DE112012007200T5 - Halbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine erste Halbleitereinrichtung, die durch die Spezifikation offenbart wird, enthält ein Halbleitersubstrat, das einen Anodenbereich und einen Kathodenbereich enthält. Der Anodenbereich enthält einen ersten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer maximalen Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer ersten Tiefe von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, und einen zweiten Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer maximalen Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer zweiten Tiefe und verglichen mit der ersten Tiefe auf einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats ist, und einen dritten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich bereitgestellt ist, und eine Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps hat, die kleiner als oder gleich 1/10 (ein Zehntel) einer Verunreinigungskonzentration der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Eine in dieser Spezifikation beschriebene Technik bezieht sich auf eine Halbleitereinrichtung.
  • Hintergrund
  • In einer Halbleitereinrichtung mit einer Diodenelementstruktur beeinflusst ein Design eines Anodenbereichs Eigenschaften wie z.B. eine Spannungsfestigkeit, eine Hochgeschwindigkeitsleistung und einen geringen Verlust. Zum Bespiel offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2004-88012 (Patentliteratur 1) eine Technik zum Reduzieren einer Menge an Lochinjektion in einen Kathodenbereich, um eine Hochgeschwindigkeitsleistung zu verbessern und einen Verlust zu reduzieren. Insbesondere sind in Patentliteratur 1 eine dünne p-Schicht hoher Konzentration, die auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats außen liegt, und eine Dicke p-Schicht niedriger Konzentration, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats außen liegt, alternierend in der planaren Richtung des Halbleitersubstrats angeordnet, um eine Dosis von p-Typ Verunreinigungen in einem Anodenbereich zu reduzieren, um so eine geringere Menge an Lochinjektion in einen Kathodenbereich zu ermöglichen.
  • Referenzliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2004-88012
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wie in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2004-88012 beschrieben, nimmt die Spannungsfestigkeit ab, wenn die Dosis von p-Typ Verunreinigungen in dem Anodenbereich reduziert wird, um die kleinere Menge an Lochinjektion in den Kathodenbereich zu vereinfachen. Eine Tiefe, eine Verunreinigungskonzentration und die Dosis von Verunreinigungen des Anodenbereichs sind beschränkt, um einen Spannungswiderstand einer Halbleitereinrichtung sicherzustellen. Herkömmliche Halbleitereinrichtungen haben Schwierigkeiten, gleichzeitig den Spannungswiderstand und die kleinere Lochinjektionsmenge zu ermöglichen.
  • Lösung des Problems
  • Eine erste Halbleitereinrichtung, die durch die Spezifikation offenbart wird, weist ein Halbleitersubstrat auf, das einen Anodenbereich und einen Kathodenbereich aufweist. Der Anodenbereich weist einen ersten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, der eine maximale Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position hat, die an einer ersten Tiefe von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, und einen zweiten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, der eine maximale Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position hat, die an einer zweiten Tiefe und verglichen mit der ersten Tiefe an einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats ist, und einen dritten Bereich auf, der zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich bereitgestellt ist, und eine Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps hat, die gleich oder weniger als 1/10 (ein Zehntel) der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist.
  • Gemäß der ersten Halbleitereinrichtung kann ein Einfluss des ersten Bereichs auf eine Lochinjektionsmenge unterdrückt werden, weil der dritte Bereich, der eine ausreichend geringe Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps hat, zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich bereitgestellt ist. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Bereich kann erhöht werden, um eine Spannungsfestigkeit sicherzustellen, während die Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in dem zweiten Bereich reduziert werden kann, um die Lochinjektionsmenge zu unterdrücken, wodurch man gleichzeitig eine Spannungsfestigkeit und eine Reduktion in der Lochinjektionsmenge erhält.
  • In der ersten Halbleitereinrichtung kann der dritte Bereich ein Bereich sein, der Verunreinigungen eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält. Ferner kann zumindest ein Teil des dritten Bereichs an der Oberfläche des Halbleitersubstrats außen liegen und eine Schottky-Verbindung mit einer Oberflächenelektrode des Halbleitersubstrats bilden.
  • In der ersten Halbleitereinrichtung ist die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs an der Position an der ersten Tiefe bevorzugt gleich oder weniger als ein 1 × 1016 Atome/cm3 (Atome pro Kubikzentimeter).
