DE102019105744A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat umfassen, das mit einem IGBT-Bereich und einem Diodenbereich versehen ist. Das Halbleitersubstrat kann n-Typ-Emitter-Gebiete, die in dem IGBT-Bereich bereitgestellt sind, ein p-Typ-Body-Gebiet, das in dem IGBT-Bereich bereitgestellt ist, ein p-Typ-Anodengebiet, das in dem Diodenbereich bereitgestellt ist, und ein n-Typ-Drift-Gebiet, das über den IGBT-Bereich und den Diodenbereich bereitgestellt ist, umfassen. Das Drift-Gebiet kann in einem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet, das an einer Stelle am nächsten zum Diodenbereich angeordnet ist, eine Hochkonzentrationsschicht umfassen. Eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Hochkonzentrationsschicht kann höher als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in dem Drift-Gebiet unter der Hochkonzentrationsschicht sein.

Description

  • QUERVERWEIS
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 08. März 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2018-042179 , deren Inhalte hiermit durch die Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen sind.
  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die hier offenbarte Technik betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • HINTERGRUND
  • Die japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 2012-054403 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, die mit einem IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) und einer Diode ausgestattet ist. Diese Halbleitervorrichtung umfasst ein Emitter-Gebiet des IGBT, ein Body-Gebiet des IGBT, und ein Anodengebiet der an eine obere Elektrode angeschlossenen Diode. Ferner sind ein Kollektorgebiet des IGBT und ein Kathodengebiet der Diode an eine untere Elektrode angeschlossen. Ein Drift-Gebiet ist über einen IGBT-Bereich und einen Diodenbereich bereitgestellt. Das Drift-Gebiet ist zwischen dem Body-Gebiet und dem Kollektorgebiet in dem IGBT-Bereich bereitgestellt und ist zwischen dem Anodengebiet und dem Kathodengebiet in dem Diodenbereich angeordnet.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Bei der Halbleitervorrichtung gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 2012-054403, wird die Diode eingeschaltet, wenn ein Potenzial an die obere Elektrode angelegt wird, das höher als das der unteren Elektrode ist. Das heißt, ein Strom fließt von dem Anodengebiet durch das Drift-Gebiet zu dem Kathodengebiet. Weil das Body-Gebiet an die obere Elektrode angeschlossen ist, wird bei dieser Gelegenheit eine Durchlassspannung an einen pn-Übergang an einer Grenzfläche zwischen dem Body-Gebiet und dem Drift-Gebiet angelegt. Als Folge davon fließen Löcher von dem Body-Gebiet durch das Drift-Gebiet zu dem Kathodengebiet. Das heißt, die Löcher fließen in eine Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich. Wenn gemäß Obigem die Löcher in die Grenze fließen, gibt es das Problem, dass eine Durchlassspannung zum Einschalten der Diode nicht stabilisiert ist. Die hier vorliegende Offenbarung schlägt eine Technik zum Unterdrücken des Fließens von Löchern in eine Grenze zwischen einem Diodenbereich und einem IGBT-Bereich vor.
  • Eine hierin offenbarte Halbleitervorrichtung kann einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) und eine Diode umfassen. Diese Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat; eine obere Elektrode, die eine obere Fläche des Halbleitersubstrats bedeckt; und eine untere Elektrode, die eine untere Fläche des Halbleitersubstrats bedeckt, umfassen. Das Halbleitersubstrat kann einen IGBT-Bereich, in dem ein p-Typ-Kollektorgebiet an einer Position in direktem Kontakt mit der unteren Elektrode bereitgestellt ist; und einen Diodenbereich, in dem ein n-Typ-Kathodengebiet an einer Position in direkten Kontakt mit der unteren Elektrode bereitgestellt ist, umfassen. Eine Vielzahl von Gräben kann in der oberen Fläche des Halbleitersubstrats in dem IGBT-Bereich bereitgestellt sein. Gate-Isolationsfilme und Gate-Elektroden, die durch die Gate-Isolationsfilme von dem Halbleitersubstrat isoliert sind, können in den jeweiligen Gräben bereitgestellt sein. Das Halbleitersubstrat kann ferner umfassen: In dem IGBT-Bereich bereitgestellte n-Typ-Emitter-Gebiete, die in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode sind, und die in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen sind; ein in dem IGBT-Bereich bereitgestelltes p-Typ-Body-Gebiet, das in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode ist, und das unter den Emitter-Gebieten in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen ist; ein p-Typ-Anodengebiet, das in dem Diodenbereich bereitgestellt ist und das in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode ist; und ein über den IGBT-Bereich und den Diodenbereich bereitgestelltes n-Typ-Drift-Gebiet, das in dem IGBT-Bereich unter dem Body-Gebiet und über dem Kollektorgebiet bereitgestellt ist, in dem Diodenbereich unter dem Anodengebiet und über dem Kathodengebiet bereitgestellt ist, in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen unter dem Body-Gebiet ist, und eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration umfasst, die geringer als eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Kathodengebiets ist. Jedes der Halbleitergebiete, das über unteren Enden der Gräben platziert ist und zwischen jeweiligen Paaren der Gräben eingefügt ist, kann als ein Zwischengraben-Halbleitergebiet definiert werden. Eines der Zwischengraben-Halbleitergebiete, das an einer Stelle am nächsten zu dem Diodenbereich positioniert ist, kann als ein Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet definiert werden. Das Drift-Gebiet in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet kann eine Hochkonzentrationsschicht umfassen. Eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Hochkonzentrationsschicht kann höher als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in dem Drift-Gebiet unter der Hochkonzentrationsschicht sein.
