-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung
und insbesondere auf eine Leistungshalbleitervorrichtung für eine hohe
Spannung.
-
30 ist eine Draufsicht auf
einen bekannten horizontalen n-Kanal-IGBT
(insulated gate bipolar transistor = Bipolartransistor mit isoliertem
Gate), der allgemein mit 1000 bezeichnet ist. 31 ist eine Schnittansicht
in der Richtung X-X in 30.
-
Wie
in 31 dargestellt enthält der IGBT 1000 ein
p-Substrat 1. Das p-Substrat 1 trägt eine n-Schicht 2,
in der eine n-Pufferschicht
ausgebildet ist. In der n-Pufferschicht 3 befindet sich
eine p-Kollektorschicht 4.
-
Eine
p-Basisschicht 5 ist in der n-Schicht 2 mit einem
vorbestimmten Abstand von der p-Kollektorschicht 4 ausgebildet.
In der p-Basisschicht 5 ist eine n-Emitterschicht (n+) 6 so
gebildet, dass sie bezüglich
eines Randabschnitts der p-Basisschicht 5 auf der inneren
Seite liegt und flacher als die p-Basisschicht 5 ist. In
der p-Basisschicht 5 ist auch eine p-Emitterschicht (p+) 7 gebildet.
-
Eine
Feldoxidschicht 8 ist auf der Oberfläche der n-Schicht 2 ausgebildet,
die zwischen der n-Pufferschicht 3 und der p-Basisschicht 5 liegt.
Auf einem Kanalbereich 15, der in der p-Basisschicht 5 ausgebildet
ist und zwischen der Emitterschicht 6 und der n-Schicht 2 liegt,
ist eine Gateverdrahtung 10 über einer Gateoxidschicht 9 angeordnet.
Weiter existiert eine Schutzschicht 11, die so angeordnet
ist, dass sie die Feldoxidschicht 8 bedeckt usw.
-
Eine
Gateelektrode 12 ist so angeordnet, dass sie elektrisch
mit der Gateverdrahtung 10 verbunden ist. Eine Emitterelektrode 13 ist
weiter so angeordnet, dass sie elektrisch sowohl mit der n-Emitterschicht 6 als
auch mit der p-Emitterschicht 7 verbunden ist. Außerdem ist
eine Kollektorelektrode 14 so angeordnet, dass sie elektrisch
mit der p-Kollektorschicht 4 verbunden ist. Die Emitterelektrode 13, die
Kollektorelektrode 14 und die Gateelektrode 12 sind
elektrisch voneinander getrennt.
-
Wie
in 30 gezeigt, ist die
p-Kollektorschicht 4 in der Mitte des IGBT 1000 angeordnet,
wobei die Strukturen der n-Pufferschicht 3,
der n-Schicht 2, der p-Basisschicht 5, der n-Emitterschicht 6 und
der p-Emitterschicht 7 die p-Kollektorschicht 4 in
dieser Reihenfolge umgeben, und dieser Aufbau hat eine Endlosform,
die durch das Verbinden von zwei halbkreisförmigen Abschnitten durch gerade
Abschnitte gebildet wird. Zum leichteren Verständnis sind in 30 die Feldoxidschicht 8, die Gateoxidschicht 9,
die Gateverdrahtung 10, die Gateelektrode 12,
die Schutzschicht 11, die Emitterelektrode 13 und
die Kollektorelektrode 14 weggelassen (JP-Patent Nr. 3647802).
-
32 zeigt eine Kollektor-Emitter-Stromkennlinie
(ICE), die der IGBT 1000 bei Anlegen einer Kollektor-Emitter-Spannung
(VCE) unter der Bedingung zeigt, dass eine konstante Gate-Emitter-Spannung
VGE an den IGBT 1000 angelegt ist. Die Kollektor-Emitter-Spannung
(VCE) wird entlang der horizontalen Achse aufgetragen, während die
vertikale Achse den Kollektor-Emitter-Strom (ICE) bezeichnet. Die Temperatur
für die
Messung ist die Raumtemperatur.
-
Aus 32 ist ersichtlich, dass
beim allmählichen
Ansteigen von VCE der Wert von ICE etwa 0,2A wird, wenn VCE den
Wert 6V erreicht oder nahe an 6V herankommt, und darüber hinaus
neigt ICE dazu, gesättigt
zu sein. Das bewirkt ein Problem, dass ICE nicht hinreichend groß wird,
wie hoch auch immer VCE wird.
