DE102016116564A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

In einer einen IGBT und eine Diode umfassenden Halbleitervorrichtung ist ein oberseitiger Lebensdauersteuerbereich, der in dem Driftbereich in einem oberhalb einer mittleren Tiefe des Driftbereiches gelegenen Gebiet bereitgestellt ist, in einer Diodenfläche bereitgestellt und ist nicht in einer IGBT-Fläche bereitgestellt. Ein erster Zwischengrabenhalbleiterbereich, der in der Diodenfläche zu einem zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereich benachbart ist, umfasst einen n-Barrierenbereich, der zwischen dem Körperbereich und dem Driftbereich gelegen ist, sowie einen n-Säulenbereich, der sich von einer mit der oberen Elektrode in Kontakt stehenden Position bis zu einer mit dem Barrierenbereich in Kontakt stehenden Position erstreckt. Jeder der zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereiche in der Diodenfläche umfasst keinen Säulenbereich.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und eine Diode umfasst.
  • Stand der Technik
  • Die japanische Druckschrift Nr. 2015-118991 offenbart eine Halbleitervorrichtung, die einen IGBT und eine Diode umfasst. In dieser Halbleitervorrichtung ist eine Vielzahl von Gräben in einer Frontfläche des Halbleitersubstrates bereitgestellt. Von dem Halbleitersubstrat isolierte Gateelektroden sind in den Gräben in einer IGBT-Fläche bereitgestellt. Von dem Halbleitersubstrat isolierte Scheinelektroden werden in den Gräben in einer Diodenfläche bereitgestellt. Das Halbleitersubstrat umfasst eine Vielzahl von Zwischengrabenhalbleiterbereichen, von denen jedes zwischen zwei Gräben eingebracht ist. Ein n-Emitterbereich und ein p-Körperbereich sind an den Zwischengrabenhalbleiterbereichen der IGBT-Fläche bereitgestellt. Ein p-Anodenbereich ist in den Zwischengrabenhalbleiterbereichen der Diodenfläche bereitgestellt. Weiterhin ist ein n-Driftbereich unter dem Körperbereich und dem Anodenbereich eingerichtet. Ein p-Kollektorbereich und ein n-Kathodenbereich sind unter dem Driftbereich bereitgestellt. Der Kollektorbereich ist in der IGBT-Fläche bereitgestellt. Der Kathodenbereich ist in der Diodenfläche bereitgestellt. In der IGBT-Fläche ist durch den Emitterbereich, den Körperbereich, den Driftbereich, den Kollektorbereich, die Gateelektroden, und ähnlichem ein IGBT eingerichtet. In der Diodenfläche ist durch den Anodenbereich, den Driftbereich, den Kathodenbereich und ähnlichem eine Diode eingerichtet. Ferner ist in dieser Halbleitervorrichtung ein Lebensdauersteuerbereich (Kristalldefektbereich) in dem Driftbereich bereitgestellt. Der Lebensdauersteuerbereich ist ein Bereich, der eine höhere Kristalldefektdichte als der umgebende Driftbereich aufweist. Der Lebensdauersteuerbereich ist innerhalb der Diodenfläche bereitgestellt, wie auch innerhalb der IGBT-Fläche an einer Position in der Nähe der Diodenfläche. Das bedeutet, dass der Lebensdauersteuerbereich so bereitgestellt ist, dass er von der Diodenfläche in die IGBT-Fläche vorsteht. Ferner ist der Lebensdauersteuerbereich über einer mittleren Tiefe des Driftbereiches positioniert (einer zentralen Position des Driftbereiches in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrates). Falls der Lebensdauersteuerbereich in dem Driftbereich oberhalb der mittleren Tiefe in der Diodenfläche bereitgestellt ist, werden Ladungsträger in dem Driftbereich bei einem Sperrerholungsvorgang der Diode innerhalb des Lebensdauersteuerbereiches effizient rekombiniert. Aufgrund dessen ist ein Sperrerholungsverlust der Diode unterdrückt. Ferner ist an einer Grenze zwischen der IGBT-Fläche und der Diodenfläche eine parasitäre Diode an einem sich von dem Körperbereich in der IGBT-Fläche zu dem Kathodenbereich durch den Driftbereich erstreckenden Übergang geschaffen. Diese parasitäre Diode an der Grenze ist in Betrieb, falls die Diode in der Diodenfläche in Betrieb ist. In dieser Halbleitervorrichtung ist der Sperrerholungsverlust durch den innerhalb der IGBT-Fläche von der Diodenfläche vorstehenden Lebensdauersteuerbereich bei einem Sperrerholungsvorgang der parasitären Diode an der Grenze unterdrückt. Dementsprechend ist in dieser Halbleitervorrichtung der Sperrerholungsverlust nicht nur in der Diode der Diodenfläche unterdrückt, sondern auch in der parasitären Diode an der Grenze.
  • Erfindungszusammenfassung
  • Gemäß vorstehender Beschreibung ist bei der Halbleitervorrichtung gemäß der Druckschrift Nr. JP 2015-118991 der Lebensdauersteuerbereich so bereitgestellt, dass er von der Diodenfläche in die IGBT-Fläche vorsteht. Das bedeutet, dass der Lebensdauersteuerbereich teilweise innerhalb der IGBT-Fläche bereitgestellt ist. Falls der Lebensdauersteuerbereich in der IGBT-Fläche bereitgestellt ist, steigt eine Anschaltspannung des IGBTs an und ein Gleichgewichtsverlust tritt in dem IGBT wahrscheinlicher auf. In dem Fall, dass der Lebensdauersteuerbereich in der IGBT-Fläche unter der mittleren Tiefe des Driftbereiches bereitgestellt ist (auf einer Kollektorbereichsseite), steigt die Anschaltspannung des IGBTs an, während ein Schaltverlust des IGBTs unterdrückt ist, welches im Ergebnis im Fall einer schnellen Schaltgeschwindigkeit einen Vorteil für den IGBT darstellt. Andererseits ist in dem Fall, dass der Lebensdauersteuerbereich in der IGBT-Fläche über der mittleren Tiefe des Driftbereiches bereitgestellt ist (auf einer Körperbereichsseite), sein Beitrag zu einer Verbesserung der IGBT-Charakteristik klein und die Anschaltspannung des IGBTs wird vergrößert. Falls der Lebensdauersteuerbereich so bereitgestellt ist, dass er von der Diodenfläche in die IGBT-Fläche in einem Bereich über der mittleren Tiefe des Driftbereiches gemäß der Druckschrift JP 2015-118991 vorsteht, stellt dies aufgrund dessen einen Nachteil für die IGBT-Charakteristik dar. Daher zielt die Erfindung auf die Bereitstellung einer Technik ab, die in einer einen IGBT und eine Diode umfassenden Halbleitervorrichtung eine Verschlechterung der IGBT-Charakteristik unterdrückt, während sie gleichzeitig einen Sperrerholungsverlust in einer Diode in einer Diodenfläche und einer parasitären Diode an einer Grenze unterdrückt.
