DE68918062T2

DE68918062T2 - Halbleitervorrichtung mit einer Zwischenschicht zur Einschnürung eines Strompfades während umgekehrter Vorspannung.

Info

Publication number: DE68918062T2
Application number: DE68918062T
Authority: DE
Inventors: Naomasa C O Intellectua Sugita
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-02
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2009-12-02
Also published as: DE68918062D1; EP0372428B1; US5017976A; KR900011017A; JP2667477B2; KR920010677B1; EP0372428A1; JPH02151067A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die eine Schottky-Barriere-Diode aufweist, in welcher ein PN-Übergang auf einer Halbleiterschicht vorgesehen ist, die unterhalb eines Sperr- Metallfilms angeordnet ist, und betrifft insbesondere eine Halbleitervorrichtung, die eine Halbleiter-Zwischenschicht aufweist, um einen Leitungsweg während des Anlegens einer Vorspannung in Gegenrichtung abzuquetschen.
Seit einiger Zeit sind die meisten Bauteile in elektronischen Geräten ICs, und die Stromversorgungsgeräte, die in diesen Vorrichtungen vorgesehen sind, sind im allgemeinen Schaltregler, die klein und leicht sind, und mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Die meisten Schaltregler weisen einen SBD-Gleichrichter (Schottky-Barriere-Diode-Gleichrichter) auf, der als Ausgangs-Gleichrichterelement verwendet wird. Der SBD-Gleichrichter weist einen geringen Spannungabfall VF in Vorwärtsrichtung auf, und eine kurze Erholungszeit in Rückwärtsrichtung. Allerdings weist der nunmehr viel verwendete JBS-Gleichrichter in zweierlei Hinsicht Nachteile auf. Erstens fließt in ihm ein verhältnismäßig großer Kriechstrom in Gegenrichtung. Zweitens ist seine Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung niedrig.
Es wurde eine neue Art eines SBD-Gleichrichters entwickelt, bei welchem ein kleiner Umkehr-Kriechstrom fließt, und dessen Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung ausreichend hoch ist (siehe die japanische Veröffentlichung einer geprüften Patentanmeldung Nr. 59-35183). Ein derartiger Gleichrichter wird als Übergang-Barrieren-Schottky (JBS) bezeichnet. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist das Substrat 10 dieses JBS- Gleichrichters eine N&spplus;-Siliziumschicht 12 auf, eine N&supmin;- Siliziumschicht 14, die auf der Schicht 12 durch Epitaxiwachstum ausgebildet wird. Ein Metallelektrodenfilm 16 ist auf der unteren Oberfläche der Schicht 12 vorgesehen. Mehrere P&spplus;-Siliziumbereiche 18 sind in der oberen Oberfläche der Schicht 14 ausgebildet. Auf der unteren Oberfläche der Schicht 14 befindet sich ein mit einer Öffnung versehener Oxidfilm 20. Ein Metallfilm 22, beispielsweise ein Chromfilm, der eine Schottky-Barriere ausbildet, ist teilweise auf dem freiliegenden Abschnitt der Schicht 14 und teilweise auf dem Oxidfilm 20 angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Bereiche 18 sind voneinander um eine solche Entfernung entfernt, daß eine Verarmungsschicht ausgebildet wird, mit welcher sie verbunden sind, durch eine sich erstreckende Verarmungsschicht 24, wenn eine negative Spannung an die Schicht 16 bzw. den Film 22 angelegt wird.
Wenn an den in Fig. 1 gezeigten JBS-Gleichrichter eine Spannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird, fließt der größte Anteil eines Vorwärtsstroms durch die Schottky-Barriere, die auf dem Metallfilm 22 und der N&supmin;-Siliziumschicht 14 ausgebildet wird, wie durch Pfeile A angedeutet ist. Daher ist der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung in diesem JBS- Gleichrichter nahezu gleich jenem in der üblichen Schottky- Diode, die keine Siliziumbereiche des P&spplus;-Typs aufweist.
Eine Verarmungsschicht 24 ist in dem PN-Übergang ausgebildet, der aus der N&supmin;-Siliziumschicht 14 und dem P&spplus;-Siliziumbereich 18 besteht. Wird die Vorspannung in Gegenrichtung erhöht, so werden sie durch ihre Verarmungsschicht 24 verbunden. Die gemeinsame Verarmungsschicht 24' führt dazu, daß der Kriechstrom in Gegenrichtung so gesteuert wird, daß er abnimmt. Dies führt dazu, daß die Rückwärtsstrom-Charakteristik des JBS-Gleichrichters gleich jener einer PN- Übergangs-Diode wird, und die Durchbruchspannung des JBS- Gleichrichters verbessert wird.
Ist die Vorspannung in Gegenrichtung zu niedrig, die an den JBS-Gleichrichter angelegt wird, so können die Verarmungsschichten 24 nicht miteinander verbunden werden. Daher wird der Kriechstrom in Gegenrichtung nicht stark beeinflußt, der durch die Schottky-Barriere fließt, die aus der N&supmin;-Siliziumschicht und dem Metallfilm 22 besteht. Die Umkehrstromcharakteristik des JBS-Gleichrichters kann nicht stark verbessert werden, bis die Umkehr-Vorspannung so stark ansteigt, daß die Verarmungsschichten 24 miteinander verbunden werden.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht, welche den JBS-Gleichrichter zeigt, der in der japanischen Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung Nr. 60-74582 gezeigt ist, und ebenfalls in B.J. Baliga, IEEE, Electron Device Letter, Bd. DEL-5, Nr. 6, 1984, Seiten 194-196. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, in welcher dieselben Bezugsziffern verwendet werden, welche identische oder ähnliche Elemente bezeichnen wie in Fig. 1, sind mehrere PN-Übergänge in der Oberfläche des Abschnittes eines Halbleitersubstrats 10 vorgesehen, auf welchem ein Barrieren-Metallfilm 22 vorgesehen ist.
Das Halbleitersubstrat 10 besteht aus einer N&spplus;- Siliziumschicht 12 und einer N&supmin;-Siliziumschicht 14. Der Barrieren-Metallfilm 22 besteht aus Aluminium. Im allgemeinen ist es erforderlich, eine dünne N&spplus;-Siliziumschicht in der Oberfläche der N&supmin;-Siliziumschicht 14 durch Ionenimplantierung auszubilden, um hierdurch die Höhe der Schottky-Barriere zu verringern, die aus der N&supmin;-Siliziumschicht 14 und dem Metallfilm 22 besteht. Bei dem in Fig. 2 gezeigten JBS- Gleichrichter wird eine derartige dünne N&spplus;-Siliziumschicht nicht ausgebildet, da der Film 22 aus Metall besteht (beispielsweise Ti, Mo, V), welches geringe Schottky- Barrieren-Eigenschaften aufweist. Mehrere P&spplus;-Siliziumbereiche 18 werden in der oberen Oberfläche eines Abschnitts der N&supmin;- Siliziumschicht 14 ausgebildet. Ein Schutzring 26 ist auf der Schicht 14 vorgesehen, und umgibt diese Abschnitt der Schicht 14. Der Schutzring 26 verleiht dem JBS-Gleichrichter eine angemessene Durchbruchspannung.
