher Bauelemente kann weggelassen werden.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Schottky-Barrierendiode 100 weist ein Halbleitersubstrat 10 auf. Das Halbleitersubstrat 10 ist beispielsweise aus Silizium gebildet. Das Halbleitersubstrat 10 umfasst eine Halbleiterschicht 12 vom (n+)-Typ und eine auf der Halbleiterschicht 12 vom (n+)-Typ angeordnete Halbleiterschicht 14 vom n-Typ.
  • Eine Vielzahl von Schutzringen 16 vom p-Typ ist auf der Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Auf den innersten Schutzring 16 unter der Vielzahl von Schutzringen 16 wird als innerer Schutzring 17 verwiesen. Auf den vom inneren Schutzring 17 verschiedenen Schutzring 16 unter der Vielzahl von Schutzringen wird als äußerer Schutzring 18 verwiesen.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist einen Zellenbereich 10a, durch den ein Hauptstrom der Schottky-Barrierendiode 100 fließt, und einen den Zellenbereich 10a umgebenden Abschlussbereich 10b auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Endteilbereich auf der Innenseite des inneren Schutzrings 17 eine Grenze zwischen dem Abschlussbereich 10b und dem Zellenbereich 10a. Die Innenseite ist die Seite, auf der der Zellenbereich 10a in Bezug auf den Abschlussbereich 10b im Halbleitersubstrat 10 angeordnet ist. Die Schutzringe 16 sind so ausgebildet, dass sie den Zellenbereich 10a umgeben.
  • Eine Anodenelektrode 22 ist auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Anodenelektrode 22 ist mit der Halbleiterschicht 14 vom n-Typ im Zellenbereich 10a elektrisch verbunden. Die Anodenelektrode 22 ist eine Schottky-Barrierenelektrode. Eine Kathodenelektrode 30 ist auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Kathodenelektrode 30 ist mit der Halbleiterschicht 12 vom (n+)-Typ elektrisch verbunden.
  • Ein Isolierfilm 20 ist auf den Schutzringen 16 angeordnet. Eine Dicke T1 des Isolierfilms 20 beträgt zum Beispiel 1,0 µm oder mehr. Der Isolierfilm 20 bedeckt die gesamte obere Oberfläche der Vielzahl von Schutzringen 16.
  • Die Anodenelektrode 22 liegt bzw. sitzt auf dem Isolierfilm 20. Ein Endteilbereich der Anodenelektrode 22 ist direkt oberhalb des inneren Schutzrings 17 angeordnet. Der Isolierfilm 20 ist so angeordnet, dass die Anodenelektrode 22 und der innere Schutzring 17 einander nicht berühren. Folglich sind die Anodenelektrode 22 und der innere Schutzring 17 entfernt voneinander angeordnet.
  • Im Allgemeinen berührt in einer Schottky-Barrierendiode eine Schottky-Barrierenelektrode einen Teilbereich auf dem innersten Umfang eines Schutzringbereichs vom p-Typ, um ein Potential zu einem Schutzring zu übertragen, so dass dessen Stehspannung gehalten werden kann. Wenn ein Durchlassstrom ansteigt, kann eine Durchlassspannung Vpn über einen zwischen dem Schutzring und einem Halbleitersubstrat auszubildenden pn-Übergang niedriger als eine Durchlassspannung VF eines Schottky-Teilbereichs sein.
  • Dementsprechend kann sich beispielsweise insbesondere während eines Rückflusses Strom im Schutzring konzentrieren.
  • Auf der anderen Seite sind in der vorliegenden Ausführungsform die Anodenelektrode 22 und die Schutzringe 16 über den Isolierfilm 20 miteinander verbunden. Dementsprechend kann eine Durchlassspannung Vpn eines Pfads, der die Anodenelektrode 22, den Isolierfilm 20, den inneren Schutzring 17 und die Halbleiterschicht 14 vom n-Typ verbindet, durch eine kapazitive Komponente des Isolierfilms 20 eingestellt werden. Dementsprechend kann die Durchlassspannung Vpn so eingestellt werden, dass sie nicht niedriger als eine Durchlassspannung VF zwischen der Anodenelektrode 22 und der Halbleiterschicht 14 vom n-Typ ist. Daher kann eine Stromkonzentration in den Schutzringen 16 unterdrückt werden. Infolgedessen kann eine Zerstörung aufgrund von thermischem Durchgehen der Schottky-Barrierendiode 100 vermieden werden.