  • Eine zweite in der Spezifikation offenbarte Halbleitereinrichtung weist ein Halbleitersubstrat, das einen Diodenbereich und einen IGBT-Bereich aufweist, auf. Der Diodenbereich weist einen Anodenbereich und einen Kathodenbereich auf. Der Anodenbereich weist einen ersten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer maximalen Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer ersten Tiefe von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, und einen zweiten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps auf, der eine maximale Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position hat, die an einer zweiten Tiefe und verglichen mit der ersten Tiefe an einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats ist, auf. Der IGBT-Bereich weist einen Körperbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen Driftbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, einen Emitterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einen Kollektorbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps auf. Der Körperbereich hat eine erste maximale Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer ersten Tiefe von der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist und eine zweite maximale Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die verglichen mit der ersten Tiefe auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats ist.
  • Wie bei der ersten Halbleitereinrichtung kann die zweite Halbleitereinrichtung die Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Bereich erhöhen, um die Spannungsfestigkeit sicherzustellen, und kann die Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in dem zweiten Bereich reduzieren, um die Lochinjektionsmenge zu unterdrücken. Ferner kann der Einfluss des ersten Bereichs auf die Lochinjektionsmenge unterdrückt werden, weil der dritte Bereich, der eine ausreichend niedrige Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps hat, zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich bereitgestellt ist. In dem IGBT-Bereich kann der Bereich mit dem ersten maximalen Wert eine Spannungsfestigkeit sicherstellen, während der Bereich mit dem zweiten maximalen Wert ein effizientes Ziehen von Löchern während eines IGBT-Betriebs ermöglicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Aufsicht auf eine Halbleitereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie II-II von 1 aufgenommen wird.
  • 3 ist ein konzeptionelles Diagramm einer Verunreinigungskonzentrationsverteilung in einem Anodenbereich der Halbleitereinrichtung, die in 1 gezeigt ist.
  • 4 ist eine erklärende Zeichnung eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 5 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 6 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 7 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 8 ist ein Längsschnitt einer Halbleitereinrichtung gemäß einer Modifikation.
  • 9 ist eine Aufsicht auf eine Halbleitereinrichtung gemäß der Modifikation.
  • 10 ist eine Aufsicht auf eine Halbleitereinrichtung gemäß einer Modifikation.
  • 11 ist ein Längsschnitt einer Halbleitereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 12 ist ein konzeptionelles Diagramm einer Verunreinigungskonzentrationsverteilung in einem Anodenbereich der Halbleitereinrichtung, die in 11 gezeigt ist.
  • 13 ist eine erklärende Zeichnung eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 14 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 15 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 16 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 17 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitereinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 18 ist eine erklärende Zeichnung des Verfahrens zum Herstellen der Halbleinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 19 ist ein Längsschnitt einer Halbleitereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • 20 ist ein konzeptionelles Diagramm einer Verunreinigungskonzentrationsverteilung in einem Anodenbereich der Halbleitereinrichtung, die in 19 gezeigt ist.
  • 21 ist ein konzeptionelles Diagramm einer Verunreinigungskonzentrationsverteilung in und nahe bei einem Körperbereich der Halbleitereinrichtung, die in 19 gezeigt ist.
  • 22 ist ein Längsschnitt einer Halbleitereinrichtung gemäß einer Modifikation.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, enthält eine Halbleitereinrichtung 10 ein Halbleitersubstrat 100 mit einem Zellenbereich 11 und einem peripheren Bereich 12. In 1 ist eine Oberflächenelektrode 132 nicht illustriert.
  • Das Halbleitersubstrat 100 enthält eine Kathodenschicht 101 des n-Typs, die auf einer Rückseite (Oberfläche auf einer negativen Seite der z-Achse) des Halbleitersubstrats 100 außen liegt, und einen Driftbereich 102 des n-Typs, der auf einer Oberfläche (Oberfläche auf einer positiven Seite der z-Achse) des Kathodenbereichs 101 bereitgestellt ist. Die Kathodenschicht 101 und die Driftschicht 102 stellen einen Kathodenbereich dar. Die Kathodenschicht 101 ist in Kontakt mit einer rückseitigen Elektrode 131. Der Zellenbereich 11 enthält einen Anodenbereich 120, der auf einer Oberfläche der Driftschicht 102 bereitgestellt ist. Der Anodenbereich 120 enthält einen ersten Bereich 103, der in Kontakt mit der Oberfläche der Driftschicht 102 ist, einen zweiten Bereich 105, der auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 100 außen liegt, und einen dritten Bereich 104, der zwischen dem ersten Bereich 103 und dem zweiten Bereich 105 bereitgestellt ist. Der zweite Bereich 105 ist in Kontakt mit der Oberflächenelektrode 132. In dem peripheren Bereich 12 sind FLR-Schichten 111 und 112 des p-Typs auf der Oberfläche der Driftschicht 102 bereitgestellt. Eine Oberfläche der FLR-Schicht 111 ist in Kontakt mit der Oberflächenelektrode 132 auf ihrer Seite, die näher an dem Zentrum des Halbleitersubstrats 100 ist, und ist in Kontakt mit einer Isolationsschicht 133 auf ihrer peripheren Seite. Die FLR-Schichten 111 und 112 stellen eine periphere Spannungsfestigkeitsstruktur der Halbleitereinrichtung 10 dar. Das Muster der peripheren Spannungsfestigkeitsstruktur ist nicht auf die FLR-Schichten beschränkt und kann eine herkömmlich bekannte Struktur sein, wie z.B. eine RESURF-Schicht.
