DE102008040892B4 - Halbleitervorrichtung mit einer Diode und einem IGBT - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung, die aufweist:ein Halbleitersubstrat (10, 11), das eine Schicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet;eine Mehrzahl von IGBT-Bereichen (1), von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht; undeine Mehrzahl von Diodenbereichen (2), von denen jeder ein Diodenelement vorsieht, wobeidie Mehrzahl von IGBT-Bereichen (1) und die Mehrzahl von Diodenbereichen (2) abwechselnd in dem Halbleitersubstrat (10, 11) angeordnet sind,eine Schicht (14) eines zweiten Leitfähigkeitstyps in einem Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist,ein Emitterbereich (16) des ersten Leitfähigkeitstyps jedes IGBT-Elements in einem Oberflächenabschnitt der Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist,eine Emitterelektrode jedes IGBT-Elements auf einem Teil des Emitterbereichs (16) und der Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist,die Emitterelektrode jedes IGBT-Elements eine Anodenelektrode bildet,eine Kollektorschicht (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps jedes IGBT-Elements und eine Kathodenschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps jedes Diodenelements voneinander getrennt auf der Rückseite der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind,eine Kollektorelektrode jedes IGBT-Elements sowohl mit der Kollektorschicht (12) als auch der Kathodenschicht (13) verbunden ist,die Kollektorelektrode jedes IGBT-Elements eine Kathodenelektrode bildet,jeder Diodenbereich (2) einen Schottky-Kontaktbereich (24) beinhaltet, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist,jeder Diodenbereich (2) weiterhin eine Mehrzahl von Bereichen (28) eines ohmschen Kontakts beinhaltet, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen,die Mehrzahl von Bereichen (28) eines ohmschen Kontakts in einem zweiten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist,die Mehrzahl von Bereichen (28) eines ohmschen Kontakts auf einer Innenseite des Diodenbereichs (2) von dem Schottky-Kontaktbereich (24) angeordnet ist,der Schottky-Kontaktbereich (24) jedes Diodenbereichs (2) dazu ausgelegt ist, Minoritätsladungsträger aus der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps zurückzugewinnen,der Schottky-Kontaktbereich (24) jedes Diodenbereichs (2) in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, undder Schottky-Kontaktbereich (24) jedes Diodenbereichs (2) in einem Grenzabschnitt des Diodenbereichs (2) und an den IGBT-Bereich (1) angrenzend angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einer Diode und einem IGBT bzw. Isolierschicht-Bipolartransistor.
  • Eine Halbleitervorrichtung, die eine Diode und eine IGBT aufweist, ist zum Beispiel in der US 2007 / 0 108 468 A1 offenbart.
  • In dieser Vorrichtung sind eine Schicht eines N-Typs und eine Basisschicht eines P-Typs auf einem Substrat des N-Typs ausgebildet. Ein Paar von Vertiefungen ist derart auf einer Oberfläche der Basisschicht ausgebildet, dass die Vertiefungen das Substrat erreichen. Ein Emitterbereich des N-Typs ist derart in der Basisschicht ausgebildet, dass der Emitterbereich zwischen den Vertiefungen beidseitig umfasst ist.
  • Ein Gateoxidfilm ist auf einer Innenwand der Vertiefung ausgebildet und eine Gateelektrode ist über dem Gateoxidfilm in der Vertiefung ausgebildet. Daher kontaktiert die Basisschicht die Gateelektrode über den Gateoxidfilm. Die Basisschicht sieht einen Kanalbereich des IGBT vor. Ein Zwischenschicht-Isolationsfilm ist derart über der Gateelektrode ausgebildet, dass der Zwischenschicht-Isolationsfilm einen Teil des Emitterbereichs bedeckt.
  • Eine Emitterelektrode ist auf einem Teil des Emitterbereichs und der Basisschicht ausgebildet. Die Emitterelektrode sieht ebenso eine Anodenelektrode der Diode vor. Eine Kollektorschicht eines P+-Typs und eine Kathodenschicht eines N+-Typs sind unabhängig auf einer Rückseite des Substrats ausgebildet. Eine Kollektorelektrode, die sowohl mit der Kollektorschicht als auch der Kathodenschicht gekoppelt ist, ist auf dem Substrat ausgebildet. Die Kollektorelektrode sieht ebenso eine Kathodenelektrode der Diode vor.
  • Die Diode und der IGBT sind in dem Substrat integriert. Der IGBT-Bereich, der den Kollektor aufweist, der auf der Rückseite des Substrats angeordnet ist, wirkt als der IGBT. Der Diodenbereich, der die Kathodenschicht aufweist, die auf der Rückseite des Substrats angeordnet ist, wirkt als die Diode. Mehrere Dioden und IGBTs können derart in dem Substrat ausgebildet sein, dass ein Inverter geschaffen wird.
  • Jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die vorliegende Schwierigkeit erkannt.
  • Wenn eine Durchlassspannung der Diode zwischen die Emitterelektrode und die Kollektorelektrode angelegt wird, werden Elektronen von der Kathodenschicht dem Substrat zugeführt. Weiterhin werden Löcher von der Basisschicht dem Substrat zugeführt. Dann sind die Elektronen in dem Substrat dominant, das heißt im Überschuss, so dass die Elektronen von der Kathode, das heißt der Kollektorelektrode, zu der Anode, das heißt der Emitterelektrode, fließen. Daher lässt die Diode den Durchlassstrom dadurch fließen.
  • In diesem Fall fließt, wenn eine Sperrspannung schnell zwischen die Emitterelektrode und die Kollektorelektrode angelegt wird, der Sperrstrom für einen kurzen Augenblick. Genauer gesagt bewegen sich die Löcher, die von der Basisschicht dem Substrat zugeführt werden, zu einer Richtung, die entgegengesetzt zu der Durchlassrichtung ist, so dass sich die Löcher zu der Emitterelektrodenseite bewegen. Weiterhin rekombinieren die Löcher, die in dem Substrat verbleiben, mit den Elektronen und/oder werden die Löcher in das Substrat diffundiert, so dass der Sperrstrom fließt, das heißt eine Sperrverzögerung bzw. Reverse-Recovery tritt auf. Demgemäß fließen die Löcher, die in dem Substrat angesammelt sind, bei dem Verzögerungsverfahren über die Basisschicht in die Anode, das heißt die Emitterelektrode.
  • Wenn sich der IGBT einschaltet, werden, da der Widerstand des Kanalbereichs in dem IGBT sehr klein ist, die Emitterelektrode und das Substrat kurzgeschlossen. Das heißt, bei dem Diodenverzögerungsvorgang wird, wenn sich der IGBT einschaltet, die Diode kurzgeschlossen und fließt der Strom von dem Diodenbereich zu dem IGBT-Bereich.