Wenn an den JBS-Gleichrichter eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird, so werden Verarmungsschichten 24 ausgebildet, die jeweils einen PN-übergang zwischen einem der P&spplus;-Siliziumbereiche 18 und der N&supmin;-Siliziumschicht 14 darstellen. Die Verarmungsschichten 24 werden nicht miteinander verbunden, wenn an den JBS-Gleichrichter eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird. Mit anderen Worten sind die Verarmungsschichten 24 durch einen Spalt 28 getrennt, wie durch gestrichtelte Linien in Fig. 2 gezeigt ist, so daß ein Vorwärtsstrom durchgelassen wird. Wird an den JBS-Gleichrichter eine Vorspannung in Gegenrichtung angelegt, so wird eine einzige Verarmungsschicht 24' ausgebildet, wie durch strichpunktierte Linien angedeutet ist. Diese Verarmungsschicht 24' verhindert den Durchgang eines Stroms in Gegenrichtung.
Der in Fig. 2 gezeigte JBS-Gleichrichter ist grundsätzlich ebenso ausgebildet wie der JBS-Gleichrichter von Fig. 1, sowohl bezüglich des Aufbaus als auch der Funktion, jedoch in der Hinsicht unterschiedlich, daß die P&spplus;-Siliziumbereiche 18 voneinander durch derartig enge Spalte getrennt sind, daß sie miteinander verbunden werden, um den Kriechstrom in Gegenrichtung zu verringern, wenn die Vorspannung in Gegenrichtung über einen kleinen Wert hinaus ansteigt, beispielsweise einige wenige Volt.
Die N&supmin;-Siliziumschicht 14 weist eine Verunreinigungskonzentration von beispielsweie 1016 Atome/cm³ auf. Die P&spplus;-Siliziumbereiche 18 sind in Intervallen von 6 um angeordnet. Jeder P&spplus;-Siliziumbereich 18 weist eine quadratische obere Oberfläche auf, die den Metallfilm 22 kontaktiert, wobei jede ihrer Seiten 5 um lang ist, und ihre Tiefe etwa 2 um beträgt. Ist eine Vorspannung in Gegenrichtung, VR, gleich 0 V, so weisen die Verarmungsschichten 24 eine Dicke von 0,35 um auf, und weist jeder Abschnitt der N&supmin;-Siliziumschicht 14, der zwischen den beiden benachbarten P&spplus;-Siliziumbereichen 18 angeordnet ist, eine Breite von 1 um auf.
Der in Fig. 2 gezeigte JBS-Gleichrichter ist mit dem in Fig. 1 dargestellten JBS-Gleichrichter identisch, abgesehen davon, daß mehr P&spplus;-Siliziumbereiche 18 den Barrieren-Metallfilm 22 berühren. In jedem dieser JBS-Gleichrichter ist die Schicht des Schottky-Übergangs, definiert durch den Barrieren- Metallfilm 22, und jene Abschnitte der N&supmin;-Schicht 14, welche den Film 22 berühren, kleiner als die Gesamtoberflächenschicht von 14, und zwar um die Summe der Schichten der P&spplus;-Bereiche 18. Wie bereits erwähnt, weist der Abschnitt der N&supmin;-Siliziumschicht, in welcher ein P&spplus;- Siliziumbereich ausgebildet ist, eine Oberflächenfläche von 36 um² auf (= 6 x 6 um), und weist jeder P&spplus;-Siliziumbereich eine Oberflächenfläche von 25 um² auf (= 5 x 5 um). Der Oberflächenbereich jedes der P&spplus;-Siliziumbereiche beträgt 30,6% des Oberflächenbereiches der oberen Oberfläche jenes Abschnitts der N&supmin;-Siliziumschicht, in welcher ein P&spplus;- Siliziumbereich vorgesehen ist. Dies bedeutet, daß der Stromwirkungsgrad des Substrats für die Pellet-Größe des JBS- Gleichrichters nicht allzu hoch ist.
Eines der Verfahren zum Erhöhen des Stromwirkungsgrades des Substrats besteht darin, die Oberflächenbereiche der P&spplus;- Siliziumbereiche kleiner auszubilden. Allerdings muß eine Verringerung der Durchbruchspannung VB in Gegenrichtung verhindert werden, trotz der Krümmung des PN-übergangs, um hierdurch die Durchbruchspannung VP ausreichend hoch zu halten. Um eine ausreichende Durchbruchspannung VB aufrecht zu erhalten, muß eine Verunreinigung des P&spplus;-Typs in die N&supmin;- Siliziumschicht bis zu einer relativ großen Tiefe eindiffundiert werden. Wird die Verunreingigung des P&spplus;-Typs auf diese Weise in die N&supmin;-Siliziumschicht eindiffundiert, so diffundiert sie auch in der Horizontalrichtung, so daß unvermeidlicherweise die Oberflächen-Fläche jedes Siliziumbereichs des P&spplus;-Typs vergrößert werden muß. Die Oberflächenfläche jedes P&spplus;-Siliziumbereichs kann kaum soweit verringert werden, wie dies erwünscht ist, um den Stromwirkungsgrads des Substrats zu erhöhen.
Fig. 3A zeigt den Querschnitt, welchen jede Verarmungsschicht 24 aufweist, wenn eine Vorspannung in Gegenrichtung von 0 V an den in Fig. 2 gezeigten JBS-Gleichrichter angelegt wird, und Fig. 3B zeigt die Verteilung der elektrischen Ladung , die Verteilung des elektrischen Feldes E, und die Verteilung des Potentials φ, die in dem JBS-Gleichrichter beobachtet werden, wenn an den JBS-Gleichrichter eine Vorspannung in Gegenrichtung von 0 V angelegt wird. Weiterhin zeigt Fig. 4A den Querschnitt, den jede Verarmungsschicht 24 aufweist, wenn eine Vorspannung in Gegenrichtung von 3 V an den JBS- Gleichrichter angelegt wird, und Fig. 4B zeigt die Verteilung der elektrischen Ladung , die Verteilung des elektrischen Feldes E, und die Verteilung des Potentials φ, die beobachtet werden, wenn eine Vorspannung in Gegenrichtung von 3 V an den JBS-Gleichrichter angelegt wird. In diesen Figuren stellt M den Schottky-Barrieren-Metallfilm dar. Auf der x-Achse 3B und 4B ist die Tiefe jenes Abschnitts des Substrats aufgetragen, der sich zwischen jeweils zwei benachbarten Siliziumbereichen 18 des P&spplus;-Typs befindet.
