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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung
wie beispielsweise einen Integrated-Gate-Bipolartransistor (IGBT)
und eine integrierte Schaltung (IC) mit einem eingebauten IGBT.
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Im
allgemeinen ist das Ersatzschaltbild eines kollektorkurzgeschlossenen
IGBT so aufgebaut, dass die Basis und der Kollektor eines pnp-Transistors,
zwischen denen Drain und Source eines n-Kanal-MOSFETs angeschlossen
sind, über
einen Widerstand kurzgeschlossen sind (erstes bekanntes Beispiel).
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Um
den IGBT dieser Art einzuschalten, wird an das Gate des IGBT (das
Gate des n-Kanal-MOSFET) eine vorbestimmte positive Spannung angelegt, wenn
der Kollektor des IGBT (der Emitter des pnp-Transistors) auf einem
höheren
Potential liegt als der Emitter des IGBT (die Source des n-Kanal-MOSFET).
Dadurch wird der n-Kanal-MOSFET eingeschaltet, wodurch Elektronen
von dem Emitter des IGBT über
den n-Kanal-MOSFET in die Basis des pnp-Transistors eingespeist werden, und
Löcher werden
von dem Kol lektor des IGBT über
den Emitter des pnp-Transistors in die Basis des pnp-Transistors eingespeist.
Dieses Einspeisen von Elektronen und Löchern bewirkt eine Leitfähigkeitsmodulation
des pnp-Transistors und verringert die Einschaltspannung des pnp-Transistors,
wodurch der pnp-Transistor eingeschaltet wird.
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Zum
Ausschalten eines IGBT dagegen wird das Anlegen einer vorbestimmten
positiven Spannung an das Gate des IGBT beendet. Das beendet das
Einspeisen von Elektronen und Löchern
in den pnp-Transistor, wodurch die Elektronen- und Löcherdichten
in dem pnp-Transistor verringert werden und die Einschaltspannung
des pnp-Transistors steigt. Dementsprechend wird der pnp-Transistor ausgeschaltet.
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Wenn
der Emitter des IGBT auf einem höheren
Potential als der Kollektor des IGBT liegt, leitet der IGBT dieser
Art einen Strom von seinem Emitter zu dem Kollektor über eine
parasitären
Diode in dem n-Kanal-MOSFET und über
den Widerstand zwischen der Basis und dem Emitter des pnp-Transistors
(Rückwärtsleitfähigkeit).
Diese Rückwärtsleitfähigkeit
ist wesentlich, wenn der IGBT als Induktivitätslast verwendet wird.
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In
einem Fall, in dem ein IGBT ohne Rückwärtsleitfähigkeit (d. h. ein nicht kollektorkurzgeschlossener
IGBT) als Induktivitätslast
verwendet wird, muss eine externe Diode umgekehrt parallel zwischen
den Kollektor und den Emitter des IGBT geschaltet werden (zweites
bekanntes Beispiel).
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Solche
bekannten Beispiele können
in der bekannten Technik gefunden werden, beispielsweise in
JP 09-82961 A (1997).
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Das
oben dargestellte erste bekannte Beispiel hat den Nachteil, dass
ein höherer
Wert des Widerstands zwischen der Basis und dem Emitter des pnp-Transistors
einen höheren
Leitwiderstand während
der Rückwärtsleitung
ergibt und somit die Rückwärtsleitfähigkeit
behindert.
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Dagegen
bewirkt ein niedrigerer Wert des Widerstands während des Einschaltens des
IGBT nachteilhafterweise, dass sowohl Elektronen von der Emitterseite
des IGBT als auch Löcher
von der Kollektorseite des IGBT in den Widerstand fließen, ohne dass
sie in die Basis des pnp-Transistors fließen. Das macht die Elektronen-
und Locheinspeisung in den pnp-Transistor schwierig und verlangsamt
den Abfall der Einschaltspannung des pnp-Transistors, wodurch das
Einschalten des IGBT verzögert
wird.
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Andererseits
bewirkt ein niedrigerer Wert des Widerstands während des Ausschaltens des
IGBT vorteilhafterweise, dass Elektronen und Löcher, die in der Basis des
pnp-Transistors angesammelt sind, schneller über den Widerstand von der
Basis des pnp-Transistors abgegeben werden. Das ergibt ein schnelles
Abfallen der Einschaltspannung des pnp-Transistors, wodurch das
Ausschalten des IGBT beschleunigt wird.
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Das
oben erwähnte
zweite bekannte Beispiel hat einen Nachteil höherer Kosten, da es eine externe
Diode erfordert, deren Durchbruchspannung und Betriebsstrom denen
des IGBT gleichwertig sein müssen
und die somit etwa die gleiche Größe wie der IGBT aufweist.
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DE 196 14 522 C2 offenbart
eine Halbleitervorrichtung zum Bereitstellen einer vorbestimmte Ausgabespannung
in Übereinstimmung
mit einer Versorgungshochspannung in Reaktion auf ein intern erzeugtes
Signal. Die Halbleitervorrichtung enthält u. a. einen MOS-Transistor,
der in einem ersten Bereich eines Halbleitrsubstrats gebildet ist,
und eine Zener-Diode, die in einem zweiten Bereich des Halbleitrsubstrats
gebildet ist. Der zweite Bereich ist elektrisch von dem ersten Bereich
isoliert.
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US 2002/0053717 A1 offenbart
eine Halbleitervorrichtung, bei der ein lateraler IGBT und eine
laterale Diode in demselben isolierten Bereich gebildet sind. Ein
Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps, der an der Oberfläche einer
Halbleiterschicht eines zweiten Leitungstyps gebildet ist und auf
dem eine Gateelektrode gebildet ist, ist durch die Halbleiterschicht
eines zweiten Leitungstyps von dem Substrat des ersten Leitungstyps
getrennt.
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Auch
bei der in der
GB 2
286 484 A gezeigten Halbleitervorrichtung ist ein p-Halbleiterbereich, der
an der Oberfläche
einer n-Halbleiterschicht und auf dem eine Gateelektrode gebildet
ist, durch die Halbleiterschicht von dem p-Substrat getrennt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleitervorrichtung
bereitzustellen, die gleichzeitig den Betrieb und die Rückwärtsleitfähigkeit
eines IGBT verbessern kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Die
Halbleitervorrichtung enthält:
ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps; eine Halbleiterschicht
eines zweiten Leitungstyps; erste und zweite Halbleiterabschnitte
des ersten Leitungstyps; einen dritten Halbleiterbereich des zweiten
Leitungstyps; eine erste Gateelektrode; eine erste Kollektorelektrode;
eine Emitterelektrode; einen vierten Halbleiterbereich des ersten
Leitungstyps; einen fünften
Halbleiterbereich des zweiten Leitungstyps; eine zweite Kollektorelektrode
und eine Elektrode. Die Halbleiterschicht ist auf einer Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich ist
in einer Oberfläche
der Halbleiterschicht ausgebildet und über einen Halbleiterbereich des
ersten Leitungstyps mit dem Halbleitersubstrat verbunden. Der zweite
Halbleiterbereich ist in der Oberfläche der Halbleiterschicht getrennt
von dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet. Der dritte Halbleiterbereich
ist in einer Oberfläche
des ersten Halbleiterbereichs so ausgebildet, dass er von dem ersten Halbleiterbereich
umgeben ist. Die erste Gateelektrode ist auf einem Oberflächenabschnitt
des ersten Halbleiterbereichs bereitgestellt, der zwischen dem dritten
Halbleiterbereich und der Halbleiterschicht liegt, wobei eine erste
Gateisolierschicht dazwischen liegt. Die erste Kollektorelektrode
ist auf dem zweiten Halbleiterbereich bereitgestellt. Die Emitterelektrode ist
bereitgestellt auf und erstreckt sich über dem ersten und dritten
Halbleiterbereich. Der vierte Halbleiterbereich ist in der Oberfläche der
Halbleiterschicht getrennt von dem ersten und zweiten Halbleiterbereich
ausgebildet. Der fünfte
Halbleiterbereich ist in einer Oberfläche des vierten Halbleiterbereichs
so ausgebildet, dass er von dem vierten Halbleiterbereich umgeben
ist. Die zweite Kollektorelektrode ist auf dem fünften Halbleiterbereich bereitgestellt
und mit der ersten Kollektorelektrode verbunden. Die Elektrode ist
bereitgestellt auf und erstreckt sich über dem vierten Halbleiterbereich
und der Halbleiterschicht zum Bilden eines Leitpfades von der Halbleiterschicht
zu dem vierten Halbleiterbereich.
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Der
vierte Halbleiterbereich ist in der Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet;
der fünfte Halbleiterbereich
ist in der Oberfläche
des vierten Halbleiterbereichs so ausgebildet, dass er von dem vierten
Halbleiterbereich umgeben ist; und die zweite Kollektorelektrode,
die mit der ersten Kollektorelektrode verbunden ist, ist auf dem
fünften
Halbleiterbereich bereitgestellt. Somit kann eine aus dem vierten und
fünften
Halbleiterbereich gebildete Diode verhindern, dass Elektronen, die
beim Einschalten der Halbleitervorrichtung von der Seite der Emitterelektrode
aus in die Halbleiterschicht eingebracht werden, von der Halbleiterschicht
aus in die zweite Kollektorelektrode abfließen. Dementsprechend können mehr Elektronen
und Löcher
schnell in der Halbleiterschicht angesammelt werden, was zu der
Leitfähigkeitsmodulation
der Halbleiterschicht beiträgt
und ein schnelles Einschalten der Halbleitervorrichtung ermöglicht.