  • 3 zeigt eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung des p-Typs in der Tiefenrichtung des Anodenbereichs 120. Die vertikale Achse zeigt Positionen in dem Halbleitersubstrat 100 in der Tiefenrichtung an. A1 bezeichnet eine obere Endposition des zweiten Bereichs 105, B1 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen dem zweiten Bereich 105 und dem dritten Bereich 104, C1 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen dem dritten Bereich 104 und dem ersten Bereich 103, und D1 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen dem ersten Bereich 103 und der Driftschicht 102. Bezugszeichen 173 und 175 bezeichnen eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung des p-Typs des ersten Bereichs 103 bzw. des zweiten Bereichs 105. Zum Vergleich bezeichnet Bezugszeichen 179 eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung des p-Typs eines Anodenbereichs einer herkömmlichen Halbleitereinrichtung.
  • Die Verteilung 173 hat eine maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs an einer ersten Tiefe von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 100, während die Verteilung 175 eine maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs an einer zweiten Tiefe von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 100 hat. Der erste Bereich 103 hat eine maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs (die Peakkonzentration der Verteilung 173) von 2 × 1016 Atome/cm3. Der zweite Bereich hat eine maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs von 1 × 1017 Atome/cm3 auf der Oberfläche (speziell an der Tiefe A1) des Halbleitersubstrats 100. Eine Verunreinigungskonzentration des p-Typs des dritten Bereichs 104 ist niedriger als 1 × 1016 Atome/cm3. Die Verunreinigungskonzentration des p-Typs des dritten Bereichs 104 ist kleiner als oder gleich 1/10 (ein Zehntel) der Verunreinigungskonzentration des p-Typs bei der Tiefe A1, die die Oberflächenposition des Halbleitersubstrats 100 ist.
  • In einer herkömmlichen Halbleitereinrichtung, wie bei der Verteilung 179, hat eine Verunreinigungskonzentration des p-Typs eines Anodenbereichs seinen maximalen Wert an der Oberfläche des Halbleitersubstrats (an der Tiefe A1) und nimmt hin zu einer tieferen Seite in dem Halbleitersubstrat ab. Dadurch benötigt ein Erhöhen einer Verunreinigungskonzentration des p-Typs in einem Bereich nahe des Kathodenbereichs innerhalb des Anodenbereichs eine höhere p-Typ Verunreinigungskonzentration an der Oberfläche des Halbleitersubstrats, um die Spannungsfestigkeit der Halbleitereinrichtung sicherzustellen. Eine Erhöhung einer Verunreinigungskonzentration des p-Typs auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats erfordert eine Lochinjektion in einer größeren Menge. Das bringt eine Verschlechterung in einer Hochgeschwindigkeitsleistung und der Niedrigverlustleistung der Halbleitereinrichtung mit sich.
  • Im Gegensatz dazu können in der Halbleitereinrichtung 10 die Verteilung 173 der Verunreinigungskonzentration des p-Typs in dem ersten Bereich 103 und die Verteilung 175 der Verunreinigungskonzentration des p-Typs des zweiten Bereichs 105 getrennt und unabhängig voneinander designed werden. Nur die Verunreinigungskonzentration des p-Typs des ersten Bereichs 103 muss angemessen erhöht werden, um die Spannungsfestigkeit zu erhöhen, während die Verunreinigungskonzentration des p-Typs des zweiten Bereichs 105 nicht erhöht werden muss. Das kann ausreichend die Verunreinigungskonzentration des p-Typs des zweiten Bereichs 105 reduzieren, wodurch die Lochinjektionsmenge unterdrückt wird. Ferner enthält die Halbleitereinrichtung 10 den dritten Bereich 104 mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration des p-Typs zwischen dem ersten Bereich 103 und dem zweiten Bereich 105. Dies kann den Einfluss der Verunreinigung des p-Typs des ersten Bereichs 103 auf die Lochinjektionsmenge unterdrücken. Wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, kann der Einfluss der Verunreinigungskonzentration des p-Typs des ersten Bereichs 103 auf die Lochinjektionsmenge unterdrückt werden, wenn die Verunreinigungskonzentration des p-Typs des dritten Bereichs 104 kleiner als oder gleich 1/10 (ein Zehntel) der Verunreinigungskonzentration des p-Typs an der Tiefe A1 ist, die die Oberflächenposition des Halbleitersubstrats 100 ist.