  • Die Hochkonzentrationsschicht kann nur in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet bereitgestellt sein, kann in der Vielzahl von Zwischengraben-Halbleitergebieten, die das Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet umfassen, bereitgestellt sein oder kann in allen Zwischengraben-Halbleitergebieten in dem IGBT-Bereich bereitgestellt sein.
  • In dieser Halbleitervorrichtung umfasst das Drift-Gebiet in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet die Hochkonzentrationsschicht, die die hohe n-Typ-Verunreinigungskonzentration aufweist. Dadurch fungiert die Hochkonzentrationsschicht als eine Barriere, um ein Fließen von Löchern zu unterdrücken. Wenn die Diode eingeschaltet wird, ist es in dieser Halbleitervorrichtung somit weniger wahrscheinlich, dass Löcher in eine Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich fließen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung eines Ausfü h ru ngsbeispiels.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Eine Halbleitervorrichtung 10 eines in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels umfasst ein Halbleitersubstrat 12. Das Halbleitersubstrat 12 ist aus Silizium ausgebildet. Eine obere Elektrode 60 ist auf einer oberen Fläche 12a des Halbleitersubstrats 12 bereitgestellt. Eine untere Elektrode 62 ist auf einer unteren Fläche 12b des Halbleitersubstrats 12 bereitgestellt.
  • Ein p-Typ-Kollektorgebiet 32 und ein n-Typ-Kathodengebiet 39 sind in dem Halbleitersubstrat 12 an Positionen in direktem Kontakt mit der unteren Elektrode 62 bereitgestellt. Ein Bereich, der sich mit dem Kollektorgebiet 32 in einer Draufsicht des Halbleitersubstrats entlang seiner Dickenrichtung überschneidet, wird nachstehend als ein IGBT-Bereich 16 bezeichnet, und ein Bereich, der sich mit dem Kathodengebiet 39 in einer Draufsicht überschneidet, wird als ein Diodenbereich 18 bezeichnet. Obwohl nachfolgend im Detail beschrieben, ist der IGBT-Bereich 16 mit einem IGBT versehen, und der Diodenbereich 18 ist mit einer Diode versehen. Das heißt, die Halbleitervorrichtung 10 ist ein sogenannter RC-IGBT (Reverse-Conducting-IGBT).
  • Eine Vielzahl von Gräben 40 ist in der oberen Fläche 12a des Halbleitersubstrats 12 bereitgestellt. Die Gräben 40 erstrecken sich parallel zueinander in einer Richtung senkrecht zu einer Blattfläche von 1 (y-Richtung). Die Vielzahl von Gräben 40 ist entlang einer links-rechts-Richtung von 1 (x-Richtung) mit dazwischenliegenden Intervallen angeordnet. Die Vielzahl von Gräben 40 ist sowohl in dem IGBT-Bereich 16 als auch in dem Diodenbereich 18 bereitgestellt. Innerhalb des Halbleitersubstrats 12 wird nachstehend jedes der Halbleitergebiete, das über unteren Enden der jeweiligen Gräben 40 angeordnet ist und zwischen jeweiligen Paaren von Gräben 40 eingefügt ist, als ein Zwischengraben-Halbleitergebiet 70 bezeichnet. Eines der Zwischengraben-Halbleitergebiete 70, das am nächsten an dem Diodenbereich 18 innerhalb des IGBT-Bereichs 16 angeordnet ist, wird ferner als ein Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet 70a bezeichnet.