-
Es
gibt ein anderes Problem, dass der ICE ausdrückende Gradient gering bleibt,
während
VCE von 0V auf 6V ansteigt, und der EIN-Widerstand (VCE/ICE) ist daher hoch.
-
33 zeigt den Ausschaltsignalverlauf
des IGBT 1000. Die Ausschaltzeit ist entlang der Horizontalachse
aufgetragen, und die Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) oder der Kollektor-Emitter-Strom (ICE)
ist entlang der Vertikalachse aufgetragen. In 33 bezeichnet das Symbol (AV) Änderungen
des VCE-Werts, und das Symbol (AI) bezeichnet Änderungen des ICE-Werts.
-
Wie
aus 33 ersichtlich,
hat die Abfallzeit, d.h. die Zeit, die ICE benötigt, um von 90% des Maximalwerts
auf 10% abzufallen, einen großen
Wert, der 1μs überschreitet.
Der übergangsisolierte
(JI = junction isolated) horizontale IGBT 1000, bei dem
der IGBT in der n-Schicht 2 auf dem P-Substrat 1 gebildet
ist, hat somit das Problem, dass seine Schaltgeschwindigkeit gering
ist und er einen hohen Schaltverlust aufweist.
-
Der
horizontale IGBT 1000 hat ein weiteres Problem, dass bei
einem Kurzschluss in einer Inverterschaltung oder dergleichen ein
parasitärer
Thyristor, der durch die p-Kollektorschicht 4, die n-Pufferschicht 3,
die n-Schicht 2, die p-Basisschicht 5 und die
n-Emitterschicht 6 gebildet ist, einklinkt und die Stromdichte
des IGBT 1000 so erhöht,
dass der IGBT leicht zerstört
werden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde zum Lösen dieser Probleme durchgeführt, und
dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Halbleitervorrichtung
bereitzustellen, die eine verbesserte Kollektor-Emitter-Stromkennlinie
aufweist, die Abfallzeit verkürzt
und die Einklinktoleranz eines parasitären Thyristors erhöht.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2. Weiterbildungen
der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die
Halbleitervorrichtung enthält
ein horizontales Einheitshalbleiterelement, wobei das Einheitshalbleiterelement
enthält;
ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps; einen Halbleiterbereich
eines zweiten Leitungstyps, der auf dem Halbleitersubstrat gebildet
ist; eine Kollektorschicht des ersten Leitungstyps, die in dem Halbleiterbereich
gebildet ist; eine Basisschicht des ersten Leitungstyps, die Endlosform
aufweist und in dem Halbleierbereich so gebildet ist, dass die Basisschicht
von der Kollektorschicht entfernt ist und die Kollektorschicht umgibt; und
eine erste Emitterschicht des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht
gebildet ist. Das horizontale Einheitshalbleiterelement steuert
innerhalb eines in der Basisschicht gebildeten Kanalbereichs die
Bewegung von Trägern
zwischen der ersten Emitterschicht und der Kollektorschicht, und
die erste Emitterschicht ist aus mehreren Einheitsemitterschichten
gebildet, die entlang der Basisschicht gebildet sind.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
eine Halbleitervorrichtung zu gewinnen, die eine ausgezeichnete
Kollektor-Emitter-Stromkennlinie
hat, eine kurze Abfallzeit aufweist und bei der die Einklinktoleranz
eines parasitären
Thyristors hoch ist.
-
Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen.
-
1 ist
eine Draufsicht auf einen IGBT gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
eine Schnittansicht des IGBT gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
3 ist
eine Schnittansicht des IGBT gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
4 ist
eine schematische Darstellung, die eine Bewegung von Löchern in
der Nähe
einer Emitterelektrode in dem IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
5 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
6 ist
eine Schnittansicht des weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
7 ist
eine Schnittansicht des weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
8 ist
eine teilweise Draufsicht auf den IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
9 ist
eine teilweise Draufsicht auf den weiteren IGBT gemäß der ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
-
10 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
11 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
12 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
13 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
14 ist
eine Schnittansicht eines IGBT gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
15 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
16 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
17 ist
eine Schnittansicht des weiteren IGBT gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
18 ist
eine Schnittansicht eines IGBT gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
19 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
20 ist
eine Schnittansicht eines IGBT gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
21 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
22 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
23 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
24 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
25 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
26 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
27 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
28 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
29 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
30 ist
eine Draufsicht auf einen bekannten IGBT.