  • Mit Bezug auf 4 bis 6 wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung 10 unten beschrieben. 4 bis 6 zeigen nur den Zellenbereich 11 der 2. Nur ein Verfahren zum Bilden des Anodenbereichs 120 in dem Zellenbereich 11 wird unten mit Bezug auf diese Zeichnungen beschrieben. Andere Konfigurationen der Halbleitereinrichtung 10 können durch dasselbe Verfahren wie bei einer herkömmlichen Halbleitereinrichtung gebildet werden.
  • Zunächst wird, wie in 4 gezeigt, ein Halbleitersubstrat 500 vorbereitet. Das Halbleitersubstrat 500 enthält eine n+-Schicht 501, die als die Kathodenschicht 101 dient, und eine n-Schicht 502, die als die Driftschicht 102 dient. Die n+-Schicht 501 und die n-Schicht 502 sind nacheinander von einer Rückseite des Halbleitersubstrats 500 gestapelt. In diesem Zustand werden, wie in 4 gezeigt, Verunreinigungsionen des p-Typs von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 500 an eine Position an der zweiten Tiefe in der n-Schicht 502 implantiert. Die zweite Tiefe ist im Wesentlichen an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 500 lokalisiert. Dadurch wird, wie in 5 gezeigt, eine Ionenimplantationsschicht 505 des p-Typs gebildet. Die n+-Schicht 501 kann in dem Halbleitersubstrat 500 nach dem Schritt des Bildens der Oberflächenstruktur der Halbleitereinrichtung 10 gebildet werden, wie unten diskutiert wird.
  • Danach werden, wie in 6 gezeigt, Verunreinigungsionen des p-Typs von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 500 an eine Position an der ersten Tiefe in der n-Schicht 502 implantiert. Wie in 7 gezeigt, wird eine Ionenimplantationsschicht 503 des p-Typs gebildet. Die erste Tiefe ist tiefer als die zweite Tiefe (eine negative Position auf der z-Achse). Ferner wird eine Zwischenschicht 504 mit einer niedrigen p-Typ Verunreinigungskonzentration zwischen der Ionenimplantationsschicht 503 und der Ionenimplantationsschicht 505 gebildet. Die Halbleitereinrichtung 500 in 7 wird ausgeheilt, sodass die Halbleitereinrichtung 10 mit dem Anodenbereich 120 einschließlich dem ersten Bereich 103, dem zweiten Bereich 105 und dem dritten Bereich 104 hergestellt wird, wie in 2 gezeigt.
  • (Modifikation)
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel bedeckt der zweite Bereich 105 die ganze Oberfläche des dritten Bereichs 104. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann, wie in der Halbleitereinrichtung 20, die in 8 und 9 gezeigt ist, ein Zellenbereich zweite Bereiche 205 enthalten, die partiell auf der Oberfläche eines dritten Bereichs 204 gebildet sind. Die zweiten Bereiche 205 sind wie Streifen geformt, die sich in einer y Richtung auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 200 in einer Aufsicht erstrecken. Auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 200 liegen die zweiten Bereiche 205 und die dritten Bereiche 204 außen in Kontakt mit der Oberflächenelektrode 132. Sowohl der zweite Bereich 205 als auch die Oberfläche 132 bilden eine ohmsche Verbindung, während der dritte Bereich 204 und die Oberflächenelektrode 132 eine Schottky-Verbindung bilden. Wie in 10 gezeigt, können auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 210 in einer Aufsicht kreisförmige zweite Bereiche 215 auf einer Oberfläche eines dritten Bereichs 214 verteilt sein.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 11 ist ein Längsschnitt, der einen Zellenbereich einer Halbleitereinrichtung 30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Halbleitereinrichtung 30 enthält ein Halbleitersubstrat 300. Das Halbleitersubstrat 300 enthält eine Kathodenschicht 301 des n-Typs, eine Driftschicht 302 des n-Typs, einen ersten Bereich 303 des p-Typs, einen dritten Bereich 304 des n-Typs, und einen zweiten Bereich 305 des p-Typs, die nacheinander von einer Rückseite des Halbleitersubstrats 300 aus gestapelt sind. Die Kathodenschicht 301 und die Driftschicht 302 stellen einen Kathodenbereich dar. Der erste Bereich 303, der dritte Bereich 304, und der zweite Bereich 305 stellen einen Anodenbereich 320 dar. Die Kathodenschicht 301 ist in Kontakt mit der Rückseitenelektrode 131, während der zweite Bereich 305 in Kontakt mit der Oberflächenelektrode 132 ist. Andere Konfigurationen der Halbleitereinrichtung 30 sind identisch zu denen der Halbleitereinrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, und deswegen wird die Erklärung davon weggelassen.