  • Die kapazitive Komponente des Isolierfilms 20 kann so eingestellt werden, dass Vpn > VF innerhalb eines vorher bestimmten Strombereichs erfüllt wird. Der vorher bestimmte Strombereich ist beispielsweise ein Bereich eines zur Zeit einer Ansteuerung der Schottky-Barrierendiode 100 fließenden Stroms.
  • Wenn die Anodenelektrode 22 so ausgebildet ist, dass sie die Schutzringe 16 mit dem dazwischen angeordneten Isolierfilm 20 überlappt, kann ein Potential in der Nähe der Grenze zwischen dem Zellenbereich 10a und dem Abschlussbereich 10b stabilisiert werden.
  • Die Stromkonzentration kann in der Nähe der Grenze zwischen dem Zellenbereich 10a und dem Abschlussbereich 10b auftreten. Dementsprechend kann, insbesondere wenn der innere Schutzring 17 unter der Vielzahl von Schutzringen 16 und die Anodenelektrode 22 einander nicht berühren, die Stromkonzentration effektiv unterdrückt werden. Dementsprechend kann zumindest der innere Schutzring 17 unter der Vielzahl von Schutzringen 16 von der Anodenelektrode 22 beabstandet sein. Das heißt, all die Schutzringe 16 können von der Anodenelektrode 22 beabstandet sein oder der äußere Schutzring 18 kann mit der Anodenelektrode 22 in Kontakt sein.
  • Der Isolierfilm 20 kann auf zumindest dem inneren Schutzring 17 angeordnet sein. Der Isolierfilm 20 kann die gesamte obere Oberfläche des inneren Schutzrings 17 bedecken und den äußeren Schutzring 18 freilegen bzw. freigeben. Falls der innere Schutzring 17 und die Anodenelektrode 22 einander nicht berühren, kann ein Teil des inneren Schutzrings 17 vom Isolierfilm 20 freiliegen.
  • Die Dicke T1 des Isolierfilms 20 in der vorliegenden Ausführungsform beträgt 1 µm oder mehr. Als Vergleichsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise ein dünner Isolierfilm mit einer Dicke von 0,5 µm oder weniger so ausgebildet sein, dass eine Inversionsschicht eines Kanals vom p-Typ auf einem unteren Teil eines Isolierfilms 20 ausgebildet wird. Zu dieser Zeit kann die Inversionsschicht in allein einem flacheren Bereich als ein Schutzring ausgebildet werden. Dementsprechend erstreckt sich eine Verarmungsschicht nicht ohne weiteres in Richtung eines Abschlussbereichs, so dass deren Krümmung zunehmen kann. Daher kann eine Stehspannung einer Schottky-Barrierendiode abnehmen.
  • Auf der anderen Seite wird in der vorliegenden Ausführungsform die Dicke T1 des Isolierfilms 20 auf 1,0 µm oder mehr festgelegt, so dass keine Inversionsschicht in der Nähe des inneren Schutzrings 17 ausgebildet wird. Infolgedessen kann verhindert werden, dass ein unterer Teil des Isolierfilms 20 kanal-invertiert (engl.: channel-inverted) wird. Durch den Isolierfilm 20 wird eine elektrostatische Kapazität gewährleistet, so dass jeweilige Potentiale der Anodenelektrode 22 und der Schutzringe 16 fixiert werden können. Der Isolierfilm 20 kann aus einem aus TEOS (Tetraethoxysilan) oder dergleichen abgeleiteten abgeschiedenen Oxidfilm gebildet sein.