-
31 ist
eine Schnittansicht des bekannten IGBT.
-
32 zeigt
eine Beziehung zwischen einer Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) und einem Kollektor-Emitter-Strom (ICE) bei dem
bekannten IGBT.
-
33 zeigt
den Ausschaltsignalverlauf des bekannten IGBT.
-
1 ist
eine Draufsicht auf einen horizontalen n-Kanal-IGBT (insulated gate
bipolar transistor = Bipolartransistor mit isoliertem Gate) gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 100 bezeichnet
ist. 2 ist eine Schnittansicht in der Richtung A-A
von 1, während 3 eine
Schnittansicht in der Richtung B-B von 1 ist.
-
Wie
in 1 dargestellt, sind mehrere kreisförmige Einheits-IGBT nebeneinander
in dem IGBT 100 angeordnet (in 1 sind es
drei Einheits-IGBT). In jedem Einheits-IGBT ist eine p-Kollektorschicht 4 in
der Mitte angeordnet, und eine n-Pufferschicht 3,
eine n-Schicht 2 und eine p-Basisschicht 5 sind
in annähernd
konzentrischer Anordnung um die p-Kollektorschicht 4 herum
angeordnet. Um die p-Basisschicht 5 herum sind mehrere
n-Emitterschichten (Einheitsemitterschichten) 6, die wie
Streifen geformt sind, so angeordnet, dass die n-Emitterschichten in einer annähernd konzentrischen
Anordnung voneinander entfernt liegen, und die p-Basischicht 5,
die zwischen der n-Schicht 2 und den Emitterschichten 6 liegt,
dient als Kanalbereich 15. Die Emitterschichten 6 sind
vorzugsweise in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Weiter
gibt es um die Emitterschichten 6 herum eine p-Emitterschicht 7.
-
Die
Emitterschichten 6 können
so gebildet sein, dass sie den Kanalbereich 15 diskontinuierlich umgeben,
und sie können
beispielsweise wie Trapeze, Fächer
usw. geformt sein.
-
In
dem Schnittaufbau des IGBT 100 in der Richtung A-A enthält der IGBT 100 wie
in 2 gezeigt ein p-Substrat 1 aus Silizium
oder dergleichen. Die n-Schicht 2 ist auf dem p-Subtrat 1 ausgebildet. Die
n-Pufferschicht 3 ist selektiv in der n-Schicht 2 ausgebildet. Zusätzlich ist
die p-Kollektorschicht 4 selektiv in der n-Pufferschicht 3 ausgebildet.
-
Die
n-Pufferschicht 3 kann weggelassen sein (das trifft ähnlich auch
auf die unten beschriebenen Ausführungsformen
zu).
-
In
der n-Schicht 2 ist die p-Basisschicht 5 selektiv
in einem vorbestimmten Abstand von der p-Kollektorschicht 4 gebildet.
In der p-Basisschicht 5 sind die n-Emitterschichten (n+) 6 selektiv
so gebildet, dass sie bezüglich
einem Randabschnitt der p-Basisschicht 5 auf
einer Innenseite angeordnet und flacher als die p-Basisschicht 5 sind.
Eine p-Emitterschicht (p+) 7 ist ebenfalls in der p-Basisschicht
ausgebildet.
-
Eine
Feldoxidschicht 8, die beispielsweise eine Siliziumoxidschicht
sein kann, ist auf der Oberfläche
der n-Schicht 2 ausgebildet, die zwischen der n-Pufferschicht 3 und
der p-Basisschicht 5 liegt.
Auf einem Kanalbereich 15, der in der p-Basisschicht 5 gebildet ist
und zwischen der Emitterschicht 6 und der n-Schicht 2 liegt,
ist eine Gateverdrahtung 10 über einer Gateoxidschicht 9 angeordnet,
die beispielsweise eine Siliziumoxidschicht sein kann. Weiter ist
eine Schutzschicht 11, die beispielsweise eine Silizumnitritschicht
sein kann, so angeordnet, dass sie die Feldoxidschicht 8 usw.
bedeckt.
-
Eine
Gateelektrode 12 ist so angeordnet, dass sie elektrisch
mit der Gateverdrahtung 10 verbunden ist. Die Gateelektrode 12 besteht
beispielsweise aus Aluminium.