  • Demgemäß konzentriert sich in einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung bei dem Diodenverzögerungsvorgang der Strom einfach an der Grenzfläche zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich, so dass ein Durchbruch der Vorrichtung auftreten kann.
  • Daher ist es erforderlich, dass eine Halbleitervorrichtung mit einer Diode und einem IGBT eine Stromkonzentration an einer Grenzfläche zwischen dem IGBT und der Diode in einem Fall eines Diodenverzögerungsvorgangs verhindert.
  • Relevanter Stand der Technik ist bekannt durch die Druckschriften DE 10 2007 001 031 A1 und DE 10 2004 040 997 A1 .
  • Im Hinblick auf das zuvor beschriebene Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Halbleitervorrichtung zu schaffen, die eine Diode und einen IGBT aufweist.
  • Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 und 12 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, das eine Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet; eine Mehrzahl von IGBT-bzw. Isolierschicht-Bipolartransistor-Bereichen, von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht; und eine Mehrzahl von Diodenbereichen, von denen jeder ein Diodenelement vorsieht. Die Mehrzahl von IGBT-Bereichen und die Mehrzahl von Diodenbereichen sind abwechselnd in dem Halbleitersubstrat angeordnet. Jeder Diodenbereich beinhaltet einen Schottky-Kontaktbereich, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, jeder Diodenbereich weiterhin eine Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts beinhaltet, die den zweiten Leitfähiqkeitstyp aufweisen, die Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts in einem zweiten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähiqkeitstyps angeordnet ist und die Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts auf einer Innenseite des Diodenbereichs von dem Schottky-Kontaktbereich angeordnet ist. Der Schottky-Kontaktbereich ist dazu ausgelegt, Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurückzugewinnen. Der Schottky-Kontaktbereich ist in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps in einem Grenzabschnitt des Diodenbereichs und an den IGBT- Bereich angrenzend angeordnet.
  • In der vorhergehenden Vorrichtung gewinnt der Schottky-Kontaktbereich, da der Schottky-Kontaktbereich an der Grenzfläche zwischen dem IGBT-Bereich und dem Diodenbereich angeordnet ist, die Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurück. Daher werden die Minoritätsladungsträger an der Grenzfläche verringert, so dass auch dann, wenn sich das IGBT-Element im Fall eines Verzögerungsvorgangs einschaltet, verhindert wird, dass ein Verzögerungsstrom von dem Diodenbereich zu dem IGBT-Bereich fließt. Demgemäß wird die Stromkonzentration an der Grenzfläche in einem Fall eines Diodenverzögerungsvorgangs verringert. Daher wird die Vorrichtung vor einem Durchbruch geschützt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, das ein Siliziumsubstrat und eine Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, wobei die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem Siliziumsubstrat angeordnet ist; eine Mehrzahl von IGBT-Bereichen, von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht; und eine Mehrzahl von Diodenbereichen, von denen jeder ein Diodenelement vorsieht. Die Mehrzahl von IGBT-Bereichen und die Mehrzahl von Diodenbereichen sind abwechseln in dem Halbleitersubstrat angeordnet. Jeder Diodenbereich beinhaltet einen Schottky-Kontaktbereich, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der Schottky-Kontaktbereich ist dazu ausgelegt, Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurückzugewinnen. Der Schottky-Kontaktbereich ist in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und an den IGBT-Bereich angrenzend angeordnet. Jeder Diodenbereich beinhaltet weiterhin einen Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen Bereich eines ohmschen Kontakts, der den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ist in einem dritten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ist auf einer Innenseite des Diodenbereichs von dem Schottky-Kontaktbereich angeordnet. Der Bereich eines ohmschen Kontakts ist in einem vierten Oberflächenabschnitt des Bereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Der Bereich eines ohmschen Kontakts weist eine Störstellenkonzentration auf, die höher als die des Bereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps ist. Jeder Diodenbereich beinhaltet weiterhin einen Graben, welcher den Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und den Schottky-Kontaktbereich umgibt, und der Graben weist eine rechteckige Form auf, durchdringt den Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und den Schottky-Kontaktbereich und erreicht die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps.
  • In der vorhergehenden Vorrichtung gewinnt der Schottky-Kontaktbereich, da der Schottky-Kontaktbereich an der Grenzfläche zwischen den IGBT-Bereich und dem Diodenbereich angeordnet ist, die Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurück. Daher werden die Minoritätsladungsträger an der Grenzfläche verringert, so dass auch dann, wenn sich das IGBT-Element in dem Fall eines Verzögerungsvorgangs einschaltet, verhindert wird, dass ein Verzögerungsstrom von dem Diodenbereich zu dem IGBT-Bereich fließt. Demgemäß wird die Stromkonzentration an der Grenzfläche in einem Fall des Diodenverzögerungsvorgangs verringert. Daher wird ein Durchbruch der Vorrichtung verhindert.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • 1 eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 2' eine entlang einer Linie II-II in 1 genommene Querschnittansicht der Vorrichtung;
    • 3 eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4 eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 eine entlang einer Linie Vll-Vll in 6 genommene Querschnittansicht der Vorrichtung; und 8 eine anschauliche Darstellung der Struktur der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der 2'. In den folgenden Ausführungsbeispielen entspricht zum Beispiel ein erster Leitfähigkeitstyp einem Leitfähigkeitstyp N und entspricht ein zweiter Leitfähigkeitstyp einem Leitfähigkeitstyp P. Alternativ kann der erste Leitfähigkeitstyp dem Leitfähigkeitstyp P entsprechen und kann der zweite Leitfähigkeitstyp dem Leitfähigkeitstyp N entsprechen.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 1 zeigt eine Halbleitervorrichtung mit einem IGBT und einer Diode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung wird geeignet für einen Inverter verwendet.
  • Die Vorrichtung beinhaltet einen IGBT-Bereich 1, der als einen IGBT wirkt, und einen Diodenbereich 2, der als eine Diode wirkt. Mehrere IGBT-Bereiche 1 und mehrere Diodenbereiche 2 sind abwechselnd entlang einer Wiederholungsrichtung angeordnet.