  • Die Dicke T1 des Isolierfilms 20 kann weniger als 1,0 µm betragen, falls die Stromkonzentration unterdrückt werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die Vielzahl von Schutzringen 16 angeordnet ist. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und jegliche Konfiguration, bei der zumindest ein Schutzring 16 angeordnet ist, kann genutzt werden.
  • Wenn sich die Anodenelektrode 22 bis oberhalb des äußeren Schutzrings 18 erstreckt, ändert sich eine Verteilung des elektrischen Feldes, so dass die Stehspannung abnehmen kann. Eine Kriechstrecke zwischen der Anodenelektrode 22 und einem anderen Metallteilbereich wird verkürzt, so dass Entladungen induziert werden können. Auf der anderen Seite ist in der vorliegenden Ausführungsform der Endteilbereich der Anodenelektrode 22 direkt oberhalb des inneren Schutzrings 17 angeordnet. Dementsprechend ist der äußere Schutzring 18 nicht über den Isolierfilm 20 mit der Anodenelektrode 22 kapazitiv gekoppelt. Deshalb kann verhindert werden, dass die Stehspannung abnimmt. Die Kriechstrecke kann gewährleistet werden.
  • Eine Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht, die kapazitive Komponente in Abhängigkeit von einer Überlappungsfläche zwischen dem inneren Schutzring 17 und der Anodenelektrode 22 einzustellen.
  • 2 ist ein Diagramm, um Abmessungen der Schottky-Barrierendiode 100 gemäß der ersten Ausführungsform zu beschrieben. Eine Breite L2 des inneren Schutzrings 17 kann eine Breite L1 oder mehr eines Teilbereichs der Anodenelektrode 22 sein, der auf dem Isolierfilm 20 sitzt. Beispielsweise gelten L1 = 20 µm und L2 = 50 µm. Infolgedessen kann, selbst wenn sich eine Lagebeziehung zwischen der Anodenelektrode 22 und dem inneren Schutzring 17 aufgrund einer Fertigungsschwankung verschoben hat, der Endteilbereich der Anodenelektrode 22 zuverlässig direkt oberhalb des inneren Schutzrings 17 angeordnet werden. Deshalb können die Anodenelektrode 22 und der innere Schutzring 17 zuverlässig kapazitiv miteinander gekoppelt werden. Es kann verhindert werden, dass die Anodenelektrode 22 und der äußere Schutzring 18 miteinander kapazitiv gekoppelt werden.
  • Das Halbleitersubstrat 10 kann mit einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffen werden, der eine größere Bandlücke als jene von Silizium aufweist. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke ist beispielsweise Siliziumcarbid, Galliumoxid oder ein Material auf Galliumnitrid-Basis oder Diamant. Infolgedessen kann die Durchlassspannung Vpn erhöht werden. Insbesondere wenn Galliumoxid oder dergleichen mit einer größeren Bandlücke als jener von Siliziumcarbid verwendet wird, wird die Stromlast im Zellenbereich 10a erhöht, so dass die Stromkonzentration in den Schutzringen 16 unterdrückt werden kann.
  • Diese Modifikationen können wie jeweils geeignet auf Schottky-Barrierendioden gemäß den folgenden Ausführungsformen angewendet werden. Man beachte, dass die Schottky-Barrierendioden gemäß den folgenden Ausführungsformen jener der ersten Ausführungsform in vielerlei Hinsicht ähnlich sind, und somit werden im Folgenden vorwiegend Unterschiede zwischen den Schottky-Barrierendioden gemäß den folgenden Ausführungsformen und jener der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Zweite Ausführungsform
  • 3 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode 200 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Schottky-Barrierendiode 200 unterscheidet sich von der Schottky-Barrierendiode 100 in einer Form eines Isolierfilms 20. In der ersten Ausführungsform hat der Endteilbereich auf der Innenseite des Isolierfilms 20 eine rechtwinklige Form. Andererseits hat ein Endteilbereich, der auf einer Innenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist, von Endteilbereichen des Isolierfilms 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine angeschrägte Form.