-
Eine
Emitterelektrode 13 ist weiter so angeordnet, dass sie
elektrisch sowohl mit den n-Emitterschichten 6 als auch
mit der p-Emitterschicht 7 verbunden ist. Zusätzlich ist
eine Kollektorelektrode 14 so angeordnet, dass sie elektrisch
mit der p-Kollektorschicht 4 verbunden
ist. Die Emitterelektrode 13 und die Kollektorelektrode 14 bestehen
beispielsweise aus Aluminium. Die Emitterelektrode 13,
die Kollektorelektrode 14 und die Gateelektrode 12 sind elektrisch
voneinander getrennt Bei dem Querschnittsaufbau des IGBT 100 in
der Richtung B-B gibt es in der p-Basisschicht 5 keine
n-Emitterschicht 6, und die p-Emitterschicht 7 erstreckt
sich wie in 3 gezeigt so, dass sie die ganze
Grundfläche
der Emitterelektrode 13 kontaktiert. Im übrigen ist
der Aufbau ähnlich
dem in der Schnittansicht von 2 gezeigten.
-
4 ist
eine schematische Darstellung, die eine Bewegung von Löchern in
der Nähe
der Emitterelektrode in dem IGBT 100 zeigt. In 4 bezeichnen
dieselben Bezugszeichen wie die in 1 vorkommenden
gleiche oder entsprechende Abschnitte. Bei dem IGBT 100 sind
die streifenartigen n-Emitterschichten (Einheitsemitterschichten) 6 in
vorbestimmten Intervallen angeordnet, so dass sie den Kanalbereich 15 diskontinuierlich
umgeben. In diesem Aufbau ist es beim Ausschalten oder während des ständigen Eingeschaltetseins
für Löcher leichter, über die
p-Emitterschicht 7, die zwischen den diskontinuierlich
angeordneten n-Emitterschichten 6 liegt, oder über die
p-Basisschicht 5, die unter der p-Emitterschicht 7 liegt,
in die Emitterelektrode zu fließen, anstatt
unmittelbar unter den n-Emitterschichten 6 zu fließen. Kurz
gesagt fließen
extrem wenige Löcher unmittelbar
unterhalb der n-Emitterschichten 6.
-
Das
unterdrückt
den Betrieb eines parasitären
npn-Bipolartransistors, der durch die n-Schicht 2, die
p-Basisschicht und die n-Emitterschichten 6 gebildet wird
und verhindert letztendlich das Einklinken eines parasitären Thyristors,
der durch die p-Kollektorschicht 4, die n-Pufferschicht 3,
die n-Schicht 2, die p-Basisschicht 5 und die
n-Emitterschichten 6 gebildet wird.
-
Der
IGBT 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verbessert somit die Einklinktoleranz
eines parasitären
Thyristors beim Ausschalten des IGBT 100 oder beim ständigen Eingeschaltetsein
des IGBT 100.
-
Da
in so einem Aufbau wie dem des IGBT 100, der die p-Emitterschicht (p+) 7 enthält, die
Emitterelektrode, die p-Emitterschicht 7 kontaktiert,
ist der Kontaktwiderstand in dem Emitterkontaktbereich niedriger
als bei einem Aufbau wie bei dem eines IGBT 150, der später beschrieben
wird, bei dem es keine p-Emitterschicht 7 gibt und die
Emitterelektrode die p-Basisschicht 5 direkt
kontaktiert.
-
Somit
fließen
beim Ausschalten oder während
des ständigen
Eingeschaltetseins Löcher
leichter über
die p-Emitterschicht 7, die zwischen den n-Emitterschichten 6 liegt,
oder über
die p-Basisschicht 5,
die unter der p-Emitterschicht 7 liegt, zu der Emitterelektrode,
als dass sie unmittelbar unterhalb der n-Emitterschichten 6 fließen. Es
ist daher möglich,
ein Einklinken eines parasitären
Thyristors, der durch die p-Kollektorschicht 4, die n-Pufferschicht 3, die
n-Schicht 2, die p-Basisschicht 5 und
die n-Emitterschichten 6 gebildet wird, wirkungsvoll zu
verhindern.
-
5 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 150 bezeichnet
ist. 6 ist eine Schnittansicht von 5 in
der Richtung A-A, während 7 eine
Schnittansicht von 5 in der Richtung B-B ist.