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung umfasst einen IGBT und eine Diode. Die Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat; eine obere eine obere Halbleitersubstratoberfläche bedeckende Elektrode; und eine untere eine untere Halbleitersubstratoberfläche bedeckende Elektrode. Das Halbleitersubstrat umfasst einen Körperbereich, einen Driftbereich, einen Kathodenbereich und einen Kollektorbereich. Der Körperbereich ist vom p-Typ und steht in Kontakt mit der oberen Elektrode. Der Driftbereich ist vom n-Typ und ist auf einer unteren Seite des Körperbereiches angeordnet. Der Kathodenbereich ist vom n-Typ und in einem Teilgebiet auf einer unteren Seite des Driftbereiches angeordnet, der mit der unteren Elektrode in Kontakt steht und eine höhere n-Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich aufweist. Der Kollektorbereich ist vom p-Typ und in einem anderen Teilgebiet auf der unteren Seite des Driftbereiches angeordnet und steht mit der unteren Elektrode an einer an den Kathodenbereich angrenzenden Position in Kontakt. Eine Vielzahl von Gräben ist in der oberen Halbleitersubstratoberfläche bereitgestellt, wobei die Vielzahl von Gräben den Körperbereich durchdringt und den Driftbereich erreicht. In jedem der Gräben ist eine von dem Halbleitersubstrat und der oberen Elektrode durch eine Isolationsschicht isolierte Grabenelektrode angeordnet. Das Halbleitersubstrat umfasst eine Vielzahl von Zwischengrabenhalbleiterbereichen, wobei jeder der Zwischengrabenhalbleiterbereiche zwischen den benachbarten Gräben eingebracht ist. Die Vielzahl von Zwischengrabenhalbleiterbereichen weist eine Vielzahl von zueinander benachbarten ersten Zwischengrabenhalbleiterbereichen und eine Vielzahl von zueinander benachbarten zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereichen auf. Jeder der Zwischengrabenhalbleiterbereiche weist einen n-Emitterbereich auf, der mit der oberen Elektrode und der Isolationsschicht in Kontakt steht, sowie von dem Driftbereich durch den Körperbereich getrennt ist. Jeder der zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereiche weist keinen Emitterbereich auf. Ein Gebiet, bei dem in einer Draufsicht auf das Halbleitersubstrat eine Vielzahl von ersten Zwischengrabenhalbleiterbereichen angeordnet sind, ist eine IGBT-Fläche, und ein Gebiet, bei dem in einer Draufsicht auf das Halbleitersubstrat eine Vielzahl von zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereichen angeordnet sind, ist eine Diodenfläche. Zumindest ein Teil des Kollektorbereiches ist in der IGBT-Fläche angeordnet. Zumindest ein Teil des Kathodenbereiches ist in der Diodenfläche angeordnet. Eine Grenze zwischen dem Kathodenbereich und dem Kollektorbereich ist in einem Gebiet direkt unter einem Grenzgraben und zweien der zu dem Grenzgraben benachbarten Zwischengrabenhalbleiterbereiche angeordnet, wobei der Grenzgraben derjenige der Gräben ist, der an einer Grenze der IGBT-Fläche und der Diodenfläche angeordnet ist. Ein oberseitiger Lebensdauersteuerbereich ist in der Diodenfläche bereitgestellt und ist nicht in der IGBT-Fläche bereitgestellt, wobei der oberseitige Lebensdauersteuerbereich ein Bereich ist, der sich entlang einer planaren Richtung in dem Driftbereich innerhalb eines über der mittleren Tiefe des Driftbereiches angeordneten Gebietes erstreckt, und der oberseitige Lebensdauersteuerbereich eine höhere Kristalldefektdichte als der den oberseitigen Lebensdauersteuerbereich umgebende Driftbereich aufweist. Einer der ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiche, der zu den zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereichen benachbart ist, ist eine Grenze eines ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiches. Die Grenze des ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiches umfasst: einen n-Barrierenbereich, der zwischen dem Körperbereich sowie dem Driftbereich angeordnet ist und eine höhere n-Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich aufweist; und einen n-Säulenbereich, der sich von einer mit der oberen Elektrode in Kontakt stehenden Position zu einer mit dem Barrierenbereich in Kontakt stehenden Position erstreckt. Jeder der zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereiche umfasst keinen Säulenbereich.
  • In der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung ist in der IGBT-Fläche aus dem Emitterbereich, dem Körperbereich, dem Driftbereich, dem Kollektorbereich, der Grabenelektrode und ähnlichem ein IGBT eingerichtet. Ferner ist in der Diodenfläche aus dem Körperbereich (Anodenbereich), dem Driftbereich, dem Kathodenbereich und ähnlichem eine Diode eingerichtet. Da der oberseitige Lebensdauersteuerbereich in dem Driftbereich in der Diodenfläche bereitgestellt ist, ist ein Sperrerholungsverlust in der Diode in der Diodenfläche unterdrückt. Ferner tritt in der IGBT-Fläche aufgrund des darin nicht bereitgestellten oberseitigen Lebensdauersteuerbereiches kein Anstieg des Gleichgewichtsverlustes des IGBT auf. Ferner ist in dem ersten Zwischengrabenhalbleiterbereich an der Grenze durch den Körperbereich, den Driftbereich und den Kathodenbereich eine parasitäre Diode an der Grenze geschaffen. In der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung ist ein Sperrerholungsverlust der parasitären Diode an der Grenze durch den von dem ersten Zwischengrabenhalbleiterbereich an der Grenze umfassten Barrierenbereich und Säulenbereich unterdrückt. Nachstehend wird ein Betrieb der parasitären Diode an der Grenze beschrieben. Falls ein Potential der oberen Elektrode erhöht wird, beginnen Elektronen von der unteren Elektrode durch den Kathodenbereich, den Driftbereich, den Barrierenbereich und den Säulenbereich zu der oberen Elektrode zu fließen. Das bedeutet, Elektronen fließen in einem Zustand des sich weiter erhöhenden Potentials der oberen Elektrode. Da der Barrierenbereich über den Säulenbereich mit der oberen Elektrode verbunden ist, ist in diesem Zustand eine Potentialdifferenz zwischen dem Barrierenbereich und der oberen Elektrode klein. Aufgrund dessen tritt an einem pn-Übergang an einer Grenzfläche zwischen dem Barrierenbereich und dem Körperbereich weniger wahrscheinlich eine Potentialdifferenz auf, und dieser pn-Übergang schaltet hierbei nicht an. Falls das Potential der oberen Elektrode weiter erhöht wird, erhöht sich ein Strom durch die vorgenannten Elektronen, und die Potentialdifferenz zwischen dem Barrierenbereich und der oberen Elektrode wird größer. Wenn diese Potentialdifferenz eine vordefinierte Potentialdifferenz erreicht, schaltet der pn-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem Barrierenbereich und dem Körperbereich an, und Löcher fließen von der oberen Elektrode durch den Körperbereich und den Barrierenbereich in den Driftbereich. Dementsprechend fließen in dieser parasitären Diode Elektronen durch den Barrierenbereich und den Säulenbereich, bevor der pn-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem Barrierenbereich und dem Körperbereich anschaltet. Aufgrund dessen ist der Zeitpunkt des Anschaltens des pn-Übergangs verzögert, und Löcher werden davon abgehalten, in den Driftbereich zu fließen. Dementsprechend wird bei dem Sperrerholungsvorgang der parasitären Diode die Anzahl der von dem Driftbereich zu der oberen Elektrode abgegebenen Löcher reduziert. Deshalb ist in dieser Diode der Sperrerholungsverlust unterdrückt. Gemäß vorstehender Beschreibung kann in der vorliegenden Halbleitervorrichtung der Sperrerholungsverlust der Diode in der Diodenfläche und der Sperrerholungsverlust der parasitären Diode an der Grenze unterdrückt werden, während der Gleichgewichtsverlust in dem IGBT ebenso unterdrückt wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 10 in einem Ausführungsbeispiel an einer einen Säulenbereich 39 eines Grenzzwischengrabenhalbleiterbereiches 62a umfassenden Schnittfläche;
  • 2 ist eine vertikale Schnittansicht der Halbleitervorrichtung 10 bei dem Ausführungsbeispiel an einer Körperkontaktbereiche 25a des Grenzzwischengrabenhalbleiterbereiches 62a umfassenden Schnittfläche;
  • 3 ist eine perspektivische Schnittansicht der Halbleitervorrichtung 10 bei dem Ausführungsbeispiel (eine Ansicht, die eine obere Elektrode 14 und Zwischenisolationsschichten auslässt);
  • 4 ist eine vertikale Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung einer ersten Abwandlung gemäß 1;
  • 5 ist eine vertikale Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung einer zweiten Abwandlung gemäß 1;
  • 6 ist eine vertikale Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung einer dritten Abwandlung gemäß 1;
  • 7 ist eine vertikale Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung einer vierten Abwandlung gemäß 1;
  • 8 ist eine vertikale Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung einer fünften Abwandlung gemäß 1; und
  • 9 ist eine vertikale Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung einer sechsten Abwandlung gemäß 1.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Eine Halbleitervorrichtung 10 bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 umfasst ein Halbleitersubstrat 12, eine obere Elektrode 14 und eine untere Elektrode 16. Das Halbleitersubstrat 12 ist ein aus Silizium ausgebildetes Substrat. Die obere Elektrode 14 bedeckt eine obere Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12. Die untere Elektrode 16 bedeckt eine untere Oberfläche 12b des Halbleitersubstrates 12. Insbesondere wird in der nachstehenden Beschreibung eine Dickenrichtung des Halbleitersubstrates 12 mit z-Richtung, eine Richtung parallel zu der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12 (eine Richtung, die die z-Richtung orthogonal schneidet) mit x-Richtung, und eine Richtung, die die z-Richtung sowie die x-Richtung orthogonal schneidet, mit y-Richtung bezeichnet.