  • Der Isolierfilm 20 weist einen angeschrägten Teilbereich 220a auf, der in Richtung seines Endteilbereichs dünner wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann eine kapazitive Komponente in Abhängigkeit von einem Winkel des Endteilbereichs des Isolierfilms 20 eingestellt werden. Eine Kapazität kann ohne Ändern eines maximalen Werts der Dicke des Isolierfilms 20 eingestellt werden.
  • Eine Dicke T1 des Isolierfilms 20 beträgt direkt oberhalb eines Endteilbereichs, der auf der Innenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist, von Endteilbereichen eines Schutzrings 17 beispielsweise 1,0 µm oder mehr. Infolgedessen kann wie in der ersten Ausführungsform verhindert werden, dass eine Inversionsschicht ausgebildet wird.
  • Der angeschrägte Teilbereich 220a ist direkt oberhalb des Endteilbereichs auf der Innenseite des inneren Schutzrings 17 angeordnet. Infolgedessen kann eine Durchlassspannung Vpn an einer Position eingestellt werden, an der sich Strom leicht konzentriert. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und jede beliebige Konfiguration, bei der der angeschrägte Teilbereich 220a in einem zwischen einer Anodenelektrode 22 und Schutzringen 16 sandwichartig angeordneten Teilbereich angeordnet ist, kann verwendet werden. Infolgedessen wird ein Effekt der Einstellung der kapazitiven Komponente erhalten.
  • Dritte Ausführungsform
  • 4 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode 300 gemäß der dritten Ausführungsform. Die Schottky-Barrierendiode 300 unterscheidet sich von der Schottky-Barrierendiode 100 in einer Struktur einer Kathodenelektrode 330. In der Kathodenelektrode 330 ist direkt unterhalb eines inneren Schutzrings 17 eine Öffnung 332 ausgebildet, die ein Halbleitersubstrat 10 freilegt.
  • Ein Teil, direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17, der Kathodenelektrode 330 ist entfernt. Dementsprechend ist die Kathodenelektrode 330 in die Seite eines Zellenbereichs 10a und die Seite eines Abschlussbereichs 10b getrennt. Infolgedessen ist ein Strompfad vom inneren Schutzring 17 so verlängert, dass eine Durchlassspannung Vpn erhöht werden kann. Wenn die Fläche der Kathodenelektrode 330 abnimmt, kann die Durchlassspannung Vpn erhöht werden. Daher kann eine Stromkonzentration in Schutzringen 16 unterdrückt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform legt die Öffnung 332 das Halbleitersubstrat 10 in einem vorbestimmten Bereich L3 von direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17 aus frei. Die Durchlassspannung Vpn kann durch Einstellen des Abstands L3 eingestellt werden. Der Abstand L3 ist beispielsweise eine Driftschichtdicke. Ein Winkel, der zwischen einer einen Endteilbereich des inneren Schutzrings 17 und einen Endteilbereich der Kathodenelektrode 330 verbindenden virtuellen Linie und einer zur rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 senkrechten vertikalen Linie ausgebildet wird, ist auf θ1 eingestellt. Die Durchlassspannung Vpn kann durch Ändern von θ1 eingestellt werden. Je größer θ1 ist, desto höher wird die Durchlassspannung Vpn.
  • Die Festigkeit bzw. Stärke zur Zeit des Die-Bondings kann durch einen Teilbereich, auf der Seite des Abschlussbereichs 10b, der durch die Öffnung 332 getrennten Kathodenelektrode 330 verbessert werden. Der Teilbereich, auf der Seite des Abschlussbereichs 10b, der getrennten Kathodenelektrode 330 kann weggelassen werden.