-
In 5 bis 7 bezeichnen
dieselben Bezugszeichen wie die in 1 bis 3 auftretenden dieselben
oder entsprechende Abschnitte.
-
Wie
aus 5 bis 7 ersichtlich hat der IGBT 150 anders
als der IGBT 100 einen Aufbau, der die p-Emitterschicht 7 nicht
aufweist. Ansonsten ist der Aufbau derselbe wie der des IGBT 100.
-
Wie
bei dem oben beschriebenen IGBT 100 fließen auch
bei diesem Aufbau beim Ausschalten oder während des ständigen Eingeschaltetseins
Löcher
leichter über
die p-Basischicht 5, die zwischen den n-Emitterschichten 6 angeordnet
ist, zu der Emitterelektrode, als das sie unmittelbar unterhalb
den n-Emitterschichten 6 fließen. Es ist daher möglich, das
Einklinken eines parasitären
Thyristors, der durch die p-Kollektorschicht 4, die n-Pufferschicht 3, die
n-Schicht 2, die p-Basisschicht 5 und die n-Emitterschichten 6 gebildet
wird, wirkungsvoll zu verhindern.
-
Da
der IGBT 150 keine p-Emitterschicht 7 enthält, wird
er durch einfachere Schritte hergestellt als die Schritte zum Herstellen
des IGBT 100, der die p-Emitterschicht 7 enthält.
-
8 ist
eine teilweise Draufsicht auf den IGBT 100, während 9 eine
teilweise Draufsicht auf den IGBT 150 ist. Dieselben Bezugszeichen
wie die in 1 und 5 erscheinenden
bezeichnen dieselben oder entsprechende Abschnitte.
-
In 8 und 9 sind
die streifenartigen n-Emitterschichten 6 in gleichem Abstand
voneinander entlang einem Randabschnitt der n-Schicht 2 angeordnet.
Die Breite der n-Emitterschichten 6 in der Richtung des
Randabschnitts der n-Schicht 2 (in 8 und 9 die
Richtung oben – unten)
wird mit a bezeichnet, während
die Lücken
zwischen den benachbarten n-Emitterschichten 6 mit b bezeichnet werden.
-
In 8 und 9 ist
a > b wahr. Bei einem Aufbau,
der a > b erfüllt, haben
die IGBT 100 und 150 eine längere Kanalbreite (die die
Länge des
Bereichs, der zwischen der n-Schicht 2 und den Emitterschichten 6 angeordnet
ist, in der Richtung des Randabschnitts der n-Schicht 2 ist)
als bei einem Aufbau, bei dem a < b
erfüllt
ist. Das verbessert die Emitter-Kollektor-Stromkennlinien (ICE),
die die IGBT 100 und 150 aufweisen, und unterdrückt den
Betrieb eines parasitären
npn-Bipolartransistors, der durch die n-Schicht 2, die
p-Basisschicht 5 und die n-Emitterschichten 6 gebildet
wird. Zusätzlich
verhindert dies das Einklinken eines parasitären Thyristors, der durch die
p-Kollektorschicht 4,
die n-Pufferschicht 3, die n-Schicht 2, die p-Basisschicht 5 und
die n-Emitterschichten 6 gebildet wird.
-
Wenn
die p-Basisschicht 5 wie bei den IGBT 100 und 150 wie
ein Ring geformt ist, ist die Kanalbreite größer, und die Emitter-Kollektor-Stromkennlinie
(ICE) ist demzufolge besser als wenn die p-Basisschicht 5 wie
bei dem IGBT 100, der einen bekannten Aufbau ausweist,
wie ein Oval gebildet ist. Auch wenn beschrieben wurde, dass die
Einheits-IGBT eine Kreisform aufweisen, können die Einheits-IGBT ovale
Formen aufweisen, die nahe an Kreisen liegen oder polygonale Formen,
die nahe an Kreisen liegen. Das trifft in ähnlicher Weise auch auf die
unten beschriebenen Ausführungsformen
zu.
-
10 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 200 bezeichnet ist.
Er hat denselben Aufbau wie der IGBT 100, außer dass
die p-Emitterschichten 7 der kreisförmigen benachbarten Einheits-IGBT
sich teilweise überlappen. Eine
Schnittansicht in der Richtung A-A und diejenige entlang der Richtung
B-B sind jeweils dieselben wie die Schnittansichten in 2 und 3.
-
11 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 250 bezeichnet ist.