  • 12 zeigt eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung des Anodenbereichs 320. Die vertikale Achse zeigt eine Position des Halbleitersubstrats 300 in der Tiefenrichtung an. A2 bezeichnet eine obere Endposition des zweiten Bereichs 305, B2 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen dem zweiten Bereich 305 und dem dritten Bereich 304, C2 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen dem dritten Bereich 304 und dem ersten Bereich 303, und D2 bezeichnet eine Position auf der Grenze zwischen dem ersten Bereich 303 und der Driftschicht 302. Bezugszeichen 373 and 375 bezeichnen eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung des p-Typs des ersten Bereichs 303 bzw. des zweiten Bereichs 305. Bezugszeichen 374 bezeichnet eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung des n-Typs des dritten Bereichs 304.
  • Die Verteilung 373 hat eine maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs an einer ersten Tiefe (zwischen den Tiefen C2 und D2) von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 300 und eine Kurve, die die Konzentrationsverteilung davon angibt, erstreckt sich im Wesentlichen in dem ersten Bereich 303. Die Verteilung 375 hat eine maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs an einer zweiten Tiefe (einer Tiefe A1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 300, und eine Kurve, die die Konzentrationsverteilung davon angibt, erstreckt sich bis zu dem ersten Bereich 303. Die Verteilung 374 hat einen maximale Verunreinigungskonzentration des n-Typs an einer dritten Tiefe (zwischen den Tiefen B2 und C2) von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 300, und eine Kurve, die die Konzentrationsverteilung davon angibt, erstreckt sich im Wesentlichen in den dritten Bereich 304.
  • Der erste Bereich 303 hat eine maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs (den Peakkonzentrationswert der Verteilung 373) von 2 × 1016 Atome/cm3. Eine Verunreinigungskonzentration des p-Typs des zweiten Bereichs 305 hat einen Maximalwert von 1 × 1017 Atome/cm3 auf der Oberfläche (insbesondere bei der Tiefe A2) des Halbleitersubstrats 300. Eine Verunreinigungskonzentration des p-Typs des dritten Bereichs 304 ist kleiner als 1 × 1016 Atome/cm3. Die Verunreinigungskonzentration des p-Typs des dritten Bereichs 304 ist gleich oder weniger als 1/10 (ein Zehntel) der Verunreinigungskonzentration des p-Typs bei der Tiefe A2, die die Oberflächenposition des Halbleitersubstrats 300 ist.
  • Mit Bezug auf 13 bis 18 wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung 30 unten beschrieben. Zunächst wird, wie in 13 gezeigt, ein Halbleitersubstrat 550 vorbereitet. Das Halbleitersubstrat 550 enthält eine n+-Schicht 551, die als die Kathodenschicht 301 dient, und eine n-Schicht 552, die als die Driftschicht 302 dient. Die n+-Schicht 551 und die n-Schicht 552 sind nacheinander von der Rückseite des Halbleitersubstrats 550 aus gestapelt. In diesem Zustand werden, wie in 13 gezeigt, Verunreinigungsionen des p-Typs von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 550 an eine Position an der zweiten Tiefe in der n-Schicht 552 implantiert. Die zweite Tiefe ist im Wesentlichen an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 550 lokalisiert. Dadurch wird, wie in 14 gezeigt, eine Ionenimplantationsschicht 555 des p-Typs gebildet.
