DE102011077841B4 - Leistungshalbleitervorrichtungen - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitervorrichtung (10A, 10K, 10N) miteinem Halbleitersubstrat (100A, 100K, 100N), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt,wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300A, 300K) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt,wobei das Halbleitersubstrat enthält:eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, undeine zweite Halbleiterschicht (200A, 240) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, wobei die zweite Halbleiterschicht (200A, 240) eine niedrigere Dotierungskonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist als in dem Randabschnitt (42), unddie Widerstandssteuerstruktur die zweite Halbleiterschicht (200A, 240) enthält.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung.
  • Leistungshalbleitervorrichtungen, wie z.B. ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), handhaben eine große Menge an Leistung und erzeugen als ein Ergebnis große Mengen an Wärme aufgrund des Leitungsverlustes. Folglich steigt die Temperatur eines Halbleitersubstrates stark an und variiert in großem Umfang während eines AN/AUS-(Schalt)Vorgangs.
  • Ein großer Temperaturanstieg, eine große Temperaturänderung oder dergleichen ziehen beispielsweise eine Ermüdung eines DrahtbondAbschnitts nach sich, was somit zu einer Verringerung der An-/Ausschalt-Lebensdauer führt. Es ist zu beachten, dass die An-/Ausschalt-Lebensdauer ein Indikator für die Zuverlässigkeit einer Leistungshalbleitervorrichtung ist, der die Lebensdauer anzeigt, die z.B. durch das Ablösen eines Drahtbondabschnitts aufgrund einer Temperaturänderung beeinflusst wird, die durch einen Betrieb ausgelöst wird.
  • Es wird berücksichtigt, dass bei einer Leistungshalbleitervorrichtung die Temperatur in einem Zentralabschnitt des Substrates höher wird als in einem Randabschnitt des Substrates und die Temperatur des gesamten Substrates durch die Temperatur des Zentralabschnitts des Substrates erhöht wird. Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 06-342876 A beschreibt eine Halbleitervorrichtung, die derart arbeitet, dass die Temperatur des Zentralabschnitts des Substrats erfasst wird zum Verhindern eines thermischen Risses aufgrund eines Temperaturanstiegs.
  • Speziell ist bei der Halbleitervorrichtung der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 06-342876 A in dem Zentralabschnitt eines Leistungstransistors (entsprechend dem Zentralabschnitt des Substrats), der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, ein leerer Raum vorhanden zum Ausbilden eines Temperaturerfassungselementes, wie z.B. einem Temperaturerfassungstransistor, in dem leeren Raum. Der Leistungstransistor wird entsprechend der mit dem Temperaturerfassungselement erfassten Temperatur gesteuert.
  • In der Halbleitervorrichtung der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 06-342876 A muss jedoch der Bereich, in dem das Temperaturerfassungselement angeordnet ist, bereitgestellt werden, was zu einer Vergrößerung der Größe der Vorrichtung führt.
  • EP 0 485 059 A2 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einer Pin-Diode mit einer hohen Durchbruchsspannung. Insbesondere wird in der Emitterschicht eine Stromsperrschicht ausgebildet. Eine Kathodenseite hat einen Doppelschichtaufbau, bei dem in einer hochdotierten N-Schicht stark dotierte P-Inseln als Stromblockierschichten ausgebildet werden.
  • DE 10 2005 029 263 A1 beschreibt ein Halbleiterbauelement mit verbesserter dynamischer Belastbarkeit. Insbesondere wird eine dynamische Belastung eines Randbereichs eines Halbleiterbauelements dadurch reduziert, dass der Stromfluss mittels entsprechender Maßnahmen im Wesentlichen in einem Innenbereich des Halbleiterbauelements erfolgt.
  • DE 103 60 574 A1 beschreibt ein Leistungshalbleiterbauelement mit sanftem Abschaltverhalten. Eine vergrabene Dotierungsschicht ist unter einer Emitterzone bzw. Diodenzone im Innenbereich des Bauelements ausgebildet und so dotiert, dass sie eine Reduktion der Spannungsfestigkeit des Bauelementes im Innenbereich bewirkt, so dass bei Anlegen einer großen Sperrspannung ein Spannungsdurchbruch im flächenmäßig wesentlich größeren Innenbereich auftritt.
  • DE 10 2005 014 714 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate. Eine Ladungsträgerspeicherschicht hat unter dem Kanalbereich eine niedrigere Dotierungskonzentration als an einer anderen Stelle, an der kein Kanalbereich darüber vorhanden ist.
  • DE 10 2005 053 487 A1 offenbart einen Leistungs-IGBT mit erhöhter Robustheit. Das Bauelement weist dabei zwei unterschiedliche Zellenfeldabschnitte auf, in denen ein unterschiedlicher Emitterwirkungsgrad eingestellt wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung, die in der Lage ist, einen Temperaturanstieg in einem Zentralabschnitt eines Substrats, welcher stark die Temperatur des gesamten Substrats beeinflusst, zu verhindern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der unabhängigen Ansprüche 1 bis 13.
  • Gemäß der Erfindung wird der durch das Halbleitersubstrat in der Dickenrichtung fließende Strom in dem Zentralabschnitt des Substrates im Vergleich zu dem Randabschnitt des Substrates kleiner. Folglich ist die Wärmeerzeugung aufgrund des Stroms in dem Zentralabschnitt des Substrats verringert, was einen Temperaturanstieg in dem Zentralabschnitt des Substrats verhindert. Die Temperatur des Zentralabschnitts des Substrats beeinflusst stark die Temperatur des gesamten Substrats und somit kann ein Temperaturanstieg für das gesamte Substrat verhindert werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Zuverlässigkeit im Hinblick auf eine An-/Ausschalt-Lebensdauer (engl.: power cycle life) oder dergleichen zu verbessern. Weiterhin kann gemäß dem Aspekt ein Temperatursteuereffekt erzielt werden ohne ein Temperaturerfassungselement zu verwenden und dadurch kann vermieden werden, dass die Größe der Vorrichtung zunimmt aufgrund des Einsatzes eines Temperaturerfassungselements.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
    • 1 ist eine Draufsicht, die in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise den IGBT gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Kollektorschicht gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 4 zeigt in schematischer Weise eine Verunreinigungskonzentrationsverteilung (Dotierungskonzentrationsverteilung) der Kollektorschicht gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 5 zeigt in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Kollektorschicht gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Lebensdauer-Steuerschicht gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
    • 9 zeigt in schematischer Weise die Konzentrationsverteilung eines Lebensdauerverkürzers (Lebensdauerkillers) der Lebensdauer-Steuerschicht gemäß der dritten Ausführungsform.
    • 10 zeigt in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer vierten Ausführungsform.
    • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Lebensdauer-Steuerschicht gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.
    • 12 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
    • 13 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Pufferschicht gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
    • 14 zeigt in schematischer Weise eine Dotierungskonzentrationsverteilung der Pufferschicht gemäß der fünften Ausführungsform.
    • 15 zeigt in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer sechsten Ausführungsform.
    • 16 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Pufferschicht gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.
    • 17 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
    • 18 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Ladungsträgerspeicherschicht gemäß der siebten Ausführungsform zeigt.
    • 19 zeigt in schematischer Weise eine Dotierungskonzentrationsverteilung der Ladungsträgerspeicherschicht gemäß der siebten Ausführungsform.
    • 20 zeigt in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer achten Ausführungsform.
    • 21 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Ladungsträgerspeicherschicht gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
    • 22 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt.
    • 23 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Basisschicht gemäß der neunten Ausführungsform zeigt.
    • 24 zeigt in schematischer Weise eine Dotierungskonzentrationsverteilung der Basisschicht gemäß der neunten Ausführungsform.
    • 25 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt.
    • 26 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Leistungs-MISFET gemäß einer elften Ausführungsform zeigt.
    • 27 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Drainschicht gemäß der elften Ausführungsform zeigt.
    • 28 zeigt in schematischer Weise eine Dotierungskonzentrationsverteilung der Drainschicht gemäß der elften Ausführungsform.
    • 29 zeigt in schematischer Weise einen Leistungs-MISFET gemäß einer zwölften Ausführungsform.
    • 30 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Drainschicht gemäß der zwölften Ausführungsform zeigt.
    • 31 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise eine Leistungsdiode gemäß einer dreizehnten Ausführungsform zeigt.
  • Erste Ausführungsform
  • Bei einer ersten Ausführungsform wird ein IGBT als ein Beispiel einer Leistungshalbleitervorrichtung beschrieben. 1 ist eine ebene Ansicht (mit anderen Worten eine Draufsicht) eines Halbleiterchips eines IGBT 10A gemäß der ersten Ausführungsform. Der IGBT 10A beinhaltet zumindest den Halbleiterchip und kann einen Bonddraht beinhalten, der mit dem Halbleiterchip verbunden ist, sowie ein isolierendes Substrat, auf dem der Halbleiterchip montiert ist oder dergleichen. Während die folgende Beschreibung für den Fall gegeben wird, dass in dem IGBT 10A ein Halbleiterchip enthalten ist, kann der IGBT 10A auch eine Mehrzahl von Halbleiterchips enthalten.
  • In dem Beispiel von 1 kann der Halbleiterchip des IGBT 10A grob in einen Elementabschnitt 31 und einen Abschlussabschnitt 32 unterteilt werden. Der Elementabschnitt 31 ist ein Bereich, in dem eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterelementen (in diesem Fall eine Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen) beispielsweise in einer Matrix angeordnet ist. Der Abschlussabschnitt 32 ist ein Bereich, in dem eine Struktur (beispielsweise ein oder mehrere Schutzringe) zum Sicherstellen einer Durchbruchsspannung der Leistungshalbleiterelemente des Elementabschnitts 31 ausgebildet ist. Obwohl es ebenfalls möglich ist, eine Struktur vorzusehen, die nicht den Abschlussabschnitt 32 aufweist, so wird der Abschlussabschnitt 32 vorzugsweise vorgesehen für Verbesserungen der Durchbruchsspannung und dergleichen.
  • Der Elementabschnitt 31 ist ein Bereich, der einen Zentralabschnitt eines Chips (mit anderen Worten die Zentralposition eines Substrats) enthält und sich so erstreckt, dass er nicht einen äußeren Rand des Chips (mit anderen Worten einen äußeren Umfang des Substrats) erreicht. Der Abschlussabschnitt 32 ist ein Bereich von dem äußeren Rand (dem äußeren Umfang des Elementabschnitts 31) zu dem äußeren Rand des Chips und hat eine Rahmengestalt, so dass er den Elementabschnitt 31 umgibt. Mit anderen Worten, der Abschlussabschnitt 32 ist eine rahmenförmige Region, die sich von dem äußeren Rand des Chips zu der Zentralposition des Chips hin erstreckt, und der Bereich innerhalb des rahmenförmigen Abschlussabschnitts 32 ist der Elementabschnitt 31.
  • Weiterhin ist es möglich, den Halbleiterchip des IGBT 10A grob in einen Zentralabschnitt 41 und einen Randabschnitt 42 zu unterteilen. Der Zentralabschnitt 41 ist ein Bereich, der die zentrale Position (die Mitte) des Chips enthält und sich so ausdehnt, dass er nicht den äußeren Rand des Chips erreicht. Der Randabschnitt 42 ist ein Bereich von dem äußeren Rand des Zentralabschnitts 41 zu dem äußeren Rand des Chips und hat eine Rahmengestalt, so dass er den Zentralabschnitt 41 umgibt. Mit anderen Worten, der Randabschnitt 42 ist ein rahmenförmiger Bereich, der sich von dem äußeren Rand des Chips zu der Zentralposition des Chips (der Chipmitte) hin erstreckt und der Bereich innerhalb des rahmenförmigen Randabschnitts 42 ist der Zentralabschnitt 41.