  • Das Halbleitersubstrat 12 umfasst eine IGBT-Fläche 20, an der ein IGBT vom Vertikaltyp bereitgestellt ist, und eine Diodenfläche 40, an der eine Diode vom Vertikaltyp bereitgestellt ist. Die IGBT-Fläche 20 und die Diodenfläche 40 sind zueinander benachbart.
  • Ein Körperbereich 24 ist in dem Halbleitersubstrat 12 bereitgestellt. Der Körperbereich 24 ist ein Bereich vom p-Typ, der in der Nähe der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12 bereitgestellt ist. Der Körperbereich 24 ist so eingerichtet, dass er sich über die IGBT-Fläche 20 und die Diodenfläche 40 erstreckt. Insbesondere ist der Körperbereich 24 in der Diodenfläche 40 ein Bereich, der als Anode der Diode wirkt. Deshalb wird nachstehend der Körperbereich 24 in der Diodenfläche 40 als Anodenbereich 24b bezeichnet. Ferner wird nachstehend der Körperbereich 24 in der IGBT-Fläche 20 als IGBT-Körperbereich 24a bezeichnet.
  • Der IGBT-Körperbereich 24a umfasst Körperkontaktbereiche 25a und einen Niederkonzentrationskörperbereich 25b. Die Körperkontaktbereiche 25a weisen eine hohe p-Dotierstoffkonzentration auf. Die Körperkontaktbereiche 25a sind an auf der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12 freigelegten Gebieten bereitgestellt und stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der oberen Elektrode 14 her. Der Niederkonzentrationskörperbereich 25b weist eine niedrigere p-Dotierstoffkonzentration als die Körperkontaktbereiche 25a auf. Der Niederkonzentrationskörperbereich 25b ist unter den Körperkontaktbereichen 25a bereitgestellt.
  • Der Anodenbereich 24b weist Anodenkontaktbereiche 26a und einen Niederkonzentrationsanodenbereich 26b auf. Die Anodenkontaktbereiche 26a weisen eine hohe p-Dotierstoffkonzentration auf. Die Anodenkontaktbereiche 26a sind an auf der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12 freigelegten Gebieten bereitgestellt und stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der oberen Elektrode 14 her. Der Niederkonzentrationsanodenbereich 26b weist eine niedrigere p-Dotierstoffkonzentration als die Anodenkontaktbereiche 26a auf. Der Niederkonzentrationsanodenbereich 26b ist unterhalb und zu den Anodenkontaktbereichen 26a benachbart bereitgestellt.
  • Eine Vielzahl von sich parallel zueinander erstreckenden Gräben 60 ist in der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12 bereitgestellt. Gemäß 3 erstreckt sich jeder der Gräben 60 weit in die y-Richtung in der oberen Oberfläche 12a. Jeder der Gräben 60 erstreckt sich in der z-Richtung, sodass er den Körperbereich 24 von der oberen Oberfläche 12a her durchdringt. Nachstehend ist jeder zwischen zwei benachbarten Gräben 60 eingebrachte Halbleiterbereich als Zwischengrabenhalbleiterbereich 62 bezeichnet. Einer der Gräben 60 erstreckt sich entlang einer Grenze zwischen der IGBT-Fläche 20 und der Diodenfläche 40. Eine Vielzahl von Gräben 60 ist in der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt, und eine andere Vielzahl von Gräben 60 ist in der Diodenfläche 40 bereitgestellt. Aufgrund dessen ist eine Vielzahl von Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 jeweils in der IGBT-Fläche 20 und der Diodenfläche 40 bereitgestellt.
  • Eine innere Oberfläche eines jeden der Gräben 60 in der IGBT-Fläche 20 ist durch eine Gateisolationsschicht 32 bedeckt. Eine Gateelektrode 34 ist in jedem Graben 60 in der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt. Jede der Gateelektroden 34 ist von dem Halbleitersubstrat 12 durch die entsprechende Gateisolationsschicht 32 isoliert. Eine obere Oberfläche einer jeden Gateelektrode 34 ist durch eine Zwischenisolationsschicht 36 bedeckt. Jede Gateelektrode 34 ist von der oberen Elektrode 14 durch die entsprechende Zwischenisolationsschicht 36 isoliert. Die Gateelektroden 34 sind miteinander durch eine nicht gezeigte Gateleiterbahn verbunden.
  • Eine innere Oberfläche eines jeden der Gräben 60 in der Diodenfläche 40 ist durch eine Isolationsschicht 46 bedeckt. Eine Scheinelektrode 48 ist in jedem Graben 60 in der Diodenfläche 40 bereitgestellt. Jede der Scheinelektroden 48 ist von dem Halbleitersubstrat 12 durch die entsprechende Isolationsschicht 46 isoliert. Eine obere Oberfläche einer jeden Scheinelektrode 48 ist durch eine Zwischenisolationsschicht 50 bedeckt. Jede Scheinelektrode 48 ist von der oberen Elektrode 14 durch die entsprechende Zwischenisolationsschicht 50 isoliert. Die Scheinelektroden 48 sind miteinander durch eine nicht gezeigte Leiterbahn verbunden. Ferner sind die Scheinelektroden 48 von den Gateelektroden 34 isoliert. Somit ist ein Potential der Scheinelektroden 48 unabhängig von einem Potential der Gateelektroden 34.