  • Der IGBT-Bereich 1 und der Diodenbereich 2 sind in einem Oberflächenabschnitt einer Schicht 11 eines ersten Leitfähigkeitstyps, im Folgenden auch als Driftschicht 11 eines N-Leitfähigkeitstyps oder lediglich als Driftschicht 11 bezeichnet, angeordnet, welche auf einem Siliziussubstrat des N-Leitfähigkeitstyps angeordnet ist. Ein Bereich 12 eines P+-Leitfähigkeitstyps, der dem IGBT-Bereich 1 entspricht, ist auf einer Rückseite des Siliziumsubstrats 10 angeordnet. Ein Bereich 13 des N+-Leitfähigkeitstyps, der dem Diodenbereich 2 entspricht, ist auf der Rückseite des Siliziumsubstrats 10 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Bereich 12 des P+-Leitfähigkeitstyps und der Bereich 13 des N+-Leitfähigkeitstyps einen an Masse gelegten Kollektor auf.
  • In dem IGBT-Bereich 1 ist eine Basisschicht 14 des P-Leitfähigkeitstyps zum Vorsehen eines Kanalbereichs in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht 11 ausgebildet. Ein Bodybereich 15 des P+-Leitfähigkeitstyps ist in einem Oberflächenabschnitt des Basisbereichs 14 ausgebildet. Ein Emitterbereich 16 eines ersten Leitfähigkeitstyps, im Folgenden auch als Sourcebereich 16 des N+-Leitfähigkeitstyps oder lediglich als Sourcebereich 16 bezeichnet, ist in einem Oberflächenbereich des Bodybereichs 15 ausgebildet. Hierbei entspricht der Basisbereich 14 des P-Leitfähigkeitstyps einer Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • Hierbei definieren das Siliziumsubstrat 10 des N-Leitfähigkeitstyps und die Driftschicht 11 des N--Leitfähigkeitstyps ein Halbleitersubstrat.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, ist ein Graben 17 in dem Halbleitersubstrat auf einer derartige Weise ausgebildet, dass der Graben 17 die Driftschicht 11 über den Sourcebereich 16, den Bodybereich 15 und den Basisbereich 14 erreicht. Ein Gateisolationsfilm 18, der aus SiO2 besteht, ist einer Innenwand des Grabens 17 ausgebildet und weiterhin ist eine Gateelektrode 19, die aus Polysilizium besteht, ebenso über dem Gateisolationsfilm 18 in dem Graben 17 ausgebildet. Der Graben 17, der Gateisolationsfilm 18 und die Gateelektrode 19 sehen eine Grabengatestruktur vor. Ein Zwischenschicht-Isolationsfilm 20, der aus zum Beispiel BPSG bzw. Borphosphorsilikatglas besteht, ist auf dem Sourcebereich 16 und der Gateelektrode 19 ausgebildet.
  • Eine Vertiefung 21, die eine Tiefe aufweist, die flacher als der Graben 17 ist, ist zwischen zwei angrenzenden Gräben 17 ausgebildet. Die Vertiefung 21 durchdringt den Sourcebereich 16 und den Bodybereich 15 und erreicht den Basisbereich 14. Der Basisbereich 14, der Bodybereich 15, der Sourcebereich 16, die Grabengatestruktur und die Vertiefung 21 definieren einen Vorrichtungsbereich. In 1 ist der Vorrichtungsbereich als ein schraffierter Bereich I gezeigt.
  • Der Graben 17 weist eine rechteckige Form auf und umgibt den Basisbereich 14. Weiterhin sind mehrere Gräben 17 entlang der Wiederholungsrichtung der IGBT-Bereiche 1 und der Diodenbereich 2 ausgerichtet.
  • Der Vorrichtungsbereich ist zwischen zwei angrenzenden Gräben 17 ausgebildet. Der Vorrichtungsbereich dehnt sich entlang einer Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung der IGBT-Bereiche 1 und Diodenbereiche 2 ist. Die Vertiefung 21 und ein Kontaktabschnitt 22 sind außerhalb des Vorrichtungsbereichs angeordnet und dehnen sich entlang der Wiederholungsrichtung aus. Der Kontaktabschnitt 22 ist ein Kontaktbereich, der in einem Oberflächenabschnitt des Basisbereichs 14 ausgebildet ist. Ein Metallelektrode (nicht gezeigt) ist derart über dem Kontaktabschnitt 22 ausgebildet, dass die Metallelektrode und das Halbleitersubstrat elektrisch miteinander gekoppelt sind.
  • In dem Diodenbereich 2 sind mehrere Grabengatestrukturen, die ähnlich zu der Grabengatestruktur in dem IGBT-Bereich 1 sind, in einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats ausgebildet. Genauer gesagt ist ein Bereich 23 des P-Leitfähigkeitstyps in einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats ausgebildet. Mehrere Gräben 17 sind auf eine derartige Weise in dem Substrat ausgebildet, dass der Graben 17 den Bereich 23 des P-Leitfähigkeitstyps durchdringt und die Driftschicht 11 erreicht. Der Graben 17 in dem Diodenbereich 2 weist ähnlich dem Graben 17 in dem IGBT-Bereich 1 eine rechteckige Form auf.
  • In dem Diodenbereich 2 ist ein Schottky-Kontaktbereich 24, der einen P-Leitfähigkeitstyp aufweist, in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht 11 ausgebildet, welche auf einer äußersten IGBT-Bereichsseite des Diodenbereichs 2 angeordnet ist, das heißt der Oberflächenabschnitt der Driftschicht 11 ist näher zu dem IGBT-Bereich 1 angeordnet. Das Schottky-Kontaktbereich 24 gewinnt Minoritätsladungsträger, das heißt Löcher, aus der Driftschicht 11 zurück. Der Schottky-Kontaktbereich 24 ist von dem Graben 17 umgeben. Die Störstellenkonzentration des Schottky-Kontaktbereichs 24 ist zum Beispiel zwischen 1 × 1016 cm-3 und 1 × 1017 cm-3.
  • Der Schottky-Kontaktbereich 24 ist einem Teil des Bereichs 23 des P-Leitfähigkeitstyps angeordnet, welcher auf einer äußersten IGBT-Bereichsseite angeordnet ist.
  • Weiterhin ist in dem Diodenbereich 2 ein Bereich 25 eines ohmschen Kontakts, der einen P+-Leitfähigkeitstyps aufweist, in einem Teil des Diodenbereichs 2 ausgebildet, welcher innerhalb des Schottky-Kontaktbereichs 24 angeordnet ist. Die Störstellenkonzentration des Bereichs 25 eines ohmschen Kontakts ist höher als die des Bereichs 23 des P-Leitfähigkeitstyps. Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ist in einem Oberflächenabschnitt des Bereichs 23 des P-Leitfähigkeitstyps ausgebildet. Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ist von dem Graben 17 umgeben. Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts wirkt als eine Löcherzufuhrquelle zum Zuführen der Löcher zu der Driftschicht 11.
  • Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts dehnt sich entlang einer Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung des IGBT-Bereichs 1 und des Diodenbereichs 2 ist. Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ist auf eine lineare Weise ausgerichtet. Daher werden in dem Diodenbereich 2 die Löcher unter Verwendung des Bereichs 25 eines ohmschen Kontakts homogen in die Driftschicht 11 eingebracht. Die Störstellenkonzentration des Bereichs 25 eines ohmschen Kontakts ist zum Beispiel 1 × 1019 cm-3.
  • In dem Diodenbereich 2 ist der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts in einem Bereich ausgebildet, der von dem Graben 17 umgeben ist. Eine PIN-Diode ist durch die Driftschicht 11 des N-Leitfähigkeitstyps, den Bereich 23 des P-Leitfähigkeitstyps und den Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ausgebildet. Die PIN-Diode ist in dem Bereich angeordnet, in welchem der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ausgebildet ist. Ein Teil des Oberflächenabschnitts des Bereichs 22 des P-Leitfähigkeitstyps, der Teil, in welchem der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts nicht ausgebildet ist, wirkt als eine Schottky-Diode. Daher sind die PIN-Diode in dem Abschnitt des P-Leitfähigkeitstyps mit einer hoher Störstellenkonzentration und die Schottky-Diode in dem Abschnitt des P-Leitfähigkeitstyps mit einer niedrigen Störstellenkonzentration in dem Bereich ausgebildet, der von dem Graben 17 umgeben ist.
  • In dem Diodenbereich 2 dehnen sich der Bereich 23 des P-Leitfähigkeitstyps, in welchem der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ausgebildet ist, und der Schottky-Kontaktbereich 24 entlang der Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Bereich 23 eines P-Leitfähigkeitstyps und der Schottky-Kontaktbereich 24 von einem Ende zu dem anderen Ende in dem Diodenbereich 2 ausgebildet sind, wobei die Enden dem Kontaktbereich 22 des IGBT-Bereichs 1 entsprechen.
  • Ein Emitterelektrode (nicht gezeigt) ist auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Die Emitterelektrode ist ebenso in der Vertiefung 21 des IGBT-Bereichs 1 ausgebildet. Daher kontaktiert die Emitterelektrode direkt den Basisbereich 14, so dass ein Abstand zwischen dem Kanalbereich und dem Emitterkontaktabschnitt kurz wird. Daher wird der Widerstand zwischen dem Graben 17 und der Vertiefung klein. Weiterhin wird eine Lochinjektion an dem PN-Übergang verringert, so dass eine Verzögerungsfestigkeit verbessert wird.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, sind eine Gate-Anschlussfläche 26 und eine Emitter-Anschlussfläche 27 in dem Substrat angeordnet. Die Gate-Anschlussfläche ist elektrisch mit dem IGBT-Bereich 1 gekoppelt und die Emitter-Anschlussfläche 27 ist elektrisch mit dem Diodenbereich 2 gekoppelt. Genauer gesagt ist die Gate-Anschlussfläche 26 elektrisch mit der Gatestruktur in dem Graben 17 in dem IGBT-Bereich 1 verbunden. Weiterhin ist die Gate-Anschlussfläche 26 zum Umgeben des Schottky-Kontaktbereichs 24 elektrisch mit der Gatestruktur in dem Graben 17 des Diodenbereichs 2 verbunden. Die Emitter-Anschlussfläche 27 ist zum Umgeben des Bereichs 23 des P-Leitfähigkeitstyps, in welchem der Bereich 25 ausgebildet ist, elektrisch mit der Gatestruktur des Grabens 17 gekoppelt.
  • Die Gatestruktur in dem Graben 17, die den Bereich 25 eines ohmschen Kontakt in dem Diodenbereich 2 umgibt, ist elektrisch von der Gate-Anschlussfläche 26 isoliert. Daher hängen die PIN-Dioden und die Schottky-Dioden nicht von einer Gatespannung ab. Daher wird die Durchlassspannung Vf der Diode klein.
  • Die Funktionsweise der Halbleitervorrichtung wird erläutert. Zuerst schaltet sich der IGBT in einem normalen Betrieb ein, wenn ein Ansteuersignal in das Gate eingegeben wird. Daher fließt der Strom zwischen dem Inverter und dem Kollektor.
  • Die Diode kommutiert einen Laststrom, der durch den IGBT fließt. Wenn die Diode in der Durchlassrichtung arbeitet, fließt lediglich der Strom, der von den Elektronen vorgesehen wird, das heißt der Elektronenstrom, in einem Teil des Diodenbereichs 2, in welchem der Schottky-Kontaktbereich 24 ausgebildet ist. Daher werden die Löcher nicht in die Driftschicht 11 eingebracht. Weiterhin werden die Löcher von dem Bereich 25 eines ohmschen Kontakts in die Driftschicht 11 in einem anderen Teil des Diodenbereichs 2 eingebracht, in welchem der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ausgebildet ist. Demgemäß wirkt, wenn die Diode in der Durchlassrichtung arbeitet, die Diode an dem anderen Teil des Bereichs, in welchem der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ausgebildet ist, das heißt, welcher von dem IGBT-Bereich 1 entfernt ist. Daher wird durch Zuführen der Löcher von dem Bereich 25 eines ohmschen Kontakts die Durchlassspannung Vf der Diode klein. Weiterhin wird die Durchlassrichtungseigenschaft der Diode verbessert.
  • Wenn die Diode in einem Verzögerungs- bzw. Recovery-Vorgang arbeitet, fließt der Löcherstrom, das heißt der Strom, der durch die Löcher vorgesehen wird, in dem Bereich des Diodenbereichs 2, in welchem der Schottky-Kontaktbereich 24 ausgebildet ist. Daher gewinnt der Schottky-Kontaktbereich 24 die Löcher aus der Driftschicht 11 zurück. Der Schottky-Kontaktbereich 24 ist auf dem Teil des Diodenbereichs 2 angeordnet, welcher auf der äußersten IGBT-Bereichsseite angeordnet ist. Daher gewinnt der Schottky-Kontaktbereich 24 die Löcher aus der Grenzfläche zwischen IGBT-Bereich 1 und dem Diodenbereich 2 zurück.
  • Demgemäß wird auch dann, wenn sich der IGBT bei dem Diodenverzögerungsvorgang einschaltet, der Verzögerungsstrom verringert, der von dem Diodenbereich 2 zu dem IGBT-Bereich 1 fließt. Daher wird die Stromkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem IGBT-Bereich 1 und dem Diodenbereich 2 verhindert. Genauer gesagt konzentriert sich der Strom nicht an der Grenzfläche. Daher wird die Festigkeitseigenschaft, dass heißt eine Durchbruchfestigkeit, der Halbleitervorrichtung verbessert.