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Da
der vierte Halbleiterbereich in der Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet
ist und der fünfte
Halbleiterbereich in der Oberfläche
des vierten Halbleiterbereichs so ausgebildet ist, dass er von dem
vierten Halbleiterbereich umgeben ist, kann weiter ein parasitärer Thyristor,
der aus diesen vierten und fünften
Halbleiterbereichen, der Halbleiterschicht und dem Halbleitersubstrat
gebildet ist, in einem Rückwärtsleitpfad
gebildet werden. Durch Verwenden eines niedrigen Leitwiderstands
während
des Einschaltzustands des parasitären Thyristors kann die Halbleitervorrichtung
somit eine Rückwärtsleitfähigkeit
mit geringem Rückwärtsleitwiderstand
erzielen.
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Da
die Elektrode bereitgestellt ist auf und sich erstreckt über dem
vierten Halbleiterbereich und die Halbleiterschicht zum Bilden eines
Leitpfades von der Halbleiterschicht zu dem vierten Halbleiterbereich,
kann weiter der Durchgang von Strom von der Halbleiterschicht zu
dem vierten Halbleiterbereich während
des Rückwärtsleitens
der Halbleitervorrichtung sichergestellt sein. Das stabilisiert
das Einschalten des parasitären
Thyristors.
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Die
Aufgabe wird ebenfalls gelöst
durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 8, 9 oder 11. Weiterbildungen
der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen.
Von den Figuren zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 ein
Ersatzschaltbild der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung;
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3 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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4 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
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5 ein
Ersatzschaltbild der in 4 gezeigten Halbleitervorrichtung;
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6 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
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7 ein
Ersatzschaltbild der in 6 gezeigten Halbleitervorrichtung;
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8 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
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9 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
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10 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform;
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11 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform;
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12 eine
Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform;
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Eine
Halbleitervorrichtung 1A gemäß einer ersten Ausführungsform
ist ein lateraler kollektorkurzgeschlossener IGBT. Er enthält wie in 1 dargestellt
ein p–-Substrat 3 (Halbleitersubstrat
eines ersten Leitungstyps); eine n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht
eines zweiten Leitungstyps), die auf einer Hauptoberfläche des
p–-Substrats 3 ausgebildet ist;
einen p-Diffusionsbereich 9 (erster Halbleiterbereich des
ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
ist und über
einen p-Diffusionsbereich 7 (Halbleiterbereich des ersten
Leitungstyps) mit dem p–-Substrat 3 verbunden ist;
einen p-Diffusionsbereich 11 (zweiter Halbleiterbereich
des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 entfernt
von dem p-Diffusionsbereich 9 ausgebildet ist; einen n+-Diffusionsbereich 13 (dritter
Halbleiterbereich des zweiten Leitungstyps), der in der Oberfläche des
p-Diffusionsbereichs 9 so ausgebildet ist, dass er von
dem p-Diffusionsbereich 9 umgeben ist; eine erste Gateelektrode 17,
die auf einem Oberflächenabschnitt
des p-Diffusionsbereiches 9, der zwischen dem n+-Diffusionsbereich 13 und der n–-Epitaxieschicht 5 eingeschlossen
ist, so bereitgestellt ist, dass eine erste Gateisolierschicht 15 dazwischen
liegt; eine erste Kollektorelektrode 19a, die auf dem p-Diffusionsbereich 11 bereitgestellt
ist; und eine Emitterelektrode 21, die bereitgestellt ist
auf und sich erstreckt über
dem p-Diffusionsbereich 9 und dem n+-Diffusionsbereich 13.
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Zusätzlich zu
diesem Grundaufbau enthält die
Halbleitervorrichtung 1A weiter einen p-Diffusionsbereich 23 (vierter
Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 entfernt
von den p-Diffusionsbereichen 9 und 11 bereitgestellt
ist; einen n+-Diffusionsbereich 25 (fünfter Halbleiterbereich
des zweiten Leitungstyps), der in der Oberfläche des p-Diffusionsbereichs 23 so
ausgebildet ist, dass er von dem p-Diffusionsbereich 23 umgeben
ist; eine zweite Kollektorelektrode 19b, die auf dem n+-Diffusionsbereich 25 bereitgestellt
ist und mit der ersten Kollektorelektrode 19a verbunden
ist; und eine Elektrode 27, die bereitgestellt ist auf
und sich erstreckt über
dem p-Diffusionsbereich 23 und der n–-Epitaxieschicht 5 zum
Bilden eines Leitpfades von der n–-Epitaxieschicht 5 zu dem
p-Diffusionsbereich 23. In dieser Ausführungsform ist die Elektrode 27 auf
der n–-Epitaxieschicht 5 so
bereitgestellt, dass ein in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildeter
n+-Diffusionsbereich 29 dazwischen
liegt, so dass ein Ohm'scher Kontakt
mit der n–-Epitaxieschicht 5 gebildet
wird.
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Die
erste Gateelektrode 17 ist mit einem Gateanschluss Tg verbunden,
die erste und zweite Kollektorelektrode 19a, 19b sind
gemeinsam mit einem Kollektoranschluss Tc verbunden, und die Emitterelektrode
ist mit einem Emitteranschluss Te verbunden.
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Die
p-Diffusionsbereiche 7 und 9 liegen an einem Ende
h1 der n–-Epitaxieschicht 5,
der p-Diffusionsbereich 11 etwa in einem Mittelabschnitt
der n–-Epitaxieschicht 5 und
der p-Diffusionsbereich 23 an dem anderen Ende h2 der n–-Epitaxieschicht 5. Der
n+-Diffusionsbereich 29 ist angegrenzend
an die Seite des p-Diffusionsbereichs 23 auf
der Seite des anderen Endes h2 der n–-Epitaxieschicht 5 angeordnet.
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Die
Halbleitervorrichtung 1A hat als Ganzes einen kreisförmigen Aufbau,
der durch Drehen des Querschnitts aus 1 um das
andere Ende h2 der n–-Epitaxieschicht 5 gewonnen
werden kann.
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Das
Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung 1A ist wie in 2 dargestellt
so, dass ein pnp-Transistor Tr1 zwischen den Kollektoranschluss Tc
und den Emitteranschluss Te geschaltet ist, eine Diode D1 umgekehrt
parallel zwischen die Basis und den Emitter des pnp-Transistors
Tr1 geschaltet ist und Drain und Source eines n-Kanal-MOSFETs Q1 zwischen
Basis und Kollektor des pnp-Transistors Tr1 geschaltet sind. Eine
Diode D2 ist eine parasitäre Diode
in dem n-Kanal-MOSFET Q1.
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Bei
dem pnp-Transistor Tr1 sind wie aus 1 zu ersehen
der Emitter auf dem p-Diffusionsbereich 11 gebildet, die
Basis aus der n–-Epitaxieschicht 5 gebildet
und der Kollektor aus dem p–-Substrat 3 und den p-Diffusionsbereichen 7 und 9 gebildet.
Bei der Diode D1 sind wie aus 1 ersichtlich
die Kathode aus dem n+-Diffusionsbereich 25 gebildet
und die Anode aus dem p-Diffusionsbereich 23 gebildet.
Bei dem n-Kanal-MOSFET Q1 sind wie aus 1 ersichtlich
die Wanne aus den p-Diffusionsbereichen 7 und 9 und
dem p–-Substrat 3 gebildet,
der Drain aus der n–-Epitaxieschicht 5 gebildet, die
Source aus dem n+-Diffusionsbereich 13 gebildet, die
Gateisolierschicht aus der ersten Gateisolierschicht 15 gebildet
und die Gateelektrode aus der ersten Gateelektrode 17 gebildet.
Bei der parasitären Diode
D2 sind wie aus 1 ersichtlich die Diode aus
den p-Diffusionsbereichen 7 und 9 und
dem p–-Substrat 3 und
die Kathode aus der n–-Epitaxieschicht 5 gebildet.
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In
dieser Ausführungsform
bilden die Dioden D1 und D2 (d. h. die komponenten 25, 23, 5, 3, 7 und 9 in 1)
einen parasitären
npnp-Thyristor.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf 1 und 2 der Betrieb
der Halbleitervorrichtung 1A beschrieben.
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Um
die Halbleitervorrichtung (den IGBT) 1A einzuschalten,
wird eine vorbestimmte positive Spannung an den Gateanschluss Tg
angelegt, wenn der Kollektoranschluss Tc auf einem höheren Potential liegt
als der Emitteranschluss Te. Das erzeugt eine Inversionsschicht
in einem Oberflächenabschnitt
S1 des p-Diffusionsbereichs 9, der direkt unterhalb der ersten
Gateelektrode 17 liegt und bewirkt eine Elektroneneinspeisung
von dem Emitteranschluss Te über
die Komponenten 21, 13 und S1 in die n–-Epitaxieschicht 5 (dieser
Elektronenfluss geht in 2 von dem Emitteranschluss Te über die
Diode D2 in die Basis des pnp-Transistors
Tr1). Bei dieser Elektroneneinspeisung werden zum Sicherstellen
der Ladungsneutralität
der n–-Epitaxieschicht 5 Löcher von dem
Kollektoranschluss Tc über
die Komponenten 19a und 11 in die n–-Epitaxieschicht 5 eingespeist (dieser
Löcherfluss
geht in 2 von dem Kollektoranschluss
Tc über
den Emitter des pnp-Transistors Tr1 in die Basis des pnp-Transistors
Tr1. Das Einspeisen von Elektronen und Löchern erhöht die Leitfähigkeit
der n–-Epitaxieschicht 5 (d.
h. bewirkt eine Leitfähigkeitsmodulation)
und verringert die Einschaltspannung des pnp-Transistors Tr1, der
aus den Komponenten 11, 5, 3, 7 und 9 besteht,
wodurch der pnp-Transistor Tr1 eingeschaltet wird (d. h. die Halbleitervorrichtung 1A wird
eingeschaltet). Durch dieses Einschalten fließt ein Strom von dem Kollektoranschluss
Tc nacheinander über
die Komponenten 19a, 11 und 5, über die
Komponente(n) 3 und/oder 7 und/oder 9 und über die
Komponente 21 der Reihe nach in den Emitteranschluss Te
(dieser Stromfluss geht in 2 von dem
Kollektoranschluss Tc über den
pnp-Transistor Tr1
in den Emitteranschluss Te).