  • Eine innere Fläche von jedem Graben 40 ist mit einem Gate-Isolationsfilm 42 bedeckt. Eine Gate-Elektrode 44 ist in jedem Graben 40 bereitgestellt. Die Gate-Elektroden 44 sind von dem Halbleitersubstrat 12 durch ihre Gate-Isolationsfilme 42 isoliert. Eine Stirnfläche von jeder Gate-Elektrode 44 ist durch einen Zwischenschicht-Isolationsfilm 46 bedeckt. Die Gate-Elektroden 44 sind von der oberen Elektrode 60 durch ihre Zwischenschicht-Isolationsfilme 46 isoliert. Ein Potenzial von jeder Gate-Elektrode 44 in dem IGBT-Bereich 16 ist von außen steuerbar. Die Gate-Elektroden 44 in dem Diodenbereich 18 sind an nicht gezeigten Positionen an die obere Elektrode 16 angeschlossen. Das heißt, die Gate-Elektroden 44 in dem Diodenbereich 18 sind damit Elektroden, deren Potenzial nicht gesteuert werden kann.
  • Jedes der Zwischengraben-Halbleitergebiete 70 in dem IGBT-Bereich 16 umfasst Emitter-Gebiete 20, Body-Kontaktgebiete 22a, ein oberes Body-Gebiet 22b, ein Barriere-Gebiet 23, und ein unteres Body-Gebiet 25.
  • Die Emitter-Gebiete 20 sind n-Typ-Gebiete, die eine hohe n-Typ-Verunreinigungskonzentration aufweisen. Die Emitter-Gebiete 20 sind in ohmschem Kontakt mit der oberen Elektrode 60. Die Emitter-Gebiete 20 sind an oberen Enden der Gräben 40 in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42.
  • Die Body-Kontaktgebiete 22a sind p-Typ-Gebiete, die eine hohe p-Typ-Verunreinigungskonzentration aufweisen. Die Body-Kontaktgebiete 22a sind in ohmschem Kontakt mit der oberen Elektrode 60. Jedes der Body-Kontaktgebiete 22a ist an die Emitter-Gebiete 20 angrenzend.
  • Das obere Body-Gebiet 22b ist ein p-Typ-Gebiet, das eine geringere p-Typ-Verunreinigungskonzentration als die Body-Kontaktgebiete 22a aufweist. Das obere Body-Gebiet 22b ist von oben in direktem Kontakt mit den Emitter-Gebieten 20 und den Body-Kontaktgebieten 22a. Das obere Body-Gebiet 22b ist unter den Emitter-Gebieten 20 in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42.
  • Das Barriere-Gebiet 23 ist ein n-Typ-Gebiet, das eine geringere n-Typ-Verunreinigungskonzentration als die Emitter-Gebiete 20 aufweist. Das Barriere-Gebiet 23 ist in direktem Kontakt mit dem oberen Body-Gebiet 22b von unten. Das Barriere-Gebiet 23 ist durch die oberen Body-Gebiete 22b von den Emitter-Gebieten 20 getrennt. Das Barriere-Gebiet 23 ist unter dem oberen Body-Gebiet 22b in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42.
  • Das untere Body-Gebiet 25 ist ein p-Typ-Gebiet, das eine geringere p-Typ-Verunreinigungskonzentration als die Body-Kontaktgebiete 22a aufweist. Das untere Body-Gebiet 25 ist in direktem Kontakt mit dem Barriere-Gebiet 23 von unten. Das untere Body-Gebiet 25 ist von dem unteren Body-Gebiet 22b durch das Barriere-Gebiet 23 getrennt. Das untere Body-Gebiet 25 ist unter dem Barriere-Gebiet 23 in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42.
  • Jedes der Zwischengraben-Halbleitergebiete 70 in dem Diodenbereich 18 umfasst ein Anodenkontaktgebiet 34a, ein oberes Anodengebiet 34b, ein Barriere-Gebiet 36, und ein unteres Anodengebiet 38.
  • Die Anodenkontaktgebiete 34a sind p-Typ-Gebiete, die p-Typ-Verunreinigungen in einer hohen Konzentration beinhalten. Die Anodenkontaktgebiete 34a sind in ohmschem Kontakt mit der oberen Elektrode 60.
  • Das obere Anodengebiet 34b ist ein p-Typ-Gebiet, das eine geringere p-Typ-Verunreinigungskonzentration als die Anodenkontaktgebiete 34a aufweist. Das obere Anodenkontaktgebiet 34b ist in direktem Kontakt mit den Anodenkontaktgebieten 34a von unten und an Seiten. Das obere Anodengebiet 34b ist in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42. Ein unteres Ende von dem oberen Anodengebiet 34b befindet sich an einer im Wesentlichen gleichen Tiefe, wie ein unteres Ende des oberen Body-Gebiets 22b.