Wie aus den Fig. 3A und 3B hervorgeht, sammelt sich eine bestimmte Ladung in der Oberfläche der N&supmin;-Siliziumschicht 14 an, wenn an den JBS-Gleichrichter eine Vorspannung in Gegenrichtung von 0 V angelegt wird. Wie aus den Fig. 4A und 4B hervorgeht, weist die Verteilung der elektrischen Ladung ein quadratisches Profil auf, wenn an den JBS-Gleichrichter eine Vorspannung in Gegenrichtung VR von 3 V angelegt wird. In diesem Fall weisen die Verteilung des elektrischen Feldes E und die Verteilung des Potentials φ ähnliche Profile auf. Die Maximalintensität Em des elektrischen Feldes und das maximale Potential Vd, die beide in Fig. 4B gezeigt sind, sind gegeben durch:
Em = . (qNd W)/&epsi;s
Vd = - (qNd W²)/(2&epsi;s)
wobei Nd die Verunreinigungskonzentration der N&supmin;- Siliziumschicht ist, W die Breite der Verarmungsschicht, und die Delektrizitätskonstante von Silizium ist.
Wie aus dem Profil des elektrischen Feldes (E) hervorgeht, weist die Verteilung einen starken Gradienten auf. Daher kann die P&spplus;-Siliziumschicht nicht dazu dienen, einen ausreichenden Verarmungsschichteffekt zur Verfügung zu stellen. Je höher die Durchbruchspannung ist, welcher der JBS-Gleichrichter aufweisen soll, desto tiefer muß die P&spplus;-Siliziumschicht sein, und desto niedriger ist der Stromwirkungsgrad, den das Substrat unvermeidlicherweise aufweist.
Wie beschrieben, weist die übliche Schottky-Barriere-Diode, deren Vorwärtsspannung niedrig ist, und die bei hoher Geschwindigkeit arbeiten kann, eine niedrige Durchbruchspannung in Gegenrichtung auf, und einen hohen Kriechstrom in Gegenrichtung. Der JBS-Gleichrichter, der dazu entwickelt wurde, eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung und einen hohen Kriechstrom in Rückwärtsrichtung aufzuweisen, weist eine N&supmin;-Siliziumschicht auf, die mit dem Barrieren-Metallfilm einen Schottky-Übergang ausbildet, und deren Oberflächenfläche kleiner ist als die Fläche des Abschnittes der N&supmin;-Siliziumschicht, der den Metallfilm berührt, und zwar um die Summe der Flächen der P&spplus;- Siliziumschichten. Der Stromwirkungsgrad des Substrats ist unvermeidlicherweise niedrig, obwohl die Oberflächenfläche des Substrats, welche den Barrieren-Metallfilm berührt, vergleichsweise groß ist. Die Fläche, mit welcher jede P&spplus;- Siliziumschicht den Barrieren-Metallfilm berührt, kann verringert werden, um den Stromwirkungsgrad zu erhöhen, kann jedoch nicht sehr stark verringert werden, da die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung des JBS- Gleichrichters direkt proportional zu dieser Fläche ist.
Die P&spplus;-Siliziumschichten können in größeren Intervallen angeordnet werden, um hierdurch die Fläche zu erhöhen, die von der N&supmin;-Siliziumschicht eingenommen wird. Je größer allerdings die Intervalle sind, in welchen die P&spplus;- Siliziumschichten angeordnet sind, desto größer ist der Kriechstrom in Rückwärtsrichtung.
Die GB-A 2 176 339 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, die eine Schottky-Bariere-Diode in einem Halbleitersubstrat aufweist, welches eine erste und eine zweite Hauptoberfläche aufweist, und eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps an der ersten Hauptoberfläche aufweist; eine zweite Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die an der zweiten Hauptoberfläche vorgesehen ist und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die niedriger ist als jene der ersten Halbleiterschicht; einen ersten Metallfilm, der auf der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, und die erste Halbleiterschicht berührt; einen zweiten Metallfilm, der auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist und in einem Schottky- Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht steht; und mehrere Halbleiterbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen sind, und den zweiten Metallfilm berühren, wobei die Halbleiterbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Halbleiterschicht vorgesehen sind. Diese Merkmale sind im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der vorliegenden Erfindung angegeben.
Zusätzlich zu dieser ersten oder aktiven Schottky-Barriere ist eine weitere Schottky-Barriere in einem Bereich vorgesehen, welcher den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist wie der Bereich der aktiven Schottky-Barriere. Die weitere Schottky-Barriere begrenzt eine Minoritätsträgerinjektion in den Körperabschnitt der Halbleitervorrichtung bei einer Vorspannung in Vorwärtsrichtung der aktiven Schottky-Barriere.
Die US-H-40 beschreibt eine Schottky-Barriere-Vorrichtung, bei welcher der Kriechstrom, der in dem Umkehrvorspannungsmodus vorhanden ist, der dem Vorhandensein eines elektrischen Feldes an der Schottky-Barriere zugeschrieben wird, wesentlich durch den Einschluß einer oder mehrerer Feldabschirmungs-Diffusionsbereiche des P&spplus;-Typs verringert wird, die sich unter der Metallanode der Schottky- Barriere-Vorrichtung an der Schottky-Barriere befinden. Die Feldabschirmungen des P&spplus;-Typs, die in einem Muster auf der Oberfläche der Schottky-Barriere angeordnet sind, verringern das vorhandene elektrische Feld an der Oberfläche, wodurch sie wesentlich den hiermit in Beziehung stehenden Kriechstrom verringern.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, welche eine Schottky-Barriere-Diode aufweist, in welcher ein PN-Übergang auf einer Halbleiterschicht vorgesehen ist, die sich unterhalb eines Barrieren-Metallfilms befindet, wobei der Stromwirkungsgrad eines Substrats hoch ist, obwohl die Oberflächenfläche des Substrats vergleichsweise klein ist, welche den Barrieren-Metallfilm berührt, und die Umkehrspannung nicht so hoch ist, wenn eine kontinuierliche Verarmungsschicht ausgebildet wird, wodurch ein Rückwärts- Kriechstrom verringert wird.
Gemäß der Erfindung ist die Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch charakterisiert, daß:
- eine dritte Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist, und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die niedriger ist als jene der ersten Halbleiterschicht und niedriger als jene der zweiten Halbleiterschicht;
- die Halbleiterbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps sich durch die zweite Halbleiterschicht zumindest in die dritte Halbleiterschicht erstrecken, und