  • Ein Teil des Diodenbereichs 2, in welchem der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts von dem Graben 17 umgeben ist, ist von einem anderen Teil des Diodenbereichs 2 durch den Graben 17 getrennt. Daher wird verhindert, dass der Löcherstrom von dem anderen Teil des Diodenbereichs 2 in den Teil des Diodenbereichs 2 dringt, wenn die Diode in dem Verzögerungsvorgang arbeitet. Daher wird der Durchbruch verhindert, der durch die Stromkonzentration des Löcherstroms verursacht wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Schottky-Kontaktbereich 24 zum Zurückgewinnen der Löcher aus der Driftschicht 11 bei dem Diodenverzögerungsvorgang in dem Teil des Diodenbereichs 2 ausgebildet, welcher auf der äußersten IGBT-Bereichsseite angeordnet ist.
  • Daher werden die Löcher an der Grenzfläche zwischen dem IGBT-Bereich 1 und dem Diodenbereich 2 verringert, so dass verhindert wird, dass sich der Verzögerungsstrom, der durch die Löcherrekombination und Löcherdiffusion verursacht wird, von dem Diodenbereich 2 zu dem IGBT-Bereich 1 konzentriert. Demgemäß wird verhindert, dass sich der Strom in dem Fall des Diodenverzögerungsvorgangs an der Grenzfläche konzentriert. Weiterhin wird der Durchbruch der Vorrichtung verhindert.
  • In diesem Fall umgibt der Graben 17 den Schottky-Kontaktbereich 24. Daher wird auch dann, wenn sich das elektrische Feld an dem Graben 17 konzentriert, der sich auf einem Umfang des IGBT-Bereichs 1 befindet, da der IGBT-Bereich 1 die Grabengatestruktur aufweist, die Stärke des elektrischen Felds zwischen dem IGBT-Bereich 1 und dem Diodenbereich 2 homogenisiert, so dass der Durchbruch der Vorrichtung verbessert wird.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 3 zeigt eine Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ist ebenso in dem Schottky-Kontaktbereich 24 ausgebildet. In diesem Fall ist der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts in einem Oberflächenabschnitt des Schottky-Kontaktbereichs 24 und in dem Diodenbereich 2 angeordnet. Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ist ebenso in dem Schottky-Kontaktbereich 24 ausgebildet. In diesem Fall ist der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts in einem Oberflächenabschnitt des Schottky-Kontaktbereichs 24 und in dem Diodenbereich 2 angeordnet. Der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ist auf eine lineare Weise angeordnet.
  • Da der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts in dem Schottky-Kontaktbereich 24 ausgebildet ist, erhöht sich die Löcherinjektion in die Driftschicht 11, so dass die Durchlassspannung Vf der Diode stark verringert wird.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • 4 zeigt eine Halbleitervorrichtung gemäß dem dritten Aufführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem Diodenbereich 2 erreichen der Schottky-Kontaktbereich 24 und der Bereich 23 des P-Leitfähigkeitstyps das eine Ende des Vorrichtungsbereichs des IGBT-Bereichs 1. Das eine Ende des Vorrichtungsbereichs ist auf dem Umfang entlang der Richtung angeordnet, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung des IGBT-Bereichs 1 und des Diodenbereichs 2 ist. Genauer gesagt sind in dem Diodenbereich 2 der Schottky-Kontaktbereich 24 und der Bereich 23 des P-Leitfähigkeitstyps nicht in dem Bereich ausgebildet, der von dem Kontaktbereich 22 in dem IGBT-Bereich 1 beidseitig umfasst ist.
  • In diesem Fall gibt es bei dem Diodenverzögerungsvorgang keinen Löcherinjektionsbereich in der Nähe des Kontaktabschnitts 22. Daher konzentriert sich der Strom nicht an dem Kontaktabschnitt von einem Umfangsbereich und dem Diodenbereich 2. Demgemäß wird die Stromkonzentration an einem Anschlussabschnitt des IGBT-Bereichs 1, das heißt an dem Kontaktabschnitt 22, verringert. Hierbei kann sich der Strom einfach an dem Anschlussabschnitt, das heißt dem Kontaktabschnitt 22, konzentrieren. Daher wird die Verzögerungsdruchbrucheigenschaft verbessert.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • 5 zeigt eine Halbleitervorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem Diodenbereich 2 erreicht der Bereich 23 des P-Leitfähigkeitstyps, in welchem der Bereich 25 eines ohmschen Kontakts ausgebildet ist, das eine Ende des Vorrichtungsbereichs des IGBT-Bereichs 1. Das eine Ende des Vorrichtungsbereichs ist auf dem Umfang entlang der Richtung angeordnet, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung des IGBT-Bereichs 1 und des Diodenbereichs 2 ist. Der Schottky-Kontaktbereich 24 erreicht den Umfang des Kontaktabschnitts 22, welcher auf dem Umfang entlang der Richtung angeordnet ist, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung des IGBT-Bereichs 1 und des Diodenbereichs 2 ist.
  • Wenn sich der Schottky-Kontaktbereich 24 zum Zurückgewinnen der Löcher aus der Driftschicht 11 zu dem Umfang des Kontaktabschnitts 23 ausdehnt und diesen erreicht, werden die Löcher unter Verwendung des Schottky-Kontaktbereichs 24 bei dem Diodenverzögerungsvorgang aus dem Kontaktabschnitt 22 zurückgewonnen. Daher wird die Stromkonzentration an dem Kontaktschnitt 22 des IGBT-Bereichs 1 verhindert, so dass die Verzögerungsdurchbrucheigenschaft, das heißt die Verzögerungsfestigkeitseigenschaft, verbessert wird.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Die 6 und 7 zeigen eine Halbleitervorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Schottky-Kontaktbereich 24 in dem Diodenbereich 2 von dem Graben umgeben, der die rechteckige Form aufweist. Weiterhin sind mehrere Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts des P+-Leitfähigkeitstyps zwischen zwei angrenzenden Gräben 17 zum Umgeben des Schottky-Kontaktbereichs 24 ausgebildet. Genauer gesagt sind die Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts auf der Innenseite des Diodenbereichs 2 von dem Schottky-Kontaktbereich 24 angeordnet. Jeder Bereich 28 eines ohmschen Kontakts weist eine Punktform auf und wirkt als eine Zufuhrquelle der Löcher.
