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DE-112018000050-B4 - HALBLEITERVORRICHTUNG

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Abstract

Halbleitervorrichtung (100), enthaltend: ein Halbleitersubstrat (10) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine in dem Halbleitersubstrat (10) angeordnete Driftschicht (14) vom ersten Leitfähigkeitstyp; und ein in der Driftschicht (14) angeordnetes Puffergebiet (20) vom ersten Leitfähigkeitstyp, wobei das Puffergebiet (20) eine Vielzahl von Spitzen (40) einer Dotierungskonzentration aufweist, wobei das Puffergebiet (20) aufweist: eine erste Spitze (40-1), welche eine vorbestimmte Dotierungskonzentration hat und, von der Vielzahl von Spitzen (40), einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats am nächsten angeordnet ist; eine Spitze hoher Konzentration, welche eine höhere Dotierungskonzentration als die erste Spitze (40-1) hat und näher an einer oberseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist als die erste Spitze (40-1); und eine Spitze niedriger Konzentration, welche eine niedrigere Dotierungskonzentration als die Spitze hoher Konzentration hat und welche näher an der oberseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist als die Spitze hoher Konzentration, wobei: die Spitze hoher Konzentration eine von der Vielzahl von Spitzen (40) der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, nach der ersten Spitze (40-1), am zweitnächsten angeordnete zweite Spitze (40-2) ist, ein Verhältnis (N 1 /N V12 ) einer Dotierungskonzentration N 1 der ersten Spitze zu einer Dotierungskonzentration N v12 eines Dotierungskonzentrations-Tals zwischen der ersten Spitze (40-1) und der zweiten Spitze (40-2) größer als ein Verhältnis (N 2 /N 1 ) einer Dotierungskonzentration N 2 der zweiten Spitze zur Dotierungskonzentration N 1 der ersten Spitze ist.

Inventors

  • Yasunori Agata
  • Takashi Yoshimura
  • Hiroshi TAKISHITA

Assignees

  • FUJI ELECTRIC CO., LTD.

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20180115
Priority Date
20170117

Claims (16)