  • Danach werden, wie in 15 gezeigt, Verunreinigungsionen des p-Typs von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 550 an eine Position an der ersten Tiefe in der Ionenimplantationsschicht 555 implantiert. Wie in 16 gezeigt, wird eine Ionenimplantationsschicht 553 des p-Typs gebildet. Die erste Tiefe ist tiefer als die zweite Tiefe (eine negative Position auf der z-Achse).
  • Danach werden, wie in 17 gezeigt, Verunreinigungsionen des n-Typs zwischen der ersten Tiefe und der zweiten Tiefe in der Ionenimplantationsschicht 555 implantiert. Wie in 18 gezeigt, wird eine Ionenimplantationsschicht 554 des n-Typs gebildet. Das Halbleitersubstrat 550 in 18 wird ausgeheilt, um so, wie in 11 gezeigt, die Halbleitereinrichtung 30 mit der Ausheilschicht 320, die den ersten Bereich 303, den zweiten Bereich 305 und den dritten Bereich 304 enthält, herzustellen.
  • Wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, kann der dritte Bereich 304 durch Ionenimplantation des n-Typs gebildet werden. In diesem Fall kann sich die Verteilung der Verunreinigungskonzentration des p-Typs mit einem Maximalwert in dem zweiten Bereich 305 über den Anodenbereich 320 erstrecken, wie durch die Verteilung 375 angezeigt.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • 19 ist ein Längsschnitt, der einen Zellenbereich einer Halbleitereinrichtung 70 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Halbleitereinrichtung 70 enthält ein Halbleitersubstrat 700 mit einem IGBT-Bereich 71 und einem Diodenbereich 72. Der IGBT-Bereich 71 des Halbleitersubstrats 700 enthält eine Kollektorschicht 711 des p-Typs, eine Pufferschicht 712 des n-Typs, eine Driftschicht 702 des n-Typs, eine erste Körperschicht 713 des p-Typs und eine zweite Körperschicht 714 des p-Typs, die nacheinander von einer Rückseite des Halbleitersubstrats 700 aus gestapelt sind. Körperkontaktschichten 715 des p-Typs und Emitterschichten 716 des n-Typs sind auf einer Oberfläche der zweiten Körperschicht 714 gebildet und liegen außen auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 700. Die Pufferschicht 712 und die Driftschicht 702 erstrecken sich zu dem Diodenbereich 72. Das Halbleitersubstrat 700 enthält Grabengates 741, die den Driftbereich 702 durch die erste Körperschicht 713 und die zweite Körperschicht 714 erreichen. Jede von den Seiten der Grabengates 741 ist in Kontakt mit der entsprechenden Emitterschicht 716. Die erste Körperschicht 713, die zweite Köperschicht 714 und die Körperkontaktschicht 715 wirken als ein Körperbereich in dem IGBT-Bereich 71.
  • Der Diodenbereich 72 enthält eine Kathodenschicht 701 des n-Typs, die Pufferschicht 712, die Driftschicht 702, einen ersten Bereich 703 des p-Typs und einen dritten Bereich 704 des n-Typs, die nacheinander von der Rückseite des Halbleitersubstrats 700 gestapelt sind. Zweite Bereiche 705 des p-Typs sind an einem Teil der Oberfläche des dritten Bereichs 704 gebildet und liegen außen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 700. Ein Kathodenbereich des Diodenbereichs 72 enthält die Kathodenschicht 701, die Pufferschicht 712 und die Driftschicht 702. Der Anodenbereich 720 enthält den ersten Bereich 703, den zweiten Bereich 705 und den dritten Bereich 704. Das Halbleitersubstrat 700 enthält Dummygates 742, die den Driftbereich 702 durch den zweiten Bereich 704 und den ersten Bereich 703 erreichen.
  • Der zweite Bereich 705, der dritte Bereich 704, die Körperkontaktschicht 715 und die Emitterschicht 716 sind in Kontakt mit einer Oberflächenelektrode 732. Die Kathodenschicht 701 und die Kollektorschicht 711, die zueinander benachbart sind, liegen auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 700 außen und sind in Kontakt mit einer rückseitigen Elektrode 731.
  • 20 zeigt eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung des p-Typs in der Tiefenrichtung des Anodenbereichs 720. Die vertikale Achse zeigt Positionen in dem Halbleitersubstrat 700 in der Tiefenrichtung an. A3 bezeichnet eine obere Endposition des zweiten Bereichs 705, B3 bezeichnet eine untere Endposition des zweiten Bereichs 705, C3 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen dem dritten Bereich 704 und dem ersten Bereich 703 und D3 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen dem ersten Bereich 703 und der Driftschicht 702. Bezugszeichen 773 und 775 zeigen Verunreinigungskonzentrationsverteilungen des p-Typs des ersten Bereichs 703 bzw. des zweiten Bereichs 705 an.