  • Hier ist der Zentralabschnitt 41 der Bereich, der so angeordnet ist, dass er sich nicht über den Elementabschnitt 31 hinaus ausdehnt. Aus diesem Grund ist der Elementabschnitt 31 in den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 unterteilt. In diesem Fall verläuft der Elementabschnitt 31 über den Zentralabschnitt und den Randabschnitt 42 hinweg und beinhaltet den gesamten Zentralabschnitt 41 und einen Teil des Randabschnitts 42, der sich ohne Unterbrechung (kontinuierlich) an den Zentralabschnitt 41 anschließt. Der Randabschnitt 42 verläuft über den Abschlussabschnitt 32 und den Elementabschnitt 31 hinweg und beinhaltet den gesamten Abschlussabschnitt 32 und einen Teil des Elementabschnitts 31, der sich an den Abschlussabschnitt 32 (kontinuierlich) anschließt.
  • Die oben erwähnten Abschnitte 31, 32, 41 und 42 sind in der ebenen Ansicht von 1 als zweidimensionale Bereiche gezeigt, die jedoch ebenso dreidimensionale Bereiche sind, welche durch Projizieren der zweidimensionalen Bereiche in Richtung der Dicke des Chips (mit anderen Worten in Richtung der Dicke des Substrats) erhalten werden.
  • 2 ist eine veranschaulichende vertikale Querschnittsansicht des Halbleiterchips des IGBT 10A. 2 veranschaulicht den Aufbau eines IGBT-Einheitselements.
  • Gemäß dem Beispiel von 2 beinhaltet der Halbleiterchip ein Halbleitersubstrat (hier im Folgenden auch mit „Substrat“ abgekürzt) 100A und eine Driftschicht 110 (entsprechend einer „ersten Halbleiterschicht“), eine Ladungsträgerspeicherschicht 120, eine Basisschicht 130, eine Emitterschicht 140, eine Kerbe (mit anderen Worten einen Graben) 150, einen Gateisolationsfilm 160, eine Gateelektrode 170, eine Pufferschicht 190 und eine Kollektorschicht 200A (entsprechend einer „zweiten Halbleiterschicht“) sind in dem Halbleitersubstrat 100A ausgebildet.
  • Das Halbleitersubstrat 100A ist ein Substrat, das erhalten wird, indem ein Halbleitersubstrat (beispielsweise ein Siliciumsubstrat oder ein Siliciumcarbidsubstrat) als Ausgangsmaterial verschiedenen Behandlungen unterzogen wird.
  • Die Driftschicht 110 ist zwischen einer ersten Hauptoberfläche 101 und einer zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100A (d.h. entfernt von der ersten und der zweiten Hauptoberfläche 101 und 102) angeordnet und erstreckt sich in einer Dickenrichtung 103 des Substrats 100A, welches eine Dickenrichtung der Driftschicht 110 ist. Hier wird der Fall als ein Beispiel beschrieben, in dem sich die Driftschicht 110 über das gesamte Substrat (senkrecht zur Dickenrichtung bzw. parallel zu den Hauptoberflächen) ausdehnt. Bei dem oben erwähnten Beispiel dehnt sich die Driftschicht 110 über eine Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen aus, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, wobei sich die Einheitselemente die Driftschicht 110 teilen. Zusätzlich hat in dem oben erwähnten Beispiel die Driftschicht 110 solch eine Gestalt, dass sie sich über den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 hinweg erstreckt.
  • Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Leitungstyp der Driftschicht 110 der N-Typ ist. Spezieller ist dies der Fall, in dem die Driftschicht 110 eine N-Typ-Schicht (N--Typ-Schicht) ist, deren Dotierungskonzentration auf einen Bereich eingestellt ist, der typischerweise als ein Niedrigkonzentrationsbereich (Niedrigdotierungsbereich) bezeichnet wird. Weiterhin ist die Dotierungskonzentration der Driftschicht 110 in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 gleich.
  • Es ist zu beachten, dass die Driftschicht in einigen Fällen ebenfalls als eine „Basisschicht“ bezeichnet wird und in diesen Fällen die Driftschicht 110 als eine „N-Basisschicht 110“ bezeichnet wird, während eine weiter unten beschriebene Basisschicht 130 als eine „P-Basisschicht 130“ bezeichnet wird, um dadurch die Schichten 110 und 130 voneinander zu unterscheiden.
  • Die Ladungsträgerspeicherschicht 120 ist zwischen der Driftschicht 110 und der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 100A angeordnet und erstreckt sich in der Substratdickenrichtung 103, welches gleichzeitig die Dickenrichtung der Ladungsträgerspeicherschicht 120 ist. Mit anderen Worten, die Ladungsträgerspeicherschicht 120 ist auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 101 bezüglich der Driftschicht 110 (mit der Driftschicht 110 als Bezugspunkt) in der Substratdickenrichtung 103 angeordnet und liegt der Driftschicht 110 in der Dickenrichtung 103 gegenüber. Die Ladungsträgerspeicherschicht 120 ist kontinuierlich zu der Driftschicht 110 (grenzt unmittelbar an diese an), ist jedoch von der ersten Hauptoberfläche 101 getrennt (entfernt). Hier wird der Fall als Beispiel beschrieben, in dem sich die Ladungsträgerspeicherschicht 120 über das gesamte Substrat (senkrecht zur Dickenrichtung 103) erstreckt. In dem oben erwähnten Beispiel erstreckt sich die Ladungsträgerspeicherschicht 120 über die Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen hinweg, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, und die Einheitselemente teilen sich die Ladungsträgerspeicherschicht 120. Zusätzlich hat in dem oben erwähnten Beispiel die Ladungsträgerspeicherschicht solch eine Gestalt, dass sie sich über den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 erstreckt.
  • Der Fall, in dem der Leitungstyp der Ladungsträgerspeicherschicht 120 der N-Typ ist, spezieller der Fall, in dem die Ladungsträgerspeicherschicht 120 eine N-Typ-Schicht (N+-Typ-Schicht) ist, deren Dotierungskonzentration höher ist als jene der Driftschicht 110 und so eingestellt ist, dass sie in einem Bereich liegt, der typischerweise als ein hochdotierter Bereich bezeichnet wird, wird hier als ein Beispiel beschrieben. Weiterhin ist die Dotierungskonzentration der Ladungsträgerspeicherschicht 120 in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 gleich.
  • Die Basisschicht 130 ist zwischen der Ladungsträgerspeicherschicht 120 und der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 100A angeordnet und erstreckt sich in Substratdickenrichtung 103, welches die Dickenrichtung der Basisschicht 130 ist. Mit anderen Worten, die Basisschicht 130 ist auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 101 bezüglich der Driftschicht 110 und der Ladungsträgerspeicherschicht 120 in der Substratdickenrichtung 103 angeordnet und zeigt in der Dickenrichtung 103 mit der Ladungsträgerspeicherschicht 120 dazwischen zu der Driftschicht 110 hin (liegt dieser gegenüber). Die Basisschicht 130 grenzt unmittelbar an die Ladungsträgerspeicherschicht 120 und erreicht die erste Hauptoberfläche 101. Es ist zu beachten, dass die Emitterschicht 140, die unten beschrieben wird, in einem Teil der Basisschicht 130 ausgebildet ist. Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem die Basisschicht 130 sich über das gesamte Substrat (senkrecht zur Dickenrichtung 103) erstreckt. In dem oben erwähnten Beispiel erstreckt sich die Basisschicht 130 über die Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen hinweg, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, wobei sich die Einheitselemente die Basisschicht 130 teilen. Zusätzlich hat in dem oben erwähnten Beispiel die Basisschicht 130 solch eine Gestalt, dass sie sich über den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 hinweg erstreckt.
  • Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Leitungstyp der Basisschicht 130 der P-Typ ist und die Dotierungskonzentration derselben in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 die gleiche ist.
  • Es ist zu beachten, dass die Basisschicht 130 eine Halbleiterschicht ist, in der in einer unten beschriebenen Metall-Isolator-Halbleiter(MIS)-Struktur ein Kanal ausgebildet wird. Somit kann die Basisschicht 130 als eine „Kanalausbildungs-Halbleiterschicht 130“ bezeichnet werden.
  • Die Emitterschicht 140 ist als eine Wanne vorhanden, die einen Teilbereich der Basisschicht 130 einnimmt. Die Emitterschicht 140 ist ausgehend von der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 100A bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgebildet, wobei die Tiefe geringer ist als jene der Basisschicht 130 und folglich die Emitterschicht 140 von der Ladungsträgerspeicherschicht 120 beabstandet (getrennt) ist. In diesem Fall ist die Emitterschicht 140 auf der Seite der ersten Hauptoberfläche bezüglich der Driftschicht 110, der Ladungsträgerspeicherschicht 120 und einem Teil der Basisschicht 130 in der Substratdickenrichtung 103 angeordnet und zeigt mit der Ladungsträgerspeicherschicht 120 und einem Teil der Basisschicht 130 dazwischen in der Dickenrichtung 103 zu der Driftschicht 110 (liegt dieser gegenüber). Die Emitterschicht 140 ist in jedem IGBT-Einheitselement des Elementabschnitts 31 einzeln vorhanden und ebenfalls sowohl in dem Zentralabschnitt 41 als auch dem Randabschnitt 42 vorhanden.
  • Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Leitungstyp der Emitterschicht 140 der N-Typ ist. Spezieller wird der Fall beschrieben, in dem die Emitterschicht 140 verglichen mit der Driftschicht 110 eine höhere Dotierungskonzentration aufweist und eine N+-Typ-Schicht ist. Weiterhin ist die Dotierungskonzentration der Emitterschicht 140 des Zentralabschnitts 41 und der Emitterschicht 140 des Randabschnitts 42 gleich.
  • Ausgehend von der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 100A dringt die Kerbe 150 durch die Emitterschicht 140, die Basisschicht 130 und die Ladungsträgerspeicherschicht 120 hindurch zu der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 hin, wobei die Kerbe 150 bis zu einer vorgegebenen Tiefe innerhalb der Driftschicht 110 ausgebildet ist. Die Kerbe 150 ist in jedem IGBT-Einheitselement des Elementabschnitts 31 einzeln vorhanden und ist ebenfalls sowohl in dem Zentralabschnitt 41 als auch in dem Randabschnitt 42 vorhanden.
  • Der Gateisolationsfilm 160 ist auf einer Innenfläche (spezieller einer Seitenfläche und einer Bodenfläche) der Kerbe 150 vorhanden, füllt jedoch die Kerbe 150 nicht vollständig aus. Es ist möglich, den Gateisolationsfilm 160 beispielsweise aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid auszubilden. Die Gateelektrode 170 ist auf dem Gateisolationsfilm 160 angeordnet und füllt die Kerbe 150 aus. Mit anderen Worten, die Gateelektrode 170 ist in der Kerbe 150 vergraben, wobei sie in der Kerbe 150 von dem Gateisolationsfilm 160 umgeben ist. Es ist möglich, die Gateelektrode 170 aus beispielsweise Polysilicium oder verschiedenen Metallmaterialien auszubilden. Es ist zu beachten, dass die Gateelektrode 170 sich bis zu einer nicht gezeigten Position erstreckt und mit einer Gateanschlussfläche (nicht gezeigt) verbunden ist.
  • Die Pufferschicht 190 ist zwischen der Driftschicht 110 und der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100A angeordnet und erstreckt sich in der Substratdickenrichtung 103, welche auch die Dickenrichtung der Pufferschicht 190 ist. Mit anderen Worten, die Pufferschicht 190 ist bezüglich der Driftschicht 110 in der Substratdickenrichtung 103 auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 angeordnet und zeigt in der Dickenrichtung 103 zu der Driftschicht 110 hin (liegt dieser gegenüber). Die Pufferschicht 190 ist kontinuierlich zu der Driftschicht 110 (grenzt unmittelbar an diese), ist jedoch von der zweiten Hauptoberfläche 102 beabstandet. Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem sich die Pufferschicht 190 über das gesamte Substrat (senkrecht zur Substratdickenrichtung 103) erstreckt. In dem oben erwähnten Beispiel dehnt sich die Pufferschicht 190 über die Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen aus, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, wobei sich die Einheitselemente die Pufferschicht 190 teilen. (Diese nicht separat für jedes Einheitselement angeordnet ist). Zusätzlich hat in dem oben erwähnten Beispiel die Pufferschicht 190 solch eine Gestalt, dass sie sich über den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 hinweg ausdehnt.
  • Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Leitungstyp der Pufferschicht 190 der N-Typ ist. Spezieller wird der Fall beschrieben, in dem die Pufferschicht 190 eine Dotierungskonzentration aufweist, die höher ist als jene der Driftschicht 110, und in dem die Pufferschicht 190 eine N+-Typ-Schicht ist. Weiterhin ist die Dotierungskonzentration der Pufferschicht 190 in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 die gleiche.
  • Die Kollektorschicht 200A ist zwischen der Pufferschicht 190 und der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100A angeordnet und erstreckt sich in der Substratdickenrichtung 103, welches die Dickenrichtung der Kollektorschicht 200A ist. In diesem Fall ist die Kollektorschicht 200A bezüglich der Driftschicht 110 und der Pufferschicht 190 in der Substratdickenrichtung 103 auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 angeordnet und zeigt mit der Pufferschicht 190 dazwischen in der Dickenrichtung 103 zu der Driftschicht 110 hin (liegt dieser gegenüber). Die Kollektorschicht 200A ist kontinuierlich zu der Pufferschicht 190 (grenzt unmittelbar an diese) und erreicht die zweite Hauptoberfläche 102. Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem die Kollektorschicht 200A sich über das gesamte Substrat hinweg (in der Richtung senkrecht zur Dickenrichtung 103) ausdehnt. In dem oben erwähnten Beispiel erstreckt sich die Kollektorschicht 200A über die Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, und die Einheitselemente teilen sich die Kollektorschicht 200A. Zusätzlich hat in dem oben erwähnten Beispiel die Kollektorschicht 200A solch eine Gestalt, dass sie sich über den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 erstreckt.
  • Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Leitungstyp der Kollektorschicht 200A der P-Typ ist. Die Dotierungskonzentration der Kollektorschicht 200A wird unten beschrieben.
  • Es ist zu beachten, dass es ebenfalls möglich ist, das Halbleitersubstrat 100A dadurch abzuwandeln, dass zu den oben erwähnten Leitungstypen entgegengesetzte Leitungstypen in den entsprechenden Schichten verwendet werden. Solch eine Abwandlung kann auf die verschiedenen unten beschriebenen Strukturen angewandt werden.
  • In dem Beispiel von 2 enthält der Halbleiterchip des IGBT 10A weiterhin eine Isolationsschicht 252, eine Emitterelektrode 254 und eine Kollektorelektrode 256.
  • Die Isolationsschicht 252 ist so angeordnet, dass sie auf der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 100A nahe einer Öffnung der Kerbe 150 ist, und sie bedeckt die Gateelektrode 170. Obwohl sich in dem Beispiel von 2 die Isolationsschicht 252 nicht über die Emitterschicht 140 ausdehnt, kann sich die Isolationsschicht 252 über die Emitterschicht 140 ausdehnen.
  • Die Emitterelektrode 254 erstreckt sich über die erste Hauptoberfläche 101 des Substrats 100A und ist in Kontakt zu der Basisschicht 130 und der Emitterschicht 140. Die Emitterelektrode 254 erstreckt sich ebenfalls über die Isolationsschicht 252. In diesem Beispiel erstreckt sich die Emitterelektrode 254 über die Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, und die Einheitselemente teilen sich die Emitterelektrode 254.
  • Die Kollektorelektrode 256 erstreckt sich über die zweite Hauptoberfläche 102 des Substrats 100A und ist in Kontakt zu der Kollektorschicht 200A. In dem oben erwähnten Beispiel erstreckt sich die Kollektorelektrode 256 über die Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, und die Einheitselemente teilen sich die Kollektorelektrode 256.
  • Als nächstes wird der Betrieb des IGBT 10A behandelt.
  • Zunächst wird ein AN-Zustand des IGBT 10A beschrieben. Der AN-Zustand wird dadurch erreicht, dass eine vorgegebene Gatespannung (VGE > 0) zwischen die Emitterelektrode 254 und die Gateelektrode 170 in dem Zustand angelegt wird, in dem eine vorgegebene Kollektorspannung (VCE > 0) zwischen der Emitterelektrode 254 und der Kollektorelektrode 256 anliegt. Beim Anlegen der Spannung wird in der Basisschicht 130 in der Nähe der Gateelektrode 170 ein N-Typ-Kanal ausgebildet. Der Kanal wird zwischen der Emitterschicht 140 und der Ladungsträgerspeicherschicht 120 ausgebildet, wodurch Elektronen von der Emitterelektrode 254 durch den Kanal in die Driftschicht 110 injiziert werden. Die injizierten Elektronen liefern einen vorwärts gepolten Zustand zwischen der Driftschicht 110 und der Kollektorschicht 200A und von der Kollektorschicht 200A werden Löcher in die Driftschicht 110 injiziert. Als ein Ergebnis fließt der Strom (auch als Kollektorstrom, AN-Strom, Hauptstrom oder dergleichen bezeichnet) des IGBT 10A zwischen der Kollektorelektrode 256 und der Emitterelektrode 254, d.h. in der Dickenrichtung 103 des Substrats 100A.
  • Als nächstes wird ein AUS-Zustand des IGBT beschrieben. Der AUS-Zustand wird dadurch eingestellt, dass die Gatespannung der Beziehung VGE ≤ 0 genügt. Beim Anlegen der Spannung verschwindet der Kanal, wodurch keine Elektronen von der Emitterelektrode 254 in die Driftschicht 110 injiziert werden. Da keine Elektronen injiziert werden, werden keine Löcher von der Kollektorschicht 200A injiziert. Als ein Ergebnis fließt kein Strom.
  • Hier bildet der Schichtaufbau aus der Gateelektrode 170, dem Gateisolationsfilm 60 und der Basisschicht 130 (in der Querschnittsansicht von 2 sind diese senkrecht zu der Substratdickenrichtung 103 geschichtet) eine sogenannte MIS-Struktur. Es ist zu beachten, dass die MIS-Stuktur in dem Fall, in dem der Gateisolationsfilm 160 ein Oxidfilm ist, speziell als eine Metall-Oxid-Halbleiter(MOS)-Struktur bezeichnet wird. Aus dem oben beschriebenen Betrieb ist ersichtlich, dass bei der MIS-Struktur ein Fließen des Stroms des IGBT 10A bewirkt wird durch Ausbildung des Kanals in der Basisschicht 130 und eine Unterbrechung des Stroms bewirkt wird durch ein Verschwinden des Kanals. Dies bedeutet, ein Schaltelement 180 steuert das AN/AUS des Stroms des IGBT 10A, in dem die MIS-Struktur ausgebildet ist.
  • Wie aus dem obigen Aufbau ersichtlich ist, ist das Schaltelement 180 einzeln für jedes IGBT-Einheitselement vorhanden. Die Gateelektroden 170 der Mehrzahl von Schaltelementen 180 sind an einer Position (nicht gezeigt) miteinander gemeinschaftlich verbunden (mit anderen Worten parallel geschaltet) und daher arbeiten die Schaltelemente 180 synchron zueinander.
  • Obwohl es möglich ist, einen Aufbau zu verwenden, bei dem nicht die Ladungsträgerspeicherschicht 120 vorhanden ist, ist die Ladungsträgerspeicherschicht 120 aus folgendem Grund vorzugsweise vorhanden: Die Ladungsträgerspeicherschicht 120 weist, wie oben beschrieben, eine höhere Dotierungskonzentration auf als die Driftschicht 110. Dadurch ist ein eingebauter Potentialunterschied (built-in-Potential) an einem Übergang zwischen der Ladungsträgerspeicherschicht 120 und der Basisschicht 130 höher als ein eingebauter Potentialunterschied an einem Übergang zwischen der Driftschicht 110 und der Basisschicht 130 in dem Fall, in dem die Ladungsträgerspeicherschicht 120 nicht vorhanden ist. Solch ein hoher eingebauter Potentialunterschied wird zu einer Barriere für hindurchgehende Löcher, die von der Kollektorschicht 200A zu der Emitterseite hin in die Driftschicht 110 injiziert wurden. Folglich werden die Löcher in der Ladungsträgerspeicherschicht 120 gespeichert. Als ein Ergebnis steigt die Ladungsträgerdichte auf der Emitterseite an, was den Widerstand gegenüber dem Strom im AN-Zustand (d.h. den AN-Widerstand) verringert. Zusätzlich ist die Kollektorspannung VCE (d.h. die Spannung im AN-Zustand) verringert, wenn der Strom im AN-Zustand fließt.
  • Die Pufferschicht 190 ist vorhanden zum Verhindern eines Durchgriffsphänomens, bei dem eine Verarmungsschicht die Kollektorschicht 200A in dem AUS-Zustand erreicht, d.h. der Durchbruchsspannungs-Aufrechterhaltungszustand. 2 veranschaulicht eine Durchgriffs-Struktur (PT-Struktur von englisch „punch through“). Es ist zu beachten, dass es ebenfalls möglich ist, eine Nicht-Durchgriffsstruktur (NPT-Struktur) zu verwenden, bei der die Pufferschicht 190 nicht vorhanden ist.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Kollektorschicht 200A zeigt. 3 zeigt die Kollektorschicht 200A verglichen mit dem Substrat 100A vergrößert. Weiterhin zeigt 4 in schematischer Weise die Dotierungskonzentationsverteilung der Kollektorschicht 200A in einem vertikalen Querschnitt, der durch den Zentralabschnitt 41 hindurchgeht.
  • Wie in 3 und 4 gezeigt, ist die Kollektorschicht 200A grob in einen Teil 201, der in dem Zentralabschnitt 41 vorhanden ist, und einen Teil 202, der in dem Randabschnitt 42 vorhanden ist, unterteilt. Insbesondere ist die Dotierungskonzentration des Teils 201, der dem Zentralabschnitt 41 entspricht, auf einen niedrigeren Wert gesetzt als die Dotierungskonzentration des Teils 202, der dem Randabschnitt 42 entspricht (siehe 4). Dies bedeutet, die Dotierungskonzentration der Kollektorschicht 200A ist in dem Zentralabschnitt 41 geringer als in dem Randabschnitt 42.
  • Während 4 die Verteilung in dem Fall veranschaulicht, in dem die Dotierungskonzentrationen der Teile 201 und 202 sich abrupt ändern, können diese sich mit einer Steigung ändern. Obwohl der Fall beschrieben wurde, in dem der Teil 201 mit niedriger Konzentration und der Teil 202 mit hoher Konzentration P-Typ-Schichten (P+-Typ-Schichten) sind, deren Dotierungskonzentration auf einen Bereich eingestellt ist, der typischerweise als hochdotierter Bereich bezeichnet wird, ist es ebenfalls möglich, einen Konzentrationsbereich zu verwenden, bei dem der Teil 201 niedriger Konzentration vom P-Typ ist und der Teil 202 hoher Konzentration solch einen Konzentrationsbereich aufweist, dass es vom P+-Typ ist.
  • Die Kollektorschicht 200A mit der oben erwähnten Dotierungskonzentrationsverteilung bewirkt einen Injektionswirkungsgrad der von der Kollektorschicht 200A in die Driftschicht 110 injizierten Löcher, der in dem Zentralabschnitt 41 geringer ist als in dem Randabschnitt 42. Als ein Ergebnis wird der Widerstand gegenüber dem in der Substratdickenrichtung 103 fließenden Strom in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Kollektorschicht 200A bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300A, die den Widerstand gegenüber dem in der Substratdickenrichtung 103 fließenden Strom in dem Zentralabschnitt 41 höher macht als in dem Randabschnitt 42.