- die Malbleiterbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps so angeordnet sind, daß diskrete Verarmungsschichten um die jeweiligen Halbleiterbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps herum gebildet werden, wenn eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung an das Halbleitersubstrat angelegt wird, und eine kontinuierliche Verarmungsschicht in der dritten Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, wenn an das Halbleitersubstrat eine Vorspannung in Gegenrichtung angelegt wird.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Patentanspüchen angegeben.
Die voranstehenden Aspekte sowie weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht ist, welche eine konventionelle Halbleitervorrichtung zeigt;
Fig. 2 eine Schnittansicht ist, welche eine weitere, konventionelle Halbleitervorrichtung zeigt;
Fig. 3A und 3B eine schematische Ansicht, welche die Verarmungsschichten zeigt, die bei der in Fig. 2 gezeigten, konventionellen Vorrichtung vorgesehen sind, und ein Diagramm sind, welches die Beziehung zwischen der Verteilung der elektrischen Ladung , der Verteilung des elektrischen Feldes E, und der Verteilung des Potentials φ zeigen, die in der Halbleitervorrichtung beobachtet werden;
Fig. 4A und 4B eine schematische Ansicht sind, welche die Verarmungsschicht zeigt, die bei der in Fig. 2 dargestellten, konventionellen Vorrichtung ausgebildet wird, wenn die Vorrichtung in einen unterschiedlichen Zustand, Fig. 3A und Fig. 3B, versetzt wird, bzw. ein Diagramm sind, welches die Beziehung zwischen der Verteilung der elektrischen Ladung φ, der Verteilung des elektrischen Feldes E, und der Verteilung des Potentials φ zeigt, welche in der Vorrichtung beobachtet wird, wenn diese in den unterschiedlichen Zustand versetzt wird;
Fig. 5 eine Schnittansicht ist, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Substrats der in Fig. 5 gezeigten Halbleitervorrichtung ist;
Fig. 7A und 7B eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht sind, die beide die Anordnung der Siliziumbereiche des P&spplus;- Typs der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung zeigen;
Fig. 8 eine Schnittansicht ist, welche die Verarmungsschichten zeigt, die bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung ausgebildet werden, wenn an die Vorrichtung eine Vorspannung in Gegenrichtung VR von 0 V angelegt wird;
Fig. 9 eine Schnittansicht ist, welche eine Verarmungsschicht zeigt, die bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung ausgebildet wird, wenn eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung VR mit einem Wert von mehr als 0 V an die Halbleitervorrichtung angelegt wird;
Fig. 10A und 10B eine schematische Ansicht sind, welche die bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung ausgebildeten Verarmungsschichten zeigt, bzw. ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Verteilung der elektrischen Ladung , der Verteilung des elektrischen Feldes E, und der Verteilung des Potentials φ zeigt, welche bei der Vorrichtung beobachtet wird, und
Fig. 11A und 11B eine schematische Ansicht sind, welche die Verarmungsschichten zeigt, die bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung ausgebildet werden, wenn die Vorrichtung in einen unterschiedlichen Zustand versetzt wird (Fig. 10A und 10B), bzw. ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Verteilung der elektrischen Ladung , der Verteilung des elektrischen Feldes E, und der Verteilung des Potentials φ zeigt, die bei der Vorrichtung beobachtet wird, die in den unterschiedlichen Zustand versetzt wird.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Übergangs- Barrieren-gesteuerten-Schottky-Gleichrichter (JBS) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der JBS-Gleichrichter weist eine Halbleiterschicht auf, einen Kathoden-Elektrodenfilm 32, der auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen ist, und einen Anoden- Elektrodenfilm 34, der auf der oberen Oberfläche eines Halbleitersubstrats 30 vorgesehen ist. Die untere Oberfläche des Kathoden-Elektrodenfilms 32 bildet eine Hauptoberfläche des Substrats 30, wogegen der Anoden-Elektrodenfilm 34 die andere Hauptoberfläche des Substrats 30 bildet.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, besteht die Halbleiterschicht aus einer Halbleiterschicht 36 (nachstehend als "N&spplus;-Schicht" bezeichnet) eines ersten Leitfähigkeitstyps (beispielsweise Typ N), die auf dem Kathoden-Elektrodenfilm 32 vorgesehen ist, eine Halbleiterschicht 32 (nachstehend als "N&supmin;-Schicht" bezeichnet) des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der N&spplus;- Schicht 36 vorgesehen ist und eine Verunreinigungskonzentration aufweist (beispielsweise 10¹&sup6; Atome/cm³), eine Halbleiterschicht 40 des ersten Leitfähigkeitstyps (nachstehend als "N&supmin;&supmin;-Schicht" bezeichnet), die auf der N&supmin;-Schicht 38 vorgesehen ist und eine Verunreinigungskonzentration (beispielsweise 10¹&sup4; Atome/cm³) aufweist, die niedriger ist als jene der N&supmin;- Schicht 38, und eine Halbleiterschicht 42 des ersten Leitfähigkeitstpys (nachstehend als "N&supmin;-Schicht bezeichnet), die auf der N&supmin;&supmin;-Schicht 40 vorgesehen ist und eine Verunreinigungskonzentration (beispielsweise 10¹&sup6; Atome/cm³) aufweist. Die vier Siliziumschichten, also die N&spplus;-Schicht 36, die N&supmin;-Schicht 38, die N&supmin;&supmin;-Schicht 40, und die N&supmin;-Schicht 42 bestehen aus Einkristall-Silizium.