  • Das Barriere-Gebiet 36 ist ein n-Typ-Gebiet und ist in direktem Kontakt mit dem oberen Anodengebiet 34b von unten. Das Barriere-Gebiet 36 ist unter dem oberen Anodengebiet 34b in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42. Das Barriere-Gebiet 36 befindet sich in einer im Wesentlichen gleichen Tiefe wie das Barriere-Gebiet 23.
  • Das untere Anodengebiet 38 ist ein p-Typ-Gebiet, das eine geringere p-Typ-Verunreinigungskonzentration als die Anodenkontaktgebiete 34a aufweist. Das untere Anodengebiet 38 ist in direktem Kontakt mit dem Barriere-Gebiet 36 von unten. Das untere Anoden-Gebiet 38 ist von dem oberen Anodengebiet 34b durch das Barriere-Gebiet 36 getrennt. Das untere Anodengebiet 38 ist unter dem Barriere-Gebiet 36 in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42. Das untere Anodengebiet 38 befindet sich in einer im Wesentlichen gleichen Tiefe, wie das untere Body-Gebiet 25.
  • Ein Drift-Gebiet 26 und ein Buffer-Gebiet 28 sind über den IGBT-Bereich 16 und den Diodenbereich 18 bereitgestellt.
  • Das Drift-Gebiet 26 ist ein n-Typ-Gebiet, das eine geringere n-Typ-Verunreinigungskonzentration als das Kathodengebiet 39 aufweist. Das Drift-Gebiet 26 ist in direktem Kontakt mit dem unteren Body-Gebiet 25 und dem unteren Anodengebiet 38 von unten. Das Drift-Gebiet 26 ist unter dem unteren Body-Gebiet 25 und dem unteren Anodengebiet 38 in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42. Das Drift-Gebiet 26 erstreckt sich von Positionen der unteren Enden des unteren Body-Gebiets 25 und des unteren Anodengebiets 38 zu einer Seite, die tiefer als die unteren Enden der jeweiligen Gräben 40 liegt. Das Drift-Gebiet 26 liegt unter den Body-Gebieten 22a, 22b, 25 und über dem Kollektorgebiet 32 in dem IGBT-Bereich 16. Das Drift-Gebiet 26 liegt unter den Anodengebieten 34a, 34b, 38 und über dem Kathodengebiet 39 in dem Diodenbereich 18. Das Drift-Gebiet 26 umfasst eine obere Schicht 26a, eine Floating-Schicht 26b, und eine Primärschicht 26c. Eine n-Typ-Verunreinigungs-konzentration der Floating-Schicht 26b ist höher als n-Typ-Verunreinigungs-konzentrationen der oberen Schicht 26a und der Primärschicht 26c. Die n-Typ-Verunreinigungskonzentration der oberen Schicht 26a ist im Wesentlichen gleich der n-Typ-Verunreinigungskonzentration der Primärschicht 26c.
  • Die Floating-Schicht 26b ist in jedem der Zwischengraben-Halbleitergebiete 70, einschließlich des Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiets 70a, in dem IGBT-Bereich 16 bereitgestellt. In jedem Zwischengraben-Halbleitergebiet 70 erstreckt sich die Floating-Schicht 26b von einem Graben 40 zu dem anderen Graben 40. Das heißt, die Floating-Schicht 26b ist in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42, die an beiden Seiten davon angeordnet sind. Die Floating-Schicht 26b ist in dem IGBT-Bereich 16 bereitgestellt, aber nicht in dem Diodenbereich 18.
  • Die obere Schicht 26a liegt über der Floating-Schicht 26b. Die obere Schicht 26a ist in direktem Kontakt mit dem oberen Body-Gebiet 25 von unten und ist in direktem Kontakt mit der Floating-Schicht 26b von oben. Die obere Schicht 26a ist in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42, die an beiden Seiten davon angeordnet sind. Die Floating-Schicht 26b ist von dem unteren Body-Gebiet 25 durch die obere Schicht 26a getrennt.
  • Die Primärschicht 26c ist über den IGBT-Bereich 16 und den Diodenbereich 18 verteilt. Die Primärschicht 26c ist in dem IGBT-Bereich 16 in direktem Kontakt mit der Floating-Schicht 26b von unten. Die Primärschicht 26c ist ferner in dem Diodenbereich 18 in direktem Kontakt mit dem unteren Anodengebiet 38 von unten. Die Primärschicht 26c ist unter der Floating-Schicht 26b und unter dem unteren Anodengebiet 38 in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen 42. Die Primärschicht 26c ist von unteren Enden der Floating-Schicht 26b und dem unteren Anodengebiet 38 bis zu der Seite verteilt, die tiefer als die unteren Enden der jeweiligen Gräben 40 ist.