  • 21 zeigt eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung des p-Typs von der Körperkontaktschicht 750 zur ersten Körperschicht 713 in der Tiefenrichtung. Die vertikale Achse zeigt eine Position des Halbleitersubstrats 700 in der Tiefenrichtung an. A4 bezeichnet eine obere Endposition der Körperkontaktschicht 715, B4 bezeichnet eine untere Endposition der Körperkontaktschicht 715, C4 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen der zweiten Körperschicht 714 und der ersten Körperschicht 713, D4 bezeichnet eine Position an der Grenze zwischen der ersten Körperschicht 713 und der Driftschicht 702. Bezugszeichen 783, 784 und 785 bezeichnen p-Typ Verunreinigungskonzentrationsverteilungen der ersten Körperschicht 713 und des zweiten Bereichs 705. Die Verteilung 775 und die Verteilung 785 können in dem gleichen Schritt gebildet werden. Die Verteilung 773 und die Verteilung 783 können in dem gleichen Schritt gebildet werden. Wie in 21 gezeigt, hat der Körperbereich des IGBT-Bereichs 71 eine erste maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs (den maximalen Wert der Verteilung 783) an einer Position, die eine erste Tiefe von der Oberfläche des Halbleitersubstrats 700 ist, und eine zweite maximale Verunreinigungskonzentration des p-Typs (den maximalen Wert der Verteilung 775) an einer Position, die verglichen mit der ersten Tiefe auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 700 ist. Ein Bereich mit einer relativ geringen Verunreinigungskonzentration des p-Typs ist zwischen dem Bereich mit dem ersten maximalen Wert und dem Bereich mit dem zweiten maximalen Wert bereitgestellt.
  • Wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, kann die Halbleitereinrichtung eine Halbleiterelementstruktur enthalten, die verschieden von Dioden ist. Die Halbleitereinrichtung 70 ist ein RC-IGBT, der den IGBT-Bereich 71 und den Diodenbereich 72 in dem gleichen Halbleitersubstrat 700 enthält. In dem RC-IGBT kann die Driftschicht 702 in dem Diodenbereich 72 einen Lebensdauersteuerungsbereich (z.B. einen Bereich, der mit einer hohen Konzentration von Kristalldefekten durch Ionenbestrahlung und Ähnliches gebildet ist) enthalten, um eine Ladungsträgerlebensdauer zu reduzieren, um so die Schaltcharakteristiken zu verbessern. Die Halbleitereinrichtung 70 kann eine Lochinjektionsmenge aus dem Anodenbereich zu dem Kathodenbereich in dem Diodenbereich 72 reduzieren, wodurch die Lebensdauersteuerungsfunktion des Lebensdauersteuerungsbereichs unterdrückt wird. Weil die Lebensdauersteuerungsfunktion unterdrückt wird, kann eine Verschlechterung in den Charakteristiken des IGBT-Bereichs 71 durch den Lebensdauersteuerungsbereich reduziert werden, was zu einem kleineren Leckstrom führt. In dem IGBT-Bereich 71 ist die Spannungsfestigkeit in dem Bereich (der ersten Körperschicht 713) mit dem ersten maximalen Wert sichergestellt. In dem Bereich (Körperkontaktschicht 715) mit dem zweiten maximalen Wert können Löcher effektiv während eines IGBT-Betriebs gezogen werden. Eine Anpassung der Verunreinigungskonzentration des Bereichs (zweite Körperschicht 714) zwischen dem Bereich mit dem ersten maximalen Wert und dem Bereich mit dem zweiten maximalen Wert ermöglicht eine Steuerung des Kanals des n-Typs entlang eines jeden der Grabengates 741 während eines IGBT-Betriebs.
  • (Modifikation)
  • Die Konfiguration des IGBT-Bereichs ist nicht auf die des dritten Ausführungsbeispiels beschränkt. Zum Beispiel kann, wie eine Halbleitereinrichtung 70a, die in 22 gezeigt ist, ein IGBT-Bereich 71 eines Halbleitersubstrats 700a einen Bereich 71a enthalten, der eine Emitterschicht 716 enthält, und einen Bereich 71a, der nicht eine Emitterschicht 716 enthält. In dem Bereich 71b wird ein Kanal nicht beim Einschalten des Gates gebildet, wodurch eine Kanaldichte in dem IGBT-Bereich 71 reduziert wird. Dadurch können Ladungsträger akkumuliert werden, um so einen Einschaltwiderstand in der Halbleitereinrichtung 70a zu reduzieren.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben. Jedoch sind die Ausführungsbeispiele illustrativ und beschränken nicht die Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen beschriebene Technik enthält die illustrierten spezifischen Beispiele, an denen viele Variationen und Änderungen gemacht werden.