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Dabei
verhindert die Diode D1, die aus den Komponenten 23 und 25 besteht,
dass die Elektronen, die in die n–-Epitaxieschicht 5 eingespeist
werden, von der n–-Epitaxieschicht 5 über die Kollektorelektrode 19b in
den Kollektoranschluss Tc abfließen. Dementsprechend werden
mehr Elektronen und Löcher
schnell in der n–-Epitaxieschicht 5 angesammelt, was
zu der Leitfähigkeitsmodulation
der n–-Epitaxieschicht 5 beiträgt und das
schnelle Einschalten der Halbleitervorrichtung 1A ermöglicht (mit
einer Einschaltgeschwindigkeit, die der eines nicht kollektorkurzgeschlossenen
IGBT entspricht).
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Andererseits
wird zum Abschalten der Halbleitervorrichtung (des IGBT) 1A das
Anlegen einer vorbestimmten positiven Spannung an den Gateanschluss
Tg beendet. Das beseitigt die Inversionsschicht in dem Oberflächenabschnitt
S1 des p-Diffusionsbereichs 9 und beendet die Elektroneneinspeisung
von dem Emitteranschluss Te über
die Inversionsschicht in die n–-Epitaxieschicht 5 sowie
die Löchereinspeisung
von dem Kollektoranschluss Tc in die n–-Epitaxieschicht 5.
Das verringert allmählich
die durch die Elektronen- und Löchereinspeisung
bewirkte Leitfähigkeitsmodulation
der n–-Epitaxieschicht 5 und
erhöht
die Einschaltspannung des aus den Komponenten 11, 5, 3, 7 und 9 bestehenden pnp-Transistors
Tr1, wodurch der pnp-Transistor Tr1 ausgeschaltet wird (d. h. die
Halbleitervorrichtung 1A wird ausgeschaltet). Durch dieses
Ausschalten hört der
Strom auf, von dem Kollektoranschluss Tc nacheinander über die
Komponenten 19a, 11 und 5, über die
Komponente(n) 3 und/oder 7 und/oder 9 und über die
Komponente 21 in den Emitteranschluss Te zu fließen.
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Wenn
der Emitteranschluss Te auf einem höheren Potential liegt als der
Kollektoranschluss Tc, fließt
anfänglich
ein Rückwärtsstrom
von dem Emitteranschluss Te über
die Komponente 21, über
die Komponente(n) 9 und/oder 7 und/oder 3, über die Komponenten 5, 29, 27, 23, 25 und 19b in
den Kollektoranschluss Tc (dieser Rückwärtsstromfluss geht in 2 von
dem Emitteranschluss Te über
die Dioden D2 und D1 in den Kollektoranschluss Tc). Dadurch wird
der aus den Komponenten 25, 23, 5, 3, 7 und 9 gebildete
parasitäre
npnp-Thyristor (der in 2 aus den Dioden D1 und D2 gebildete
Thyristor) eingeschaltet. Durch dieses Einschalten wird der obige
Rückwärtsstromfluss
letztendlich ein Fluss von dem Emitteranschluss Te über die
Komponente 21, über
die Komponente(n) 9 und/oder 7 und/oder 3 und über die
Komponenten 5, 23, 25 und 19b in
den Kollektoranschluss Tc (dieser Rückwärtsstromfluss geht in 2 von
dem Emitteranschluss Te über
die Dioden D2 und D1 in den Kollektoranschluss Tc). Da die Komponenten 25, 23, 5 und 3 jeweils
während
des eingeschalteten Zustands des parasitären Thyristors einen niedrigen
Leitwiderstand aufweisen, kann der endgültige Rückwärtsstrom mit nur geringem Einfluss
von dem Leitwiderstand von dem Emitteranschluss Te in den Kollektoranschluss
Tc fließen.
Das erzielt die Rückwärtsleitfähigkeit
mit geringem Rückwärtsleitwiderstand.
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In
der Halbleitervorrichtung 1A des obigen Aufbaus ist der
p-Diffusionsbereich 23 in
der Oberfläche
der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet;
der n+-Diffusionsbereich 25 ist
in der Oberfläche
des p-Diffusionsbereichs 23 so ausgebildet, dass er von
dem p-Diffusionsbereich 23 umgeben
ist; und die mit der ersten Kollektorelektrode 19a verbundene
zweite Kollektorelektrode 19b ist auf dem n+-Diffusionsbereich 25 ausgebildet.
Somit kann die aus den Komponenten 23 und 25 bestehende
Diode D1 verhindern, dass Elektronen, die von der Emitterelektrode 21 während des
eingeschalteten Zustands der Halbleitervorrichtung 1A in
die n–-Epitaxieschicht 5 eingespeist
werden, aus der n–-Epitaxieschicht 5 zu
der zweiten Kollektorelektrode 19b abfließen. Dementsprechend
können
mehr Elektronen und Löcher schnell
in der n–-Epitaxieschicht 5 angesammelt
werden, was zu der Leitfähigkeitsmodulation
der n–-Epitaxieschicht 5 beiträgt und ein
schnelles Einschalten der Halbleitervorrichtung 1A ermöglicht.
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Da
der p-Diffusionsbereich 23 in der Oberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
ist und der n+-Diffusionsbereich 25 in
der Oberfläche
des p-Diffusionsbereichs 23 so ausgebildet ist, dass er
von dem p-Diffusionsbereich 23 umgeben ist, kann weiter
ein aus diesen Komponenten 23, 25 und den bestehenden
Komponenten 5, 3, 7 und 9 gebildeter
parasitärer Thyristor
in dem Rückwärtsleitpfad
gebildet werden (von dem Emitteranschluss Te über die Komponente 21, über die
Komponente(n) 9 und/oder 7 und/oder 3 und über die
Komponenten 5, 23, 25 und 19b zu
dem Kollektoranschluss Tc). Durch Verwenden eines niedrigen Leitwiderstands
während
des eingeschalteten Zustands des parasitären Thyristors kann die Halbleitervorrichtung 1A somit
die Rückwärtsleitfähigkeit
mit einem niedrigen Rückwärtsleitwiderstand erzielen.
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Da
weiter die Elektrode 27 bereitgestellt ist auf und sich
erstreckt über
dem p-Diffusionsbereich 23 und der n–-Epitaxieschicht 5 zum
Bilden eines Leitpfades von der n–-Epitaxieschicht 5 zu
dem p-Diffusionsbereich 23, kann weiter der Durchgang des Stroms
von der n–-Epitaxieschicht 5 zu
dem p-Diffusionsbereich 23 während der
Rückwärtsleitung
der Halbleitervorrichtung sichergestellt sein. Das stabilisiert
das Einschalten des parasitären
Thyristors. Da in dieser Ausführungsform
die Elektrode 27 auf der n–-Epitaxieschicht
so bereitgestellt ist, dass der n+-Diffusionsbereich 29 dazwischen
liegt, kann eine gute elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 27 und
der n–-Epitaxieschicht 5 sichergestellt
werden.
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Weiterhin
kann die Halbleitervorrichtung 1A mit geringen Kosten hergestellt
werden, weil die Diode D1 für
die Rückwärtsleitung
keine externe Vorrichtung ist.
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Während in
dieser Ausführungsform
der p-Diffusionsbereich 9 an einem Ende h1 der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
ist, der p-Diffusionsbereich 11 in
dem Mittelabschnitt der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
ist und der p-Diffusionsbereich 25 und der n+-Diffusionsbereich 29 an
dem anderen Ende h2 der n–-Epitaxieschicht 5 bereitgestellt
sind, kann der Aufbau auch so sein, dass die p-Diffusionsbereiche 9 und 11 an
dem einen Ende h1 der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
sind und der p-Diffusionsbereich 25 und der n+-Diffusionsbereich 29 in
dem Mittelabschnitt der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
sind. Das verkürzt
den Zwischenraum zwischen dem p-Diffusionsbereich 9 und
dem n+-Diffusionsbereich 29 und verringert
dementsprechend einen Leitabstand in der n–-Epitaxieschicht 5 während der
Rückwärtsleitung (von
dem Emitteranschluss Te über
die Komponente 21, über
die Komponente(n) 9 und/oder 7 und/oder 3 und über die
Komponenten 5, 29, 27, 23, 25 und 19b in
den Kollektoranschluss Tc), wodurch die Rückwärtsleitfähigkeit mit einem geringeren
Rückwärtsleitwiderstand
erreicht wird.
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Eine
Halbleitervorrichtung 1B gemäß einer zweiten Ausführungsform
ist wie in 3 dargestellt so aufgebaut,
dass in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weiter ein n-Diffusionsbereich (Halbleiterbereich
des zweiten Leitungstyps) 35 mit einer höheren Trägerdichte
als in der n–-Epitaxieschicht 5 zwischen
der n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht)
und dem p-Diffusionsbereich 23 (vierter Halbleiterbereich)
so ausgebildet ist, dass sie den p-Diffusionsbereich 23 umgibt.