Der IGBT 250 hat denselben Aufbau wie der IGBT 200,
außer,
dass der IGBT 250 nicht die p-Emitterschicht 7 aufweist
und dass die p-Basisschichten 5 der kreisförmigen benachbarten
Einheits-IGBT sich teilweise überlappen.
-
Eine
Schnittansicht in der Richtung A-A, sowie diejenige in der Richtung
B-B sind jeweils dieselben wie die Schnittansichten in 6 und 7.
-
Wie
oben beschrieben verbessern auch die IGBT 200 und 250 wie
die IGBT 100 und 150 ihre Emitter-Kollektor-Stromkennlinien
(ICE), unterdrücken
den Betrieb eines parasitären
npn-Bipolartransistors
und verhindern ein Einklinken eines parasitären Thyristors, der durch die
p-Kollektorschicht 4, die n-Pufferschicht 3, die n-Schicht 2,
die p-Basisschicht 5 und die n-Emitterschichten 6 gebildet
ist.
-
12 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 300 bezeichnet ist.
Bei dem IGBT 300 sind die n-Emitterschichten 6 (Einheitsemitterschichten)
anders als bei dem IGBT 1000, der den bekannten Aufbau
hat, der in 30 gezeigt ist, wie Streifen
geformt und umgeben den Kanalbereich 15 diskontinuierlich.
Die Emitterschichten 16 können beispielsweise wie Trapeze,
Fächer usw.
geformt sein.
-
Eine
Schnittansicht des IGBT 300 in der Richtung A-A sowie diejenige
in der Richtung B-B sind jeweils dieselben wie die Schnittansichten
in 2 und 3.
-
13 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allge mein mit 350 bezeichnet ist.
Der IGBT 350 hat denselben Aufbau wie der IGBT 300,
außer,
dass der IGBT 350 nicht die p-Emitterschicht 7 enthält. Eine
Schnittansicht des IGBT 350 in der Richtung A-A sowie diejenige
in der Richtung B-B sind jeweils dieselben wie die Schnittansichten
in 6 und 7.
-
Auch
wenn der oben beschriebene Aufbau, der sich auf die n-Emitterschichten 6 gemäß der ersten
Ausführungsform
bezieht, auf den IGBT 1000 mit dem bekannten Aufbau angewendet
wird, ist es möglich,
die Emitter-Kollektor-Stromkennlinie (ICE) zu verbessern, den Betrieb
eines parasitären
npn-Bipolartransistors
zu verhindern und das Einklinken eines parasitären Thyristors zu verhindern,
der durch die p-Kollektorschicht 4,
die n-Pufferschicht 3, die n-Schicht 2, die p-Basisschicht 5 und
die n-Emitterschichten 6 gebildet ist.
-
14 und 15 sind
Schnittansichten eines IGBT gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 400 bezeichnet
ist, und entsprechen jeweils einer Schnittansicht in der in 1 gezeigten
Richtung A-A und einer Schnittansicht in der in 1 gezeigten
Richtung B-B.
-
Der
IGBT 400 hat einen SOI-Aufbau des dieelektrisch getrennten
Horizontaltyps, bei dem eine vergrabene Oxidschicht 20,
die beispielsweise eine Siliziumoxidschicht sein kann, zwischen
dem p-Substrat 1 und der n-Schicht 2 gebildet
ist. Ansonsten ist der Aufbau derselbe wie derjenige des IGBT 100,
der vom übergangsisolierten
Horizontaltyp ist (s. 2 und 3).
-
16 und 17 sind
Schnittansichten eines weiteren IGBT gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 500 bezeichnet
ist und entsprechen jeweils einer Schnittansicht in einer in 5 gezeigten
Richtung A-A und einer Schnittansicht einer in 5 gezeigten Richtung
B-B.
-
Der
IGBT 500 hat einen SOI-Aufbau, bei dem die vergrabene Oxidschicht 20,
die beispielsweise eine Siliziumoxidschicht sein kann, zwischen
dem p-Substrat 1 und der n-Schicht 2 gebildet
ist. Ansonsten ist der Aufbau derselbe wie derjenige des IGBT 150 (s. 6 und 7).
Anders ausgedrückt
hat der IGBT 500 mit Ausnahme des Weglassens der p-Emitterschicht 7 denselben
Aufbau wie der IGBT 400.