  • Das Buffer-Gebiet 28 ist ein n-Typ-Gebiet, das eine höhere n-Typ-Verunreinigungskonzentration als das Drift-Gebiet 26 aufweist. Das Buffer-Gebiet 28 ist in dem IGBT-Bereich 16 und in dem Diodenbereich 18 in direktem Kontakt mit der Primärschicht 26c des Drift-Gebiets 26 von unten.
  • Der IGBT-Bereich 16 ist wie oben erwähnt mit dem Kollektorgebiet 32 versehen. Das Kollektorgebiet 32 umfasst eine hohe p-Typ-Verunreinigungskonzentration. Das Kollektorgebiet 32 ist in einem Bereich bereitgestellt, der die untere Fläche 12b umfasst, und ist in ohmschem Kontakt mit der unteren Elektrode 62. Das Kollektorgebiet 32 ist in direktem Kontakt mit dem Buffer-Gebiet 28 von unten.
  • Der Diodenbereich 18 ist wie oben beschrieben mit dem Kathodengebiet 39 versehen. Das Kathodengebiet 39 umfasst eine höher n-Typ-Verunreinigungskonzentration als das Buffer-Gebiet 28. Das Kathodengebiet 39 ist in einem Bereich bereitgestellt, der die untere Fläche 12b umfasst, und ist in ohmschem Kontakt mit der unteren Elektrode 62. Das KathodenGebiet 39 ist in direktem Kontakt mit dem Buffer-Gebiet 28 von unten.
  • Der IGBT-Bereich 16 ist mit einem IGBT versehen, der zwischen der oberen Elektrode 60 und der unteren Elektrode 62 angeschlossen ist, und aus den Emitter-Gebieten 20, den Body-Kontaktgebieten 22a, dem oberen Body-Gebiet 22b, dem Barriere-Gebiet 23, dem unteren Body-Gebiet 25, dem Drift-Gebiet 26, dem Buffer-Gebiet 28, dem Kollektorgebiet 32, den Gate-Elektroden 44, usw. besteht. In einem Fall, in dem die Halbleitervorrichtung 10 als der IGBT fungiert, ist die obere Elektrode 60 eine EmitterElektrode und die untere Elektrode 62 ist eine Kollektorelektrode.
  • Der Diodenbereich 18 ist mit einer Diode versehen, die zwischen der oberen Elektrode 60 und der unteren Elektrode 62 angeschlossen ist, und aus den Anodenkontaktgebieten 34a, dem oben genannten Anodengebiet 34b, dem Barriere-Gebiet 36, dem unteren Anodengebiet 38, dem Drift-Gebiet 26, dem Buffer-Gebiet 28, dem Kathodengebiet 39, und dergleichen besteht. In einem Fall, in dem die Halbleitervorrichtung als die Diode fungiert, ist die obere Elektrode 60 eine Anodenelektrode und die untere Elektrode 62 ist eine Kathodenelektrode.
  • Ein Betrieb des IGBT in dem IGBT-Bereich 16 wird beschrieben. Wenn ein Potenzial der Gate-Elektroden 44 auf einen Gate-Grenzwert oder höher erhöht wird, invertieren das obere Body-Gebiet 22b und das untere Body-Gebiet 25 in Umgebungen der Gate-Isolationsfilme 42 zu einem n-Typ. Aufgrund dessen werden Kanäle generiert. Die Kanäle verbinden die Emitter-Gebiete 20, das Barriere-Gebiet 23, und das Drift-Gebiet 26 miteinander. Somit wird es Strom ermöglicht, von dem Kollektorgebiet 32 in Richtung der Emitter-Gebiete 20 zu fließen. Das heißt, der IGBT wird eingeschaltet. Wenn das Potenzial der Gate-Elektroden 44 auf niedriger als das des Gate-Grenzwerts verringert werden, verschwinden die Kanäle und der IGBT ist ausgeschaltet.