  • Die Widerstandssteuerstruktur 300A verringert den Strom (spezieller die Stromdichte), der in der Dickenrichtung 103 durch das Substrat 100A in dem Zentralabschnitt 41 fließt, gegenüber dem Randabschnitt 42. Deshalb ist die Wärmeerzeugung aufgrund des Stroms in dem Zentralabschnitt 41 verringert und folglich ist ein Temperaturanstieg in dem Zentralabschnitt 41 verringert. Die Temperatur des Zentralabschnitts 41 beeinflusst stark die Temperatur des gesamten Substrats, wodurch es möglich ist, einen Temperaturanstieg des gesamten Substrats zu verringern. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Zuverlässigkeit im Hinblick auf eine AN-/AUS-Schalt-Lebensdauer oder dergleichen zu verbessern. Weiterhin bewirkt die Widerstandssteuerstruktur 300A eine Temperatursteuerwirkung ohne Verwendung eines Temperaturerfassungselements. Dadurch kann ein Anstieg der Vorrichtungsgröße, der durch die Verwendung eines Temperaturerfassungselements verursacht wird, vermieden werden.
  • Der IGBT 10A kann unter Verwendung verschiedener bekannter Verfahrensschritte hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, den oben erwähnten Aufbau des IGBT 10A auszubilden, indem ein N--Typ-Halbleitersubstrat, welches letztendlich die Driftschicht 110 zur Verfügung stellt, als ein Startmaterial vorbereitet wird, woraufhin das Substrat verschiedenen Behandlungen, wie z.B. Ionenimplantationen, Epitaxieschichtausbildungen, Maskenschritten, Ätzschritten oder Oxidationsschritten unterzogen wird.
  • Beispielsweise ist es möglich, die Kollektorschicht 200A so auszubilden, dass die Ionenimplanatation an dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 gemeinsam zur gleichen Zeit durchgeführt wird und lediglich an dem Randabschnitt 42 selektiv (separat) eine Ionenimplantation durchgeführt wird. Alternativ kann die Kollektorschicht 200A durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • 5 zeigt in schematischer Weise einen IGBT 10B gemäß einer zweiten Ausführungsform. Aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung zeigt der rechte Teil von 5 eine ebene Ansicht entsprechend jener von 1, der Teil oben links in 5 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Zentralabschnitts 41 und der Teil unten links zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Randabschnitts 42.
  • Der IGBT 10B hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10A (siehe 1 und 2), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10B ein Halbleitersubstrat 100B anstelle des Halbleitersubstrats 100A (siehe 2) aufweist. Das Halbleitersubstrat 100B hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100A, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100B eine Kollektorschicht 200B anstelle der Kollektorschicht 200A (siehe 2) aufweist.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Kollektorschicht 200B zeigt. 6 zeigt die Kollektorschicht 200B verglichen mit dem Substrat 100B vergrößert.
    Wie aus 5 und 6 ersichtlich ist, hat die Kollektorschicht 200B solch eine Form, dass sie in dem Randabschnitt 42 vorhanden ist, jedoch nicht in dem Zentralabschnitt 41 vorhanden ist. Es wird hier angenommen, dass die Dotierungskonzentration in der Kollektorschicht 200B gleichförmig ist. Die übrigen Gegebenheiten für die Kollektorschicht 200B sind im Wesentlichen die gleichen wie für die Kollektorschicht 200A (siehe 2) .
  • Es ist zu beachten, dass sich in dem Zentralabschnitt 41, der nicht die Kollektorschicht 200B aufweist, die Pufferschicht 190 bis zu der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100B erstreckt und die Kollektorelektrode 256 erreicht (siehe den Teil oben links in 5).
  • Aufgrund der Kollektorschicht 200A mit der oben erwähnten Ge stalt ist der Wirkungsgrad für die Injektion von Löchern, die von der Kollektorschicht 200B in die Driftschicht 110 injiziert werden, in dem Zentralabschnitt 41 verglichen mit dem Randabschnitt 42 geringer. Als ein Ergebnis wird der Widerstand gegenüber einem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Kollektorschicht 200B bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300B (siehe 6), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 größer zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Durch die eben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300B kann ebenfalls eine ähnliche Wirkung erhalten werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10B durch verschiedene bekannte Techniken herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Kollektorschicht 200B dadurch auszubilden, dass lediglich der Randabschnitt 42 selektiv einer Ionenimplantation unterzogen wird. Alternativ kann die Kollektorschicht 200B durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT 10C gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Der IGBT 10C hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10A (siehe 1 und 2), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10C ein Halbleitersubstrat 100C anstelle des Halbleitersubstrats 100A (siehe 2) enthält. Das Halbleitersubstrat 100C hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100A, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100C eine Kollektorschicht 200 anstelle der Kollektorschicht 200A (siehe 2) enthält und eine Lebensdauersteuerschicht 210C hinzugefügt ist.
  • Die Kollektorschicht 200 weist in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 die gleiche Dotierungskonzentration auf und die weiteren Verhältnisse sind ähnlich zu der Kollektorschicht 200A (siehe 2).
  • Die Lebensdauersteuerschicht 210C ist in der Driftschicht 110 vorhanden und erstreckt sich in der Substratdickenrichtung 103, welche eine Dickenrichtung der Lebensdauersteuerschicht 210C ist. Folglich ist die Lebensdauersteuerschicht 210C bezüglich der Pufferschicht 190 und der Kollektorschicht 200 in der Substratdickenrichtung 103 auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 101 angeordnet und zeigt mit der Pufferschicht 190 dazwischen in der Dickenrichtung 103 zu der Kollektorschicht 200 hin (liegt dieser gegenüber).
  • Die Lebensdauersteuerschicht 210C ist in der Driftschicht 110 an einer Position weit entfernt von der Pufferschicht 190 und der Ladungsträgerspeicherschicht 120, welche an die Driftschicht 110 angrenzen, vorhanden. In dem Beispiel von 7 ist die Lebensdauersteuerschicht 210C in der Driftschicht 110 auf der Seite der Pufferschicht 190 vorhanden. Dies bedeutet, der Abstand zwischen der Lebensdauersteuerschicht 210C und der Pufferschicht 190 ist geringer als der Abstand zwischen der Lebensdauersteuerschicht 210C und der Ladungsträgerspeicherschicht 120.
  • Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem die Lebensdauersteuerschicht 210C sich über das gesamte Substrat (senkrecht zur Substratdickenrichtung 103) erstreckt. In diesem Beispiel erstreckt sich die Lebensdauersteuerschicht 210C über die Mehrzahl von IGBT-Einheitselementen hinweg, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, wobei sich die Einheitselemente die Lebensdauersteuerschicht 210C teilen. Weiterhin hat in diesem Beispiel die Lebensdauersteuerschicht 210C solch eine Gestalt, dass sie sich über den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 hinweg erstreckt.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Lebensdauersteuerschicht 210C zeigt. 8 zeigt die Lebensdauersteuerschicht 210C im Vergleich zu dem Substrat 100C vergrößert. Weiterhin zeigt 9 in schematischer Weise die Konzentrationsverteilung der Lebensdauerverkürzer (Lebensdauerkiller) der Lebensdauersteuerschicht 210C in dem Querschnitt, der durch den Zentralabschnitt 41 hindurchgeht.
  • Wie in 8 und 9 gezeigt, ist die Lebensdauersteuerschicht 210C grob in einen Teil 211, der in dem Zentralabschnitt 41 angeordnet ist, und einen Teil 212, der in dem Randabschnitt 42 angeordnet ist, unterteilt. Insbesondere ist die Lebensdauerkillerkonzentration des Teils 211, das dem Zentralabschnitt 41 entspricht, auf einen höheren Wert gesetzt als die Lebensdauerkillerkonzentration des Teils 212, das dem Randabschnitt 42 entspricht (siehe 9). Dies bedeutet die Lebensdauerkillerkonzentration der Lebensdauersteuerschicht 210C ist in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42.
  • Während 9 die Verteilung in dem Fall darstellt, in dem die Dotierungskonzentrationen in den Teilen 211 und 212 sich abrupt ändern, kann die Änderung derselben auch mit einer Steigung (allmählich) stattfinden.
  • Die Lebensdauersteuerschicht 210C bewirkt eine Verringerung der typischen Schaltverluste sowie den folgenden Effekt, der aus dem Unterschied in der Lebensdauerkillerkonzentration resultiert.
  • Die Lebensdauersteuerschicht 210C mit der oben erwähnten Lebensdauerverkürzerkonzentrationsverteilung bewirkt, dass die Dichte der von der Kollektorschicht 200 in die Driftschicht 110 injizierten Löcher in dem Zentralabschnitt 41 geringer ist als in dem Randabschnitt 42. Folglich wird der Widerstand gegenüber dem in der Substratdickenrichtung 103 fließenden Strom in dem Zentralabschnitt 41 größer als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Lebensdauersteuerschicht 210C bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300C (siehe 8), um den Widerstand gegenüber dem in der Substratdickenrichtung 103 fließenden Strom in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Durch die soeben beschriebene Widerstandssteuerstruktur 300C kann ebenfalls eine ähnliche Wirkung zu jener der Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3) erhalten werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10C durch verschiedene bekannte Techniken herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Lebensdauersteuerschicht 210C dadurch auszubilden, dass die Driftschicht 110 einer Protonenbestrahlung, einer Elektronenbestrahlung oder dergleichen ausgesetzt wird, um dadurch die Lebensdauerkiller in die Driftschicht 110 einzubringen. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, die oben erwähnte Lebensdauerkillerkonzentrationsverteilung (siehe 9) dadurch zu realisieren, dass eine Bestrahlung an dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 gleichzeitig durchgeführt wird und eine Bestrahlung lediglich in dem Zentralabschnitt 41 selektiv durchgeführt wird. Alternativ kann die Lebensdauersteuerschicht 210C durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 10 zeigt in schematischer Weise einen IGBT 10D gemäß einer vierten Ausführungsform und ist ähnlich zu 5.
  • Der IGBT 10D hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10C (siehe 7), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10D ein Halbleitersubstrat 100D anstelle des Halbleitersubstrats 100C (siehe 7) enthält. Das Halbleitersubstrat 100D hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100C, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100D eine Lebensdauersteuerschicht 210D anstelle der Lebensdauersteuerschicht 210C (siehe 7) enthält.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Lebensdauersteuerschicht 210D zeigt. 11 zeigt die Lebensdauersteuerschicht 210D vergrößert gegenüber dem Substrat 100D. Wie man anhand von 10 und 11 sieht, hat die Lebensdauersteuerschicht 210D solch eine Form, dass sie in dem Zentralabschnitt 41 vorhanden ist, jedoch nicht in dem Randabschnitt 42 vorhanden ist. In 11 deutet eine mit Doppelstrichen gestrichelte Linie unterstützend für den Betrachter den Umriss des Randabschnitts 42 in einem Tiefenbereich an, in dem die Lebensdauersteuerschicht 210D angeordnet ist. Es wird hier angenommen, dass die Lebensdauerkillerkonzentration in der Lebensdauersteuerschicht 210D gleichförmig ist. Die weiteren Verhältnisse für die Lebensdauersteuerschicht 210D sind im Wesentlichen gleich zu jenen für die Lebensdauersteuerschicht 210C (siehe 7).
  • Aufgrund der Lebensdauersteuerschicht 210C mit der oben erwähnten Gestalt wird die Dichte der von der Kollektorschicht 200 in die Driftschicht 110 injizierten Löcher in dem Zentralabschnitt 41 niedriger als in dem Randabschnitt 42. Als ein Ergebnis wird der Widerstand gegenüber dem in der Substratdickenrichtung 103 fließenden Strom in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Lebensdauersteuerschicht 210D bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300D (siehe 11), um den Widerstand gegenüber dem in der Substratdickenrichtung 103 fließenden Strom in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Durch die oben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300D kann ebenfalls eine ähnliche Wirkung zu jener der Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3) erhalten werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10D durch verschiedene bekannte Techniken herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Lebensdauersteuerschicht 210D dadurch auszubilden, dass lediglich der Zentralabschnitt 41 selektiv einer Protonenbestrahlung oder dergleichen ausgesetzt wird. Die Lebensdauersteuerschicht 210D kann durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 12 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT 10E gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt. Der IGBT 10E hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10A (siehe 1 und 2), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10E ein Halbleitersubstrat 100E anstelle des Halbleitersubstrates 100A (siehe 2) aufweist. Das Halbleitersubstrat 100E hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100A, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100E die Kollektorschicht 200 anstelle der Kollektorschicht 200A (siehe 2) enthält und eine Pufferschicht 190E anstelle der Pufferschicht 190 (siehe 2) enthält. Die Kollektorschicht 200 wurde in der dritten Ausführungsform (siehe 7) beschrieben und daher wird eine doppelte Beschreibung hier unterlassen.