-
Dieser
Aufbau verspricht ähnliche
Wirkungen wie diejenigen, die die oben beschriebenen IGBT 100 und 150 erzielen,
und er ermöglicht
auch das Wählen
des Leitungstyps des Substrats 1 unabhängig von dem Leitungstyp der
n-Schicht 2.
-
Ein
solcher SOI-Aufbau, der die vergrabene Oxidschicht 20 enthält, ist
auch auf die IGBT 200 und 250 (10 und 11)
und die IGBT 300 und 350 (12 und 13)
anwendbar.
-
18 ist
eine Schnittansicht eines IGBT gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 600 bezeichnet
ist, in der in 1 gezeigten Richtung A-A. In 18 bezeichnen
dieselben Bezugszeichen wie die in 2 erscheinenden
dieselben oder entsprechende Abschnitte.
-
Der
in 18 gezeigte IGBT enthält auf der Emitterseite eine
p-Schicht 30, die so ausgebildet ist, dass sie die Grundfläche der
p-Basisschicht 5 kontaktiert. Die p-Schicht 30 ist
enger und tiefer als die p-Basisschicht 5 gebildet, aber
nicht tief genug, um das p-Substrat 1 zu erreichen. Ansonsten
ist der Aufbau derselbe wie derjenige des IGBT 100, der
in 2 gezeigt ist.
-
19 ist
eine Schnittansicht eines weiteren IGBT gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 600 bezeichnet ist,
ebenfalls in der in 1 gezeigten Richtung A-A. Der
IGBT 700 hat einen SOI-Aufbau (des die lektrisch isolierten
Horizontaltyps), der derselbe ist, wie der Aufbau des IGBT 600,
wenn er so abgewandelt ist, dass er die vergrabene Oxidschicht 20 wie
z.B. eine Siliziumoxidschicht enthält, die zwischen dem p-Substrat 1 und
der n-Schicht 2 gebildet ist.
-
Der
in Kontakt mit der Grundfläche
der p-Basisschicht 5 gebildete p-Bereich kann p–, p oder
p+ sein, und der Grundabschnitt des p-Bereichs, der die Grundfläche der
p-Basisschicht 5 kontaktiert, entwickelt ein zunehmend
stärkeres
elektrisches Feld, wenn er als p+ (hohes elektrisches Feld), p und
p– (niedriges
elektrisches Feld) in dieser Reihenfolge ausgebildet ist. Ein Löcherstrom
fließt
daher leichter, wenn dieser Bereich p+ ist (hohes elektrisches Feld): In
dem Fall, dass der Grundabschnitt des in Kontakt mit der Grundfläche der
p-Basisschicht gebildeten p-Bereichs p+ ist (hohes elektrisches
Feld), ist es möglich,
ein Einklinken eines parasitären
Thyristors besser zu verhindern und die Abfallzeit (tf), die die Zeit
ist, die dafür
benötigt
wird, dass der ICE des IGBT von 90% des Maximalwerts auf 10% absinkt,
zu verkürzen.
-
Wie
oben beschrieben, verhindern die IGBT 600 und 700 gemäß der dritten
Ausführungsform
das Einklinken eines parasitären
Thyristors, verkürzen die
Abfallzeit (tf), und erhöhen
weiter die Schaltgeschwindigkeit.
-
20 ist
eine Draufsicht auf einen IGBT, der allgemein mit 800 bezeichnet
ist und der eine Kombination von zwei IGBT 300 gemäß der ersten Ausführungsform
darstellt. In dem IGBT 800 sind p-Emitterschichten 17 in
Bereichen zwischen einer gemeinsamen Kontaktlinie, d.h. der Kontaktlinie
an den Außenrändern der
p-Emitterschichten 7, und den zwei benachbarten IGBT gebildet,
was die Flächengrößen des
Kontakts zwischen den p-Emitterschichten 7 und 17 und
der Emitterelektrode vergrößert.
-
In
diesem Aufbau sind die p-Emitterschichten 7 und 17 breiter
als die n-Emitterschichten 6. Das verringert den Kontaktwiderstand
zwischen den p-Emitterschichten 7 und 17 und der
Emitterelektrode und stellt einen sanften Fluss von Löchern zu
dem Emitterkontaktbereich sicher, ohne dass er unmittelbar unter
den n-Emitterschichten 6 stagniert. Das ist so aufgrund
eines verringerten Basiswiderstands der p-Basisschicht, die gerade
unter den n-Emitterschichten 6 liegt.