  • Ein Betrieb der Diode in dem Diodenbereich 18 wird beschrieben. Wenn ein Potenzial an die obere Elektrode 60 angelegt wird, das höher als das der unteren Elektrode 62 ist, wird eine Durchlassspannung an einer Grenzfläche zwischen dem unteren Anodengebiet 38 und dem Drift-Gebiet 26 an einen pn-Übergang angelegt. Die Diode wird eingeschaltet, wenn diese Durchlassspannung einen bestimmten Wert übersteigt. Infolgedessen fließt ein Strom von den Anodenkontaktgebieten 34a in Richtung des Kathodengebiets 39 durch das obere Anodengebiet 34b, das Barriere-Gebiet 36, das untere Anodengebiet 38, das Drift-Gebiet 26, und das Buffer-Gebiet 28. Das Barriere-Gebiet 36 existiert zwischen dem oberen Anodengebiet 34b und dem unteren Anodengebiet 38, der Strom fließt jedoch von dem oberen Anodengebiet 34b zu dem unteren Anodengebiet 38 durch Passieren des Barriere-Gebiets 36, wenn die n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Barriere-Gebiets 36 relativ gering ist. Die Diode wird ausgeschaltet, wenn das Potenzial der oberen Elektrode 60 verringert wird.
  • Eine Struktur von jedem Zwischengraben-Halbleitergebiet 70 in dem IGBT-Bereich 16 (das heißt, die Struktur, in der das untere Body-Gebiet 25, das Barriere-Gebiet 23, das obere Body-Gebiet 22b, und das Body-Kontaktgebiet 22a über dem Drift-Gebiet 26 bereitgestellt sind) ist im Wesentlichen mit einer Struktur von jedem Zwischengraben-Halbleitergebiet 70 in dem Diodenbereich 18 identisch (das heißt, die Struktur, in der das untere Anodengebiet 38, das Barriere-Gebiet 36, das obere Anodengebiet 34b, und das Anodenkontaktgebiet 34a über dem Drift-Gebiet 26 bereitgestellt sind). Wenn die Diode in dem Diodengebiet 18 eingeschaltet wird, wird dadurch eine Durchlassspannung an einen pn-Übergang an einer Grenzfläche zwischen dem unteren Body-Gebiet 25 und dem Drift-Gebiet 26 in dem IGBT-Bereich 16 angelegt. Insbesondere in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet 70a nahe dem Kathodengebiet 39 wird die Durchlassspannung leicht an den pn-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem unteren Body-Gebiet 25 und dem Drift-Gebiet 26 angelegt. Der pn-Übergang in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet 70a wird dadurch eingeschaltet, wenn die Diode in dem Diodenbereich 18 eingeschaltet wird, und Löcher wie durch einen in 1 gezeigten Pfeil 100 fließen. Das heißt, die Löcher fließen von dem Body-Kontaktgebiet 22a in Richtung des Kathodengebiets 39 durch das obere Body-Gebiet 22b, das Barriere-Gebiet 23, das untere Body-Gebiet 25, das Drift-Gebiet 26, und das Buffer-Gebiet 28. Wenn die Löcher, die wie durch den Pfeil 100 gezeigt fließen, in der Menge groß sind, variiert dadurch die Durchlassspannung der Diode, und diese wird ein Varianzfaktor in einer Vorrichtungsleistung. In der Halbleitervorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Floating-Schicht 26b jedoch in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet 70a bereitgestellt. Weil die n-Typ-Verunreinigungskonzentration der Floating-Schicht 26b höher als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration der Primärschicht 26c ist, können die Löcher nicht einfach in die Floating-Schicht 26b fließen. Die Floating-Schicht 26b unterdrückt aufgrund dessen den wie durch den Pfeil 100 gezeigten Fluss der Löcher. Dadurch wird es weniger Varianz in der Durchlassspannung der Diode geben, wenn die Halbleitervorrichtung 10 in Serie hergestellt wird.
  • Wie oben erwähnt, ist die Floating-Schicht 26b ferner nicht in dem Diodenbereich 18 bereitgestellt. Somit fließen Löcher in dem Diodenbereich 18 ohne durch die Floating-Schicht 26b beeinträchtigt zu werden. Aufgrund dessen kann ein Verlust unterdrückt werden, der in dem Diodenbereich 18 generiert wird.
  • In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Floating-Schicht 26b von einem zum anderen der Gräben 40 auf beiden Seiten von jedem Zwischengraben-Halbleitergebiet 70. Die Floating-Schicht 26b kann jedoch nicht in direktem Kontakt mit einem oder beiden der Gräben 40 auf beiden Seiten davon sein. Sogar in solch einem Fall kann der wie durch den Pfeil 100 gezeigte Fluss von Löchern zu gewissem Ausmaß unterdrückt werden, aufgrund der Präsenz der Floating-Schicht 26b in dem Drift-Gebiet 26 des Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiets 70a. Falls die Floating-Schicht 26b jedoch nicht in direktem Kontakt mit den Gräben 40 ist, werden die Löcher durch die Spalten zwischen der Floating-Schicht 26b und den Gräben 40 fließen, und dadurch wird ein Unterdrückungseffekt des Flusses der Löcher kleiner. Die Floating-Schicht 26b erstreckt sich somit bevorzugt von einem zum anderen der Gräben 40 an beiden Seiten des Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiets 70a.