  • Daher sind die Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts derart auf eine Punktweise angeordnet, dass mehrere Punkte auf eine Zickzackweise angeordnet sind. Genauer gesagt wird ein Punkt durch sechs Punkte umgeben, was eine hexagonale Form vorsieht.
  • Wie es in 7 gezeigt ist, sind die Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts in dem Oberflächenabschnitt der Driftschicht 11 gepunktet. Ein anderer Oberflächenabschnitt der Driftschicht 11, in welchem die Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts nicht ausgebildet sind, wirkt als die Schottky-Diode und die Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts wirken als die PIN-Diode. Daher sind die PIN-Diode und die Schottky-Diode in dem Diodenbereich 2 vereint, so dass eine MPS-, das heißt vereinte PIN-Diode und Schottky-Übergangsdiode, -Struktur ausgebildet ist.
  • Andere Ausführungsbeispiele
  • In der Vorrichtungsstruktur des IGBT-Bereichs 1 ist der Body-Bereich 15 in dem Basisbereich 14 ausgebildet. Alternativ kann die Vorrichtungsstruktur einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen.
  • Die Anzahl von Streifen des Bereichs 25 eines ohmschen Kontakts, der von dem Graben 17 umgeben ist, ist zwei. Alternativ kann die Anzahl von Streifen des Bereichs 25 eines ohmschen Kontakts, der von dem Graben 17 umgeben ist, eins, drei oder mehr sein.
  • Das Punkt-Layout der Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts, das in 6 gezeigt ist, ist ein Beispiel. Alternativ kann das Punkt-Layout der Bereiche 28 eines ohmschen Kontakts ein unterschiedliches Layout aufweisen.
  • Die vorhergehende Offenbarung weist die folgenden Aspekte auf.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, das eine Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; eine Mehrzahl von IGBT-Bereichen, von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht; und eine Mehrzahl von Diodenbereichen, von denen jeder ein Diodenelement vorsieht. Die Mehrzahl von IGBT-Bereichen und die Mehrzahl von Diodenbereichen sind abwechselnd in dem Substrat angeordnet. Jeder Diodenbereich beinhaltet einen Schottky-Kontaktbereich, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Jeder Diodenbereich beinhaltet eine Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Die Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts ist in einem zweiten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Die Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts ist auf einer Innenseite des Diodenbereichs von dem Schottky-Kontaktbereich angeordnet. Der Schottky-Kontaktbereich ist dazu ausgelegt, Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurückzugewinnen. Schottky-Kontaktbereiche sind in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und an den IGBT-Bereich angrenzend angeordnet.
  • In der vorhergehenden Vorrichtung gewinnt der Schottky-Kontaktbereich, da der Schottky-Kontaktbereich an der Grenzfläche zwischen den IGBT-Bereich und dem Diodenbereich angeordnet ist, die Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurück. Daher werden die Minoritätsladungsträger an der Grenzfläche verringert, so dass auch dann, wenn sich das IGBT-Element in dem Fall eines Verzögerungsvorgangs einschaltet, verhindert wird, dass ein Verzögerungsstrom von dem Diodenbereich zu dem IGBT-Bereich fließt. Demgemäß wird die Stromkonzentration an der Grenzfläche in dem Fall eines Diodenverzögerungsvorgangs verringert. Daher ist die Vorrichtung vor einem Durchbruch geschützt.
  • Alternativ kann jeder Diodenbereich weiterhin einen Graben beinhalten, welcher den Schottky-Kontaktbereich umgibt, und weist der Graben eine rechteckige Form auf, durchdringt den Schottky-Kontaktbereich und erreicht die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps. In diesem Fall wird die Vorrichtung vor einem Durchbruch geschützt. Weiterhin ist die Stärke eines elektrischen Felds homogen und wird die Durchbruchspannung der Vorrichtung erhöht.
  • Alternativ ist die Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts in einer Punktmatrix angeordnet. In diesem Fall wird eine MPS-Struktur vorgesehen.
  • Alternativ kann jeder Diodenbereich einen Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen Bereich eines ohmschen Kontakts beinhalten, der den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ist in einem dritten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ist auf einer Innenseite des Diodenbereichs von dem Schottky-Kontaktbereich angeordnet. Die Bereiche eines ohmschen Kontakts sind in einem vierten Oberflächenabschnitt des Bereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet und die Bereiche eines ohmschen Kontakts weisen eine Störstellenkonzentration auf, die höher als die des Bereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps ist. In diesem Fall wirkt der Bereich eines ohmschen Kontakts als eine Minoritätsladungsträgerquelle, wenn das Diodenelement in einer Durchlassrichtung arbeitet, so dass die Minoritätsladungsträger in die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps eingebracht werden. Daher wird die Durchlassspannung des Diodenelements klein und wird die Durchlassrichtungseigenschaft der Diode verbessert. Weiterhin kann jeder Diodenbereich weiter einen Graben beinhalten, welcher den Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps umgibt, und weist der Graben eine rechteckige Form auf, durchdringt den Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und erreicht die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps. In diesem Fall wird die Stärke des elektrischen Feld homogenisiert und wird die Durchbruchsspannung der Vorrichtung verbessert. Weiterhin können die Mehrzahl von IGBT-Bereichen und die Mehrzahl von Diodenbereichen in einer Wiederholungsrichtung abwechselnd angeordnet sein und dehnt sich der Bereich eines ohmschen Kontakts entlang einer Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Bereich eines ohmschen Kontakts ein Streifenmuster aufweist. Alternativ können die Bereiche eines ohmschen Kontakts in einem fünften Oberflächenabschnitt des Schottky-Kontaktbereichs angeordnet sein und ist der Bereich eines ohmschen Kontakts in dem Schottky-Kontaktbereich auf einer Innenseite des Diodenbereichs angeordnet. In diesem Fall wird die Durchlassspannung des Diodenelements sehr klein.
  • Alternativ kann jeder IGBT-Bereich eine Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem sechsten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine Mehrzahl von Gräben, die die Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben, die eine rechteckige Form aufweist, die Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps durchdringen und die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps erreichen und entlang der Wiederholungsrichtung angeordnet sind; einen Vorrichtungsbereich, der zwischen zwei angrenzenden Gräben angeordnet ist und durch mindestens die Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist; und einen Kontaktabschnitt beinhalten, der zwischen zwei angrenzenden Gräben angeordnet ist. Jeder Graben dehnt sich entlang der Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist. Der Kontaktabschnitt dehnt sich entlang der Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist. Der Vorrichtungsbereich dehnt sich entlang der Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Vorrichtungsbereich ein Ende und das andere Ende in der Richtung aufweist und der Schottky-Kontaktbereich und der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Vorrichtungsbereichs angeordnet sind. In diesem Fall wird der Verzögerungsstrom verringert. Weiterhin kann der Vorrichtungsbereich eine Vertiefung aufweisen, die eine Tiefe aufweist, die flacher als die des Grabens ist, und ist die Vertiefung zwischen zwei angrenzenden Gräben angeordnet.