  • Da gemäß vorstehender Beschreibung alle Gräben 60 den Körperbereich durchdringen, umfasst jeder der Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 den Körperbereich 24. Im Einzelnen umfassen die Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in der IGBT-Fläche 20 den IGBT-Körperbereich 24a. Ferner umfassen die Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in der Diodenfläche 40 den Anodenbereich 24b.
  • Jeder der Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in der IGBT-Fläche 20 umfasst ferner einen Emitterbereich 22. Die Emitterbereiche 22 sind Bereiche vom n-Typ, die n-Dotierstoffe mit hoher Konzentration enthalten. Die Emitterbereiche 22 sind an auf der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12 freigelegten Gebieten bereitgestellt, und stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der oberen Elektrode 14 her. Die Emitterbereiche 22 sind an mit den entsprechenden Gateisolationsschichten 32 in Kontakt stehenden Positionen bereitgestellt. Gemäß 3 erstrecken sich die Emitterbereiche 22 weit entlang der Gräben 60 in der y-Richtung. Ein Körperkontaktbereich 25a ist an einer Position zwischen zwei Emitterbereichen 22 eingerichtet. Ferner stellt der Niederkonzentrationskörperbereich 25b einen Kontakt mit der Gateisolationsschicht 32 an Positionen unter dem Emitterbereich 22 her. Die Emitterbereiche 22 sind in allen der Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt. In den Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 in der Diodenfläche 40 ist kein Emitterbereich 22 bereitgestellt. Mit anderen Worten, ein Gebiet, bei dem die die Emitterbereiche 22 umfassenden Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in einer Vielzahl zueinander benachbart bereitgestellt sind, ist die IGBT-Fläche 20, und ein Gebiet, bei dem keine Emitterbereiche 22 umfassende Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in einer Vielzahl zueinander benachbart bereitgestellt sind, ist die Diodenfläche 40.
  • Der innerhalb der IGBT-Fläche 20 und am dichtesten zu der Diodenfläche 40 eingerichtete Zwischengrabenhalbleiterbereich 62 wird nachstehend als Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a bezeichnet. Der Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a umfasst ferner einen Barrierenbereich 38 und eine Vielzahl von Säulenbereichen 39.
  • Der Barrierenbereich 38 ist ein Bereich vom n-Typ und ist an einem zentralen Abschnitt in der z-Richtung innerhalb des Niederkonzentrationskörperbereiches 25b bereitgestellt. Der Barrierenbereich 38 erstreckt sich in der x-Richtung und der y-Richtung in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a und stellt einen Kontakt mit den Gateisolationsschichten 32 her, die sich auf beiden Seiten des Grenzzwischengrabenhalbleiterbereiches 62a befinden. Der Barrierenbereich 38 trennt den Niederkonzentrationskörperbereich 25b in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a in einen oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c und einen unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d. Eine p-Dotierstoffkonzentration in dem unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d ist etwas geringer als eine p-Dotierstoffkonzentration in dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c. Eine n-Dotierstoffkonzentration in dem Barrierenbereich 38 ist niedriger als eine n-Dotierstoffkonzentration in den Emitterbereichen 22.
  • Gemäß 3 sind in einem Gebiet, das zwischen zwei Emitterbereichen 22 an einem Oberflächenabschnitt des Grenzzwischengrabenhalbleiterbereiches 62a eingebracht ist, die Körperkontaktbereiche 26a und die Säulenbereiche 39 abwechselnd entlang der y-Richtung eingerichtet. Jeder der Säulenbereiche 39 ist ein Bereich vom n-Typ, der eine niedrigere n-Dotierstoffkonzentration als die Emitterbereiche 22 aufweist. Jeder der Säulenbereiche 39 ist an der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrates 12 freigelegt. Jeder der Säulenbereiche 39 stellt einen Schottky-Kontakt mit der oberen Elektrode 14 her. Gemäß 1 erstreckt sich jeder der Säulenbereiche 39 von einer an der oberen Oberfläche 12a freigelegten Position abwärts, durchdringt den oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c und erreicht den Barrierenbereich 38. Jeder der Säulenbereiche 39 stellt einen Kontakt mit dem Barrierenbereich 38 her.
  • Das Halbleitersubstrat 12 weist ferner einen Driftbereich 27, einen Pufferbereich 28, einen Kollektorbereich 30 und einen Kathodenbereich 44 auf.
  • Der Driftbereich 27 ist ein Bereich vom n-Typ, und ist unter dem Körperbereich 24 bereitgestellt. Der Driftbereich 27 erstreckt sich über die IGBT-Fläche 20 und die Diodenfläche 40. Der Driftbereich 27 stellt einen Kontakt mit dem Körperbereich 24 von unterhalb her. Im Einzelnen stellt der Driftbereich 27 einen Kontakt mit dem Niederkonzentrationskörperbereich 25b in der IGBT-Fläche 20 von unterhalb her, und stellt einen Kontakt mit dem Niederkonzentrationskörperbereich 25b in der Diodenfläche 40 ebenfalls von unterhalb her. In dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a stellt der Driftbereich 27 einen Kontakt mit dem unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d von unterhalb her. In der IGBT-Fläche 20 ist der Driftbereich 27 von den Emitterbereichen 22 durch den IGBT-Körperbereich 24a getrennt. Gemäß vorstehender Beschreibung durchdringt jeder der Gräben 60 den Körperbereich 24, sodass das untere Ende der jeweiligen Gräben 60 den Driftbereich 27 erreicht. Der Driftbereich 27 stellt einen Kontakt mit den Gateisolationsschichten 32 und den Isolationsschichten 46 in der Nähe der unteren Enden der jeweiligen Gräben 60 her. Eine n-Dotierstoffkonzentration des Driftbereiches 27 ist niedriger als die des Barrierenbereiches 38.
  • Der Pufferbereich 28 ist ein Bereich vom n-Typ und ist unter dem Driftbereich 27 bereitgestellt. Der Pufferbereich 28 stellt einen Kontakt mit dem Driftbereich 27 von unterhalb her. Der Pufferbereich 28 erstreckt sich über die IGBT-Fläche 20 und die Diodenfläche 40. Eine n-Dotierstoffkonzentration des Pufferbereiches 28 ist höher als die des Driftbereiches 27.
  • Der Kollektorbereich 30 ist ein Bereich vom p-Typ und ist in einem Teilgebiet unter dem Pufferbereich 28 (das bedeutet, unter dem Driftbereich 27) bereitgestellt. Der Kollektorbereich 30 ist innerhalb der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt. Der Kollektorbereich 30 stellt einen Kontakt mit dem Pufferbereich 28 von unterhalb her. Der Kollektorbereich 30 ist bei einem auf der unteren Oberfläche 12b des Halbleitersubstrates 12 freigelegten Gebiet bereitgestellt. Der Kollektorbereich 30 stellt einen Ohm'schen Kontakt mit der unteren Elektrode 16 her. Der Kollektorbereich 30 ist von dem Körperbereich 24 durch den Driftbereich 27 und den Pufferbereich 28 getrennt.