  • In einem in 4 veranschaulichten Beispiel ist die Fläche der Öffnung 332 größer als die Fläche des inneren Schutzrings 17. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und jede beliebige Konfiguration, bei der die Öffnung 332 in zumindest einem Teil eines Teilbereichs, direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17, der Kathodenelektrode 330 ausgebildet wird, kann verwendet werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 5 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode 400 gemäß der vierten Ausführungsform. Die Schottky-Barrierendiode 400 unterscheidet sich von der Schottky-Barrierendiode 100 dadurch, dass sie eine zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ aufweist. Die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ ist direkt unterhalb eines inneren Schutzrings 17 in einem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ ist auf der Seite der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
  • Ein leitfähiger Bereich auf der Kathodenseite ist durch die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ begrenzt. Das heißt, ein Strompfad in Richtung der Kathodenseite ist durch die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ verlängert. Dementsprechend kann eine Durchlassspannung Vpn weiter erhöht werden. Deshalb kann eine Stromkonzentration in Schutzringen 16 unterdrückt werden.
  • Die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ ist von direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17 aus bis zu einem vorbestimmten Bereich L4 angeordnet. Die Durchlassspannung Vpn kann durch Einstellen des Abstands L4 eingestellt werden. Ein Winkel, der zwischen einer einen Endteilbereich des inneren Schutzrings 17 und einen Endteilbereich der zweiten Halbleiterschicht 411 vom p-Typ verbindenden virtuellen Linie und einer zur rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 senkrechten vertikalen Linie gebildet wird, ist auf θ2 eingestellt. Die Durchlassspannung Vpn kann durch Ändern von θ2 eingestellt werden. Je größer θ2 ist, desto höher wird die Durchlassspannung Vpn.
  • In einem in 5 veranschaulichten Beispiel ist die Fläche der zweiten Halbleiterschicht 411 vom p-Typ größer als die Fläche des inneren Schutzrings 17. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und jede beliebige Konfiguration, bei der zumindest ein Teil eines Teilbereichs, direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17, des Halbleitersubstrats 10 mit der zweiten Halbleiterschicht 411 vom p-Typ versehen ist, kann verwendet werden. Beispielsweise kann die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ nur direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17 im Halbleitersubstrat 10 vorgesehen werden. Wenn die Fläche der zweiten Halbleiterschicht 411 vom p-Typ in einem Zellenbereich 10a reduziert ist, kann ein Effekt der zweiten Halbleiterschicht 411 vom p-Typ auf eine elektrische Charakteristik der Schottky-Barrierendiode 400 unterdrückt werden.
  • Die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ ist in einer Halbleiterschicht 12 vom (n+)-Typ angeordnet und zur rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freigelegt. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und eine Konfiguration, bei der die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ an einer tieferen Position als die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17 angeordnet ist, kann ebenfalls verwendet werden. Das heißt, die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ muss nicht zur rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 hin freiliegen. In diesem Fall kann der Strompfad in Richtung der Kathodenseite vom inneren Schutzring 17 aus verlängert werden, so dass die Durchlassspannung Vpn erhöht werden kann.
  • Die zweite Halbleiterschicht 411 vom p-Typ kann bis zu einem Endteilbereich eines Abschlussbereichs 10b verlängert werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 6 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode 500 gemäß der fünften Ausführungsform. Die Schottky-Barrierendiode 500 unterscheidet sich von der Schottky-Barrierendiode 100 dadurch, dass sie eine Kristalldefektschicht 519 aufweist. Die Kristalldefektschicht 519 ist direkt unterhalb eines inneren Schutzrings 17 in einem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Die Kristalldefektschicht 519 wird mittels Ionenbestrahlung, Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl oder dergleichen gebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann eine Durchlassspannung Vpn durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit eines pn-Übergangs erhöht werden. Daher kann eine Stromkonzentration in Schutzringen 16 unterdrückt werden.