Der Anoden-Elektrodenfilm 34 besteht aus einem Schottky- Barrieren-Metall, beispielsweise Titan (Ti, Mo, V), und ist in der Öffnung eines Oxidfilms 44 vorgesehen, die auf der zweiten Hauptoberfläche des Substrats 30 vorgesehen ist. Mehrere Halbleiterbereiche 46 des Substrats 30 sind in der zweiten Hauptoberfläche des Substrats vorgesehen. Diese Bereiche 46 (nachstehend als "P&spplus;-Schichten" bezeichnet) weisen einen Leitfähigkeitstyp auf, der jenem des Substrats 30 entgegengesetzt ist. Sie berühren den Anoden- Elektrodenfilm 34 und erstrecken sich nach unten durch die N&supmin;-Schicht 42 und die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 und in die N&supmin;-Schicht 38 hinein. Eine Schutzringschicht 48 (nachstehend als P&spplus;-Schicht bezeichnet) ist in der Oberfläche des Substrats 30 vorgesehen, und umgibt den Abschnitt des Substrats 30, in welchem die P&spplus;-Bereiche 46 angeordnet sind. Die P&spplus;-Schicht 48 erhöht die Spannungsfestigkeit des JBS-Gleichrichters. Eine Kanalstoppschicht 50 (nachstehend als "N&spplus;-Schicht" bezeichnet) ist ebenfalls in der Oberfläche des Substrats 30 vorgesehen, und umgibt die P&spplus;-Schicht 48, und verhindert so, daß sich eine Verarmungsschicht in der Horizontalrichtung des Substrats 30 ausbreitet. Falls erforderlich, kann eine P&spplus;- Schicht, oder eine Hochspannungs-Beendigungsschicht, in der Oberfläche des Substrats 30 und zwischen der P&spplus;-Schicht 48 und der N&spplus;-Schicht 50 vorgesehen sein.
Der JBS-Gleichrichter, der in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, wird durch das bekannte Verfahren hergestellt. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, wird die N&supmin;-Schicht 38 mit einer Dicke von 3 bis 4 um auf der N&spplus;-Schicht 36 ausgebildet (also einem Halbleiter-Wafer). Dann wird die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 mit einer Dicke von 1 um auf der N&supmin;-Schicht 38 ausgebildet. Daraufhin wird die N&supmin;-Schicht 42 mit einer Dicke von 1 um auf der N&supmin;&supmin;- Schicht 40 ausgebildet. Die Schichten 38, 40 und 42 werden durch Epitaxiewachstum hergestellt, so daß sie die voranstehend angegebenen Verunreinigungskonzentrationen aufweisen. Alternativ hierzu kann die Schicht 42 dadurch hergestellt werden, daß Ionen der Verunreinigung in die Oberfläche der Schicht 40 implantiert werden. In diesem Fall muß die Schicht 40 zwei um dick sein.
Daraufhin wird der Oxidfilm 44 auf der N&supmin;-Schicht 42 hergestellt. Phosphor (P) wird in das Substrat 30 durch ein bekanntes Verfahren implantiert, wodurch die N&spplus;-Schicht 50 ausgebildet wird. Daraufhin wird Bor (B) in das Substrat 30 implantiert, wodurch die P&spplus;-Bereiche 46 und die P&spplus;-Schicht 48 gebildet werden. Titan (Ti, Mo, V) wird in der Öffnung des Oxidfilms 44 durch Sputtern oder Dampfablagerung abgeschichtet, und es wird Aluminium (Al) abgelagert, wodurch der Anoden-Elektrodenfilm 34 gebildet wird.
Wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich wird, weist der JBS-Gleichrichter ein Substrat 30 auf, welches aus vier Halbleiterschichten besteht, nämlich der N&spplus;-Schicht 36, der N&supmin;-Schicht 38, der N&supmin;&supmin;-Schicht 40, und der N&supmin;-Schicht 42. Weiterhin weist er mehrere P&spplus;-Bereiche 46 auf, die in der zweiten Hauptoberfläche des Substrats 30 ausgebildet sind, wobei sich die Bereiche 46 nach unten erstrecken, durch die N&supmin;-Schicht 42 und die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 in die N&supmin;-Schicht 38 hinein.
Im Betrieb wird eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung zwischen den Anodenelektrodenfilm 34 und den Kathodenelektrodenfilm 32 angelegt, im allgemeinen bei einem Spannungswert, bei welchem ein Strom zu fließen beginnt, und der bei SBD kleiner ist als bei einer PN-Übergangs-Diode. Dann fließt ein Strom von dem Film 34 durch die N&supmin;-Schicht 42, die N&supmin;&supmin;-Schicht 40, die N&supmin;- Schicht 38, und die N&spplus;-Schicht 36. Schließlich fließt der Strom in den Kathoden-Elektrodenfilm 32. Dies führt dazu, daß der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung abnimmt, und der JBS- Gleichrichter eine Vorwärtsspannungs-Charakteristik zeigt, die sehr ähnlich jener ist, welche die übliche Schottky- Barriere-Diode zeigt.
In Fig. 5 bezeichnen die doppelt gepunkteten, einfach gestrichelten Linien die Bereiche 52, durch welche Ströme fließen sollten, falls in dem Substrat 30 keine Verarmungsschichten vorgesehen wären. Tatsächlich wird eine Verarmungsschicht in dem PN-Übergang des JPS-Gleichrichters ausgebildet. Tabelle 1, welche ein Auszug aus einer Veröffentlichung ist (nämlich einem Si-Datenhandbuch), zeigt die Beziehung, welche die Verunreinigungskonzentration einer Schicht des N-Typs und die Breite einer Verarmungsschicht haben, die in der N-Schicht ausgebildet ist, wenn die N- Schicht einen stufenförmigen PN-Übergang zusammen mit der hohen Verunreinigung eines Bereiches des P-Typs bildet. Die N-Schicht entspricht den N&supmin;-Schichten 38 und 42 und der N&supmin;&supmin;- Schicht 40. Die N&supmin;-Schichten 38 und 42 weisen eine Verunreinigungskonzentration von 10¹&sup6; Atomen/cm³ auf, wogegen die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 eine Verunreinigungskonzentration von 10¹&sup4; Atome/cm³ aufweist. Eine Vorspannung VR in Rückwärtsrichtung, die an die N&supmin;-Schichten 38 und 42 sowie an die N-Schicht angelegt ist, ist gleich 0 V, oder 40 V, wogegen eine Vorspannung VR in Rückwärtsrichtung, die an die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 angelegt ist, 10 V beträgt. Tabelle 1 Verunreinigungskonzentrationen von Schichten des N-Typs (Atome/cm³) Breite d. Verarmungsschichten (um) VR = 0V VR = 10 V Anmerkung: VR ist die Vorspannung in Rückwärtsrichtung.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist die Verarmungsschicht, die in der N&supmin;&supmin;-Schicht 40 ausgebildet wird, etwa zehnmal breiter als die Verarmungsschicht, die in den N&supmin;-Schichten 38 und 42 ausgebildet wird. Die Orte der P&spplus;-Bereiche 46 werden entsprechend den in Tabelle 1 angegebenen Daten festgelegt, um zwei spezifische Bedingungen zu erfüllen. Die erste Bedingung besteht darin, daß eine Verarmungsschicht, die in der N&supmin;&supmin;-Schicht 40 ausgebildet wird, wenn eine niedrige Vorspannung in Rückwärtsrichtung (einschl. 0 V) an den JBS- Gleichrichter angelegt wird, den Stromzweig abschneidet, jedoch den Stromzweig dann nicht abschneidet, wenn eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird. Die zweite Bedingung besteht darin, daß die Fläche, in welcher der Anoden-Elektrodenfilm 34 die N&supmin;-Schicht 42 berührt und so einen Schottky-Kontakt ausbildet, soweit wie möglich größer ist als die Kontaktfläche zwischen dem P&spplus;-Bereich 46 und dem Susbtrat 30.