  • Der Kathodenbereich 44 ist ein Bereich vom n-Typ, der eine höhere n-Dotierstoffkonzentration als der Pufferbereich 28 aufweist. Der Kathodenbereich 44 ist an einem anderen Teilgebiet unter dem Pufferbereich 28 (das bedeutet, unter dem Driftbereich 27) bereitgestellt. Der Kathodenbereich 44 ist innerhalb der Diodenfläche 40 bereitgestellt. Der Kathodenbereich 44 stellt einen Kontakt mit dem Pufferbereich 28 von unterhalb her. Der Kathodenbereich 44 ist zu dem Kollektorbereich 30 benachbart. Der Kathodenbereich 44 ist bei einem bei der unteren Oberfläche 12b des Halbleitersubstrates 12 freigelegten Gebiet bereitgestellt. Der Kathodenbereich 44 stellt einen Ohm'schen Kontakt mit der unteren Elektrode 16 her. Eine Grenze 82 zwischen dem Kathodenbereich 44 und dem Kollektorbereich 30 ist in einem Gebiet direkt unter dem Graben 60a an der Grenze zwischen der IGBT-Fläche 20 und der Diodenfläche 40 positioniert (in einem Gebiet, das von dem Graben 60a in der z-Richtung verschoben ist).
  • Ein Lebensdauersteuerbereich 62 ist in dem Driftbereich 27 bereitgestellt. Eine Kristalldefektdichte des Lebensdauersteuerbereiches 52 ist höher als eine Kristalldefektdichte des Driftbereiches auf seiner Außenseite. Kristalldefekte in dem Lebensdauersteuerbereich 52 werden durch die Injektion geladener Teilchen wie Heliumionen in das Halbleitersubstrat 12 ausgebildet. Die gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildeten Kristalldefekte dienen als Ladungsträgerrekombinationszentren. Aufgrund dessen ist die Ladungsträgerlebensdauer in dem Lebensdauersteuerbereich 52 im Vergleich zu dem Driftbereich 27 auf der äußeren Seite des Lebensdauersteuerbereiches 52 kürzer. Der Lebensdauersteuerbereich 52 ist in dem Driftbereich 27 auf der Seite der oberen Oberfläche 12a von der mittleren Tiefe DI des Driftbereiches 27 aus (das bedeutet, an einem zentralen Abschnitt in der Dickenrichtung (z-Richtung) des Driftbereiches 27) eingerichtet. Wenn der Lebensdauersteuerbereich 52 auf der Seite der oberen Oberfläche 12a von der mittleren Tiefe DI des Driftbereiches 27 aus eingerichtet ist, können Elektronen und Löcher bei einem Sperrerholungsvorgang der Diode effektiv rekombiniert werden. Der Lebensdauersteuerbereich 52 ist über die Gesamtheit der Diodenfläche 40 in den lateralen Richtungen (x-Richtung und y-Richtung) des Halbleitersubstrates 12 bereitgestellt. Ferner ist der Lebensdauersteuerbereich 52 in der IGBT-Fläche 20 nicht bereitgestellt.
  • In der IGBT-Fläche 20 ist aus dem Emitterbereich 22, dem IGBT-Körperbereich 24a, dem Driftbereich 27, dem Pufferbereich 28, dem Kollektorbereich 30, den Gateelektroden 34, den Gateisolationsschichten 32 und ähnlichem der IGBT einrichtet. In der Diodenfläche 40 ist aus dem Anodenbereich 24b, dem Driftbereich 27, dem Pufferbereich 28, dem Kathodenbereich 44 und ähnlichem die Diode eingerichtet. Die Scheinelektroden 48 verhindern eine Akkumulation des elektrischen Feldes innerhalb der Diodenfläche 40.
  • Nachstehend ist ein Betrieb des IGBT in einem Zustand beschrieben, in dem an die untere Elektrode 16 ein höheres Potential als an die obere Elektrode 14 angelegt ist. Wenn das Potential der Gateelektroden 34 erhöht wird, sodass es gleich oder größer einem Schwellwert wird, werden Kanäle (invertierte Schichten) in dem Niederkonzentrationskörperbereich 25b in der Nähe der Gateisolationsschichten 32 erzeugt. Daraufhin fließen Elektronen von der oberen Elektrode 14 durch die Emitterbereiche 22, die Kanäle, den Driftbereich 27, den Pufferbereich 28 und den Kollektorbereich 30 zu der unteren Elektrode 16. Gleichzeitig fließen Löcher von der unteren Elektrode 16 durch den Kollektorbereich 30, den Pufferbereich 28, den Driftbereich 27, den Niederkonzentrationskörperbereich 25b und die Körperkontaktbereiche 25a zu der oberen Elektrode 14. Das bedeutet, der IGBT schaltet an und Strom fließt darin. Wenn das Potential der Gateelektroden 34 unter den Schwellwert erniedrigt wird, verschwinden die Kanäle und der IGBT schaltet ab. Da kein Lebensdauersteuerbereich 52 innerhalb des Driftbereiches 27 der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt ist, ist in der Halbleitervorrichtung 10 ein Widerstand des Driftbereiches 27 während des Betriebs des IGBT niedrig. Deshalb ist in der Halbleitervorrichtung 10 die Anschaltspannung des IGBT niedrig und der während des Betriebs des IGBT erzeugte Gleichgewichtsverlust ist niedrig.
  • Insbesondere in den Grenzzwischengrabenhalbleiterbereichen 62a gibt es den Fall, dass der IGBT gemäß nachstehender Beschreibung in zwei Stufen anschaltet. Angenommenen, dass das Potential der Gateelektroden 34 allmählich erhöht wird, falls das Potential der Gateelektroden 34 das vordefinierte Potential erreicht, werden die Kanäle zuerst in dem eine niedrige p-Dotierstoffkonzentration aufweisenden unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d ausgebildet. Hierbei ist in dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c kein Kanal ausgebildet. Des Weiteren fließen Elektronen gemäß eines Pfeiles 70 in 1 von der oberen Elektrode 14 zu der unteren Elektrode 16 durch die Säulenbereiche 39, den Barrierenbereich 38, Kanäle in dem unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d, den Driftbereich 27, den Pufferbereich 28 und den Kollektorbereich 30. Aufgrund dessen beginnt hierbei der Strom in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a zu fließen. Wenn das Potential der Gateelektroden 34 weiter erhöht wird, werden danach die Kanäle ebenfalls innerhalb des oberen Niederkonzentrationskörperbereiches 25c erzeugt und der IGBT ist vollständig angeschaltet. Hierbei erhöht sich der in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a fließende Strom. Gemäß vorstehender Beschreibung erfolgt der zweistufige Anschaltvorgang in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a, das bedeutet, dass Strom in einem Zustand zu fließen beginnt, in dem Kanäle in dem unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d erzeugt werden, und der Strom erhöht sich unvermittelt in einem Zustand, in dem Kanäle in dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c erzeugt werden. Dieser zweistufige Anschaltvorgang ist in der praktischen Verwendung des IGBT unbedenklich, jedoch kann dieser zweistufige Anschaltvorgang in einigen Fällen fälschlich als Eigenschaftsmangel bei einem IGBT-Inspektionsvorgang erfasst werden. In der Halbleitervorrichtung 10 sind die Säulenbereiche 39 und der Barrierenbereich 38 nur innerhalb des Grenzzwischengrabenhalbleiterbereiches 62a und nicht in anderen Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 bereitgestellt. Daher ist der Einfluss des zweistufigen Anschaltvorgangs auf die IGBT-Leistung der Halbleitervorrichtung 10 als Ganzes minimiert, sodass das vorgenannte Problem der Falscherfassung nicht auftritt.