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In
der Halbleitervorrichtung 1A der ersten Ausführungsform
erzeugt das Bilden der aus den Komponenten 23 und 25 bestehenden
Diode für
die Rückwärtsleitung
in der n–-Epitaxieschicht 5 mit
Bezug auf 1 und 2 einen
parasitären
pnp-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils aus
den Komponenten 11, 5 und 23 gebildet
sind (eine gestrichelte Linie 55 in 2 zeigt
den Kollektor dieses parasitären
pnp-Transistors an). Wenn der Kollektoranschluss Tc auf einem höheren Potential liegt
als der Emitteranschluss Te, wird eine Vorwärtsvorspannung angelegt, um
diesen parasitären pnp-Transistor
einzuschalten. Durch dieses Einschalten fließen einige der Löcher, die
von dem Kollektoranschluss Tc über
die Elektrode 19a in den p-Diffusionsbereich 11 fließen, über die
Komponenten 11, 5, 23 des parasitären pnp-Transistors
in die Elektrode 27. Diese Lö cher verschwinden dann in der Elektrode 27 nach
der Rekombination mit Elektronen, die von dem Emitteranschluss Te über die
Komponenten 21, 13, S1, 5 und 29 in
die Elektrode 27 geflossen sind. Das behindert in der Halbleitervorrichtung 1A das
Ansammeln von Löchern
von dem Kollektoranschluss Tc und von Elektronen von dem Emitteranschluss
Te in der n–-Epitaxieschicht 5 und bewirkt
eine unzureichende Leitfähigkeitsmodulation der
n–-Epitaxieschicht 5,
wodurch das Einschalten des aus den Komponente 11, 5 und 3 bestehenden Transistors
Tr1 verlangsamt wird. Wie in 3 dargestellt,
schneidet dagegen in dieser Ausführungsform
das Vorhandensein des n-Diffusionsbereichs 35 den Löcherfluss
in den Komponenten 11, 5 und 23 ab und
verhindert das oben beschriebene Verschwinden von Löchern, wodurch
das schnelle Einschalten des Transistors Tr1 ermöglicht wird.
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Dementsprechend
kann die Halbleitervorrichtung 1B mit dem obigen Aufbau
zusätzlich
zu der oben erwähnten
von der ersten Ausführungsform
erzielten Wirkung auch das Einschaltverhalten des Transistors Tr1
mit einem einfachen Aufbau verbessern, da der n-Diffusionsbereich 35 mit
einer höheren Trägerdichte
als in der n–-Epitaxieschicht 5 zwischen der
n–-Epitaxieschicht 5 und
dem p-Diffusionsbereich 23 so ausgebildet ist, dass sie
den p-Diffusiosnbereich 23 umgibt.
-
Eine
Halbleitervorrichtung 1C gemäß einer dritten Ausführungsform
ist wie in 4 dargestellt so aufgebaut,
dass in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weiter eine zweite
Gateelektrode 41 auf einem Oberflächenabschnitt der n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht)
bereitgestellt ist, die zwischen den p-Diffusionsbereichen 11 und 23 (zweiter
und vierter Halbleiterbereich) liegen, wobei eine zweite Gateisolierschicht 39 dazwischen
liegt, und dass ein zweiter Gateanschluss Tg2 mit der zweiten Gateelektrode 41 verbunden
ist. Diese Halbleitervorrichtung 1C ist also so aufgebaut,
dass zu der ersten Ausführungsform
ein p-Kanal-MOSFET Q2 (s. 5), hinzugefügt ist,
dessen Drain und Source jeweils aus den p-Diffusionsbereichen 11 und 23 gebildet
sind.
-
Dabei
ist die zweite Gateisolierschicht 39 annähernd mit
einer Dicke einer Feldoxidschicht ausgebildet, so dass die Halbleitervorrichtung 1C eine
hohe Spannung aushalten kann.
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Das
Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung 1C ist wie in 5 dargestellt
eine Schaltung, bei der der obige p-Kanal-MOSFET Q2 zu dem Ersatzschaltbild der
ersten Ausführungsform
(2) so hinzugefügt
ist, dass die Diode D1 parallel zwischen Drain und Source des p-Kanal-MOSFET
Q2 geschaltet ist.
-
Wenn
mit Bezug auf 4 und 5 bei dieser
Halbleitervorrichtung 1C keine vorbestimmte negative Spannung
an den zweiten Gateanschluss Tg2 angelegt ist (d. h. wenn der p-Kanal-MOSFET Q2
ausgeschaltet ist), gibt es keine Kontinuität zwischen den p-Diffusionsbereichen 11 und 23.
Somit ist die Halbleitervorrichtung 1C in diesem Fall im
wesentlichen identisch im Aufbau und arbeitet in derselben Weise
wie die Halbleitervorrichtung 1A der ersten Ausführungsform.
Das bedeutet, dass die Halbleitervorrichtung (IGBT) 1C schnell
einschaltet, aber relativ langsam ausschaltet.
-
Wenn
dagegen an den zweiten Gateanschluss Tg2 eine vorbestimmte negative
Spannung angelegt ist (d. h. der p-Kanal-MOSFET Q2 eingeschaltet
ist), wird in einem Oberflächenabschnitt
S2 der n–-Epitaxieschicht 5,
der direkt unter der zweiten Gateelektrode 41 liegt, eine
Inversionsschicht gebildet zum Bereitstellen einer Kontinuität zwischen
den p-Diffusionsbereichen 11 und 23. Somit ist
die Halbleitervorrichtung 1C in diesem Fall im wesentlichen identisch
im Aufbau und arbeitet in derselben Weise wie der kollektorkurzgeschlossene
IGBT des bekannten Aufbaus (erstes bekanntes Beispiel). Das bedeutet,
dass die Halbleitervorrichtung (IGBT) 1C wie vorher bei
dem ersten bekannten Bei spiel beschrieben schnell ausschaltet, aber
relativ langsam einschaltet.
-
Zum
Einschalten der Halbleitervorrichtung 1C (d. h., wenn der
Kollektoranschluss Tc auf einem höheren Potential liegt als der
Emitteranschluss Te und eine vorbestimmte Spannung an den Gateanschluss
Tg angelegt wird bzw. wenn der n-Kanal-MOSFET Q1 eingeschaltet wird),
wird der p-Kanal-MOSFET Q2 ausgeschaltet, indem keine vorbestimmte
negative Spannung an den zweiten Gateanschluss Tg2 angelegt wird.
Dadurch wird der Aufbau der Halbleitervorrichtung 1C zu
dem der Halbleitervorrichtung 1A umgeschaltet, so dass
die Halbleitervorrichtung 1C genauso eingeschaltet werden
kann wie die Halbleitervorrichtung 1A. Das ermöglicht es, dass
die Halbleitervorrichtung 1C schnell eingeschaltet wird.
-
Zum
Ausschalten der Halbleitervorrichtung 1C (d. h. wenn das
Anlegen einer vorbestimmten positiven Spannung an den Gateanschluss
Tg beendet wird bzw. wenn der n-Kanal-MOSFET Q1 ausgeschaltet wird),
wird dagegen der p-Kanal-MOSFET Q2 eingeschaltet, indem eine vorbestimmte
negative Spannung an den zweiten Gateanschluss Tg2 angelegt wird.
Dadurch wird der Aufbau der Halbleitervorrichtung 1C zu
dem bekannten Aufbau des kollektorkurzgeschlossenen IGBT (erstes
bekanntes Beispiel) umgeschaltet, so dass die Halbleitervorrichtung 1C genauso
wie der kollektorkurzgeschlossene IGBT des bekannten Aufbaus ausgeschaltet
werden kann. Das ermöglicht
es, die Halbleitervorrichtung 1C schnell auszuschalten.
-
Das
Anlegen einer vorbestimmten negativen Spannung an den zweiten Gateanschluss
Tg2 und das Beenden des Anlegens dieser Spannung (d. h. die Ein-Aus-Steuerung
des p-Kanal-MOSFET Q2), wie es oben beschrieben ist, kann von einer
vorbestimmten externen Schaltung verwirklicht werden. Sie kann aber
auch automatisch verwirklicht werden gleichzeitig mit dem Anlegen
einer vorbe stimmten positiven Spannung an den ersten Gateanschluss
Tg bzw. mit dem Beenden des Anlegens dieser Spannung (d. h. der
Ein-Aus-Steuerung
des n-Kanal-MOSFET Q1), indem die Anschlüsse Tg2 und Te wie in 5 durch
eine gestrichelte Linie 43 dargestellt kurzgeschlossen
werden, um beide Anschlüsse Tg2
und Te auf demselben Potential zu halten.
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Genauer
gesagt wird der Stromfluss von dem Kollektoranschluss Tg zu dem
Emitteranschluss Te beendet, wenn beide Anschlüsse Tg2 und Te wie durch die
gestrichelte Linie 43 von 5 dargestellt kurzgeschlossen
sind, um auf demselben Potential gehalten zu werden, und wenn mit
Bezug auf 5 der n-Kanal-MOSFET Q1 ausgeschaltet
wird. Das erhöht
das Potential des Kollektoranschlusses Tc und dementsprechend das
Potential des Drains D des p-Karial-MOSFETs Q2. Dieses Ansteigen
des Potentials des Drains D bewirkt eine relative Verringerung des
Potentials des zweiten Gateanschlusses Tg2 und bringt den zweiten
Gateanschluss Tg2 in denselben Zustand als wenn eine vorbestimmte
negative Spannung angelegt würde.
Dementsprechend wird der p-Kanal-MOSFET Q2 eingeschaltet. Durch dieses
Einschalten wird das Ersatzschaltbild von 5 im wesentlichen
identisch mit dem bekannten Aufbau des kollektorkurzgeschlossenen
IGBT (erstes bekanntes Beispiel), so dass der Transistor Tr1 schnell
ausgeschaltet werden kann.
-
Andererseits
fließt
ein Strom von dem Kollektoranschluss Tc zu dem Emitteranschluss
Te, wenn der n-Kanal-MOSFET Q1 eingeschaltet wird. Das verringert
das Potential des Kollektoranschlusses Tc und dementsprechend das
Potential des Drains D des p-Kanal-MOSFET Q2. Diese Verringerung des Potentials
des Drains D beendet die Verringerung des Potentials des zweiten
Gateanschlusses Tg2 relativ zu dem Potential des Drains D und bringt
den zweiten Gateanschluss Tg2 in denselben Zustand, als wenn das
Anlegen einer vorbestimmten negativen Spannung beendet würde. Dementsprechend wird
der p-Kanal-MOSFET Q2 ausgeschaltet. Durch dieses Ausschalten wird
das Äquivalenzschaltbild von 5 im
wesentlichen identisch mit dem der Halbleitervorrichtung 1A der
ersten Ausführungsform (2),
so dass der Transistor Tr1 schnell eingeschaltet werden kann.