  • In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die obere Schicht 26a, die die niedrige n-Typ-Verunreinigungskonzentration aufweist, ferner zwischen der Floating-Schicht 26b und dem unteren Body-Gebiet 25 bereitgestellt, die obere Schicht 26a kann jedoch nicht bereitgestellt sein und die Floating-Schicht 26b kann in direktem Kontakt mit dem unteren Body-Gebiet 25 sein. Falls die Floating-Schicht 26b, die die relativ hohe Verunreinigungskonzentration aufweist, jedoch in direktem Kontakt mit dem unteren Body-Gebiet 25 ist, könnte eine Sperrspannung, die an einem pn-Übergang dazwischen angelegt ist, ein integriertes Potenzial übersteigen, das möglicherweise den IGBT unbeabsichtigt einschaltet. Es ist somit bevorzugt die obere Schicht 26a, die die niedrige n-Typ-Verunreinigungskonzentration aufweist, zwischen der Floating-Schicht 26b und dem unteren Body-Gebiet 25 bereitzustellen.
  • In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das obere Body-Gebiet 22b ferner von dem unteren Body-Gebiet 25 durch das Barriere-Gebiet 23 getrennt, das Barriere-Gebiet 23 kann jedoch nicht bereitgestellt sein, und das obere Body-Gebiet 22b und das untere Bodygebiet 25 können verbunden sein.
  • In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das obere Anodengebiet 34b ferner von dem unteren Anodengebiet 38 durch das Barriere-Gebiet 36 getrennt, das Barriere-Gebiet 36 kann jedoch nicht bereitgestellt sein, und das obere Anodengebiet 34b und das untere Anodengebiet 38 können verbunden sein.
  • In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Floating-Schicht 26b ferner in allen Zwischengraben-Halbleitergebieten 70 des IGBT-Bereichs 16 bereitgestellt, die Floating-Schicht 26b kann jedoch nur in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet 70a bereitgestellt sein. Die Floating-Schicht 26b kann ferner nur in einigen der Zwischengraben-Halbleitergebiete 70, einschließlich dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet 70a, bereitgestellt sein.
  • Die Floating-Schicht 26b in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel für eine Hochkonzentrationsschicht wie beansprucht.
  • Einige der hierin offenbarten technischen Elemente werden im Folgenden aufgelistet. Es gilt zu beachten, dass die respektiven technischen Elemente voneinander unabhängig sind und einzeln sowie in Kombination nützlich sind.
  • In einem Beispiel einer hierin offenbarten Halbleitervorrichtung, kann die Hochkonzentrationsschicht in direktem Kontakt mit jedem der Gate-Isolationsfilme sein, die an beiden Seiten des Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiets angeordnet sind.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann das Fließen der Löcher an der Grenze des Diodenbereichs und des IGBT-Bereichs effektiver unterdrückt werden.
  • In einem Beispiel einer hierin offenbarten Halbleitervorrichtung, kann das Drift-Gebiet eine obere Schicht umfassen, die zwischen der Hochkonzentrationsschicht und dem Body-Gebiet bereitgestellt ist, und eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration umfassen, die geringer als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Hochkonzentrationsschicht ist.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann das IGBT davon abgehalten werden unbeabsichtigt eingeschaltet zu werden.
  • Während spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung oben im Detail beschrieben wurden, sind diese Beispiele lediglich illustrativ und stellen keine Begrenzungen des Schutzbereichs der Patentansprüche dar. Die in den Patentansprüchen beschriebene Technologie umfasst auch verschiedene Änderungen und Modifikationen der oben beschriebenen Beispiele. Die technischen Beispiele, die in der vorliegenden Beschreibung oder Zeichnungen erklärt sind, stellen einen technischen Nutzen dar, entweder unabhängig oder durch verschiedene Kombinationen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Kombinationen beschränkt, die zu dem Zeitpunkt des Einreichens der Ansprüche beschrieben sind. Der Zweck der durch die vorliegende Beschreibung oder Zeichnungen veranschaulichten Beispiele ist ferner, mehrere Aufgaben gleichzeitig zu erfüllen, und das Erfüllen einer dieser Aufgaben gibt der vorliegenden Erfindung einen technischen Nutzen.