  1. Halbleitervorrichtung (100), enthaltend: ein Halbleitersubstrat (10) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine in dem Halbleitersubstrat (10) angeordnete Driftschicht (14) vom ersten Leitfähigkeitstyp; und ein in der Driftschicht (14) angeordnetes Puffergebiet (20) vom ersten Leitfähigkeitstyp, wobei das Puffergebiet (20) eine Vielzahl von Spitzen (40) einer Dotierungskonzentration aufweist, wobei das Puffergebiet (20) aufweist: eine erste Spitze (40-1), welche eine vorbestimmte Dotierungskonzentration hat und, von der Vielzahl von Spitzen (40), einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats am nächsten angeordnet ist; eine Spitze hoher Konzentration, welche eine höhere Dotierungskonzentration als die erste Spitze (40-1) hat und näher an einer oberseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist als die erste Spitze (40-1); und eine Spitze niedriger Konzentration, welche eine niedrigere Dotierungskonzentration als die Spitze hoher Konzentration hat und welche näher an der oberseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist als die Spitze hoher Konzentration, wobei: die Spitze hoher Konzentration eine von der Vielzahl von Spitzen (40) der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, nach der ersten Spitze (40-1), am zweitnächsten angeordnete zweite Spitze (40-2) ist, ein Verhältnis (N 1 /N V12 ) einer Dotierungskonzentration N 1 der ersten Spitze zu einer Dotierungskonzentration N v12 eines Dotierungskonzentrations-Tals zwischen der ersten Spitze (40-1) und der zweiten Spitze (40-2) größer als ein Verhältnis (N 2 /N 1 ) einer Dotierungskonzentration N 2 der zweiten Spitze zur Dotierungskonzentration N 1 der ersten Spitze ist.
  2. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei die zweite Spitze (40-2) die höchste Konzentration von der Vielzahl von Spitzen (40) hat.
  3. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die zweite Spitze (40-2) an einer Position zwischen 1 µm und 12 µm, jeweils einschließlich, ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
  4. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei eine Dotierungskonzentration eines Dotierungskonzentrations-Tals zwischen der ersten Spitze (40-1) und der zweiten Spitze (40-2) 10-mal so hoch wie eine Substratkonzentration des Halbleitersubstrats oder noch höher ist.
  5. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das Dotierungskonzentrations-Verhältnis N 2 /N 1 einer Dotierungskonzentration N 2 der zweiten Spitze zu einer Dotierungskonzentration N 1 der ersten Spitze 1 < N 2 /N 1 ≤ 100 erfüllt.
  6. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei die erste Spitze (40-1) eine Spitze ist, welche von der Vielzahl von Spitzen (40) die zweithöchste Konzentration nach der zweiten Spitze (40-2) hat.
  7. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei das Halbleitersubstrat (10) eine Dotierungskonzentrations-Verteilung aufweist, bei welcher eine Vielzahl von Tälern zwischen der Vielzahl von Spitzen (40) angeordnet ist und Dotierungskonzentrationen der Vielzahl von Tälern von einer Rückseite des Halbleitersubstrats zu einer Oberseite hin nach und nach abfallen.
  8. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , enthaltend einen Transistorabschnitt (50) und einen Diodenabschnitt (70), wobei der Diodenabschnitt (70) eine schwebende Schicht (66) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, welcher vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist, enthält und die schwebende Schicht (66) näher an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats liegt als die erste Spitze (40-1).
  9. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 8 , enthaltend ein Kollektorgebiet (52) vom zweiten Leitfähigkeitstyp an der rückseitigen Oberfläche des Transistorabschnitts, wobei eine integrierte Konzentration vom Kollektorgebiet (52) bis zur zweiten Spitze (40-2) höher als die Hälfte einer kritischen integrierten Konzentration des Halbleitersubstrats ist.
  10. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei das Puffergebiet (20) ferner eine dritte Spitze enthält, welche von der Vielzahl von Spitzen (40) der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, nach der zweiten Spitze (40-2), am drittnächsten angeordnet ist, wobei eine Dotierungskonzentration N 3 der dritten Spitze niedriger als die Dotierungskonzentration N v12 des Dotierungskonzentrations-Tals zwischen der ersten Spitze (40-1) und der zweiten Spitze (40-2) ist.
  11. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , wobei ein Abstand X 2 - X 1 in einer Tiefenrichtung zwischen der zweiten Spitze (40-2) und der ersten Spitze (40-1) kleiner ist als eine Tiefe X 1 von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zur ersten Spitze (40-1).
  12. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 9 , wobei eine Tiefe X 0 von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Grenzposition zwischen der ersten Spitze (40-1) und dem Kollektorgebiet (52) kleiner ist als ein Abstand X 1 - X 0 in einer Tiefenrichtung zwischen (i) der ersten Spitze (40-1) und (ii) der Grenzposition zwischen der ersten Spitze (40-1) und dem Kollektorgebiet (52).
  13. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 9 , wobei eine Tiefe X 0 von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Grenzposition zwischen der ersten Spitze (40-1) und dem Kollektorgebiet (52) größer als ein Abstand X 1 - X 0 in einer Tiefenrichtung zwischen (i) der ersten Spitze (40-1) und (ii) der Grenzposition zwischen der ersten Spitze (40-1) und dem Kollektorgebiet (52) ist.
  14. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 8 , wobei ein Abstand X b von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Grenzposition zwischen der ersten Spitze (40-1) und der schwebenden Schicht (66) kleiner ist als ein Abstand X 1 - X b zwischen (i) der ersten Spitze (40-1) und (ii) der Grenzposition zwischen der ersten Spitze (40-1) und der schwebenden Schicht (66).
  15. Halbleitervorrichtung (100), enthaltend: ein Halbleitersubstrat (10) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine in dem Halbleitersubstrat (10) angeordnete Driftschicht (14) vom ersten Leitfähigkeitstyp; und ein in der Driftschicht (14) angeordnetes Puffergebiet (20) vom ersten Leitfähigkeitstyp, wobei das Puffergebiet (20) eine Vielzahl von Spitzen (40) einer Dotierungskonzentration aufweist, wobei die Vielzahl von Spitzen (40) n Spitzen P n einer Dotierungskonzentrations-Verteilung enthält, wobei n eine ganze Zahl größer als oder gleich 5 ist, die Halbleitervorrichtung (100) fünf oder mehr Paare aus einer Spitze und einem Tal enthält, welche NP i /NB i+1 ≤ 10 erfüllen, wobei NP i eine Dotierungskonzentration einer i-ten Spitze P i der Spitzen P n ab einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats bezeichnet und NB i eine Dotierungskonzentration eines Tals B i , welches näher an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats liegt als die i-te Spitze P i , bezeichnet, wobei eine alle Dotierungskonzentrationen NB i von Tälern verbindende Hüllkurve zu einer Seite hin, auf welcher eine Dotierungskonzentration kleiner ist, konvex zurückgeht.
  16. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 15 , wobei eine alle Dotierungskonzentrationen NB i von Tälern verbindende Hüllkurve von einem Tal B 1 zu einem Tal B n+1 exponentiell oder gemäßigter als eine Exponentialfunktion zurückgeht.