  • Alternativ kann jeder IGBT-Bereich eine Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem siebten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine Mehrzahl von Gräben, die die Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben, die eine rechteckige Form aufweist, die Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps durchdringen und die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps erreichen und entlang der Wiederholungsrichtung angeordnet ist; einen Vorrichtungsbereich, der zwischen zwei angrenzenden Gräben angeordnet ist und durch mindestens die Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist; und einen Kontaktabschnitt beinhalten, der zwischen zwei angrenzenden Gräben angeordnet ist. Jeder Graben dehnt sich entlang der Richtung senkrecht zu der Wiederholungsrichtung aus. Der Kontaktabschnitt dehnt sich entlang der Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist. Der Kontaktabschnitt dehnt sich entlang der Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Kontaktabschnitt ein Ende und das andere Ende in der Richtung aufweist. Der Schottky-Kontaktbereich ist zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Kontaktabschnitts angeordnet. Der Vorrichtungsbereich dehnt sich entlang der Richtung aus, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Vorrichtungsbereich ein Ende und das andere Ende in der Richtung aufweist, und der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ist zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Vorrichtungsbereichs angeordnet. In diesem Fall wird die Stromkonzentration an den Kontaktabschnitt des IGBT-Bereichs verringert. Weiterhin kann der Vorrichtungsbereich eine Vertiefung beinhalten, die eine Tiefe aufweist, die flacher als die des Grabens ist, und ist die Vertiefung zwischen zwei angrenzenden Gräben angeordnet.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, das ein Siliziumsubstrat und eine Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, wobei die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem Siliziumsubstrat angeordnet ist; eine Mehrzahl von IGBT-Bereichen, von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht; und eine Mehrzahl von Diodenbereichen, von denen jeder ein Diodenelement vorsieht. Die Mehrzahl von IGBT-Bereichen und die Mehrzahl von Diodenbereichen sind abwechselnd in dem Halbleitersubstrat angeordnet. Jeder Diodenbereich beinhaltet einen Schottky-Kontaktbereich, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der Schottky-Kontaktbereich ist dazu ausgelegt, Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurückzugewinnen. Der Schottky-Kontaktbereich ist in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet und grenzt an den IGBT-Bereich an. Jeder Diodenbereich beinhaltet weiter einen Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einen Bereich eines ohmschen Kontakts, der den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ist in einem dritten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Der Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ist auf einer Innenseite des Diodenbereichs von dem Schottky-Kontaktbereich angeordnet. Der Bereich eines ohmschen Kontakts ist in einem vierten Oberflächenabschnitt des Bereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Der Bereich eines ohmschen Kontakts weist eine Störstellenkonzentration auf, die höher als die des Bereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps ist. Jeder Diodenbereich beinhaltet weiterhin einen Graben, welcher den Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und den Schottky-Kontaktbereich umgibt und der Graben weist eine rechteckige Form auf, durchdringt den Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und den Schottky-Kontaktbereich und erreicht die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps.
  • In der vorhergehenden Vorrichtung gewinnt der Schottky-Kontaktbereich, da der Schottky-Kontaktbereich an der Grenzfläche zwischen dem IGBT-Bereich und dem Diodenbereich angeordnet ist, die Minoritätsladungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurück. Daher werden die Minoritätsladungsträger an der Grenzfläche verringert, so dass auch dann, wenn sich das IGBT-Element im Fall eines Verzögerungsvorgangs einschaltet, verhindert wird, dass ein Verzögerungsstrom von dem Diodenbereich zu dem IGBT-Bereich fließt. Demgemäß wird die Stromkonzentration der Grenzfläche in einem Fall eines Diodenverzögerungsvorgangs verringert. Daher wird die Vorrichtung vor einem Durchbruch geschützt.
  • Eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung beinhaltet ein Halbleitersubstrat, das eine Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, eine Mehrzahl von IGBT-Bereichen, von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht, und eine Mehrzahl von Diodenbereichen, von denen jeder ein Diodenelement vorsieht. Die Mehrzahl von IGBT-Bereichen und die Mehrzahl von Diodenbereichen sind abwechselnd in dem Substrat angeordnet. Jeder Diodenbereich beinhaltet einen Schottky-Kontaktbereich, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Jeder Diodenbereich beinhaltet eine Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Die Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts ist in einem zweiten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Die Mehrzahl von Bereichen eines ohmschen Kontakts ist auf einer Innenseite des Diodenbereichs von dem Schottky-Kontaktbereich angeordnet. Der Schottky-Kontaktbereich ist dazu ausgelegt, Minoritätslagerungsträger aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zurück zu gewinnen. Der Schottky-Kontaktbereich ist in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und an den IGBT-Bereich angrenzend angeordnet.