  • Eine Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat umfassen, das mit einem IGBT-Bereich und einem Diodenbereich versehen ist. Das Halbleitersubstrat kann n-Typ-Emitter-Gebiete, die in dem IGBT-Bereich bereitgestellt sind, ein p-Typ-Body-Gebiet, das in dem IGBT-Bereich bereitgestellt ist, ein p-Typ-Anodengebiet, das in dem Diodenbereich bereitgestellt ist, und ein n-Typ-Drift-Gebiet, das über den IGBT-Bereich und den Diodenbereich bereitgestellt ist, umfassen. Das Drift-Gebiet kann in einem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet, das an einer Stelle am nächsten zum Diodenbereich angeordnet ist, eine Hochkonzentrationsschicht umfassen. Eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Hochkonzentrationsschicht kann höher als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in dem Drift-Gebiet unter der Hochkonzentrationsschicht sein.
  • 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 2018042179 [0001]

Claims (3)

  1. Halbleitervorrichtung (10) mit einem IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) und einer Diode, wobei die Halbleitervorrichtung (10) umfasst: ein Halbleitersubstrat (12); eine obere Elektrode (60), die eine obere Fläche (12a) der Halbleitervorrichtung (12) bedeckt; eine untere Elektrode (62), die eine untere Fläche (12b) des Halbleitersubstrats (12) bedeckt, wobei das Halbleitersubstrat (12) umfasst: einen IGBT-Bereich (16), in dem ein p-Typ-Kollektorgebiet (32) an einer Position in Kontakt mit der unteren Elektrode (62) bereitgestellt ist; und einen Diodenbereich (18), in dem ein n-Typ-Kathodengebiet (39) an einer Position in Kontakt mit der unteren Elektrode (62) bereitgestellt ist, eine Vielzahl von Gräben (40) in der oberen Fläche (12a) des Halbleitersubstrats (12) in dem IGBT-Bereich (16) bereitgestellt ist, Gate-Isolationsfilme (42) und Gate-Elektroden (44), die von dem Halbleitersubstrat (12) durch die Gate-Isolationsfilme (42) isoliert sind, in den jeweiligen Gräben (40) bereitgestellt sind, das Halbleitersubstrat (12) ferner mit: in dem IGBT-Bereich (16) bereitgestellten n-Typ-Emitter-Gebieten (20), die in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode (60) sind, und die in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen (42) sind; einem in dem IGBT-Bereich (16) bereitgestellten p-Typ-Body-Gebiet (22a, 22b), das in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode (60) ist, und das in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen (42) unter den Emitter-Gebieten (20) ist; einem p-Typ-Anodengebiet (34a, 34b), das in dem Diodenbereich (18) bereitgestellt ist, und das in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode (60) ist; und einem über den IGBT-Bereich (60) und den Diodenbereich (18) bereitgestellten n-Typ-Drift-Gebiet (26), das in dem IGBT-Bereich (60) unter dem Body-Gebiet (22a, 22b) und über dem Kollektorgebiet (32) bereitgestellt ist, das in dem Diodenbereich (18) unter dem Anodengebiet (34a, 34b) und über dem Kathodengebiet (39) bereitgestellt ist, das in direktem Kontakt mit den Gate-Isolationsfilmen (42) unter dem Body-Gebiet (22a, 22b) ist, und das eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration aufweist, die geringer als eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration in dem Kathodengebiet (39) ist, wobei jedes von Halbleitergebieten, das oberhalb von unteren Enden der Gräben (40) angeordnet ist und zwischen jeweiligen Paaren der Gräben (40) eingesetzt ist, als ein Zwischengraben-Halbleitergebiet (70) definiert ist, eines dieser Zwischengraben-Halbleitergebiete (70), das an einer Position angeordnet ist, die dem Diodenbereich (18) am nächsten ist, als ein Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet (70a) definiert ist, das Drift-Gebiet (26) in dem Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiet (70a) eine Hochkonzentrationsschicht (26b) umfasst, und eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Hochkonzentrationsschicht (26b) höher als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in dem Drift-Gebiet (26) unter der Hochkonzentrationsschicht (26b) ist.
  2. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Hochkonzentrationsschicht (26b) in direktem Kontakt mit jedem der Gate-Isolationsfilme (42) ist, die an beiden Seiten des Grenz-Zwischengraben-Halbleitergebiets (70a) angeordnet sind.
  3. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Drift-Gebiet (26) eine obere Schicht (26a) umfasst, die zwischen der Hochkonzentrationsschicht (26b) und dem Body-Gebiet (22a, 22b) bereitgestellt ist, und eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration aufweist, die geringer als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Hochkonzentrationsschicht (26b) ist.
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