-
Das
unterdrückt
den Betrieb eines parasitären
npn-Bipolartransistors,
der durch die n-Schicht 2, die p-Basisschicht 5 und die n-Emitterschichten 6 gebildet
ist und verhindert das Einklinken eines parasitären Thyristors, der durch die
p-Kollektorschicht 4, die n-Pufferschicht 3, die
n-Schicht 2,
die p-Basisschicht 5 und die n-Emitterschichten 6 gebildet
ist. Demzufolge ist beim Ausschalten oder während des ständigen Eingeschaltetseins
die Einklinktoleranz eines parasitären Thyristors in dem IGBT 800 verbessert.
-
21 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform,
der allgemein mit 810 bezeichnet ist. In dem IGBT 810 sind
fächerartige
p-Emitterschichten 27 entfernt von der p-Emitterschicht 7 innerhalb
Flächen
zwischen der gemeinsamen Kontaktlinie der beiden benachbarten IGBT 300 und
den zwei IGBT gebildet.
-
22 ist
eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der vierten Ausführungsform,
der allgemein mit 820 bezeichnet ist. Bei dem IGBT 820 sind rechteckige
p-Emitterschichten 37 entfernt von der p-Emitterschicht 7 in
Bereichen zwischen der gemeinsamen Kontaktlinie der zwei benachbarten IGBT 300 und
den zwei IGBT gebildet.
-
Wie
der IGBT 800 verbessern auch die IGBT 810 und 820 die
Einklinktoleranz eines parasitären Thyristors
beim Ausschalten oder während
des ständigen
Eingeschaltetseins.
-
23, 24 und 25 sind
Draufsichten auf verschiedene IGBT 850, 860 und 870 gemäß der vierten
Ausführungsform.
Sie werden gewonnen durch Anwenden der Aufbauten der IGBT 800, 810 und 820 auf
den IGBT 350, der nicht die p-Emitterschicht 7 enthält.
-
26 und 27 sind
Draufsichten auf weitere IGBT 900 und 910 gemäß der vierten
Ausführungsform.
Bei den IGBT 900 und 910 sind die p-Emitterschichten 17 und 37 in
Flächen
zwischen der gemeinsamen Kontaktlinie der zwei benachbarten Einheits-IGBT
und den zwei IGBT gebildet und auch innerhalb von Bereichen zwischen
drei benachbarten Einheits-IGBT, die einander entweder berühren oder
durch bestimmte Abstände
voneinander getrennt bleiben können,
was die Flächengrößen des Kontakts
zwischen den p-Emitterschichten und der Emitterelektrode (d.h. die
Größen der
Emitterkontaktbereiche) erhöht.
-
Die
p-Emitterschichten 7 der drei Einheits-IGBT, die entlang
der Vertikalrichtung ausgerichtet sind, überlappen sich in dem IGBT 900 teilweise,
während
die Einheits-IGBT in dem IGBT 910 voneinander getrennt
sind.
-
28 und 29 sind
Draufsichten auf weitere IGBT 950 und 960 gemäß der vierten
Ausführungsform.
Die IGBT 950 und 960 werden gewonnen durch Anwenden
der Strukturen der IGBT 900 und 910 auf einen
Aufbau, bei dem ein Einheits-IGBT nicht die p-Emitterschicht 7 enthält und die
p-Basisschicht 5 den Außenrand definiert.
-
Auch
bei solchen IGBT 900, 910, 950 und 960 sind
die Flächen,
in denen die p-Emitterschichten 7, 17 und 37 (oder
die p-Basisschichten 5)
die Emitterelektrodendrähte
kontaktieren groß,
was die Einklinktoleranz des parasitären Thyristors beim Einschalten
oder während
des ständigen
Eingeschaltetseins verbessert.
-
Die
p-Emitterschichten 17, 27 und 37, die
in Verbindung mit der vierten Ausführungsform beschrieben wurden,
sind mit der p-Basisschicht 5,
der p-Emitterschicht 7 und der gleichen, die in dem IGBT enthalten
sind, verbunden; diese p-Emitterschichten können aber auch nicht mit ihnen
verbunden sein.
-
Während oben
horizontale n-Kanal-IGBT beschrieben wurde, ist die vorliegende
Erfindung auch auf andere horizontale Vorrichtungen mit MOS-Gateaufbauten
anwendbar wie z.B. einen horizontalen MOSFET.