Claims (12)

  1. Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (10, 11), das eine Schicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet; eine Mehrzahl von IGBT-Bereichen (1), von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht; und eine Mehrzahl von Diodenbereichen (2), von denen jeder ein Diodenelement vorsieht, wobei die Mehrzahl von IGBT-Bereichen (1) und die Mehrzahl von Diodenbereichen (2) abwechselnd in dem Halbleitersubstrat (10, 11) angeordnet sind, eine Schicht (14) eines zweiten Leitfähigkeitstyps in einem Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, ein Emitterbereich (16) des ersten Leitfähigkeitstyps jedes IGBT-Elements in einem Oberflächenabschnitt der Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, eine Emitterelektrode jedes IGBT-Elements auf einem Teil des Emitterbereichs (16) und der Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, die Emitterelektrode jedes IGBT-Elements eine Anodenelektrode bildet, eine Kollektorschicht (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps jedes IGBT-Elements und eine Kathodenschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps jedes Diodenelements voneinander getrennt auf der Rückseite der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, eine Kollektorelektrode jedes IGBT-Elements sowohl mit der Kollektorschicht (12) als auch der Kathodenschicht (13) verbunden ist, die Kollektorelektrode jedes IGBT-Elements eine Kathodenelektrode bildet, jeder Diodenbereich (2) einen Schottky-Kontaktbereich (24) beinhaltet, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, jeder Diodenbereich (2) weiterhin eine Mehrzahl von Bereichen (28) eines ohmschen Kontakts beinhaltet, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, die Mehrzahl von Bereichen (28) eines ohmschen Kontakts in einem zweiten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, die Mehrzahl von Bereichen (28) eines ohmschen Kontakts auf einer Innenseite des Diodenbereichs (2) von dem Schottky-Kontaktbereich (24) angeordnet ist, der Schottky-Kontaktbereich (24) jedes Diodenbereichs (2) dazu ausgelegt ist, Minoritätsladungsträger aus der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps zurückzugewinnen, der Schottky-Kontaktbereich (24) jedes Diodenbereichs (2) in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, und der Schottky-Kontaktbereich (24) jedes Diodenbereichs (2) in einem Grenzabschnitt des Diodenbereichs (2) und an den IGBT-Bereich (1) angrenzend angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Diodenbereich (2) weiterhin einen Graben (17) beinhaltet, welcher den Schottky-Kontaktbereich (24) umgibt, und der Graben (17) eine rechteckige Form aufweist, den Schottky-Kontaktbereich (24) durchdringt und die Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps erreicht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Bereichen (28) eines ohmschen Kontakts in einer Punktmatrix angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei jeder Diodenbereich (2) weiterhin einen Bereich (23) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einen Bereich (25) eines ohmschen Kontakts beinhaltet, der den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem dritten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, der Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Innenseite des Diodenbereichs (2) von dem Schottky-Kontaktbereich (24) angeordnet ist, die Bereiche (25) eines ohmschen Kontakts in einem vierten Oberflächenabschnitt des Bereichs (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, und die Bereiche (25) eines ohmschen Kontakts eine Störstellenkonzentration aufweisen, die höher als die des Bereichs (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei jeder Diodenbereich (2) weiterhin einen Graben (17) beinhaltet, welcher den Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps umgibt, und der Graben (17) eine rechteckige Form aufweist, den Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps durchdringt und die Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps erreicht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl von IGBT-Bereichen (1) und die Mehrzahl von Diodenbereichen (2) in einer Wiederholungsrichtung abwechselnd angeordnet sind, und der Bereich (25) eines ohmschen Kontakts sich entlang einer Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Bereich (25) eines ohmschen Kontakts ein Streifenmuster aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bereiche (25) eines ohmschen Kontakts in einem fünften Oberflächenabschnitt des Schottky-Kontaktbereichs (24) angeordnet sind, und der Bereich (25) eines ohmschen Kontakts in dem Schottky-Kontaktbereich (24) auf einer Innenseite des Diodenbereichs (2) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jeder IGBT-Bereich (1) aufweist: eine Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem sechsten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine Mehrzahl von Gräben (17), die die Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben, eine rechteckige Form aufweisen, die Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps durchdringen und die Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps erreichen und entlang der Wiederholungsrichtung angeordnet sind; einen Vorrichtungsbereich (I), der zwischen zwei angrenzenden Gräben (17) angeordnet ist und durch mindestens die Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist; und einen Kontaktabschnitt (22), der zwischen zwei angrenzenden Gräben (17) angeordnet ist, jeder Graben (17) sich entlang der Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, der Kontaktabschnitt (22) sich entlang der Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, der Vorrichtungsbereich (I) sich entlang der Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Vorrichtungsbereich (I) ein Ende und das andere Ende in der Richtung aufweist, und der Schottky-Kontaktbereich (24) und der Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Vorrichtungsbereichs (I) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Vorrichtungsbereich (I) eine Vertiefung (21) aufweist, die eine Tiefe aufweist, die flacher als die des Graben (17) ist, und die Vertiefung (21) zwischen zwei angrenzenden Gräben (17) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jeder IGBT-Bereich (1) aufweist: eine Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem siebten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; eine Mehrzahl von Gräben (17), die die Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben, die eine rechteckige Form aufweist, die Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps durchdringen und die Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps erreichen und entlang der Wiederholungsrichtung angeordnet sind; einen Vorrichtungsbereich (I), der zwischen zwei angrenzenden Gräben (17) angeordnet ist und durch mindestens die Schicht (14) des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist; und einen Kontaktabschnitt (22), der zwischen zwei angrenzenden Gräben (17) angeordnet ist, wobei jeder Graben (17) sich entlang der Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, der Kontaktabschnitt (22) sich entlang der Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, der Kontaktabschnitt (22) sich entlang der Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Kontaktabschnitt (22) ein Ende und das andere Ende in der Richtung aufweist, der Schottky-Kontaktbereich (24) zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Kontaktabschnitts (22) angeordnet ist, der Vorrichtungsbereich (I) sich entlang der Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Wiederholungsrichtung ist, so dass der Vorrichtungsbereich (I) ein Ende und das andere Ende in der Richtung aufweist, und der Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Vorrichtungsbereichs (I) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Vorrichtungsbereich (I) eine Vertiefung (21) beinhaltet, die eine Tiefe aufweist, die flacher als die des Grabens (17) ist, und die Vertiefung (21) zwischen zwei angrenzenden Gräben (17) angeordnet ist.
  12. Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (10, 11), das ein Siliziumsubstrat (10) und eine Schicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, wobei die Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem Siliziumsubstrat (10) angeordnet ist; eine Mehrzahl von IGBT-Bereichen (1), von denen jeder ein IGBT-Element vorsieht; und eine Mehrzahl von Diodenbereichen (2), von denen jeder ein Diodenelement vorsieht, wobei die Mehrzahl von IGBT-Bereichen (1) und die Mehrzahl von Diodenbereichen (2) abwechselnd in dem Halbleitersubstrat (10, 11) angeordnet sind, jeder Diodenbereich (2) einen Schottky-Kontaktbereich (24) beinhaltet, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der Schottky-Kontaktbereich (24) dazu ausgelegt ist, Minoritätsladungsträger aus der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps zurück zu gewinnen, der Schottky-Kontaktbereich (24) in einem ersten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps und an den IGBT-Bereich (1) angrenzend angeordnet ist, jeder Diodenbereich (2) weiterhin einen Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen Bereich (25) eines ohmschen Kontakts beinhaltet, der den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem dritten Oberflächenabschnitt der Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, der Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Innenseite des Diodenbereichs (2) von dem Schottky-Kontaktbereich (24) angeordnet ist, die Bereiche (25) eines ohmschen Kontakts in einem vierten Oberflächenabschnitt des Bereichs (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, die Bereiche (25) eines ohmschen Kontakts eine Störstellenkonzentration aufweisen, die höher als die des Bereichs (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps ist, jeder Diodenbereich (2) weiterhin einen Graben (17) beinhaltet, welche den Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps und den Schottky-Kontaktbereich (24) umgibt, und der Graben (17) eine rechteckige Form aufweist, die den Bereich (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps und den Schottky-Kontaktbereich (24) durchdringt und die Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps erreicht.
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