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Wenn
beide Anschlüsse
Tg2 und Te kurzgeschlossen sind, um auf demselben Potential gehalten zu
werden, kann die Steuerung der an den zweiten Gateanschluss Tg2
angelegten Spannung durch eine einfache Verbindung und ohne Verwendung
einer externen Schaltung verwirklicht werden.
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In
der Halbleitervorrichtung 1C mit dem obigen Aufbau ist
die zweite Gateelektrode 41 auf dem Oberflächenabschnitt
der n–-Epitaxieschicht 5 bereitgestellt,
die zwischen den p-Diffusionsbereichen 11 und 23 liegt,
wobei die zweite Gateisolierschicht 39 dazwischen liegt,
d. h. der p-Kanal-MOSFET Q2 ist bereitgestellt, dessen Drain und
Source jeweils aus den p-Diffusionsbereichen 11 und 23 gebildet
sind. Somit kann die Halbleitervorrichtung 1C durch Steuern
der Kontinuität
und Nichtkontinuität
zwischen den p-Diffusionsbereichen 11 und 23 durch
die Ein-Aus-Steuerung des p-Kanal-MOSFET Q2 zusätzlich zu der erwähnten Wirkung
der ersten Ausführungsform
auch selektiv zwischen zwei Aufbauten umschalten: einer, die im
wesentlich identisch mit dem bekannten Aufbau des kollektorkurzgeschlossenen
IGBT (erstes bekanntes Beispiel) ist, und einer, die im wesentlichen
identisch mit dem der Halbleitervorrichtung 1A gemäß der ersten
Ausführungsform ist.
Daher wird beim Einschalten der Halbleitervorrichtung 1C der
p-Kanal-MOSFET Q2 ausgeschaltet, so dass die Halbleitervorrichtung 1C wie
die Halbleitervorrichtung 1A schnell eingeschaltet werden
kann, während
beim Ausschalten der Halbleitervorrichtung 1C der p-Kanal-MOSFET
Q2 eingeschaltet wird, so dass die Halbleitervorrichtung 1C wie
der kollektorkurzgeschlossene IGBT mit dem bekannten Aufbau schnell
ausgeschaltet werden kann. Das erzielt einen lateralen kollektorkurzgeschlossenen
IGBT, der schnell ein- und ausgeschaltet werden kann.
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Eine
Halbleitervorrichtung 1D gemäß einer vierten Ausführungsform
ist wie in 6 dargestellt so aufgebaut,
dass in der ersten Ausführungsform weiter
eine zweite Gateelektrode 49 über Oberflächenabschnitten der n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht)
und des p-Diffusionsbereichs 23 (vierter Halbleiterbereich)
bereitgestellt ist, die zwischen dem p-Diffusionsbereich 11 (zweiter
Halbleiterbereich) und dem n+-Diffusionsbereich 25 (fünfter Halbleiterbereich)
liegen, wobei eine Gateisolierschicht 47 dazwischen liegt,
und der zweite Gateanschluss Tg2 mit der zweiten Gateelektrode 49 verbunden
ist.
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Anders
ausgedrückt
ist diese Halbleitervorrichtung 1D so aufgebaut, dass in
der oben erwähnten
dritten Ausführungsform
die zweite Gateisolierschicht 39 und die zweite Gateelektrode 41 sich über Oberflächenabschnitte
der n–-Epitaxieschicht 5 und des
p-Diffusionsbereichs 23 erstrecken, die zwischen dem p-Diffusionsbereich 11 und
dem n+-Diffusionsbereich 25 liegen.
Die Halbleitervorrichtung 1D ist also gebildet durch Hinzufügen eines
n-Kanal-MOSFET Q3, dessen Drain D und Source S jeweils aus den Komponenten 25 und 5 gebildet
sind und der ein gemeinsames Gate mit dem p-Kanal-MOSFET Q2 aufweist,
dessen Drain D, Source S und Gate Tg2 jeweils aus den Komponenten 11, 23 und 41 gebildet sind
zu der dritten Ausführungsform
(4).
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Dabei
ist die zweite Gateisolierschicht 47 annähernd mit
der Dicke einer Feldoxidschicht ausgebildet, so dass die Halbleitervorrichtung 1D eine
hohe Spannung aushalten kann.
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Das
Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung 1D ist wie in 7 dargestellt
eine Schaltung, bei der der n-Kanal-MOSFET Q3 zu dem Ersatzschaltbild
der dritten Ausführungsform
(5) so hinzugefügt
wird, dass die Diode D1 parallel zwischen Drain und Source des n-Kanal-MOSFET
Q3 geschaltet ist und dass der zweite Gateanschluss Tg2 mit dem
Gate des n-Kanal-MOSFET Q3 verbunden ist.
-
Wenn
der Kollektoranschluss Tc bei dieser Halbleitervorrichtung 1D auf
einem höheren
Potential liegt als der Emitteranschluss Te, wird die Steuerung der
an die Anschlüsse
Tg und Tg2 angelegten Spannung in derselben Weise durchgeführt wie
in der oben erwähnten
dritten Ausführungsform
(d. h. wenn eine vorbestimmte positive Spannung an den ersten Gateanschluss
Tg angelegt wird, um den n-Kanal-MOSFET Q1 einzuschalten, wird der
p-Kanal-MOSFET Q2 ausgeschaltet, indem keine Spannung an den zweiten
Gateanschluss Tg2 angelegt wird; während nach Beendigen des Anlegens
einer vorbestimmten positiven Spannung an den ersten Gateanschluss
Tg der p-Kanal-MOSFET Q2 eingeschaltet wird, indem eine vorbestimmte
negative Spannung an den zweiten Gateanschluss Tg2 angelegt wird).
Während
dieser Steuerung ist der n-Kanal-MOSFET Q3 aus. Somit wird die Halbleitervorrichtung 1D im
wesentlichen identisch im Aufbau mit der Halbleitervorrichtung 1C der
dritten Ausführungsform
und schaltet genauso wie die Halbleitervorrichtung 1C ein
bzw. aus. Das ermöglicht
es, die Halbleitervorrichtung 1D schnell ein- und auszuschalten.
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Wenn
dagegen der Emitteranschluss Te auf einem höheren Potential liegt als der
Kollektoranschluss Tc (in dem Fall der Rückwärtsleitung), wird eine vorbestimmte
positive Spannung an den zweiten Gateanschluss Tg2 angelegt, um
den n-Kanal-MOSFET Q3 einzuschalten (d. h. eine Inversionsschicht
wird in einem Oberflächenabschnitt S3·des p-Diffusionsbereichs 23 gebildet,
der direkt unter der zweiten Gateelektrode 49 liegt, so
dass durch die Inversionsschicht eine Kontinuität zwischen den Komponenten 5 und 25 gebildet
wird. Das stellt mit Bezug auf 7 zusätzlich einen
zweiten Rückwärtsleitpfad
bereit von dem Emitteranschluss Te über die Diode D2 und den n-Kanal-MOSFET
Q3 zu dem Kollektoranschluss C parallel zu einem ersten Leitpfad
von dem Emitteranschluss Te über
die Dioden D2 und D1 zu dem Kollektoranschluss Tc. Dieser erste
und zweite Leitpfad erzielen die Rückwärtsleitfähigkeit mit einem geringeren
Rückwärtsleitwiderstand.
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In 6 führt der
oben beschriebene erste Rückwärtsleitpfad
von dem Emitteranschluss Te über die
Komponente 21, über
die Komponente(n) 7 und/oder 9 und/oder 3 und über die
Komponenten 5, 29, 27, 23, 25 und 19B zu
dem Kollektoranschluss Tc, und der oben beschriebene zweite Rückwärtsleitpfad
führt von
dem Emitteranschluss Te über
die Komponente 21, über
die Komponente(n) 7 und/oder 9 und/oder 3 und über die
Komponenten 5, S3, 25 und 19b zu dem
Kollektoranschluss Tc.
-
Das
Anlegen der Spannung an den zweiten Gateanschluss Tg2 kann durch
eine vorbestimmte externe Schaltung durchgeführt werden, oder sie kann wie
in der dritten Ausführungsform
automatisch durch Kurzschließen
der Anschlüsse
Tg2 und Te durchgeführt
sein, wie es in 7 durch eine gestrichelte Linie 51 dargestellt
ist, um beide Anschlüsse Tg2
und Te auf demselben Potential zu halten.
-
Wenn
in dem letzteren Fall mit Bezug auf 7 der Kollektoranschluss
Tc auf einem höheren Potential
liegt als der Emitteranschluss Te, und wenn der n-Kanal-MOSFET Q1
durch Anlegen einer vorbestimmten positiven Spannung an den ersten
Gateanschluss Tg bzw. durch Beenden des Anlegens dieser Spannung
ein- bzw. ausgeschaltet wird, wird der p-Kanal-MOSFET Q2 ein- oder ausgeschaltet,
und dementsprechend wird der Transistor Tr1 ebenso wie bei der dritten
Ausführungsform
schnell ein- bzw. ausgeschaltet. Wenn der Emitteranschluss Te dagegen
auf einem höheren
Potential liegt als der Kollektoranschluss Tc, wird das Potential
des Gates Tg2 des n-Kanal-MOSFET Q3 höher als das des Drains D des
n-Kanal-MOSFET Q3, und der zweite Gateanschluss wird im wesentlichen
in denselben Zustand gebracht, als wenn eine vorbestimmte positive
Spannung angelegt würde.
Dementsprechend wird der n-Kanal-MOSFET Q3 eingeschaltet. Das stellt
den zweiten Rückwärtsleitpfad
bereit (in 7 von dem Emitteranschluss Te über die
Diode D2 und den n-Kanal-MOSFET Q3 zu dem Kollektoranschluss Tc) parallel
zu dem ersten Rückwärtsleitpfad
(in 7 von dem Emitteranschluss Te über die Dioden D2 und D1 zu
dem Kollektoranschluss Tc). In dem letzteren Fall kann die Steuerung
der an den zweiten Gateanschluss Tg2 angelegten Spannung somit durch
eine einfachen Verbindung und ohne Verwendung einer externen Schaltung
verwirklicht werden.