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Pufferschicht 190E zeigt. 13 zeigt die Pufferschicht 190E gegenüber dem Substrat 100E vergrößert. Weiterhin zeigt 14 in schematischer Weise die Dotierungskonzentrationsverteilung der Pufferschicht 190E in dem Querschnitt, der durch den Zentralabschnitt 41 hindurchgeht.
  • Wie in 13 und 14 gezeigt, ist die Pufferschicht 190E grob in einen Teil 191, der in dem Zentralabschnitt 41 angeordnet ist, und einen Teil 192, der in dem Randabschnitt 42 angeordnet ist, unterteilt. Insbesondere ist die Dotierungskonzentration des Teils 191, das dem Zentralabschnitt 41 entspricht, auf einen höheren Wert gesetzt als die Dotierungskonzentration des Teils 192, das dem Randabschnitt 42 entspricht (siehe 14). Dies bedeutet, die Dotierungskonzentration der Pufferschicht 190E ist in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Die anderen Verhältnisse für die Pufferschicht 190E sind im Wesentlichen gleich zu jenen für die Pufferschicht 190 (siehe 2).
  • Obwohl 14 eine Verteilung darstellt, bei der sich die Dotierungskonzentrationen in den Teilen 191 und 192 abrupt ändern, kann die Änderung auch eine Steigung aufweisen (allmählich erfolgen). Weiterhin wird hier als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Teil 191 mit hoher Konzentration und der Teil 192 mit niedriger Konzentration beide vom N+-Typ sind. Es ist jedoch möglich, einen Konzentrationsbereich zu wählen, bei dem der Teil 192 niedriger Konzentration vom N-Typ ist und der Teil 191 hoher Konzentration vom N+-Typ ist.
  • Aufgrund der Tatsache, dass die Pufferschicht 190E mit der oben erwähnten Dotierungskonzentrationsverteilung zwischen der Kollektorschicht 200 und der Driftschicht 110 vorhanden ist, ist der Wirkungsgrad für die Injektion der Löcher, die von der Kollektorschicht 200 in die Driftschicht 110 injiziert werden, in dem Zentralabschnitt 41 kleiner als in dem Randabschnitt 42. Als ein Ergebnis wird der Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Pufferschicht 190E bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300E (siehe 13), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Auch durch die soeben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300E kann eine ähnliche Wirkung erzielt werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10E durch verschiedene bekannte Techniken herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, beim Ausbilden der Pufferschicht 190E die Ionenimplantation in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 gleichzeitig durchzuführen und eine selektive Ionenimplantation lediglich an dem Zentralabschnitt 41 durchzuführen. Alternativ kann die Pufferschicht 190E durch andere Verfahren ausgebildet werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • 15 zeigt in schematischer Weise einen IGBT 10F gemäß einer sechsten Ausführungsform und ist ähnlich zu 5.
  • Der IGBT 10F hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10E (siehe 12), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10F ein Halbleitersubstrat 100F anstelle des Halbleitersubstrats 100E (siehe 12) aufweist. Das Halbleitersubstrat 100F hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100E, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100F eine Pufferschicht 190F anstelle der Pufferschicht 190E (siehe 12) beinhaltet.
  • 16 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Pufferschicht 190F zeigt. 16 zeigt die Pufferschicht 190F gegenüber dem Substrat 100F vergrößert. Wie in 15 und 16 ersichtlich ist, hat die Pufferschicht 190F solch eine Gestalt, dass sie in dem Zentralabschnitt 41 vorhanden ist, jedoch nicht in dem Randabschnitt 42 vorhanden ist. In 16 deutet eine doppelt gestrichelte Linie unterstützend den Umriss des Randabschnitts 42 in einem Tiefenbereich, in dem die Pufferschicht 190 angeordnet ist, an. Es wird hier angenommen, dass die Dotierungskonzentration in der Pufferschicht 190F gleichförmig ist. Die weiteren Verhältnisse sind für die Pufferschicht 190F im Wesentlichen gleich jenen für die Pufferschichten 190 und 190E (siehe 2 und 12).
  • In dem Randabschnitt 42, der nicht die Pufferschicht 190F aufweist, erstreckt sich die Driftschicht 110 bis zu der Kollektorschicht 200 (siehe den unteren linken Teil von 15).
  • Aufgrund der Tatsache, dass die Pufferschicht 190F mit der oben erwähnten Gestalt zwischen der Kollektorschicht 200 und der Driftschicht 110 vorhanden ist, wird der Wirkungsgrad für die Injektion der Löcher, die von der Kollektorschicht 200 in die Driftschicht 110 injiziert werden, in dem Zentralabschnitt 41 niedriger als in dem Randabschnitt 42. Als ein Ergebnis ist der Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Pufferschicht 190F bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300F (siehe 16), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Auch durch die oben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300F kann eine ähnliche Wirkung erhalten werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10F durch verschiedene bekannte Behandlungen herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Pufferschicht 190F dadurch auszubilden, dass lediglich der Zentralabschnitt 41 selektiv einer Ionenimplantation unterzogen wird. Alternativ kann die Pufferschicht 190F auch durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Siebte Ausführungsform
  • 17 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT 10G gemäß eine siebten Ausführungsform zeigt. Der IGBT 10G hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10A (siehe 1 und 2), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10G ein Halbleitersubstrat 100G anstelle des Halbleitersubstrats 100A (siehe 2) beinhaltet. Das Halbleitersubstrat 100G hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100A, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100G die Kollektorschicht 200 anstelle der Kollektorschicht 200A (siehe 2) beinhaltet und eine Ladungsträgerspeicherschicht 120G anstelle der Ladungsträgerspeicherschicht 120 (siehe 2) beinhaltet. Die Kollektorschicht 200 wurde in der dritten Ausführungsform (siehe 7) beschrieben und daher wird hier eine doppelte Beschreibung unterlassen.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Ladungsträgerspeicherschicht 120G zeigt. 18 zeigt die Ladungsträgerspeicherschicht 120G vergrößert gegenüber dem Substrat 100G. Zusätzlich zeigt 19 in schematischer Weise die Dotierungskonzentrationsverteilung der Ladungsträgerspeicherschicht 120G in dem Querschnitt, der durch den Zentralabschnitt 41 hindurchgeht.
  • Wie in 18 und 19 gezeigt, ist die Ladungsträgerspeicherschicht 120G grob in einen Teil 121, der in dem Zentralabschnitt 41 angeordnet ist, und einen Teil 122, der in dem Randabschnitt 42 angeordnet ist, unterteilt. Insbesondere ist die Dotierungskonzentration des Teils 121, das dem Zentralabschnitt 41 entspricht, auf einen niedrigeren Wert gesetzt als die Dotierungskonzentration des Teils 122, das dem Randabschnitt 42 entspricht (siehe 19). Dies bedeutet, die Dotierungskonzentration der Ladungsträgerspeicherschicht 120G ist in dem Zentralabschnitt 41 niedriger als in dem Randabschnitt 42. Die weiteren Verhältnisse für die Ladungsträgerspeicherschicht 120G sind im Wesentlichen gleich jenen für die Ladungsträgerspeicherschicht 120 (siehe 2).
  • Obwohl 19 eine Verteilung zeigt, bei der die Dotierungskonzentration sich zwischen den Teilen 121 und 122 abrupt ändert, ist ebenfalls eine Änderung mit einer Steigung (allmähliche Änderung) möglich. Weiterhin wird hier als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Teil 121 mit niedrigerer Dotierungskonzentration und der Teil 122 mit höherer Dotierungskonzentration beide vom N+-Typ sind. Es ist jedoch möglich, solch einen Konzentrationsbereich für der Teil 121 mit niedrigerer Konzentration zu wählen, dass der Teil 121 mit niedrigerer Konzentration vom N-Typ ist und solch einen Konzentrationsbereich für der Teil 122 mit höherer Konzentration zu wählen, dass der Teil 122 mit höherer Konzentration vom N+-Typ ist.
  • Aufgrund der Ladungsträgerspeicherschicht 120G mit der soeben erwähnten Dotierungskonzentrationsverteilung wird der Ladungsträgerspeichereffekt, bei dem von der Kollektorschicht 200 in die Driftschicht 110 injizierte Löcher in der Ladungsträgerspeicherschicht 120G gespeichert werden, in dem Zentralabschnitt 41 kleiner als in dem Randabschnitt 42. Der Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 steigt an, wenn der Ladungsträgerspeichereffekt kleiner wird. Deshalb wird der Widerstand in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Ladungsträgerspeicherschicht 120G bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300G (siehe 18), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Auch durch die soeben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300G kann eine ähnliche Wirkung erzielt werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10G durch verschiedene bekannte Verfahren herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, bei der Ausbildung der Ladungsträgerspeicherschicht 120G eine Ionenimplantation gleichzeitig in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 durchzuführen und eine Ionenimplantation selektiv lediglich in dem Randabschnitt 42 durchzuführen. Alternativ kann die Ladungsträgerspeicherschicht 120G durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Achte Ausführungsform
  • 20 zeigt in schematischer Weise einen IGBT 10H gemäß einer achten Ausführungsform und ist ähnlich zu 5.
  • Der IGBT 10H hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10G (siehe 17), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10H ein Halbleitersubstrat 100H anstelle des Halbleitersubstrats 100G (siehe 17) aufweist. Das Halbleitersubstrat 100H hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100G, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100H eine Ladungsträgerspeicherschicht 120H anstelle der Ladungsträgerspeicherschicht 120G (siehe 17) enthält.
  • 21 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Ladungsträgerspeicherschicht 120H zeigt. 21 zeigt die Ladungsträgerspeicherschicht 120H vergrößert gegenüber dem Substrat 100H. Wie anhand von 20 und 21 zu sehen ist, hat die Ladungsträgerspeicherschicht 120H solch eine Gestalt, dass sie in dem Randabschnitt 42 angeordnet ist, jedoch nicht in dem Zentralabschnitt 41 angeordnet ist. Es wird hier angenommen, dass die Dotierungskonzentration in der Ladungsträgerspeicherschicht 120H gleichförmig ist. Die weiteren Verhältnisse für die Ladungsträgerspeicherschicht 120H sind im Wesentlichen die gleichen wie für die Ladungsträgerspeicherschichten 120 und 120G (siehe 2 und 17).
  • In dem Zentralabschnitt 41, der nicht die Ladungsträgerspeicherschicht 120H aufweist, erstreckt sich die Driftschicht 110 bis zu der Basisschicht 130 (siehe den Teil oben links in 20).
  • Aufgrund der Ladungsträgerspeicherschicht 120H mit der oben erwähnten Gestalt wird der Ladungsträgerspeichereffekt, bei dem die von der Kollektorschicht 200 in die Driftschicht 110 injizierten Löcher in der Ladungsträgerspeicherschicht 120H gespeichert werden, in dem Zentralabschnitt 41 kleiner als in dem Randabschnitt 42. Der Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 wächst an, wenn der Ladungsträgerspeichereffekt geringer wird. Daher wird der Widerstand in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Ladungsträgerspeicherschicht 120H bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300H (siehe 21), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Auch durch die soeben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300H kann eine ähnliche Wirkung erhalten werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10H durch verschiedene bekannte Behandlungen herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Ladungsträgerspeicherschicht 120H durch selektive Ionenimplantation lediglich in dem Randabschnitt 42 auszubilden. Alternativ kann die Ladungsträgerspeicherschicht 120H durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Neunte Ausführungsform
  • 22 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen IGBT 10J gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt. Der IGBT 10J hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10A (siehe 1 und 2), mit der Ausnahme, dass der IGBT 10J ein Halbleitersubstrat 100J anstelle des Halbleitersubstrats 100A (siehe 2) enthält. Das Halbleitersubstrat 100J hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100A, mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100J die Kollektorschicht 200 anstelle der Kollektorschicht 200A (siehe 2) enthält und eine Basisschicht 130J anstelle der Basisschicht 130 (siehe 2) enthält. Die Kollektorschicht 200 wurde bei der dritten Ausführungsform (siehe 7) beschrieben und daher wird eine sich wiederholende Beschreibung hier unterlassen.