  • Die Kristalldefektschicht 519 ist nur direkt unterhalb des inneren Schutzrings 17 unter der Vielzahl von Schutzringen 16 angeordnet. Infolgedessen kann verhindert werden, dass eine Stehspannung in einem Abschlussbereich 10b abnimmt. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und eine Konfiguration, bei der die Kristalldefektschicht 519 direkt unterhalb eines äußeren Schutzrings 18 angeordnet ist, kann ebenfalls verwendet werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • 7 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode 600 gemäß der sechsten Ausführungsform. Die Schottky-Barrierendiode 600 unterscheidet sich von der Schottky-Barrierendiode 100 dadurch, dass sie eine erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ aufweist. Die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ ist weiter innen als ein innerer Schutzring 17 und in Kontakt mit dem inneren Schutzring 17 auf der Seite der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ weist eine niedrigere Konzentration als jene des inneren Schutzrings 17 auf. Der innere Schutzring 17 und die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ sind miteinander elektrisch verbunden und haben das gleiche Potential.
  • Ein Isolierfilm 20 bedeckt eine gesamte obere Oberfläche des inneren Schutzrings 17. Die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ liegt vom Isolierfilm 20 frei. Ein Endteilbereich, der auf der Innenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist, der ersten Halbleiterschicht 615 vom p-Typ liegt vom Isolierfilm 20 frei. Die Hälfte oder mehr einer oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 615 vom p-Typ liegt vom Isolierfilm 20 frei. Ein Teilbereich, der vom Isolierfilm 20 freiliegt, auf der oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 615 vom p-Typ berührt direkt eine Anodenelektrode 22.
  • Der innere Schutzring 17 und die Anodenelektrode 22 sind durch die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ voneinander beabstandet. Die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ weist einen höheren Widerstandswert als jenen des inneren Schutzrings 17 auf. Ein Kontaktwiderstandswert zwischen der ersten Halbleiterschicht 615 vom p-Typ mit einer niedrigeren Störstellenkonzentration als jene des inneren Schutzrings 17 und der Anodenelektrode 22 ist höher als ein Kontaktwiderstandswert zwischen dem inneren Schutzring 17 und der Anodenelektrode 22. Infolgedessen kann eine Stromkonzentration in Schutzringen 16 wie in der ersten Ausführungsform unterdrückt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ weiter innen als der innere Schutzring 17 angeordnet. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und jede beliebige Konfiguration, bei der die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ so angeordnet ist, dass sie die Anodenelektrode 22 und den inneren Schutzring 17 voneinander beabstandet, kann verwendet werden. Beispielsweise kann der innere Schutzring 17 in der ersten Halbleiterschicht 615 vom p-Typ enthalten sein.
  • Eine Schicht mit hohem Widerstandswert, die den inneren Schutzring 17 und die Anodenelektrode 22 voneinander beabstandet, ist nicht auf die erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ begrenzt. Der innere Schutzring 17 und die Anodenelektrode 22 können durch eine Schicht mit einem höheren Widerstandswert als jenem des inneren Schutzrings 17 voneinander beabstandet sein. Der innere Schutzring 17 und die Anodenelektrode 22 können durch eine Schicht mit einem höheren Kontaktwiderstandswert mit der Anodenelektrode 22 als dem Kontaktwiderstandswert zwischen dem inneren Schutzring 17 und der Anodenelektrode 22 voneinander beabstandet sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Endteilbereich der Anodenelektrode 22 direkt oberhalb des inneren Schutzrings 17 angeordnet. Die verfügbare Konfiguration ist nicht auf diese beschränkt, und eine Konfiguration, bei der sich die Anodenelektrode 22 bis oberhalb eines äußeren Schutzrings 18 erstreckt, kann ebenfalls verwendet werden.
  • Siebte Ausführungsform
  • 8 ist eine Querschnittsansicht einer Schottky-Barrierendiode 700 gemäß der siebten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich die Schottky-Barrierendiode 700 von der Schottky-Barrierendiode 100 in einer Anordnung eines Isolierfilms 20 und dadurch, dass sie einen Widerstand 724 aufweist. Der Isolierfilm 20 bedeckt eine Vielzahl von Schutzringen 16 mit Ausnahme eines Teils eines inneren Schutzrings 17. Der innere Schutzring 17 weist einen Freilegungsteilbereich auf, der vom Isolierfilm 20 in einem Endteilbereich, der auf der Innenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist, von dessen Endteilbereichen freigelegt ist. Der Widerstand 724 bedeckt den Freilegungsteilbereich.