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In
der Halbleitervorrichtung 1D mit dem obigen Aufbau ist
die zweite Gateelektrode 49 auch auf dem Oberflächenabschnitt
des p-Diffusionsbereichs 23 bereitgestellt, der zwischen
der n–-Epitaxieschicht 5 und
dem n+-Diffusionsbereich 25 liegt,
wobei die zweite Gateisolierschicht 47 dazwischen liegt,
d. h. der n-Kanal-MOSFET
Q3 ist bereitgestellt, dessen Drain und Source jeweils aus den Komponenten 25 und 5 gebildet
sind. Durch Steuern einer Kontinuität oder Nichtkontinuität zwischen
den Komponenten 25 und 5 durch die Ein-Aus-Steuerung
des n-Kanal-MOSFET Q3 kann somit der zweite Rückwärtsleitpfad, der durch den
n-Kanal-MOSFET Q3
führt, parallel
zu dem ersten Rückwärtsleitpfad
gebildet werden, der durch die Diode D1 führt, die aus den Komponenten 23 und 25 gebildet
ist. Wenn der Emitteranschluss Te auf einem höheren Potential liegt als der
Kollektoranschluss Tc, kann das Vorhandensein der parallelen ersten
und zweiten Rückwärtsleitpfade somit
die Rückwärtsleitfähigkeit
mit einem geringeren Rückwärtsleitwiderstand
erzielen.
-
Da
die zweite Gateelektrode 49 auch auf dem Oberflächenabschnitt
der n–-Epitaxieschicht 5 bereitgestellt
ist, die zwischen den p-Diffusionsbereichen 11 und 23 liegt,
wobei die zweite Gateisolierschicht 47 dazwischen liegt,
d. h. der p-Kanal-MOSFET
Q2 bereitgestellt ist, dessen Drain und Source jeweils aus den p-Diffusionsbereichen 11 und 23 gebildet
ist, kann die Halbleitervorrichtung 1D weiter dieselbe
Wirkung erzielen wie die Halbleitervorrichtung 1C der dritten
Ausführungsform.
-
Weiter
können
die MOSFETS Q2 und Q3 mit einem einfachen Aufbau und einem geringen
Platz gebildet werden, weil sie durch das Bilden der zweiten Gateelektrode 49 gebildet
werden, die sich über die
Oberflächenabschnitte
der n–-Epitaxieschicht 5 und
des p-Diffusionsbereichs 23 erstrecken, die zwischen dem
p-Diffusionsbereich 11 und
dem n+-Diffusionsbereich 25 liegen,
wobei die zweite Gateisolierschicht 47 dazwischen liegt.
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Während in
dieser Ausführungsform
beide MOSFETS Q2 und Q3 ausgebildet sind, kann auch nur der MOSFET
Q3 alleine ausgebildet sein.
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Eine
Halbleitervorrichtung 1E gemäß einer fünften Ausführungsform ist wie in 8 dargestellt so
aufgebaut, dass in der ersten Ausführungsform der p-Diffusionsbereich 23 (vierter
Halbleiterbereich) und der n+-Diffusionsbereich 25 (fünfter Halbleiterbereich),
die beide die Diode D1 für
die Rückwärtsleitung
bilden, in der Schicht unter einer Anschlussfläche 19c ausgebildet
sind, die auf der n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht)
zum Verbinden mit dem Kollektoranschluss Tc ausgebildet ist.
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Die
Anschlussfläche 19c zur
Verbindung mit dem Kollektoranschluss Tc ist von der Emitterelektrode 21 umgeben
und typischerweise auf der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet,
ohne von der Kollektorelektrode 19a aus nach außerhalb
der Emitterelektrode 21 hinausgezogen zu sein. Somit ist
die unter der Anschlussfläche 19c liegende
Schicht als Vorrichtung nutzlos und daher verschwendet. In der Halbleitervorrichtung 1E wird
daher die unter der Anschlussfläche 19c liegende
Schicht als Bereich zum Bilden der Komponenten 23 und 25 für die Diode
D1 für
die Rückwärtsleitung
genutzt. Das beseitigt die Anforderung, die Fläche der Halbleitervorrichtung 1E zum
Bilden der Komponenten 23 und 25 zu erhöhen, und verhindert
somit eine Verringerung des Anteils des IGBT in der Halbleitervorrichtung 1E.
Das verringert wesentlich den Leitwiderstand in der Halbleitervorrichtung 1E und
verbessert das Einschalt- und Ausschaltverhalten der Halbleitervorrichtung 1E.
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Dementsprechend
kann die Halbleitervorrichtung 1E mit dem obigen Aufbau
zusätzlich
zum Erzielen der oben genannten Wirkung der ersten Ausführungsform
auch ihr Einschalt- und Ausschaltverhalten verbessern, weil die
Komponenten 23 und 25, die die Diode für die Rückwärtsleitung
bilden, in der unter der Anschlussfläche 19c liegenden
Schicht ausgebildet sind, die auf der n–-Epitaxieschicht 5 zum Verbinden
mit dem Kollektoranschluss Tc ausgebildet ist.
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Eine
Halbleitervorrichtung 1F gemäß einer sechsten Ausführungsform
enthält
wie in 9 dargestellt: das p–-Substrat 3 (Halbleitersubstrat
eines ersten Leitungstyps); die n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht
eines zweiten Leitungstyps), die in einer Hauptoberfläche des
p–-Substrats 3 ausgebildet
ist; den p-Diffusionsbereich 9 (erster Halbleiterbereich des
ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
ist und über
den p-Diffusionsbereich 7 (Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps)
mit dem p–-Substrat
verbunden ist; den p-Diffusionsbereich 11 (zweiter Halbleiterbereich
des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 entfernt
von dem p-Diffusionsbereich 9 ausgebildet ist; den n+-Diffusionsbereich 13 (dritter
Halbleiterbereich des zweiten Leitungstyps), der in der Oberfläche des
p-Diffusionsbereichs 9 so ausgebildet ist, dass er von
dem p-Diffusionsbereich 9 umgeben ist; die erste Gateelektrode 17,
die auf dem Oberflächenabschnitt
des p-Diffusionsbereichs 9 bereitgestellt ist, der zwischen
dem n+-Diffusionsbereich 13 und
der n–-Epi taxieschicht 5 liegt,
wobei die erste Gateisolierschicht 15 dazwischen liegt;
eine Kollektorelektrode 19, die mit dem p-Diffusionsbereich 11 verbunden
ist; und die Emitterelektrode 21, die mit dem p-Diffusionsbereich 9 und
dem n+-Diffusionsbereich 13 verbunden
ist. Zusätzlich
zu diesem Grundaufbau enthält
die Halbleitervorrichtung 1F weiter einen n-Diffusionsbereich 25 (vierter
Halbleiterbereich des zweiten Leitungstyps), der in der Oberfläche der
p-Diffusionsbereichs 11 so ausgebildet ist, dass er von
dem p-Diffusionsbereich 11 umgeben ist, und der mit der
Kollektorelektrode 19 verbunden ist; einen p+-Diffusionsbereich 23 (fünfter Halbleiterbereich
des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche des n-Diffusionsbereichs 25 so
ausgebildet ist, dass er von dem n-Diffusionsbereich 25 umgeben
ist, und Elektroden 27a und 27b, die jeweils mit
der n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht)
und dem p+-Diffusionsbereich 23 verbunden
sind, um einen Leitpfad von der n–-Epitaxieschicht 5 zu
dem p+-Diffusionsbereich 23 zu
bilden. Die Elektrode 27a ist auf der n–-Epitaxieschicht 5 so
bereitgestellt, dass ein in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 gebildeter
Diffusionsbereich 29 dazwischen liegt, so dass ein Ohm'scher Kontakt mit
der n–-Epitaxieschicht 5 gebildet
wird. Die Elektrode 27b ist auf dem p+-Diffusionsbereich 23 bereitgestellt
und elektrisch mit der Elektrode 27a verbunden. In dieser
Ausführungsform sind
die Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform entsprechen, durch
dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Halbleitervorrichtung 1F ist anders ausgedrückt so aufgebaut,
dass in der ersten Ausführungsform
die Komponenten 23 und 25, die die Diode D1 für die Rückwärtsleitung
bilden, in dem p-Diffusionsbereich 11 ausgebildet
sind.
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Die
Elektroden 27a und 27b dieser Ausführungsform
entsprechen in der ersten Ausführungsform
(1) jeweils einem Abschnitt der Elektrode 27,
der auf dem n+-Diffusionsbereich 29 bereitge stellt ist,
und einem Abschnitt der Elektrode 27, der auf dem p-Diffusionsbereich 23 bereitgestellt
ist. Ebenso entsprechen ein Abschnitt der Elektrode 19,
die auf dem p-Diffusionsbereich 11 bereitgestellt ist,
und ein Abschnitt der Elektrode 19, die auf dem n-Diffusionsbereich 25 bereitgestellt
ist, in dieser Ausführungsform
jeweils den Elektroden 19a und 19b in der ersten
Ausführungsform.
Unter Berücksichtigung
dieser Entsprechungen ist der Betrieb der Halbleitervorrichtung 1F identisch
zu dem der Halbleitervorrichtung 1A der ersten Ausführungsform,
so dass seine Beschreibung weggelassen wird.