Weiterhin wird der P&spplus;-Bereich 46 so ausgebildet, daß die Verarmungsschichten, die in dem Substrat 30 gebildet werden, wenn eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird, nicht miteinander verbunden werden, um den Vorwärtsstromzweig abzuquetschen, und weiterhin so, daß die Verarmungsschichten, die in dem Substrat 30 ausgebildet werden, wenn eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung angelegt wird, miteinander verbunden werden, um den Zweig des Kriechstroms in Rückwärtsrichtung abzuquetschen.
Die Fig. 7A und 7B sind Ansichten, welche die Anordnung der P&spplus;-Bereiche 46 zeigen. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, ist die obere Oberfläche jedes P&spplus;-Bereiches 46 ein Quadrat, dessen Seiten eine Länge l&sub1; aufweisen. Die Bereiche 46 sind voneinander um eine Entfernung von l&sub2; beabstandet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind l&sub1; und l&sub2; beispielsweise gleich 5 um bzw. 10 um. Die Bereiche 46 weisen eine Tiefe von etwa 2 um auf. Wenn eine Vorspannung VR in Rückwärtsrichtung von 0 V an den JBS-Gleichrichter angelegt wird, wird um jeden P&spplus;-Bereich 46 herum eine Verarmungsschicht ausgebildet, die eine Dicke von 3,5 um aufweist. In diesem Fall weist der Abschnitt der N&supmin;-Schicht 42, der sich zwischen zwei beliebigen P&spplus;-Bereichen 46 befindet, eine Breite von 5 um auf.
Der jedem Bereich 46 zugeordnete Abschnitt weist eine Fläche auf, die 100 um² beträgt (= 10 um x 10 um). Von diesem Bereich werden 25 um² durch den Bereich 46 eingenommen. Daher beträgt der Bereich, in welchem die N&supmin;-Schicht 42 den Anoden-EIektrodenfilm 34 berührt, 75% des Bereiches des Abschnitts, der jedem Bereich 46 zugeordnet ist. Dieser Wert von 75% ist erheblich größer als bei dem konventionellen JBS- Gleichrichter, und das Substrat 30 weist einen Stromwirkungsgrad auf, der erheblich größer ist als jener des Substrates des konventionellen JBS-Gleichrichters.
Wenn die Vorspannung in Rückwärtsrichtung zwischen den Anoden-Elektrodenfilm 34 und den Kathoden-Elektrodenfilm 32 angelegt wird, so wird der PN-Übergang, der sich zwischen jedem P&spplus;-Bereich 46 und der N&supmin;&supmin;-Schicht 14 befindet, in Rückwärtsrichtung vorgespannt und es entwickelt sich eine Verarmungsschicht und breitet sich in die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 aus, die eine niedrige Verunreinigungskonzentration aufweist. Schließlich berühren einander die in der Schicht 40 ausgebildeten Verarmungsschichten, und bilden eine einzige Verarmungsschicht. Diese Verarmungsschicht quetscht den Stromweg ab, wodurch der Anstieg des Rückwärts-Kriechstroms verringert wird. Daher weist der JBS-Gleichrichter eine Rückwärtsstrom-Charakteristik auf, die extrem ähnlich jener der üblichen Übergangsdiode ist.
Die Vorspannung in Rückwärtsrichtung zum Abquetschen des Stromzweiges sollte so niedrig wie möglich sein, um die Rückwärtsstromcharakteristik des JBS-Gleichrichters zu verbessern. Wie bereits erwähnt, weist die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 eine niedrige Verunreinigungskonzentration auf, so daß der Stromweg abgequetscht wird, wenn eine niedrige Vorspannung in Rückwärtsrichtung einschließlich 0 V zwischen den Anoden- Elektrodenfilm 34 und den Kathoden-Elektrodenfilm 32 angelegt wird. Andererseits weisen die N&supmin;-Schichten 42 eine Verunreinigungskonzentration auf, die höher ist als jene der N&supmin;&supmin;-Schicht 40, so daß eine gewünschte Schottky-Barriere so ausgebildet wird, daß nur ein verhältnismäßig geringer Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung zugelassen wird. Mit anderen Worten dient die N&supmin;&supmin;-Schicht 40, die eine niedrige Verunreinigungskonzentration aufweist, zum Abquetschen des Stromweges, wogegen die N&supmin;-Schichten 42 dazu dienen, eine gewünschte Schottky-Barriere zu erzeugen. Jede zwei benachbarten P&spplus;-Bereiche 46 können verwendet werden, und tatsächlich ist ein Spalt in der N-Schicht so breit, daß der Stromzweig nicht abgequetscht werden muß, wenn die Vorspannung in Rückwärtsrichtung an den JBS-Gleichrichter angelegt wird. Da der Spalt zwischen jeweils zwei benachbarten P&spplus;-Bereichen 46 breit ist, ist der Oberflächenbereich auf jeder N&supmin;-Schicht 42 ausreichend groß, welcher einen Schottky-Übergang bildet.
Fig. 8 ist ein Diagramm, welches die Verarmungsschichten 56 zeigt, die dann ausgebildet werden, wenn eine Vorspannung VR in Rückwärtsrichtung von 0 V an den JBS-Gleichrichter (Fig. 5) angelegt wird. Fig. 9 ist ein Diagramm, welches die Verarmungsschicht 56 zeigt, die dann ausgebildet wird, wenn eine Vorspannung VR in Rückwärtsrichtung von mehr als 0 V an den JBS-Gleichrichter (Fig. 5) angelegt wird.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Fall dient der Abschnitt 58 der Schicht 40, der sich zwischen den beiden Verarmungsschichten 56 befindet, die um sämtliche benachbarte P&spplus;-Bereiche 46 herum vorgesehen sind, als ein Stromweg. Dieser Stromweg (also der Abschnitt 58) breitet sich aus, wenn an den JBS- Gleichrichter eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird, und hierdurch wird ein Vorwärtsstrom zum Fließen veranlaßt. Daher weist das Substrat einen hohen Strom- Wirkungsgrad auf, und zeigt der JBS-Gleichrichter eine Vowärtsstromcharakteristik, die jener des konventionellen SBD-Gleichrichters extrem ähnlich ist. Wenn der Stromweg (also der Abschnitt 58) gebildet wird, wenn eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung an den JBS-Gleichrichter angelegt wird, können sich die Verarmungsschichten 56 durch die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 ausdehnen, wodurch eine einzige Verarmungsschicht gebildet wird. Selbst in diesem Fall sind die Stromwege gesichert, da die N&supmin;-Schicht 42 einige Abschnitte aufweist, in welchen keine Verarmungsschichten gebildet werden.