  • Der Widerstand 724 ist beispielsweise ein Widerstand aus Polysilizium. Der Widerstand 724 ist weiter innen als der Isolierfilm 20 auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der Widerstand 724 ist dem Isolierfilm 20 benachbart. Der Widerstand 724 weist einen höheren Widerstandswert als jenen des inneren Schutzrings 17 auf. Eine Anodenelektrode 22 sitzt auf dem Widerstand 724 und dem Isolierfilm 20.
  • In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Widerstand 724 einer Schicht mit hohem Widerstandswert, die den inneren Schutzring 17 und die Anodenelektrode 22 voneinander beabstandet. Eine resistive Komponente des Widerstands 724 ermöglicht, eine Stromkonzentration in den Schutzringen 16 wie in der sechsten Ausführungsform zu unterdrücken.
  • Die Anordnung des Widerstands 724 ist nicht auf jene beschränkt, die in 8 veranschaulicht ist. Der Widerstand 724 kann zwischen der Anodenelektrode 22 und dem inneren Schutzring 17 vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Widerstand 724 im Halbleitersubstrat 10 angeordnet sein.
  • Als die Schicht mit hohem Widerstandswert können sowohl eine in der sechsten Ausführungsform beschriebene erste Halbleiterschicht 615 vom p-Typ als auch der Widerstand 724 vorgesehen werden. Infolgedessen kann eine Durchlassspannung Vpn weiter erhöht werden.
  • Man beachte, dass die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen technischen Merkmale wie jeweils geeignet kombiniert werden können.
  • Bezugszeichenliste
  • 10 Halbleitersubstrat, 10a Zellenbereich, 10b Abschlussbereich, 12 Halbleiterschicht vom (n+)-Typ, 14 Halbleiterschicht vom n-Typ, 16 Schutzring, 17 innerer Schutzring, 18 äußerer Schutzring, 20 Isolierfilm, 22 Anodenelektrode, 30 Kathodenelektrode, 100, 200 Schottky-Barrierendiode, 220a angeschrägter Teilbereich, 300 Schottky-Barrierendiode, 330 Kathodenelektrode, 332 Öffnung, 400 Schottky-Barrierendiode, 411 zweite Halbleiterschicht vom p-Typ, 500 Schottky-Barrierendiode, 519 Kristalldefektschicht, 600 Schottky-Barrierendiode, 615 erste Halbleiterschicht vom p-Typ, 700 Schottky-Barrierendiode, 724 Widerstand

Claims (22)

  1. Schottky-Barrierendiode, aufweisend: ein Halbleitersubstrat vom n-Typ; ein oder mehr Schutzringe vom p-Typ, die auf einer Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind; eine Anodenelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine Kathodenelektrode, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und einen Isolierfilm, der auf einem inneren Schutzring auf einer innersten Seite unter den ein oder mehr Schutzringen angeordnet ist, wobei die Anodenelektrode auf dem Isolierfilm sitzt und deren Endteilbereich direkt oberhalb des inneren Schutzrings angeordnet ist, die Anodenelektrode und der innere Schutzring voneinander entfernt angeordnet sind und eine Dicke des Isolierfilms 1,0 µm oder mehr beträgt.
  2. Schottky-Barrierendiode, aufweisend: ein Halbleitersubstrat vom n-Typ; eine Vielzahl von Schutzringen vom p-Typ, die auf einer Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind; eine Anodenelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine Kathodenelektrode, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und einen Isolierfilm, der auf einem inneren Schutzring auf einer innersten Seite unter der Vielzahl von Schutzringen angeordnet ist, wobei die Anodenelektrode auf dem Isolierfilm sitzt und deren Endteilbereich direkt oberhalb des inneren Schutzrings angeordnet ist und die Anodenelektrode und der innere Schutzring voneinander entfernt angeordnet sind.