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In
dieser Halbleitervorrichtung 1F erzeugt das Bilden der
aus den Komponenten 23 und 25 bestehenden Diode
für die
Rückwärtsleitung
in dem p-Diffusionsbereich 11 einen parasitären pnp-Transistor, dessen
Emitter, Basis und Kollektor jeweils aus den Komponenten 11, 25 und 23 gebildet
sind. Da Basis und Emitter dieses parasitären pnp-Transistors jedoch über die
Elektrode 19 kurzgeschlossen sind, wird der parasitäre pnp-Transistor
nie eingeschaltet. Somit tritt während
des Einschaltens der Halbleitervorrichtung 1F kein Fall
auf, in dem einige von dem Kollektoranschluss Tc über die
Elektrode 19 in den p-Diffusionsbereich 11 fließende Löcher über die
Komponenten 11, 25 und 23 in die Elektrode 27b fließen und
dann in der Elektrode 27b verschwinden nach der Rekombination
mit Elektronen, die von dem Emitteranschluss Te über die Komponenten 21,
S1, 5, 29 und 27a in die Elektrode 27b geflossen
sind. Dementsprechend ergibt das Bilden der aus den Komponenten 23 und 25 für die Rückwärtsleitung
gebildeten Diode nicht das oben beschrieben Verschwinden von Löchern. Das
erleichtert das Ansammeln von Löchern
und Elektronen in der n–Epitaxieschicht 5 und
ermöglicht
somit das schnelle Einschalten des aus den Komponenten 11, 5 und 3 gebildeten
Transistors Tr1.
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In
der Halbleitervorrichtung 1F mit dem obigen Aufbau ist
der n-Diffusionsbereich 25 in der Oberfläche des
p-Diffusionsbe reichs 11 so ausgebildet, dass er von dem
p-Diffusionsbereich 11 umgeben ist; der p+-Diffusionsbereich 23 ist
in der Oberfläche
des n-Diffusionsbereichs 25 so ausgebildet, dass er von
dem n-Diffusionsbereich 25 umgeben ist; und die Kollektorelektrode 19 ist
bereitgestellt auf und erstreckt sich über die Komponenten 11 und 25,
so dass diese Komponenten 11 und 25 kurzgeschlossen
werden. Somit kann die Halbleitervorrichtung 1F zusätzlich zum
Erzielen der erwähnten
Wirkung der ersten Ausführungsform
die aus den Komponenten 23 und 25 für die Rückwärtsleitung
gebildete Diode aufweisen, ohne dass das Einschalten des aus den Komponenten 11, 5, 3, 7 und 9 gebildeten
Transistors behindert wird.
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Eine
Halbleitervorrichtung 1G gemäß einer siebten Ausführungsform
ist ein vertikaler kollektorkurzgeschlossener IGBT. Er enthält wie in 10 dargestellt
die n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht eines
zweiten Leitungstyps); die p-Diffusionsbereiche 9 (erste
Halbleiterbereiche eines ersten Leitungstyps), die in einer Hauptoberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
sind; die n+-Diffusionsbereiche 13 (zweite
Halbleiterbereiche des zweiten Leitungstyps), die in den Oberflächen der
p-Diffusionsbereiche 9 so ausgebildet sind, dass sie von
dem p-Diffusionsbereich 9 umgeben sind; die erste Gateelektrode 17,
die auf Oberflächenabschnitten
der p-Diffusionsbereiche 9 bereitgestellt ist, die zwischen der
n–-Epitaxieschicht 5 und
den n+-Diffusionsbereichen 13 liegen,
wobei die erste Gateisolierschicht 15 dazwischen liegt;
einen p-Diffusionsbereich 11a (dritter
Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps), der an der anderen Hauptoberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
ist; die erste Kollektorelektrode 19a, die auf der Oberfläche des
p-Diffusionsbereichs 11a ausgebildet ist; und die Emitterelektroden 21,
die mit den p-Diffusionsbereichen 9 und den n+-Diffusionsbereichen 13 verbunden
sind.
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Zusätzlich zu
diesem Grundaufbau enthält diese
Halbleitervorrichtung 1G weiter den p-Diffusionsbereich 23 (vierter
Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 entfernt
von den p-Diffusionsbereichen 9 ausgebildet ist; den n+-Diffusionsbereich 25 (fünfter Halbleiterbereich
des zweiten Leitungstyps), der in der Oberfläche des p-Diffusionsbereichs 23 so
ausgebildet ist, dass er von dem p-Diffusionsbereich 23 umgeben
ist; die zweite Kollektorelektrode 19b, die auf dem n+-Diffusionsbereich 25 bereitgestellt
ist und an die dieselbe Spannung angelegt ist wie an die erste Kollektorelektrode 19a;
und die Elektrode 27, die mit dem p-Diffusionsbereich 23 und
der n–-Epitaxieschicht 5 verbunden
ist, um einen Leitpfad von der n–-Epitaxieschicht 5 zu
dem p-Diffusionsbereich 23 zu bilden. Die Elektrode 27 ist
so auf der n–-Epitaxieschicht 5 bereitgestellt,
dass der in der Oberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildete
n+-Diffusionsbereich 29 dazwischen
liegt, so dass ein Ohm'scher Kontakt
mit der n–-Epitaxieschicht 5 gebildet
wird. In dieser Ausführungsform
sind die Komponenten, die denen in der ersten Ausführungsform
entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
erste Gateelektrode 17 ist mit dem Gateanschluss Tg verbunden,
die Emitterelektrode 21 mit dem Emitteranschluss Te und
die erste und zweite Kollektorelektrode 19a und 19b jeweils
mit dem ersten und zweiten Kollektoranschluss Tc1 und Tc2.
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Die
Halbleitervorrichtung 1g ist anders ausgedrückt so aufgebaut,
dass die oben erwähnte
erste Ausführungsform
auf einen lateralen IGBT angewendet ist.
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Der
p-Diffionsbereich 11a entspricht dem p-Diffusionsbereich 11 in
der ersten Ausführungsform,
und die erste Kollektorelektrode 19a entspricht der Kollektorelektrode 19a in
der ersten Ausführungsform.
Der erste und zweite Kollektoranschluss Tc1 und Tc2 entsprechen
beide dem Kollektoranschluss Tc in der ersten Aus führungsform,
und an sie wird die gleiche Spannung angelegt. Diese Halbleitervorrichtung 1G enthält keine
Komponenten, die dem p-Diffusionsbereich 7 und dem p–-Substrat 3 in der
ersten Ausführungsform
entsprechen. Unter Berücksichtigung
dieser Entsprechungen ist der Betrieb der Halbleitervorrichtung 1F identisch
dem der Halbleitervorrichtung 1A der ersten Ausführungsform,
so dass seine Beschreibung unterbleibt.
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In
der Halbleitervorrichtung 1G mit dem obigen Aufbau ist
wie in der ersten Ausführungsform
der p-Diffusionsbereich 23 in der Oberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet;
der n+-Diffusionsbereich 25 ist
in der Oberfläche
des p-Diffusionsbereichs 23 so
ausgebildet, dass er von dem p-Diffusionsbereich 23 umgeben
ist, und die zweite Kollektorelektrode 19b, an die dieselbe
Spannung angelegt ist wie an die erste Kollektorelektrode 19a,
ist auf dem n+-Diffusionsbereich 25 bereitgestellt.
Somit verhindert die aus den Komponenten 23 und 25 gebildete
Elektrode, dass Elektronen, die von der Emitterelektrode 21 während des
Einschaltens der Halbleitervorrichtung 1G in die n–-Epitaxieschicht 5 eingebracht
werden, von der n–-Epitaxieschicht 5 in
die zweite Kollektorelektrode 19b abfließen. Dementsprechend
werden mehr Elektronen und Löcher
schnell in der n–-Epitaxieschicht 5 angesammelt,
was zu der Leitfähigkeitsmodulation
der n–-Epitaxieschicht 5 beiträgt und das schnelle
Einschalten der Halbleitervorrichtung 1G ermöglicht.
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Da
der p-Diffusionsbereich 23 in der Oberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
ist und der n+-Diffusionsbereich 25 in
der Oberfläche
des p-Diffusionsbereichs 23 so ausgebildet ist, dass er
von dem p-Diffusionsbereich 23 umgeben ist, kann ein aus diesen
Komponenten 23 und 25 und aus den bestehenden
Komponenten 5 und 9 bestehender parasitärer Thyristor
in einem Rückwärtsleitpfad
gebildet werden (von dem Emitteranschluss Te über die Komponenten 21, 9, 5, 23, 25 und 19b zu
dem Kollektor anschluss Tc). Durch Verwenden eines niedrigen Leitwerts
während
des eingeschalteten Zustands des parasitären Thyristors kann die Halbleitervorrichtung 1G somit
die Rückwärtsleitfähigkeit
mit geringem Rückwärtsleitwiderstand
erzielen.
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Da
die Elektrode 27 bereitgestellt ist auf und sich erstreckt über dem
p-Diffusionsbereich 23 und der n–-Epitaxieschicht 5 zum
Bilden eines Leitpfades von der n–-Epitaxieschicht 5 zu
dem p-Diffusionsbereich 23, kann das Durchtreten von Strom
von der n–-Epitaxieschicht 5 zu
dem p-Diffusionsbereich 23 während der Rückwärtsleitung der Halbleitervorrichtung 1G sichergestellt
sein. Das stabilisiert das Einschalten des parasitären Thyristors.
Da die Elektrode 27 in dieser Ausführungsform auf der n–-Epitaxieschicht 5 so
bereitgestellt ist, dass der n+-Diffusionsbereich 29 dazwischen
liegt, kann eine gute elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 27 und der
n–-Epitaxieschicht 5 sichergestellt
sein.
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In
dieser Ausführungsform
kann wie in der zweiten Ausführungsform
der n-Diffusionsbereich 35 mit einer höheren Trägerdichte als die n–-Epitaxieschicht 5 zwischen
der n–-Epitaxieschicht 5 (zweite
Schicht) und dem p-Diffusionsbereich 23 so ausgebildet
sein, dass er den p-Diffusionsbereich 23 umgibt.