In dem in Fig. 9 gezeigten Fall wird eine einzige Verarmungsschicht 56 in den Schichten 38, 40 und 42 ausgebildet, da die Vorspannung VR in Rückwärtsrichtung höher ist als 0 V. Die Verarmungsschicht quetscht die Stromwege ab. Dies führt dazu, daß der Anstieg des Rückwärts-Kriechstroms abnimmt, der infolge des Schottky-Übergangs auftritt. Die Rückwärtsstromcharakteristik des JBS-Gleichrichters wird verbessert, und wird der Rückwärtskriechstromcharakteristik der üblichen PN-Übergangsdiode sehr ähnlich.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform können die P&spplus;- Bereiche 46 nur in den Schichten 42 und 40 ausgebildet werden, so daß sie sich nicht in die N&supmin;-Schicht 38 hinein erstrecken. Weiterhin können die P&spplus;-Bereiche 46 eine Form annehmen, die sich von der in den Fig. 7A und 7B gezeigten Form unterscheidet. Weiterhin kann das Substrat 30, welches aus vier Schichten 36, 38, 40 und 42 besteht, durch eines ersetzt werden, welches aus drei Schichten besteht, beispielsweise einer Schicht des N&spplus;-Typs, einer N&supmin;&supmin;-Schicht, die auf der N&spplus;-Schicht ausgebildet ist, und einer N&supmin;-Schicht, die auf der N&supmin;&supmin;-Schicht ausgebildet ist. In diesem Fall können die Bereiche 46 durch die N&supmin;-Schicht hindurch und in der N&supmin;-Schicht ausgebildet werden, wodurch derselbe Vorteil erzielt wird wie bei dem Substrat 30, welches aus den vier Schichten 36, 38, 40 und 42 besteht.
Je niedriger die Verunreinigungskonzentration einer Halbleiterschicht ist, die einen Schottky-Barriere-Metallfilm berührt, desto höher wird im allgemeinen die Schottky- Barriere in der Halbleiterschicht ausgebildet. Daher ist eine Schottky-Barriere, die in einer N&supmin;&supmin;-Schicht ausgebildet wird, die einen Barrieren-Metallfilm berührt, höher als eine Schottky-Barriere, die in einer N&supmin;-Schicht ausgebildet wird, und verursacht einen größeren Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung. Wenn das Substrat 30 aus einer N&spplus;-Schicht, einer N&supmin;-Schicht auf der N&spplus;-Schicht, und aus einer N&supmin;&supmin;- Schicht auf der N&supmin;-Schicht besteht, so ist daher die Verarmungsschicht dünn, und das elektrische Feld innerhalb der Verarmungsschicht weist einen hohen Gradienten auf. Daher kann die Verarmungsschicht einer hohen Rückwärtsspannung nicht standhalten. Mit anderen Worten nimmt der Barriereneffekt der Verarmungsschicht ab. Allerdings tritt dieses Problem nicht auf, wenn das dreischichtige Substrat vom N&supmin;-Typ ist, abgesehen davon, daß das Anodenmetall vom N&supmin;-, N&supmin;&supmin;-, N&supmin;-Typ ist. Selbstverständlich tritt das Problem nicht bei dem in Fig. 5 gezeigten JBS-Gleichrichter auf, bei welchem die N&supmin;-Schicht 42 den Anoden-Elektrodenfilm 34 berührt.
Fig. 10A und 10B sind schematische Ansichten, welche die Verarmungsschichten zeigen, die in dem JBS-Gleichrichter ausgebildet werden, wenn eine Rückwärtsspannung von 0 V an den Gleichrichter angelegt wird, sowie ein Diagramm, welches die Beziehung zeigt, welche die Verteilung der elektrischen Ladung , die Verteilung des elektrischen Feldes E und die Verteilung des Potentials φ zeigen, wenn eine Rückwärtsspannung von 0 V an den JBS-Gleichrichter angelegt wird. Andererseits sind die Fig. 11A und 11B eine schematische Ansicht, welche die Verarmungsschichten zeigt, die in dem JBS-Gleichrichter ausgebildet werden, wenn eine Rückwärtsspannung von 3 V an den JBS-Gleichrichter angelegt wird, bzw. ein Diagramm, welches die Beziehung zeigt, welche die Verteilung der elektrischen Ladung , die Verteilung des elektrischen Feldes E und die Verteilung des Potentials φ zeigen, wenn eine Rückwärtsspannung von 3 V an den JBS- Gleichrichter angelegt wird. In den Fig. 10A, 10B, 11A und 11B bezeichnet M den Schottky-Barriere-Metallfilm. In den Fig. 10A und 11A ist die Dicke des Abschnittes des Substrates 30, der sich zwischen jeweils zwei benachbarten P&spplus;-Bereichen 46 befindet, auf der x-Achse aufgetragen.
Wie aus den Fig. 10A und 10B hervorgeht, sammelt sich eine bestimmte Menge elektrischer Ladung in der Oberfläche der N&supmin;- Schicht 42 an, wenn eine Rückwärts-Vorspannung von 0 V an den JBS-Gleichrichter angelegt wird. Im Gegensatz hierzu, wie aus den Fig. 11A und 11B hervorgeht, wird eine elektrische Ladung durch die N&supmin;-Schicht 42 in die N&supmin;&supmin;-Schicht 40 verteilt, wenn eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung von 3 V an den JBS- Gleichrichter angelegt wird. Daher erstreckt sich das Profil der Ladungsverteilung horizontal, wogegen die Verteilungen des elektrichen Feldes und des Potentials Gradienten aufweisen, die weicher verlaufen als bei der konventionellen Vorrichtung (Fig. 4B). Die Verarmungsschichten, die um die P&spplus;-Bereiche herum ausgebildet werden, können dazu dienen, die Rückwärtsstromcharakteristik des JBS-Gleichrichters zu verbessern.
Wie voranstehend beschrieben, wird in dem JBS-Gleichrichter gemäß der vorliegenden Erfindung eine gewisse Schottky- Barriere in der N&supmin;-Schicht ausgebildet, welche den Schottky- Barriere-Metallfilm berührt, und dient die N&supmin;&supmin;-Schicht dazu, den Stromweg abzuquetschen, wenn an den JBS-Gleichrichter eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung angelegt wird. Daher nimmt die Fläche zu, die von den Abschnitten der N&supmin;-Schicht eingenommen wird, welche den Schottky-Barriere-Metallfilm berühren, und der JBS-Gleichrichter weist einen hohen Stromwirkungsgrad für seine Pellet-Größe auf, und eine verbesserte Rückwärtsstromcharakteristik.
Bezugszeichen in den Patentansprüchen dienen zum besseren Verständnis und sollen nicht den Schutzumfang beschränken.