  • 23 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Basisschicht 130J zeigt. 23 zeigt die Basisschicht 130J gegenüber dem Substrat 100J vergrößert. Weiterhin zeigt 24 in schematischer Weise die Dotierungskonzentrationsverteilung der Basisschicht 130J in dem Querschnitt, der durch den Zentralabschnitt 41 hindurchgeht.
  • Wie in 23 und 24 gezeigt, ist die Basisschicht 130J grob in einen Teil 131, der in dem Zentralabschnitt 41 angeordnet ist, und einen Teil 132, der in dem Randabschnitt 42 angeordnet ist, unterteilt. Insbesondere ist die Dotierungskonzentration des Teils 131, der dem Zentralabschnitt 41 entspricht, auf einen höheren Wert gesetzt als die Dotierungskonzentration des Teils 132, der dem Randabschnitt 42 (siehe 24) entspricht. Dies bedeutet, die Dotierungskonzentration der Basisschicht 130J ist in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Die weiteren Verhältnisse für die Basisschicht 130J sind im Wesentlichen die gleichen wie für die Basisschicht 130 (siehe 2).
  • Während 24 eine Verteilung zeigt, bei der die Dotierungskonzentrationen sich zwischen den Teilen 131 und 132 abrupt ändern, kann die Änderung auch eine Steigung aufweisen (allmählich vonstatten gehen). Weiterhin wird hier als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Teil 131 mit der höheren Konzentration und der Teil 132 mit der niedrigeren Konzentration beide vom P-Typ sind. Es ist jedoch möglich, in dem Teil 132 mit niedrigerer Konzentration einen Konzentrationsbereich vom P--Typ zu wählen, der typischerweise als Niedrigkonzentrationsbereich bezeichnet wird, und in dem Teil mit der höheren Konzentration 131 den Konzentrationsbereich so zu wählen, dass der Teil 131 mit höherer Konzentration den P-Typ aufweist.
  • Aufgrund der Basisschicht 130J (mit anderen Worten der Kanalausbildungs-Halbleiterschicht 130J) mit der oben erwähnten Dotierungskonzentrationsverteilung wird eine Schwellenspannung des MIS-Schaltelements 180 in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Mit anderen Worten, der Kanalwiderstand des MIS-Schaltelements 180 wird bei Anlegen der gleichen Spannung in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies resultiert in einem höheren Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 gegenüber dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Basisschicht 130J bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300J (siehe 23), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Auch durch die soeben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300J kann eine ähnliche Wirkung erhalten werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den IGBT 10J durch verschiedene bekannte Behandlungsverfahren herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Basisschicht 130J so auszubilden, dass eine gleichzeitige Ionenimplantation in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 durchgeführt wird und eine selektive Ionenimplantation lediglich in dem Zentralabschnitt 41 durchgeführt wird. Alternativ kann die Basisschicht 130J durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Zehnte Ausführungsform
  • Es ist möglich, die verschiedenen Komponenten, die die oben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300A und die weiteren Widerstandssteuerstrukturen ausbilden, in einer Vielzahl von Weisen zu kombinieren. Beispielsweise enthält in dem IGBT 10K, der in der vertikalen Querschnittsansicht von 25 veranschaulicht ist, ein Halbleitersubstrat 100K die oben erwähnte Kollektorschicht 200A und die Lebensdauersteuerschicht 210C.
  • Dies bedeutet, eine Widerstandssteuerstruktur 300K des IGBT 10K enthält die Kollektorschicht 200A und die Lebensdauersteuerschicht 210C. Auch durch die soeben erwähnte Widerstandssteuer-struktur 300K kann eine ähnliche Wirkung erzielt werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3). Alternativ ist es ebenfalls möglich, drei oder mehr der verschiedenen Komponenten, die die oben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300A und die weiteren Widerstandssteuerstrukturen ausbilden, zu kombinieren.
  • Es ist zu beachten, dass in dem Fall, in dem die Widerstandssteuerstruktur durch zumindest eine der Kollektorschichten 200A und 200B, der Lebensdauersteuerschichten 210C und 210D, der Pufferschichten 190E und 190F ausgebildet wird, die Konfiguration auf der Seite des Schaltelementes 180 im Zentralabschnitt 41 und im Randabschnitt 42 gleich ist, wodurch es möglich ist, eine lokale Konzentration des Stroms beim Schalten zu verhindern.
  • Elfte Ausführungsform
  • Der IGBT wurde oben als ein Beispiel einer Leistungshalbleitervorrichtung beschrieben. Bei der elften und zwölften Ausführungsform wird ein Leistungs-MIS-Feldeffekttransistor (FET) als ein weiteres Beispiel für die Leistungshalbleitervorrichtung gezeigt. Es ist zu beachten, dass ein MISFET in einem Fall, in dem ein Gateisolationsfilm ein Oxidfilm ist, speziell als MOSFET bezeichnet wird.
  • 26 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Leistungs-MISFET (hier im Folgenden als „MISFET“ abgekürzt) 10L gemäß der elften Ausführungsform zeigt. Der MISFET 10L hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der IGBT 10A (siehe 1 und 2), mit der Ausnahme, dass der MISFET 10L ein Halbleitersubstrat 100L anstelle des Halbleitersubstrats 100A (siehe 2) enthält. Das Halbleitersubstrat 100L hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100A mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100L nicht die Kollektorschicht 200A und die Ladungsträgerspeicherschicht 120 enthält, jedoch eine Drainschicht 220L (entsprechend der „dritten Halbleiterschicht“) anstelle der Pufferschicht 190 enthält.
  • Hier werden entsprechend dem Korrespondieren der Komponenten von IGBT und MISFET die Emitterschicht 140, die Emitterelektrode 254 und die Kollektorelektrode 256 in dem IGBT in dem MISFET als eine Sourceschicht 140, eine Sourceelektrode 254 und eine Drainelektrode 256 bezeichnet.
  • Es ist zu beachten, dass die Kollektorschicht 200A (siehe 2) nicht vorhanden ist, wie oben beschrieben wurde. Somit erstreckt sich die Drainschicht 220L von der Driftschicht 110 zu der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100L, so dass sie in Kontakt zu der Drainelektrode 256 ist. Weiterhin ist, wie oben beschrieben wurde, die Ladungsträgerspeicherschicht 120 (siehe 2) nicht vorhanden. Somit sind die Driftschicht 110 und die Basisschicht 130 in Kontakt miteinander.
  • Die Drainschicht 220L ist zwischen der Driftschicht 110 und der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100L angeordnet und erstreckt sich in der Substratdickenrichtung 103, welches eine Dickenrichtung der Drainschicht 220L ist. Mit anderen Worten, die Drainschicht 220L ist bezüglich der Driftschicht 110 in der Substratdickenrichtung 103 auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 angeordnet und zeigt in der Dickenrichtung 103 zu der Driftschicht 110 (liegt dieser gegenüber). Die Drainschicht 220L ist kontinuierlich zu der Driftschicht 110 (grenzt unmittelbar an diese) und erreicht die zweite Hauptoberfläche 102. Der Fall, in dem sich die Drainschicht 220L über das gesamte Substrat (senkrecht zur Substratdickenrichtung 103) ausdehnt, wird hier als ein Beispiel beschrieben. Bei diesem Beispiel erstreckt sich die Drainschicht 220L über eine Mehrzahl von MISFET-Einheitselementen, die in dem Elementabschnitt 31 vorhanden sind, wobei sich die Einheitselemente die Drainschicht 220L teilen. Weiterhin hat bei diesem Beispiel die Drainschicht 220L solch eine Gestalt, dass sie sich über den Zentralabschnitt 41 und den Randabschnitt 42 erstreckt.
  • Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem der Leitungstyp der Drainschicht 220L der N-Typ ist. Spezieller wird der Fall beschrieben, in dem die Drainschicht 220L eine Dotierungskonzentration aufweist, die höher ist als jene der Driftschicht 110 und bei dem die Drainschicht 220L eine N+-Schicht ist.
  • 27 ist eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise die Drainschicht 220L zeigt. 27 zeigt die Drainschicht 220L gegenüber dem Substrat 100L vergrößert. Weiterhin zeigt 28 in schematischer Weise die Dotierungskonzentrationsverteilung der Drainschicht 220L in dem vertikalen Querschnitt, der durch den Zentralabschnitt 41 hindurchgeht.
  • Wie in 27 und 28 gezeigt, ist die Drainschicht 220L grob in einen Teil 221, der in dem Zentralabschnitt 41 angeordnet ist, und einen Teil 222, der in dem Randabschnitt 42 angeordnet ist, unterteilt. Insbesondere ist die Dotierungskonzentration des Teils 221, der dem Zentralabschnitt 41 entspricht, auf einen niedrigeren Wert gesetzt als die Dotierungskonzentration des Teils 222, der dem Randabschnitt 42 entspricht (siehe 28). Dies bedeutet, die Dotierungskonzentration der Drainschicht 220L ist in dem Zentralabschnitt 41 geringer als in dem Randabschnitt 42.
  • Obwohl 28 eine Verteilung zeigt, bei der sich die Dotierungskonzentrationen in den Teilen 221 und 222 abrupt ändern, kann die Änderung allmählich erfolgen (mit einer Steigung). Weiterhin wird hier als ein Beispiel der Fall gezeigt, in dem der Teil mit der niedrigeren Konzentration 221 und der Teil mit der höheren Konzentration 222 beide vom N+-Typ sind. Es ist jedoch möglich, solch einen Konzentrationsbereich zu wählen, dass der Teil mit der niedrigeren Konzentration 221 vom N-Typ ist und solch einen Konzentrationsbereich zu wählen, dass der Teil mit der höheren Konzentration 222 vom N+-Typ ist.
  • In der Drainschicht 220L mit der oben erwähnten Dotierungskonzentration wird der Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Drainschicht 220L bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300L (siehe 27), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Auch durch die soeben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300L kann eine ähnliche Wirkung erhalten werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den MISFET 10L durch verschiedene bekannte Behandlungen herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Drainschicht 220L so auszubilden, dass eine Ionenimplantation in dem Zentralabschnitt 41 und dem Randabschnitt 42 gleichzeitig durchgeführt wird und lediglich in dem Randabschnitt 42 selektiv eine Ionenimplantation durchgeführt wird. Alternativ kann die Drainschicht 220L durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Es ist zu beachten, dass es ebenfalls möglich ist, die Widerstandssteuerstruktur durch eine Kombination der Drainschicht 220L und der oben erwähnten Basisschicht 130J (siehe 22) auszubilden.
  • Zwölfte Ausführungsform
  • 29 zeigt in schematischer Weise einen Leistungs-MOSFET 10M gemäß der zwölften Ausführungsform und ist ähnlich zu 5.
  • Der MISFET 10M hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der MISFET 10L (siehe 26) mit der Ausnahme, dass der MISFET 10M ein Halbleitersubstrat 100M anstelle des Halbleitersubstrats 100L (siehe 26) enthält. Das Halbleitersubstrat 100M hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Halbleitersubstrat 100L mit der Ausnahme, dass das Halbleitersubstrat 100M eine Drainschicht 220M anstelle der Drainschicht 220L (siehe 26) enthält.