  • Nachstehend wird ein Betrieb der Diode beschrieben. Falls an die obere Elektrode 14 ein höheres Potential als an die untere Elektrode 16 angelegt wird, schaltet die Diode in der Diodenfläche 40 an. Das bedeutet, Löcher fließen von der oberen Elektrode 14 durch den Anodenbereich 24b in den Driftbereich 27. Gleichzeitig fließen Elektronen von der unteren Elektrode 16 durch den Kathodenbereich 44 und den Pufferbereich 28 in den Driftbereich 27. Aufgrund dessen wird der Driftbereich 27 aufgrund eines Leitfähigkeitsmodulationsphänomens einen niedrigeren Widerstand aufweisen, und Löcher und Elektronen fließen durch den Driftbereich 27 mit geringem Verlust. Die Löcher in dem Driftbereich 27 fließen durch den Pufferbereich 28 und den Kathodenbereich 44 zu der unteren Elektrode 16. Die Elektronen in dem Driftbereich 27 fließen von der oberen Elektrode 14 durch den Anodenbereich 24b. Wenn das Potential der oberen Elektrode 14 danach auf ein Potential niedriger als das Potential der unteren Elektrode 16 geschaltet wird, führt die Diode den Sperrerholungsvorgang durch. Das bedeutet, die in dem Driftbereich 27 vorhandenen Löcher werden zu der oberen Elektrode 14 hin durch den Anodenbereich 24b abgegeben. Aufgrund dessen fließt instantan ein Sperrstrom (der sogenannte Sperrerholungsstrom) in der Diode. In der Diode wird ein Verlust (der sogenannte Sperrerholungsverlust) aufgrund des durch sie durchfließenden Sperrerholungsstromes erzeugt. Jedoch wird in der Halbleitervorrichtung 10 die Rekombination der Löcher und der Elektronen in dem Driftbereich 27 durch den Lebensdauersteuerbereich 52 verbessert. Aufgrund dessen ist die Anzahl der zu der oberen Elektrode hin abgegebenen Löcher bei dem Sperrerholungsvorgang kleiner. Aufgrund dessen ist der Sperrerholungsstrom unterdrückt, und der Sperrerholungsverlust ist unterdrückt.
  • Ferner ist gemäß einem Pfeil 72 in 2 eine parasitäre Diode in einem Übergang an der Grenze zwischen der IGBT-Fläche und der Diodenfläche 40 eingerichtet. Diese parasitäre Diode ist durch die Körperkontaktbereiche 25a in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a, dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c, dem Barrierenbereich 38, dem unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d, dem Driftbereich 27, dem Pufferbereich 28 und dem Kathodenbereich 44 eingerichtet. Ein pn-Übergang ist an einer Grenzfläche zwischen dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c und dem Barrierenbereich 38 ausgebildet. Der untere Niederkonzentrationskörperbereich 25d ist ein Bereich vom p-Typ, da jedoch dessen p-Dotierstoffkonzentration gering ist, können Elektronen und Löcher durch den unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d mit geringem Verlust hindurchgehen. Daher kann die parasitäre Diode bei dem durch den Pfeil 72 gezeigten Übergang als eine Diode angesehen werden, die ihren pn-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c und dem Barrierenbereich 38 aufweist. Die parasitäre Diode schaltet an, falls die Diode in der Diodenfläche 40 anschaltet, und die parasitäre Diode führt einen Sperrerholungsvorgang durch, falls die Diode in der Diodenfläche 40 den Sperrerholungsvorgang durchführt. Wie durch den Pfeil 72 gezeigt, ist in dem Stromübergang der parasitären Diode kein Lebensdauersteuerbereich 52 bereitgestellt. Aufgrund dessen kann darin bei einem Sperrerholungsvorgang der parasitären Diode ein Sperrerholungsverlustunterdrückungseffekt durch den Lebensdauersteuerbereich 52 nicht erhalten werden. Jedoch kann in der parasitären Diode ein Sperrerholungsverlustunterdrückungseffekt durch den Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 erhalten werden. Nachstehend ist ein Betrieb der parasitären Diode im Einzelnen beschrieben.
  • Falls das Potential der oberen Elektrode 14 sich beim Anschalten der Diode in der Diodenfläche 40 allmählich erhöht, fangen Elektronen an von der unteren Elektrode 16 durch den Kathodenbereich 44, den Pufferbereich 28, den Driftbereich 27, den unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d, den Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 zu der oberen Elektrode 14 zu fließen. Das bedeutet, die Elektronen fließen durch den Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 in einem Zustand, in dem das Potential der oberen Elektrode 14 sich weiter erhöht. Da der Barrierenbereich 38 zu der oberen Elektrode 14 mithilfe der Säulenbereiche 39 verbunden ist, ist eine Potentialdifferenz zwischen dem Barrierenbereich 38 und der oberen Elektrode 14 hierbei klein. Aufgrund dessen wird eine Potentialdifferenz in dem pn-Übergang an der Grenze zwischen dem Barrierenbereich 38 und dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c weniger wahrscheinlich erzeugt, sodass hierbei dieser pn-Übergang nicht anschaltet. Falls das Potential der oberen Elektrode 14 weiter erhöht wird, erhöht sich der Strom durch die vorgenannten Elektronen, und die Potentialdifferenz zwischen dem Barrierenbereich 38 und der oberen Elektrode 14 wird größer. Falls diese Potentialdifferenz eine vordefinierte Potentialdifferenz erreicht, schaltet der pn-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem Barrierenbereich 38 und dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c an. Das bedeutet, Löcher fließen von der oberen Elektrode 14 durch den oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c, den Barrierenbereich 38 und den unteren Niederkonzentrationskörperbereich 25d in den Driftbereich 27. Aufgrund dessen erhöht sich der in der parasitären Diode fließende Strom. Dementsprechend fließen Elektronen in dieser parasitären Diode durch den Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39, bevor der pn-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem Barrierenbereich 38 und dem oberen Niederkonzentrationskörperbereich 25c anschaltet. Aufgrund dessen ist ein Zeitpunkt verzögert, bei dem der pn-Übergang anschaltet, und Löcher werden davon abgehalten, in den Driftbereich 27 zu fließen. Dementsprechend wird bei dem Sperrerholungsvorgang der parasitären Diode die Anzahl der von dem Driftbereich zu der oberen Elektrode abgegebenen Löcher reduziert. Deshalb ist in dieser Diode der Sperrerholungsverlust unterdrückt.
  • Obwohl wie vorstehend beschrieben kein Lebensdauersteuerbereich 52 in dem Stromübergang der parasitären Diode bereitgestellt ist, ist der Sperrerholungsverlust durch den Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 bei dem Sperrerholungsvorgang der parasitären Diode unterdrückt. Aufgrund dessen ist in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a, der als IGBT wie auch als parasitäre Diode in Betrieb ist, der Sperrerholungsverlust der parasitären Diode durch den Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 unterdrückt, und gleichzeitig ist der Gleichgewichtsverlust des IGBT durch die Abwesenheit des Lebensdauersteuerbereiches 52 unterdrückt. Bei Betrachtung der Halbleitervorrichtung 10 als Ganzes ist der Sperrerholungsverlust in der Diode in der Diodenfläche 40 durch den Lebensdauersteuerbereich 52 unterdrückt, und der Sperrerholungsverlust in der parasitären Diode ist durch den Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 unterdrückt. Aufgrund dessen ist in der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung 10 der Sperrerholungsverlust in den Dioden klein. Da in den Driftbereichen 27 der IGBT-Fläche 20 kein Lebensdauersteuerbereich 52 bereitgestellt ist, ist ferner in der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung der Gleichgewichtsverlust des IGBT klein. Dementsprechend kann in der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung 10 der Sperrerholungsverlust in der Diode der Diodenfläche 40 und der Sperrerholungsverlust in der parasitären Diode an der Grenze unterdrückt werden, während der Gleichgewichtsverlust des IGBT unterdrückt ist.