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Eine
Halbleitervorrichtung 1H gemäß einer achten Ausführungsform
ist wie in 11 dargestellt so aufgebaut,
dass die Halbleitervorrichtung 1G gemäß der siebten Ausführungsform
(10) weiter enthält: einen p-Diffusionsbereich 11b (sechster Halbleiterbereich
des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht)
entfernt von den p-Diffusionsbereichen 9 und 23 (erste
und vierte Halbleiterbereiche) ausgebildet ist; eine dritte Kollektorelektrode 19a_2,
die auf dem p-Diffusionsbereich 11b bereitgestellt ist
und mit der zweiten Kollektorelektrode 19b verbunden ist;
die zweite Gateelektrode 41, die auf einem Oberflächenabschnitt
der n–-Epitaxieschicht 5 bereitgestellt
ist, die zwischen den p-Diffusionsbereichen 23 und 11b liegt,
wobei die zweite Gateisolierschicht 39 dazwischen liegt;
und den zweiten Gateanschluss Tg2, der mit der zweiten Gateelektrode 41 verbunden
ist. In dieser Ausführungsform
sind die Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform entsprechen, durch
dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Diese
Halbleitervorrichtung 1H ist anders ausgedrückt so aufgebaut,
dass die oben erwähnte dritte
Ausführungsform
auf einen lateralen IGBT angewendet ist.
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Die
p-Diffusionsbereiche 11a und 11b entsprechen beide
dem p-Diffusionsbereich 11 in
der dritten Ausführungsform;
die erste und zweite Kollektorelektrode 19a_1 (19a)
und 19a_2 entsprechen beide der Kollektorelektrode 19a in
der dritten Ausführungsform;
und der erste und zweite Kollektoranschluss entsprechen beide dem
Kollektoranschluss Tc in der dritten Ausführungsform. Diese Halbleitervorrichtung 1H enthält keine
Komponenten, die dem p-Diffusionsbereich 7 und dem p–-Substrat
in der dritten Ausführungsform
entsprechen. Unter Berücksichtigung
dieser Entsprechungen ist der Betrieb der Halbleitervorrichtung 1H identisch
dem der Halbleitervorrichtung 1D der dritten Ausführungsform,
so dass seine Beschreibung unterbleibt.
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In
der Halbleitervorrichtung 1H mit dem obigen Aufbau ist
wie in der dritten Ausführungsform
die zweite Gateelektrode 41 auf dem Oberflächenabschnitt
der n–-Epitaxieschicht 5 bereitgestellt,
die zwischen den p-Diffusionsbereichen 11b und 23 liegt, wobei
die zweite Gateisolierschicht 39 dazwischen liegt, d. h.
ein p-Kanal-MOSFET ist bereitgestellt, dessen Drain und Source jeweils
aus den p-Diffusionsbereichen 11b und 23 gebildet
ist.
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Durch
Steuern der Kontinuität
und Nichtkontinuität
zwischen den p-Diffusionsbereichen 11b und 23 durch
die Ein-Aus-Steuerung dieses p-Kanal-MOSFETs kann die Halbleitervorrichtung 1A somit
selektiv zwischen zwei Aufbauten schalten; einem, der im wesentlichen
identisch mit dem bekannten Aufbau des kollektorkurzgeschlossenen
IGBT (erstes bekanntes Beispiel) ist; und einem, der im wesentlichen
identisch dem der Halbleitervorrichtung 1G gemäß der siebten
Ausführungsform
ist. Demzufolge wird beim Einschalten der Halbleitervorrichtung 1H der
oben erwähnte
p-Kanal-MOSFET ausgeschaltet, so dass die Halbleitervorrichtung 1H ebenso wie
die Halbleitervorrichtung 1G schnell eingeschaltet werden
kann, während
beim Ausschalten der Halbleitervorrichtung 1H der oben
erwähnte
p-Kanal-MOSFET eingeschaltet wird, so dass die Halbleitervorrichtung 1H ebenso
wie der kollektorkurzgeschlossene IGBT mit dem bekannten Aufbau
schnell ausgeschaltet werden kann. Das erzielt einen vertikalen
kollektorkurzgeschlossenen IGBT, der schnell ein- und ausgeschaltet
werden kann.
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Eine
Halbleitervorrichtung 1I gemäß einer neunten Ausführungsform
enthält
wie in 12 dargestellt: die n–-Epitaxieschicht 5 (Halbleiterschicht
eines zweiten Leitungstyps); die p-Diffusionsbereiche 9 (erste
Halbleiterbereiche eines ersten Leitungstyps), die in einer Hauptoberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildet
sind; die n+-Diffusionsbereiche 13 (zweite
Halbleiterbereiche des zweiten Leitungstyps), die in den Oberflächen der
p-Diffusionsbereiche 9 so ausgebildet sind, dass sie von
den p-Diffusionsbereichen 9 umgeben sind; die Gateelektrode 17,
die auf den Oberflächenabschnitten
der p-Diffusionsbereiche 9 bereitgestellt ist, die zwischen
der n–-Epitaxieschicht 5 und
den n+-Diffusionsbereichen 13 liegen,
wobei die Gateisolierschicht 15 dazwischen liegt; den p-Diffusionsbereich 11a (dritter
Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps), der auf der anderen
Hauptoberfläche
der n–-Epitaxieschicht 5 bereitgestellt
ist; die erste Kollektorelektrode 19a, die auf der Oberfläche des
p-Diffusionsbereichs 11a bereitgestellt ist; und die Emitterelektrode 21,
die mit den p-Diffusionsbereichen 9 und den n+-Diffusionsbereichen 13 verbunden
ist.
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Zusätzlich zu
diesem Grundaufbau enthält die
Halbleitervorrichtung 1I weiter: den p-Diffusionsbereich 11b (vierter
Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche der
n–-Epitaxieschicht 5 entfernt
von den p-Diffusionsbereichen 9 bereitgestellt ist; den
n-Diffusionsbereich 25 (fünfter Halbleiterbereich des
zweiten Leitungstyps), der in der Oberfläche des p-Diffusionsbereichs 11b so
ausgebildet ist, dass er von dem p-Diffusionsbereich 11b umgeben
ist; den p+-Diffusionsbereich 23 (sechster Halbleiterbereich
des ersten Leitungstyps), der in der Oberfläche des n-Diffusionsbereichs 25 so
ausgebildet ist, dass er von dem n-Diffusionsbereich 25 umgeben
ist; die zweite Kollektorelektrode 19b, die bereitgestellt
ist auf und sich erstreckt über
dem n-Diffusionsbereich 25 und dem p-Diffusionsbereich 11b und
an die dieselbe Spannung angelegt ist wie an die erste Kollektorelektrode 19a;
und die Elektroden 27a und 27b, die jeweils mit
der n–-pitaxieschicht 5 und dem
p+-Diffusionsbereich 23 verbunden
sind zum Bilden eines Leitpfades von der n–-Epitaxieschicht 5 zu dem
p+-Diffu-sionsbereich 23.
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Die
Elektrode 27a ist auf der n–-Epitaxieschicht 5 so
bereitgestellt, dass der in der Oberfläche der n–-Epitaxieschicht 5 ausgebildete
n+-Diffusionsbereich 29 dazwischen
liegt, so dass ein Ohm'scher
Kontakt mit der n–-Epitaxieschicht 5 gebildet
wird. Die Elektrode 27b ist auf dem p+-Diffusionsbereich 23 ausgebildet
und elektrisch mit der Elektrode 27a verbunden. Die erste
Gateelektrode 17 ist mit dem Gateanschluss Tg verbunden,
die Emitterelektrode 21 mit dem Emitteranschluss Te und
die erste und zweite Kollektorelektrode 19a und 19b jeweils mit
dem ersten und zweiten Kollektoranschluss Tc1 und Tc2. In dieser
Ausführungsform
sind die Komponenten, die denen der ersten Aus führungsform entsprechen, durch
dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Halbleitervorrichtung 1I ist anders ausgedrückt so aufgebaut,
dass die sechste Ausführungsform
auf einen lateralen IGBT angewendet ist.
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Die
p-Diffusionsbereiche 11a und 11b entsprechen den
p-Diffusionsbereichen 11 in der sechsten Ausführungsform,
und die erste und zweite Kollektorelektrode 19a und 19b entsprechen
der Kollektorelektrode 19 in der sechsten Ausführungsform. Der
erste und zweite Kollektoranschluss Tc1 und Tc2 entsprechen dem
Kollektoranschluss Tc in der sechsten Ausführungsform, und an sie wird
dieselbe Spannung angelegt. Diese Halbleitervorrichtung 1I enthält keine
Komponenten, die dem p-Diffusionsbereich 7 und dem p–-Substrat 3 in
der sechsten Ausführungsform
entsprechen. Unter Berücksichtigung
dieser Entsprechungen ist der Betrieb der Halbleitervorrichtung 1I identisch
dem der Halbleitervorrichtung 1F der sechsten Ausführungsform,
so dass seine Beschreibung unterbleibt.
-
In
der Halbleitervorrichtung 1I mit dem obigen Aufbau ist
wie in der sechsten Ausführungsform der
n-Diffusionsbereich 25 in der Oberfläche des p-Diffusionsbereichs 11b so
ausgebildet, dass er von dem p-Diffusionsbereich 11b umgeben
ist; der p+-Diffusionsbereich 23 ist in
der Oberfläche
des n-Diffusionsbereichs 25 so ausgebildet, dass er von
dem n-Diffusionsbereich 25 umgeben ist; und die Kollektorelektrode 19b ist
bereitgestellt auf und erstreckt sich über die Komponenten 11b und 25,
so dass diese Komponenten 11b und 25 kurzgeschlossen
sind. Somit kann die Halbleitervorrichtung 1I die aus den Komponenten 23 und 25 bestehende
Diode für
die Rückwärtsleitung
aufweisen, ohne das Einschalten des aus den Komponenten 11b, 5 und 9 gebildeten Transistors
und des aus den Komponenten 11a, 5 und 9 gebildeten
Transistors zu behindern.