Description

HINTERGRUND 1. TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung. 2. STAND DER TECHNIK Herkömmlicherweise ist eine Halbleitervorrichtung, in welcher ein Feldstoppgebiet mit einer Vielzahl von Störstellendichte-Spitzen gebildet ist, bekannt (siehe zum Beispiel Patentdokumente 1, 2 und 3). Druckschriftenverzeichnis Patentliteratur Patentdokument 1: US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. US 2016/172 438 A1Patentdokument 2: US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. US 2008/001 257 A1Patentdokument 3: WO 2016/120 999 A1 KURZBESCHREIBUNG Da in dem herkömmlichen Feldstoppgebiet die Störstellendichten der jeweiligen Spitzen von der Rückseite des Halbleitersubstrats her nach und nach abfallen, kann jedoch die herkömmliche Feldstoppschicht nicht hinreichend als ein Feldstoppgebiet dienen, welches dafür ausgelegt ist, bei optimierten Vorrichtungseigenschaften eine Sperrschicht zu stoppen. Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitervorrichtung vorsehen, enthaltend ein Halbleitersubstrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine in dem Halbleitersubstrat angeordnete Driftschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp; undein in der Driftschicht angeordnetes Puffergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, wobei das Puffergebiet eine Vielzahl von Spitzen einer Dotierungskonzentration enthält. Das Puffergebiet kann enthalten eine erste Spitze, welche eine vorbestimmte Dotierungskonzentration hat und von der Vielzahl von Spitzen einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats am nächsten angeordnet ist; undeine Spitze hoher Konzentration, welche eine höhere Dotierungskonzentration hat als die erste Spitze und näher an einer oberseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist als die erste Spitze. Das Puffergebiet kann ferner eine Spitze niedriger Konzentration enthalten, welche eine niedrigere Dotierungskonzentration hat als die Spitze hoher Konzentration und welche näher an der oberseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist als die Spitze hoher Konzentration. Die Spitze hoher Konzentration kann eine zweite Spitze sein, welche von der Vielzahl von Spitzen der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, nach der ersten Spitze, am zweitnächsten angeordnet ist. Die zweite Spitze kann von der Vielzahl von Spitzen die höchste Konzentration haben. Die zweite Spitze kann an einer Position zwischen 1 µm und 12 µm, jeweils einschließlich, ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Eine Dotierungskonzentration eines Dotierungskonzentrations-Tals zwischen der ersten Spitze und der zweiten Spitze kann 10-mal so hoch wie eine Substratkonzentration des Halbleitersubstrats oder noch höher sein. Ein Dotierungskonzentrations-Verhältnis N2/N1 einer Dotierungskonzentration N2 der zweiten Spitze zu einer Dotierungskonzentration N1 der ersten Spitze kann 1 < N2/N1 ≤ 100 erfüllen. Die erste Spitze kann eine Spitze sein, welche von der Vielzahl von Spitzen die zweithöchste Konzentration nach der zweiten Spitze hat. Das Halbleitersubstrat kann eine Dotierungskonzentrations-Verteilung aufweisen, bei welcher eine Vielzahl von Tälern zwischen der Vielzahl von Spitzen angeordnet ist und Dotierungskonzentrationen der Vielzahl von Tälern von einer Rückseite des Halbleitersubstrats zu einer Oberseite hin nach und nach abfallen. Ein Verhältnis (N1/NV12) einer Dotierungskonzentration N1 der ersten Spitze zu einer Dotierungskonzentration NV12 eines Dotierungskonzentrations-Tals zwischen der ersten Spitze und der zweiten Spitze kann größer sein als ein Verhältnis (N2/N1) einer Dotierungskonzentration N2 der zweiten Spitze zu der Dotierungskonzentration N1 der ersten Spitze. Die Halbleitervorrichtung kann einen Transistorabschnitt und einen Diodenabschnitt enthalten. Der Diodenabschnitt kann eine schwebende Schicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, welcher von dem ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist, enthalten, und die schwebende Schicht liegt näher an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats als die erste Spitze. Die Halbleitervorrichtung kann ein Kollektorgebiet vom zweiten Leitfahigkeitstyp an der rückseitigen Oberfläche des Transistorabschnitts enthalten. Außerdem kann eine integrierte Konzentration von dem Kollektorgebiet bis zu der zweiten Spitze höher als die Hälfte einer kritischen integrierten Konzentration des Halbleitersubstrats sein. Das Puffergebiet kann ferner eine dritte Spitze enthalten, welche von der Vielzahl von Spitzen der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, nach der zweiten Spitze, am drittnächsten angeordnet ist. Eine Dotierungskonzentration N3 der dritten Spitze kann niedriger sein als eine Dotierungskonzentration NV12 eines Dotierungskonzentrations-Tals zwischen der ersten Spitze und der zweiten Spitze. Ein Abstand X2 - X1 in einer Tiefenrichtung zwischen der zweiten Spitze und der ersten Spitze kann kleiner sein als eine Tiefe X1 von einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu der er