  • Ferner sind in der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung 10 der Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 in den entsprechenden Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 in der Diodenfläche 40 nicht bereitgestellt. Obwohl der Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 in den entsprechenden Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 bereitgestellt sind, können sie als eine Diode betrieben werden. Falls jedoch ein solcher Barrierenbereich 38 und Säulenbereiche 39 bereitgestellt sind, wird eine Einstellung einer Eigenschaft der Diode der Diodenfläche 40 schwierig, und eine Diodeneigenschaftsvariation wird bei einer Massenproduktion der Halbleitervorrichtung 10 groß. Dadurch, dass der Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 in der Diodenfläche 40 gemäß der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung nicht bereitgestellt sind, kann die Diodeneigenschaftsvariation bei einer Massenproduktion unterdrückt werden. Das bedeutet, bei Verwendung des Lebensdauersteuerbereiches 52 zur Reduzierung des Sperrerholungsverlustes in der Diode der Diodenfläche 40 anstelle des Barrierenbereiches 38 und der Säulenbereiche 39, kann die Reduzierung des Sperrerholungsverlustes in der Diode erreicht werden, während die Eigenschaft der Diode der Diodenfläche 40 stabilisiert wird.
  • Insbesondere sind bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel der Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 nur in dem Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a bereitgestellt. Jedoch können in Fällen, in denen der zweistufige Anschaltvorgang des IGBT unbedenklich ist, Barrierenbereiche 38 und Säulenbereiche 39 in allen Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 in der IGBT-Fläche 20 gemäß 4 bereitgestellt sein. Ferner können der Barrierenbereich 38 und die Säulenbereiche 39 gemäß 5 in einer Vielzahl von Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 in der Nähe der Diodenfläche 40 bereitgestellt sein.
  • Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist ferner der untere Niederkonzentrationskörperbereich 25d zwischen dem Barrierenbereich 38 und dem Driftbereich 27 eingerichtet. Jedoch kann der untere Niederkonzentrationskörperbereich 25d gemäß 6 abwesend sein, und der Barrierenbereich 38 sowie der Driftbereich 27 können in Kontakt stehen. Auch mit einer solchen Struktur kann der Sperrerholungsverlust der parasitären Diode durch den Barrierenbereich 38 und den Driftbereich 27 unterdrückt werden.
  • Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist ferner kein Lebensdauerkontrollbereich in der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt. Jedoch kann ein Lebensdauerkontrollbereich in der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt sein, solange er sich innerhalb des Driftbereiches 27 auf einer Seite der unteren Oberfläche 12b von der mittleren Tiefe DI aus befindet. Beispielsweise kann ein Lebensdauerkontrollbereich 53 (ein Bereich, der eine hohe Kristalldefektdichte aufweist) gemäß 7 bereitgestellt sein. Wenn der Lebensdauerkontrollbereich in dem Driftbereich 27 auf der Seite der unteren Oberfläche 12b innerhalb der IGBT-Fläche 20 bereitgestellt ist, steigt eine Anschaltspannung des IGBT an, während eine Abschaltgeschwindigkeit des IGBT erhöht werden kann. Aufgrund dessen ist ein Abschaltverlust des IGBT reduziert, während der Gleichgewichtsverlust des IGBT sich erhöht. Das bedeutet, in einem Fall, dass der Lebensdauerkontrollbereich in dem Driftbereich 27 auf der Seite der unteren Oberfläche 12b bereitgestellt ist, kann ein Teil einer IGBT-Eigenschaft verbessert werden.
  • Ferner ist bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel die Grenze 82 zwischen dem Kollektorbereich 30 und dem Kathodenbereich 44 in einem Gebiet direkt unter dem Graben 60a an der Grenze zwischen der IGBT-Fläche 20 und der Diodenfläche 40 positioniert. Jedoch kann die Grenze 82 von der Position des Grabens 60a an der Grenze versetzt sein, solange sie sich innerhalb eines Gebietes direkt unter den Zwischengrabenhalbleiterbereichen 62 befindet, die zu dem Graben 60a an der Grenze (das bedeutet, dem Zwischengrabenhalbleiterbereich 62a, 62b gemäß 8 und 9) benachbart bereitgestellt ist. Beispielsweise kann die Grenze 82 gemäß 8 zu einer Seite des Grabens 60a zur IGBT-Fläche 20 hin oder gemäß 9 zu einer Seite des Grabens 60a zur Diodenfläche 40 hin versetzt sein.
  • Ferner können Abwandlungen gemäß 4 bis 9 in Kombination verwendet werden.
  • Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel stehen ferner die Säulenbereiche 39 in Schottky-Kontakt mit der oberen Elektrode 14. Jedoch können die Säulenbereiche 39 in Ohm'schen Kontakt mit der oberen Elektrode 14 stehen.
  • Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist kein Barrierenbereich (ein Bereich vom n-Typ, der den Niederkonzentrationsanodenbereich 26 in zwei Teile, darüber und darunter, aufteilt) in dem Diodenbereich 40 bereitgestellt. So lange jedoch kein Säulenbereich in dem Diodenbereich 40 bereitgestellt ist, kann ein Barrierenbereich in dem Diodenbereich 40 bereitgestellt sein. Dies liegt daran, dass so lange der Barrierenbereich nicht zu der oberen Elektrode 14 durch den Säulenbereich verbunden ist, ein von dem Barrierenbereich auf die Diodeneigenschaft ausgeübter Einfluss klein ist.
  • Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel weist die Halbleitervorrichtung 10 ferner den Pufferbereich 28 auf. Es kann jedoch keinen Pufferbereich 28 geben, und der Driftbereich 27 kann in direktem Kontakt mit dem Kollektorbereich 30 und dem Kathodenbereich 44 stehen. Der Pufferbereich 28 kann ferner als ein Teil des Driftbereiches 27 angesehen werden.
  • Nachstehend ist eine Beziehung zwischen den bestimmenden Eigenschaften des vorgenannten Ausführungsbeispiels und den bestimmenden Eigenschaften bei den Patentansprüchen beschrieben. Der Körperbereich 24 (das bedeutet, der Körperkontaktbereich 24a, der Niederkonzentrationskörperbereich 24b, der Anodenkontaktbereich 42a und der Niederkonzentrationsanodenbereich 42b) bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel des Körperbereiches bei den Patentansprüchen. Die Gateelektrode 34 und die Scheinelektrode 48 bei dem Ausführungsbeispiel sind ein Beispiel der Grabenelektroden bei den Patentansprüchen. Die Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in der IGBT-Fläche 20 bei dem Ausführungsbeispiel sind ein Beispiel der ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiche bei den Patentansprüchen. Die Zwischengrabenhalbleiterbereiche 62 in der Diodenfläche 40 bei dem Ausführungsbeispiel sind ein Beispiel der zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereiche bei den Patentansprüchen. Der Grenzzwischengrabenhalbleiterbereich 62a bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel der Grenze des ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiches bei den Patentansprüchen.
  • Einige geeignete Abwandlungen des vorgenannten Ausführungsbeispiels werden nachstehend aufgeführt. Insbesondere sind die nachstehend aufgeführten Abwandlungen unabhängig voneinander nützlich.