  • 30 ist eine perspektivische Ansicht, die die Drainschicht 220M schematisch zeigt. 30 zeigt die Drainschicht 220M gegenüber dem Substrat 100M vergrößert. Wie man anhand von 29 und 30 sehen kann, hat die Drainschicht 220L solch eine Gestalt, dass sie in dem Randabschnitt 42 angeordnet ist, jedoch nicht in dem Zentralabschnitt 41 angeordnet ist. Es wird hier angenommen, dass die Dotierungskonzentration in der Drainschicht 220M gleichförmig ist. Die weiteren Verhältnisse für die Drainschicht 220M sind im Wesentlichen die gleichen wie für die Drainschicht 220L (siehe 26).
  • In dem Zentralabschnitt 41, in dem die Drainschicht 220M nicht angeordnet ist, erstreckt sich die Driftschicht 110 bis zu der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100M, so dass sie in Kontakt mit der Drainelektrode 256 ist (siehe den oberen linken Teil von 29).
  • In der Drainschicht 220M mit der oben erwähnten Gestalt wird der Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher als in dem Randabschnitt 42. Dies bedeutet, die Drainschicht 220M bildet eine Widerstandssteuerstruktur 300M (siehe 30), um den Widerstand gegenüber dem Stromfluss in der Substratdickenrichtung 103 in dem Zentralabschnitt 41 höher zu machen als in dem Randabschnitt 42.
  • Auch durch die soeben erwähnte Widerstandssteuerstruktur 300M kann eine ähnliche Wirkung erzielt werden wie durch die Widerstandssteuerstruktur 300A (siehe 3).
  • Es ist ebenfalls möglich, den MISFET 10M durch verschiedene bekannte Behandlungen herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Drainschicht 220M dadurch auszubilden, dass lediglich der Randabschnitt 42 selektiv einer Ionenimplantation unterzogen wird. Alternativ kann die Drainschicht 220M durch andere Techniken ausgebildet werden.
  • Es ist zu beachten, dass es beispielsweise möglich ist, für die Widerstandssteuerstruktur solch eine Konfiguration zu wählen, dass die Drainschicht 220M und die oben erwähnte Basisschicht 130J (siehe 22) miteinander kombiniert werden.
  • Abwandlungen der ersten bis zwölften Ausführungsform
  • Es wurden als Beispiele die Fälle beschrieben, in denen das Schaltelement 180 vom sogenannten Graben-Gate-Typ ist. Abweichend davon ist es ebenfalls möglich, das Schaltelement 180 zu einer Struktur abzuwandeln, bei der der Gateisolationsfilm 160 und die Gateelektrode 170 ohne Verwendung des Grabens 150 bei einem sogenannten Schaltelement vom Planargate-Typ auf der ersten Hauptoberfläche 101 geschichtet sind. Die oben erwähnten unterschiedlichen Wirkungen können ebenfalls beim Anwenden des Planargate-Typ-Schaltelements erhalten werden.
  • Dreizehnte Ausführungsform
  • Der IGBT und der Leistungs-MISFET wurden als Beispiele einer Leistungshalbleitervorrichtung beschrieben. In einer dreizehnten Ausführungsform wird als ein weiteres Beispiel der Leistungshalbleitervorrichtung eine Leistungsdiode (hier im Folgenden auch als „Diode“ abgekürzt) beschrieben.
  • 31 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die in schematischer Weise eine Diode 10N gemäß der dreizehnten Ausführungsform zeigt. Mit Bezugnahme auf 31 enthält die Diode 10N ein Halbleitersubstrat 100N, eine Kathodenelektrode 264 und eine Anodenelektrode 266. Weiterhin sind in dem Halbleitersubstrat 100N die Driftschicht 110 (entsprechend der „ersten Halbleiterschicht“), eine Kathodenschicht 230 (entsprechend der „dritten Halbleiterschicht“) und eine Anodenschicht 240 (entsprechend der „zweiten Halbleiterschicht“) ausgebildet. Es ist zu beachten, dass die Driftschicht 110 gemäß der ersten Ausführungsform (siehe 2) vorhanden ist. Somit wird eine sich wiederholende Beschreibung hier unterlassen.
  • Die Kathodenschicht 230 ist zwischen der Driftschicht 110 und der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 100N angeordnet und erstreckt sich in der Substratdickenrichtung 103, welches eine Dickenrichtung der Kathodenschicht 230 ist. Mit anderen Worten, die Kathodenschicht 230 ist bezüglich der Driftschicht 110 in der Substratdickenrichtung 103 auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 101 angeordnet und zeigt in der Dickenrichtung 103 zu der Driftschicht 110 (liegt dieser gegenüber). Die Kathodenschicht 230 grenzt unmittelbar an die Driftschicht 110 und erreicht die erste Hauptoberfläche 101. Hier wird als ein Beispiel der Fall beschreiben, bei dem der Leitungstyp der Kathodenschicht 230 ein N-Typ ist. Spezieller wird der Fall beschrieben, bei dem die Kathodenschicht 230 eine Dotierungskonzentration aufweist, die höher als jene der Driftschicht 110 ist, und eine N+-Typ-Schicht ist.
  • Die Anodenschicht 240 ist zwischen der Driftschicht 110 und der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100N angeordnet und erstreckt sich in der Substratdickenrichtung 103, welches eine Dickenrichtung der Anodenschicht 240 ist. Mit anderen Worten, die Anodenschicht 240 ist bezüglich der Driftschicht 110 in der Substratdickenrichtung 103 auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 102 angeordnet und liegt der Driftschicht 110 in der Dickenrichtung 103 gegenüber (zeigt zu dieser hin). Die Anodenschicht 240 grenzt unmittelbar an die Driftschicht 110 und erreicht die zweite Hauptoberfläche 102. Hier wird als ein Beispiel der Fall beschrieben, bei dem der Leitungstyp der Anodenschicht 240 ein P-Typ ist. Spezieller wird der Fall beschrieben, bei dem die Anodenschicht 240 eine P+-Typ-Schicht ist.
  • Die Kathodenelektrode 264 ist auf der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 100N angeordnet und in Kontakt zu der Kathodenschicht 230. Weiterhin ist die Anodenelektrode 266 auf der zweiten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100N angeordnet und in Kontakt zu der Anodenschicht 240.
  • Bei der oben beschriebenen Diode 10N ist es möglich, eine Widerstandssteuerstruktur mit der Anodenschicht 240 auszubilden, indem die Dotierungskonzentrationsverteilung der oben erwähnten Kollektorschicht 200A (siehe 2 bis 4) oder die Gestalt der oben erwähnten Kollektorschicht 200B (siehe 5 und 6) bei der Anodenschicht 240 angewendet werden.
  • Alternativ ist es möglich, eine Widertandssteuerstruktur auszubilden, indem die oben erwähnte Lebensdauersteuerschicht 210C (siehe 7 bis 9) oder die oben erwähnte Lebensdauersteuerschicht 210D (siehe 10 und 11) bei der Driftschicht 110 angewendet werden.
  • Bei einer weiteren Alternative ist es möglich, eine Widerstandssteuerstruktur auszubilden, indem die oben erwähnte Pufferschicht 190E (siehe 12 bis 14) oder die oben erwähnte Pufferschicht 190F (siehe 15 und 16) zwischen der Driftschicht 110 und der Anodenschicht 240 hinzugefügt werden.
  • Bei noch einer weiteren Alternative können die Dotierungskonzentrationsverteilung der oben erwähnten Ladungsträgerspeicherschicht 120G (siehe 17 bis 19) oder die Gestalt der oben erwähnten Ladungsträgerspeicherschicht 120H (siehe 20 und 21) bei der Kathodenschicht 230 angewendet werden. Bei solch einem Beispiel ist es möglich, eine Widerstandssteuerstruktur durch die Kathodenschicht 230 auszubilden.
  • Es ist zu beachten, dass die oben bei den unterschiedlichen Ausführungsformen beschriebenen verschiedenen Komponenten miteinander kombiniert werden können zum Ausbilden einer Widerstandssteuerstruktur in der Leistungsdiode 10N.
  • Es ist ebenfalls möglich, die Leistungsdiode ION durch verschiedene Behandlungsverfahren herzustellen. In diesem Fall kann beispielsweise das Verfahren zum Ausbilden der oben erwähnten Kollektorschicht 200A oder ein ähnliches Verfahren angewendet werden.
  • Abwandlungen der ersten bis dreizehnten Ausführungsform
  • Es ist zu beachten, dass die entsprechenden Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden können, solange dies nicht zu Inkonsistenzen führt.

Claims (13)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (10A, 10K, 10N) mit einem Halbleitersubstrat (100A, 100K, 100N), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300A, 300K) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat enthält: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, und eine zweite Halbleiterschicht (200A, 240) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, wobei die zweite Halbleiterschicht (200A, 240) eine niedrigere Dotierungskonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist als in dem Randabschnitt (42), und die Widerstandssteuerstruktur die zweite Halbleiterschicht (200A, 240) enthält.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (10B, 10N) mit einem Halbleitersubstrat (100B, 100N), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300B) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, und eine zweite Halbleiterschicht (200B, 240) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, wobei die zweite Halbleiterschicht (200B, 240) eine Kollektorschicht (200B) eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT) oder eine Anodenschicht (240) einer Diode ist, wobei die zweite Halbleiterschicht (200B, 240) solch eine Gestalt aufweist, dass sie in dem Randabschnitt (42) angeordnet ist, aber nicht in dem Zentralabschnitt (41) angeordnet ist, wobei die zweite Halbleiterschicht (200B, 240) sich über den gesamten Randabschnitt (42) erstreckt und wobei die Widerstandssteuerstruktur die zweite Halbleiterschicht (200B, 240) enthält.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (10C, 10N) mit einem Halbleitersubstrat (100C, 100N), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300C) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat enthält: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, und eine Lebensdauersteuerschicht (210C), die in der ersten Halbleiterschicht (110) vorhanden ist und der zweiten Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, wobei sich die Lebensdauersteuerschicht (210C) lateral so ausdehnt, dass sie sich über den Zentralabschnitt (41) und den Randabschnitt (42) hinweg erstreckt, wobei die Lebensdauersteuerschicht (210C) eine höhere Lebensdauerkillerkonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist als in dem Randabschnitt (42), und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Lebensdauersteuerschicht (210C) enthält.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (10D, 10N) mit einem Halbleitersubstrat (100D, 100N), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300D) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht in der Dickenrichtung gegenüberliegt, und eine Lebensdauersteuerschicht (210D), die in der ersten Halbleiterschicht (110) vorhanden ist und der zweiten Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, wobei die Lebensdauersteuerschicht (210D) solch eine Gestalt hat, dass sie in dem Zentralabschnitt (41) vorhanden ist, aber nicht in dem Randabschnitt (42) vorhanden ist, wobei sich die Lebensdauersteuerschicht (210D) über den gesamten Zentralabschnitt (41) erstreckt und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Lebensdauersteuerschicht (210D) enthält.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (10E, 10N) mit einem Halbleitersubstrat (100E, 100N), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300E) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, und eine Pufferschicht (190E) des ersten Leitungstyps, die zwischen der ersten Halbleiterschicht (110) und der zweiten Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) vorhanden ist und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110), wobei die Pufferschicht (190E) in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (110) und der zweiten Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) ist und sich lateral so ausdehnt, dass sie sich über den Zentralabschnitt (41) und den Randabschnitt (42) hinweg erstreckt, wobei die Pufferschicht (190E) eine höhere Dotierungskonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist wie in dem Randabschnitt (42), und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Pufferschicht (190E) enthält.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (10F, 10N) mit einem Halbleitersubstrat (100F, 100N), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300F) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, und eine Pufferschicht (190F) des ersten Leitungstyps, die zwischen der ersten Halbleiterschicht (110) und der zweiten Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) vorhanden ist und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110), wobei die Pufferschicht (190F) in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (110) und der zweiten Halbleiterschicht (200, 200A, 200B, 240) ist, wobei die Pufferschicht (190F) solch eine Gestalt aufweist, dass sie in dem Zentralabschnitt (41) vorhanden ist, aber nicht in dem Randabschnitt (42) vorhanden ist, wobei sich die Pufferschicht (190F) über den gesamten Zentralabschnitt (41) erstreckt und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Pufferschicht (190F) enthält.