Claims

1. Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Barriere-Diode in einem Halbleitersubstrat (30), welches eine erste und eine zweite Hauptoberfläche aufweist, mit:

- einer ersten Halbleiterschicht (36) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die an der ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist;

- einer zweiten Halbleiterschicht (42) des ersten Leitfähigkeitstyps, die an der zweiten Hauptoberfläche ausgebildet ist, und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die niedriger ist als jene der ersten Halbleiterschicht (36);

- einem ersten Metallfilm (32), der auf der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und die erste Halbleiterschicht (36) berührt;

- einem zweiten Metallfilm (34), der auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, und in Schottky-Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht (42) versetzt ist;

- mehreren Halbleiterbereichen (46) des zweiten Leitfähigkeitstpys, die in der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet sind, und den zweiten Metallfilm (34) berühren, wobei die Halbleiterbereiche (46) des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Halbleiterschicht (42) vorgesehen sind;

dadurch gekennzeichnet, daß

eine dritte Halbleiterschicht (40) des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Halbleiterschicht (36) und der zweiten Halbleiterschicht (42) angeordnet ist und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die niedriger ist als jene der ersten Halbleiterschicht (36), und niedriger als jene der zweiten Halbleiterschicht;

- die Halbleiterbereiche (46) des zweiten Leitfähigkeitstyps sich durch die zweite Halbleiterschicht (42) zumindest in die dritte Halbleiterschicht (40) erstrecken; und

- die Halbleiterbereiche (46) der zweiten Leitfähigkeitstypen so angeordnet sind, daß diskrete Verarmungsschichten (56) um die jeweiligen Halbleiterbereiche (46) des zweiten Leitfähigkeitstyps herum ausgebildet werden, wenn an das Halbleitersubstrat (30) eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt ist, und eine durchgehende Verarmungsschicht (56) in der dritten Halbleiterschicht (4o) des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, wenn eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung an das Halbleitersubstrat (30) angelegt wird.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine vierte Halbleiterschicht (38) des ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist, die zwischen der ersten und dritten Halbleiterschicht (36, 40) angeordnet ist, und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die niedriger ist als jene der ersten Halbleiterschicht (36), und höher als jene der dritten Halbleiterschicht (40)

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungskonzentrationen der zweiten und vierten Halbleiterschicht (42, 38) höchstens 10¹&sup6; Atome/cm³ betragen, und daß die Verunreinigungskonzentration der dritten Halbleiterschicht (40) höchstens 10¹&sup4; Atome/cm³ beträgt.

4 Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Halbleiterschicht (42, 40) eine Dicke von etwa 1 um aufweisen, und daß die vierte Halbleiterschicht (38) eine Dicke von etwa 3 bis 4 um aufweist.

5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte Halbleiterbereiche (46) des zweiten Leitfähigkeitstyps voneinander um eine Entfernung beabstandet sind, welche gleich der Breite der benachbarten Halbleiterbereiche (46) ist.

6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (36) aus Silizium des N&spplus;-Typs besteht, daß die zweite Halbleiterschicht (42) aus Silizium des N&supmin;-Typs besteht, daß die dritte Halbleiterschicht (40) aus Silizium des N&supmin;&supmin;-Typs besteht, und daß die Halbleiterbereiche (46) des zweiten Leitfähigkeitstyps aus Silizium des P&spplus;-Typs bestehen.