  • In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung kann ein unterer p-Körperbereich zwischen dem Barrierenbereich und dem Driftbereich angeordnet sein. Jeder der ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiche kann anders als die Grenze des ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiches den Barrierenbereich und den Säulenbereich nicht umfassen.
  • Falls der untere Körperbereich vorhanden ist, können der Barrierenbereich und der Säulenbereich in einigen Fällen das Phänomen verursachen, dass der Kollektorstrom beim Anschalten des IGBT sich in zwei Stufen erhöht (der sogenannte zweistufige Anschaltvorgang). Der zweistufige Anschaltvorgang ist hinsichtlich der IGBT-Eigenschaft unbedenklich, jedoch kann er einen Grund für eine Falscherfassung in dem IGBT-Inspektionsvorgang sein. Aufgrund dessen kann der Einfluss des zweistufigen Anschaltvorgangs durch Begrenzung des IGBT, in dem der zweistufige Anschaltvorgang stattfindet, durch Festlegung auf die Grenze gemäß vorstehender Beschreibung minimiert werden.
  • In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung kann die Grenze zwischen dem Kathodenbereich und dem Kollektorbereich in einem Gebiet direkt unter dem Grenzgraben angeordnet sein.
  • Dieser Abwandlung entsprechend können der IGBT und die Diode effektiv betrieben werden.
  • Die Ausführungsbeispiele wurden vorstehend ausführlich beschrieben. Jedoch sind diese nur Beispiele und begrenzen nicht die Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen beschriebene Technologie umfasst verschiedene Abwandlungen und Änderungen der konkreten, vorstehend vertretenen Beispiele. Die in der vorliegenden Beschreibung oder Zeichnung erklärten technischen Elemente üben eigenständig oder in Kombinationen technischen Nutzen aus, und die Kombinationen sind nicht auf die in den Patentansprüchen beschriebenen begrenzt. Darüber hinaus verwirklicht die in der vorliegenden Beschreibung oder Zeichnung ausgeführte Technologie eine Vielzahl von Wirkungen gleichzeitig und weist aufgrund der Verwirklichung einer solchen Wirkung technischen Nutzen auf.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015-118991 [0002, 0003, 0003]

Claims (3)

  1. Halbleitervorrichtung (10) mit einem IGBT und einer Diode, die Halbleitervorrichtung (10) umfasst dabei: ein Halbleitersubstrat (12); eine obere Elektrode (14), die eine obere Oberfläche des Halbleitersubstrates (12) bedeckt; und eine untere Elektrode (16), die eine untere Oberfläche des Halbleitersubstrates (12) bedeckt; wobei das Halbleitersubstrat (12) umfasst: einen p-Körperbereich (24), der mit der oberen Elektrode (14) in Kontakt steht; einen n-Driftbereich (27), der an einer unteren Seite des Körperbereiches (24) angeordnet ist; einen n-Kathodenbereich (44), der in einem Teilgebiet auf einer unteren Seite des Driftbereiches (27) angeordnet ist, mit der unteren Elektrode (16) in Kontakt steht und eine höhere n-Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich (27) aufweist; und einen p-Kollektorbereich (30), der in einem anderen Teilgebiet auf der unteren Seite des Driftbereiches (27) angeordnet ist und an einer zu dem Kathodenbereich (44) benachbarten Position mit der unteren Elektrode (16) in Kontakt steht, wobei eine Vielzahl von Gräben (60) auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates (12) bereitgestellt ist, wobei die Vielzahl von Gräben (60) den Körperbereich (24) durchdringen und den Driftbereich (27) erreichen, eine Grabenelektrode (34, 48), die von dem Halbleitersubstrat (12) und der oberen Elektrode (14) durch eine Isolierschicht (32, 46) isoliert ist, in jedem der Gräben (60) angeordnet ist, das Halbleitersubstrat (12) eine Vielzahl von Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) umfasst, von denen jeder der Zwischengrabenhalbleiterbereiche (62) zwischen zwei benachbarten Gräben (60) eingebracht ist, die Vielzahl von Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) eine Vielzahl von zueinander benachbarten ersten Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) und eine Vielzahl von zueinander benachbarten zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) umfasst, jeder der ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiche (62) einen n-Emitterbereich (22) umfasst, der mit der oberen Elektrode (14) und der Isolierschicht (32, 46) in Kontakt steht und von dem Driftbereich (27) durch den Körperbereich (24) getrennt ist, jeder der zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereiche (62) keinen Emitterbereich (22) umfasst, ein Gebiet, bei dem bei einer Draufsicht des Halbleitersubstrates (12) die Vielzahl von ersten Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) angeordnet sind, eine IGBT-Fläche ist, und ein Gebiet, bei dem bei einer Draufsicht des Halbleitersubstrates (12) die Vielzahl von zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) angeordnet sind, eine Diodenfläche (40) ist, zumindest ein Teil des Kollektorbereiches (30) in der IGBT-Fläche (20) angeordnet ist, zumindest ein Teil des Kathodenbereiches (44) in der Diodenfläche (40) angeordnet ist, eine Grenze (82) zwischen dem Kathodenbereich (44) und dem Kollektorbereich (30) in einem Gebiet direkt unter einem Grenzgraben (60a) und zwei zu dem Grenzgraben (60a) benachbarten Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) angeordnet ist, wobei der Grenzgraben (60a) einer der Gräben (60) ist, die an einer Grenze zwischen der IGBT-Fläche (20) und der Diodenfläche (40) angeordnet sind, ein oberseitiger Lebensdauersteuerbereich (52) in der Diodenfläche (40) bereitgestellt ist und nicht in der IGBT-Fläche (20) bereitgestellt ist, wobei der oberseitige Lebensdauersteuerbereich (52) ein Bereich ist, der sich entlang einer planaren Richtung in dem Driftbereich innerhalb eines über der mittleren Tiefe (DI) des Driftbereiches (27) angeordneten Gebietes erstreckt, und der oberseitige Lebensdauersteuerbereich (52) eine höhere Kristalldefektdichte als der den oberseitigen Lebensdauersteuerbereich umgebende Driftbereich (27) aufweist, einer der ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiche (62), der zu den zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereichen (62) benachbart ist, eine Grenze des ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiches (62a) ist, die Grenze des ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiches (62a) umfasst: einen n-Barrierenbereich (38), der zwischen dem Körperbereich (24) und dem Driftbereich (27) angeordnet ist, und eine höhere n-Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich (27) aufweist; und einen n-Säulenbereich (39), der sich von einer mit der oberen Elektrode (14) in Kontakt stehenden Position zu einer mit dem Barrierenbereich (38) in Kontakt stehenden Position erstreckt, und jeder der zweiten Zwischengrabenhalbleiterbereiche (62) keinen Säulenbereich (39) umfasst.
  2. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei ein unterer p-Körperbereich (25d) zwischen dem Barrierenbereich (38) und dem Driftbereich (27) angeordnet ist, und jeder der ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiche (62) anders als die Grenze des ersten Zwischengrabenhalbleiterbereiches (62a) keinen Barrierenbereich (38) und keinen Säulenbereich (39) umfasst.
  3. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grenze (82) zwischen dem Kathodenbereich (44) und dem Kollektorbereich (30) in einem Gebiet direkt unterhalb des Grenzgrabens (60a) angeordnet ist.
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