  • Technische Elemente, die hier oder in den Zeichnungen beschrieben sind, sind technisch entweder alleine oder in einer Kombination nützlich und sind nicht auf die Kombinationen beschränkt, die in den Patentansprüchen zur Zeit des Einreichens festgelegt sind. Ferner erreicht die hierin oder in den Zeichnungen illustrierte Technik gleichzeitig eine Vielzahl von Zwecken und stellt eine technische Nützlichkeit durch Erreichen von einem dieser Zwecke bereit.

Claims (5)

  1. Halbleitereinrichtung mit einem Halbleitersubstrat, das einen Anodenbereich und einen Kathodenbereich aufweist, wobei der Anodenbereich aufweist: einen ersten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer maximalen Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer ersten Tiefe von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ist; einen zweiten Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer maximalen Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer zweiten Tiefe und verglichen mit der ersten Tiefe an einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats ist; und einen dritten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich bereitgestellt ist, und eine Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps hat, die kleiner als oder gleich 1/10 (ein Zehntel) der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist.
  2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der dritte Bereich ein Bereich ist, der eine Verunreinigung eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält.
  3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Teil des dritten Bereichs an der Oberfläche des Halbleitersubstrats außen liegt und eine Schottky-Verbindung mit einer Oberflächenelektrode auf dem Halbleitersubstrat bildet.
  4. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs an der Position an der ersten Tiefe kleiner als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 (Atome pro Kubikzentimeter) ist.
  5. Halbleitereinrichtung mit einem Halbleitersubstrat, das einen Diodenbereich und einen IGBT-Bereich aufweist, wobei der Diodenbereich einen Anodenbereich und einen Kathodenbereich aufweist, der Anodenbereich aufweist: einen ersten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer maximalen Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer ersten Tiefe von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ist; und einen zweiten Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer maximalen Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer zweiten Tiefe und verglichen mit der ersten Tiefe an einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats ist, wobei der IGBT-Bereich aufweist: einen Körperbereich des ersten Leitfähigkeitstyps; einen Driftbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps; einen Emitterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps; und einen Kollektorbereich des ersten Leitfähigkeitstyps, und wobei der Körperbereich aufweist: eine erste maximale Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position, die an einer ersten Tiefe von der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist; und eine zweite maximale Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats verglichen mit der ersten Tiefe.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6289683B2 (ja) * 2015-01-27 2018-03-07 三菱電機株式会社 半導体装置
WO2017146148A1 (ja) * 2016-02-23 2017-08-31 富士電機株式会社 半導体装置
JP6560141B2 (ja) * 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6560142B2 (ja) * 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6804379B2 (ja) * 2017-04-24 2020-12-23 三菱電機株式会社 半導体装置
JP6952631B2 (ja) * 2018-03-20 2021-10-20 株式会社東芝 半導体装置
JP7115000B2 (ja) * 2018-04-04 2022-08-09 富士電機株式会社 半導体装置
JP7250473B2 (ja) * 2018-10-18 2023-04-03 三菱電機株式会社 半導体装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10116998A (ja) * 1996-10-14 1998-05-06 Toyota Motor Corp 半導体装置およびその製造方法
DE19713962C1 (de) * 1997-04-04 1998-07-02 Siemens Ag Leistungsdiode (FCI-Diode)
KR100510096B1 (ko) * 1997-10-31 2006-02-28 실리코닉스 인코퍼레이티드 트렌치-게이트형 파워 mosfet
JP4006879B2 (ja) * 1999-04-07 2007-11-14 富士電機ホールディングス株式会社 ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法
JP2003163357A (ja) * 2001-11-26 2003-06-06 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2007266134A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 半導体装置
JP5443670B2 (ja) * 2007-02-20 2014-03-19 株式会社豊田中央研究所 半導体装置とその製造方法
JP4333782B2 (ja) * 2007-07-05 2009-09-16 株式会社デンソー ジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置
JP5206096B2 (ja) * 2008-04-25 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 ダイオードとそのダイオードを備えている半導体装置
WO2010143288A1 (ja) * 2009-06-11 2010-12-16 トヨタ自動車株式会社 半導体装置

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