  3. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 2, wobei die Dicke des Isolierfilms 1,0 µm oder mehr beträgt.
  4. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Breite des inneren Schutzrings gleich einer Breite eines Teilbereichs, der auf dem Isolierfilm sitzt, der Anodenelektrode oder größer ist.
  5. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Isolierfilm eine gesamte obere Oberfläche des inneren Schutzrings bedeckt.
  6. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Endteilbereich, der auf einer Innenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, von Endteilbereichen des Isolierfilms eine angeschrägte Form aufweist.
  7. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dicke des Isolierfilms direkt oberhalb eines Endteilbereichs, der auf der Innenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, von Endteilbereichen des inneren Schutzrings 1,0 µm oder mehr beträgt.
  8. Schottky-Barrierendiode, aufweisend: ein Halbleitersubstrat vom n-Typ; ein oder mehr Schutzringe vom p-Typ, die auf einer Seite einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind; einen Isolierfilm, der auf einem inneren Schutzring auf einer innersten Seite unter den ein oder mehr Schutzringen angeordnet ist; eine Anodenelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist und auf dem Isolierfilm sitzt; eine Kathodenelektrode, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und eine Schicht mit hohem Widerstandswert, die einen höheren Widerstandswert als jenen des inneren Schutzrings aufweist und den inneren Schutzring und die Anodenelektrode voneinander beabstandet.
  9. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 8, wobei die Schicht mit hohem Widerstandswert eine erste Halbleiterschicht vom p-Typ mit einer niedrigeren Konzentration als jener des inneren Schutzrings aufweist und weiter innen als der innere Schutzring und in Kontakt mit dem inneren Schutzring auf der Seite der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
  10. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 9, wobei der Isolierfilm eine gesamte obere Oberfläche des inneren Schutzrings bedeckt und die erste Halbleiterschicht vom p-Typ vom Isolierfilm freiliegt.
  11. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 8, wobei die Schicht mit hohem Widerstandswert einen Widerstand aufweist, der weiter innen als der Isolierfilm auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
  12. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 11, wobei der Widerstand ein Widerstand aus Polysilizium ist.
  13. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 11 oder 12, wobei der innere Schutzring einen Freilegungsteilbereich aufweist, der vom Isolierfilm in einem Endteilbereich, der auf einer Innenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, von dessen Endteilbereichen freigelegt ist, und der Widerstand den Freilegungsteilbereich bedeckt.
  14. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Endteilbereich der Anodenelektrode direkt oberhalb des inneren Schutzrings angeordnet ist.
  15. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei eine Dicke des Isolierfilms 1,0 µm oder mehr beträgt.
  16. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Kathodenelektrode eine darin direkt unterhalb des inneren Schutzrings ausgebildete Öffnung aufweist, die das Halbleitersubstrat freilegt.
  17. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 16, wobei die Öffnung das Halbleitersubstrat von direkt unterhalb des inneren Schutzrings aus in einem vorbestimmten Bereich freilegt.
  18. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner aufweisend eine zweite Halbleiterschicht vom p-Typ, die direkt unterhalb des inneren Schutzrings im Halbleitersubstrat angeordnet ist.
  19. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 18, wobei die zweite Halbleiterschicht vom p-Typ von direkt unterhalb des inneren Schutzrings aus bis zu einem vorbestimmten Bereich angeordnet ist.
  20. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 19, ferner aufweisend eine Kristalldefektschicht, die direkt unterhalb des inneren Schutzrings im Halbleitersubstrat angeordnet ist.
  21. Schottky-Barrierendiode nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Halbleitersubstrat mit einem Halbleiter mit breiter Bandlücke gebildet ist.
  22. Schottky-Barrierendiode nach Anspruch 21, wobei der Halbleiter mit breiter Bandlücke Siliziumcarbid, Galliumoxid, ein Material auf Galliumnitrid-Basis oder Diamant ist.
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