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (10G) mit einem Halbleitersubstrat (100G), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300G) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (200, 200A, 200B) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, und eine Ladungsträgerspeicherschicht (120G) des ersten Leitungstyps, die auf der Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist, welche in der Dickenrichtung jener Seite der ersten Halbleiterschicht (110), auf der die zweite Halbleiterschicht (200, 200A, 200B) angeordnet ist, gegenüber liegt und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110), wobei sich die Ladungsträgerspeicherschicht (120G) lateral so ausdehnt, dass sie sich über den Zentralabschnitt (41) und den Randabschnitt (42) hinweg erstreckt, wobei die Ladungsträgerspeicherschicht (120G) eine niedrigere Dotierungskonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist wie in dem Randabschnitt (42), und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Ladungsträgerspeicherschicht (120G) enthält.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (10H) mit einem Halbleitersubstrat (100H), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300H) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (200, 200A, 200B) eines zweiten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, und eine Ladungsträgerspeicherschicht (120H) des ersten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) auf einer Seite gegenüber der zweiten Halbleiterschicht (200, 200A, 200B) in der Dickenrichtung gegenüberliegt, und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110) , wobei die Ladungsträgerspeicherschicht (120H) solch eine Gestalt aufweist, dass sie in dem Randabschnitt (42) vorhanden ist, aber nicht in dem Zentralabschnitt (41) vorhanden ist, wobei sich die Ladungsträgerspeicherschicht (120H) über den gesamten Randabschnitt (42) erstreckt und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Ladungsträgerspeicherschicht (120H) enthält.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (10L) mit einem Halbleitersubstrat (100L), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300L) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, und eine dritte Halbleiterschicht (220L) des ersten Leitungstyps, die der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung gegenüberliegt und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110), wobei die erste Halbleiterschicht (110) und die dritte Halbleiterschicht (220L) eine Driftschicht und eine Drainschicht eines MISFET bilden, wobei die Drainschicht in Kontakt mit der Driftschicht und einer Kollektorelektrode (256) ist, wobei sich die Drainschicht lateral so ausdehnt, dass sie sich über den Zentralabschnitt (41) und den Randabschnitt (42) hinweg erstreckt,] wobei die Drainschicht eine niedrigere Dotierungskonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist wie in dem Randabschnitt (42), und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Drainschicht enthält.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (10M) mit einem Halbleitersubstrat (100M), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300M) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, und eine dritte Halbleiterschicht (220M) des ersten Leitungstyps, die in der Dickenrichtung der ersten Halbleiterschicht (110) gegenüberliegt und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110), wobei die erste Halbleiterschicht (110) und die dritte Halbleiterschicht (220M) eine Driftschicht und eine Drainschicht eines MISFET bilden, wobei die Drainschicht in Kontakt mit der Driftschicht und einer Kollektorelektrode (256) ist, wobei die Drainschicht solch eine Gestalt aufweist, dass sie in dem Randabschnitt (42) vorhanden ist, aber nicht in dem Zentralabschnitt (41), wobei sich die Drainschicht über den gesamten Randabschnitt (42) erstreckt und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Drainschicht enthält.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (10J) mit einem Halbleitersubstrat (100J), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur (300J) enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat eine Mehrzahl von Schaltelementen (180) mit einem MIS-Aufbau aufweist, die einen Strom anschalten/ausschalten, wobei der MIS-Aufbau eine Kanalausbildungs-Halbleiterschicht (130J) aufweist, welches eine Halbleiterschicht ist, in der ein Kanal ausgebildet wird, wobei sich die Kanalausbildungs-Halbleiterschicht (130J) lateral so ausdehnt, dass sie sich über den Zentralabschnitt (41) und den Randabschnitt (42) hinweg erstreckt und eine höhere Dotierungskonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist als in dem Randabschnitt (42), und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Kanalausbildungs-Halbleiterschicht (130J) aufweist.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (10N) mit einem Halbleitersubstrat (100N) mit einer ersten Hauptoberfläche (101) und einer zweiten Hauptoberfläche (102), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (240) eines zweiten Leitungstyps, welche bezüglich der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung (103) auf der Seite der ersten Hauptoberfläche (101) angeordnet ist, und eine dritte Halbleiterschicht (230) des ersten Leitungstyps, welche bezüglich der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung (103) auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche (102) der zweiten Halbleiterschicht (240) gegenüberliegt und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110), wobei die zweite Halbleiterschicht (240) und die dritte Halbleiterschicht (230) eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht einer Diode bilden, wobei sich die Kathodenschicht lateral so ausdehnt, dass sie sich über den Zentralabschnitt (41) und den Randabschnitt (42) hinweg erstreckt, wobei die Kathodenschicht eine niedrigere Dotierungskonzentration in dem Zentralabschnitt (41) aufweist als in dem Randabschnitt (42), und wobei die Widerstandssteuerstruktur die Kathodenschicht aufweist.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (10N) mit einem Halbleitersubstrat (100N) mit einer ersten Hauptoberfläche (101) und einer zweiten Hauptoberfläche (102), in dem ein Strom in einer Dickenrichtung (103) des Halbleitersubstrats fließt, wobei das Halbleitersubstrat eine Widerstandssteuerstruktur enthält, die so ausgelegt ist, dass ein Widerstand gegenüber dem Strom in einem Zentralabschnitt (41) des Halbleitersubstrats höher wird als in einem Randabschnitt (42) des Halbleitersubstrats, der den Zentralabschnitt des Halbleitersubstrats lateral umgibt, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine erste Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterschicht (240) eines zweiten Leitungstyps, welche bezüglich der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung (103) auf der Seite der ersten Hauptoberfläche (101) angeordnet ist , und eine dritte Halbleiterschicht (230) des ersten Leitungstyps, welche bezüglich der ersten Halbleiterschicht (110) in der Dickenrichtung (103) auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche (102) der zweiten Halbleiterschicht (240) gegenüberliegt und eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die erste Halbleiterschicht (110), wobei die zweite Halbleiterschicht (240) und die dritte Halbleiterschicht (230) eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht einer Diode bilden, wobei die Kathodenschicht solch eine Gestalt hat, dass sie in dem Randabschnitt (42) vorhanden ist, jedoch nicht in dem Zentralabschnitt (41) vorhanden ist, und wobei sich die Kathodenschicht über den gesamten Randabschnitt (42) erstreckt, wobei die Widerstandssteuerstruktur die Kathodenschicht aufweist.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013149798A (ja) * 2012-01-19 2013-08-01 Fuji Electric Co Ltd 炭化珪素半導体装置
US20150162429A1 (en) * 2012-01-26 2015-06-11 Hitachi, Ltd. Semiconductor Device and Power Conversion Device Using the Same
JPWO2013111294A1 (ja) * 2012-01-26 2015-05-11 株式会社日立製作所 半導体装置およびそれを用いた電力変換装置
JP5866002B2 (ja) * 2012-04-23 2016-02-17 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
CN103579296B (zh) * 2012-08-06 2016-09-07 三垦电气株式会社 半导体装置及其制造方法
CN103633129B (zh) * 2012-08-27 2017-07-21 比亚迪股份有限公司 一种实现局域寿命控制的igbt及其制造方法
KR101452091B1 (ko) 2013-02-26 2014-10-16 삼성전기주식회사 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법
US20150001578A1 (en) * 2013-06-27 2015-01-01 Fairchild Korea Semiconductor Ltd. Power semiconductor device and method of manufacturing the same
CN104347405B (zh) * 2013-08-09 2017-11-14 无锡华润上华科技有限公司 一种绝缘栅双极晶体管的制造方法
JP6284336B2 (ja) * 2013-10-17 2018-02-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
TWI559531B (zh) * 2014-08-20 2016-11-21 新唐科技股份有限公司 絕緣閘極雙極性電晶體及其製造方法
JP6402773B2 (ja) * 2014-09-08 2018-10-10 富士電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
CN105814694B (zh) 2014-10-03 2019-03-08 富士电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
JP6606819B2 (ja) * 2014-11-10 2019-11-20 富士電機株式会社 半導体装置
WO2017098547A1 (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置
JP2017168561A (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 富士電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
US11004986B2 (en) * 2016-04-25 2021-05-11 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device including adjacent semiconductor layers
JP6846119B2 (ja) * 2016-05-02 2021-03-24 株式会社 日立パワーデバイス ダイオード、およびそれを用いた電力変換装置
JP6825298B2 (ja) * 2016-10-19 2021-02-03 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
CN108321196B (zh) * 2018-02-05 2020-05-01 电子科技大学 一种沟槽栅电荷存储型igbt及其制作方法
JP7230434B2 (ja) 2018-10-30 2023-03-01 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0485059A2 (de) * 1990-09-28 1992-05-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Halbleiterbauelement mit einer Pin-Diode mit hoher Durchbruchspannung
DE10360574A1 (de) * 2003-12-22 2005-07-28 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauelement mit sanftem Abschaltverhalten
DE102005014714A1 (de) * 2004-05-31 2005-12-22 Mitsubishi Denki K.K. Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate
DE102005029263A1 (de) * 2005-06-23 2007-01-11 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement mit verbesserter dynamischer Belastbarkeit
DE102005053487A1 (de) * 2005-11-09 2007-05-31 Infineon Technologies Ag Leistungs-IGBT mit erhöhter Robustheit

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH023980A (ja) * 1988-06-22 1990-01-09 Nissan Motor Co Ltd 縦型電界効果トランジスタ
US5182626A (en) * 1989-09-20 1993-01-26 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Insulated gate bipolar transistor and method of manufacturing the same
US5461252A (en) 1992-10-06 1995-10-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device comprising an over-temperature detection element for detecting excessive temperature of amplifiers
JP3148781B2 (ja) 1992-10-06 2001-03-26 松下電子工業株式会社 半導体装置
EP0643424A1 (de) * 1993-09-14 1995-03-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Rückwarts leitender Gate-Turn-off-Thyristor
JP3850054B2 (ja) * 1995-07-19 2006-11-29 三菱電機株式会社 半導体装置
JP4371521B2 (ja) * 2000-03-06 2009-11-25 株式会社東芝 電力用半導体素子およびその製造方法
US6710405B2 (en) * 2001-01-17 2004-03-23 Ixys Corporation Non-uniform power semiconductor device
JP4622214B2 (ja) 2003-07-30 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 電流センシング機能を有する半導体装置
JP4857520B2 (ja) * 2004-01-07 2012-01-18 トヨタ自動車株式会社 バイポーラ半導体装置及びその製造方法
JP2008117881A (ja) * 2006-11-02 2008-05-22 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP5089191B2 (ja) * 2007-02-16 2012-12-05 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2009004668A (ja) * 2007-06-25 2009-01-08 Toshiba Corp 半導体装置
JP5561922B2 (ja) * 2008-05-20 2014-07-30 三菱電機株式会社 パワー半導体装置
JP2010040973A (ja) 2008-08-08 2010-02-18 Sony Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2010062262A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Renesas Technology Corp 半導体装置およびその製造方法
JP5713546B2 (ja) * 2008-09-08 2015-05-07 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2010135646A (ja) 2008-12-05 2010-06-17 Toyota Central R&D Labs Inc 半導体装置
US8212292B2 (en) * 2009-11-20 2012-07-03 Freescale Semiconductor, Inc. High gain tunable bipolar transistor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0485059A2 (de) * 1990-09-28 1992-05-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Halbleiterbauelement mit einer Pin-Diode mit hoher Durchbruchspannung
DE10360574A1 (de) * 2003-12-22 2005-07-28 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauelement mit sanftem Abschaltverhalten
DE102005014714A1 (de) * 2004-05-31 2005-12-22 Mitsubishi Denki K.K. Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate
DE102005029263A1 (de) * 2005-06-23 2007-01-11 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement mit verbesserter dynamischer Belastbarkeit
DE102005053487A1 (de) * 2005-11-09 2007-05-31 Infineon Technologies Ag Leistungs-IGBT mit erhöhter Robustheit

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