DE112005001621T5

DE112005001621T5 - Isolierschicht-Bipolartransistor

Info

Publication number: DE112005001621T5
Application number: DE112005001621T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Toyota Tanaka; Sachiko Kawaji
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-06-04
Also published as: DE112005001621B4; CN100449778C; US7804108B2; CN1985376A; WO2006008888A1; JP2006032676A; US20080067542A1; JP4731848B2

Abstract

Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist:
eine Kollektorelektrode;
eine Kollektorregion mit einer ersten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorelektrode verbunden ist;
eine Drift-Region mit einer zweiten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorregion verbunden ist;
eine Body-Region mit der ersten ersten Art von Leitfähigkeit, die durch die Drift-Region von der Kollektorrregion getrennt ist;
eine Vielzahl von Emitterregionen, wobei jede Emitterregion die zweite Art von Leitfähigkeit aufweist und von der Drift-Region durch die Body-Region getrennt ist;
eine Emitterelektrode, die mit den Emitterregionen verbunden ist;
eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden, wobei jede Graben-Gate-Elektrode, mit einer Isolierschicht dazwischen, jeweils einem Abschnitt der Body-Region, der die Drift-Region und die Emitterregion trennt, gegenüber liegt, wobei die Body-Region durch die Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden in eine Vielzahl von Body-Sektionen geteilt ist, und die Body-Sektionen in zwei Gruppen unterteilt sind, wobei eine Gruppe die Emitterregion in der Body-Selektion aufweist und die andere Gruppe...

Description

Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung 2004-209715, eingereicht am 16. Juli 2004, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, die bipolare Operationen durchführen, wie IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zur Überwindung eines Kompromisses zwischen Ein(schalt)-Spannung (oder Ein-Widerstand) und Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtungen. In dieser Beschreibung bedeutet Ein-Spannung einen Spannungsunterschied zwischen einem Kollektor und einem Emitter der Halbleitervorrichtung während die Halbleitervorrichtung eingeschaltet wird. Durchbruchspannung bedeutet in dieser Beschreibung eine maximale Spannung, die zwischen dem Kollektor und dem Emitter angelegt werden kann, während die Halbleitervorrichtung abgeschaltet wird, damit die Halbleitervorrichtung einen Normalzustand beibehalten kann. Bei der Entwerfung von Halbieitervorrichtungen sinkt im Allgemeinen dann, wenn die Ein-Spannung sinkt, auch die Durchbruchspannung, und wenn die Durchbruchspannung steigt, steigt auch die Ein-Spannung. Es muss ein Kompromiss zwischen Ein-Spannung und Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtungen eingegangen werden, und es war bisher nicht möglich, Halbleitervorrichtungen zu realisieren, die eine niedrige Ein-Spannung und eine hohe Durchbruchspannung aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, die diesen Kompromiss überwinden und die eine niedrige Ein-Spannung und eine hohe Durchbruchspannung realisieren.
Technischer Hintergrund
Es wird viel auf dem Gebiet der Halbleitervorrichtungen, die bipolare Operationen durchführen, geforscht. Dies schließt die Forschung an einem IGBT ein, mit dem eine niedrige Ein-Spannung mittels Leitfähigkeitsmodulierung erhalten wird.
Im Allgemeinen muss bei dieser Art von Halbleitervorrichtungen ein Kompromiss dahingehend in Kauf genommen werden, dass eine Senkung der Ein-Spannung der Halbleitervorrichtungen mit einer Senkung der Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtungen einhergeht. Es wird daher geforscht, diesen Kompromiss zu überwinden, so dass eine hohe Durchbruchspannung auch dann beibehalten werden kann, wenn die Ein-Spannung verringert wird.
Ein Beispiel dafür ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2001-308327 aufgeführt. 8 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch wichtige Teile einer Halbleitervorrichtung, die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2001-308327 aufgeführt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Konstruktion der Längsschnittdarstellung von 8 in Richtung von links nach rechts auf der Seite wiederholt.
In 8 weist eine Halbleitervorrichtung 300 eine Kollektorelektrode C, eine p⁺-Kollektorregion 322, die mit der Kollektorelektrode C verbunden ist, eine n^–-Drift-Region 324, die mit der Kollektorregion 322 verbunden ist, und eine p^–-Body-Region 326, die durch die Drift-Region 324 von der Kollektorregion 322 getrennt ist, auf. Die Halbleitervorrichtung 300 weist ferner eine Vielzahl von n⁺-Emitterregionen 328 auf, die durch die Body-Region 326 von der Drift-Region 324 getrennt sind. Eine Emitterelektrode E ist mit den Emitterregionen 328 verbunden. Eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden 332 ist in der Body-Region 326 ausgebildet. Jede Graben-Gate-Elektrode 332 liegt mit einer Gate-Isolierschicht 334 dazwischen einem Abschnitt der Body-Region 326 gegenüber, welcher die Drift-Region 324 und die Emitterregion 328 trennt. Zwei Graben-Gate-Elektroden 332 sind jeweils links und rechts in 8 dargestellt. Die Body-Region 326 ist durch die Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden 332 in eine Vielzahl von Body-Sektionen geteilt. Die Body-Sektionen sind in zwei Gruppen unterteilt. Die Body-Sektion 326a einer Gruppe weist eine Emitterregion 328 in der Body-Sektion auf (jeweils auf den linken und rechten Seiten in 8 dargestellt), und die Body-Sektion 326b der anderen Gruppe weist keine Emitterregion 328 in der Body-Sektion auf (im mittleren Abschnitt von 8 dargestellt). Eine Vielzahl von Gräben 335 ist in der Body-Sektion 326b ausgebildet, die keine Emitterregion 328 hat. Jeder Graben 335 besteht aus einem Leiter 338, der mit einer Grabenisolierschicht 336 bedeckt ist. Die Leiter 338 der Gräben 335 sind mit der Emitterelektrode E verbunden. Eine Zwischenschicht-Isolierschicht 339 bedeckt eine Oberseite der Body-Sektionen 326b, die keine Emitterregion 328 aufweisen. Die Body-Sektionen 326b ohne Emitterregion 328 sind durch die Zwischenschicht-Isolierschicht 339 gegen die Emitterelektrode E isoliert.
Die Body-Sektionen 326b mit den Gräben 335 werden als Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 bezeichnet. Die Emitterregionen 328 sind wiederholt, mit einem vorgegebenen Abstand, außerhalb der Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 gebildet. Die Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 werden durch lokale Defekte bei der Ausbildung der Emitterregionen 328 gebildet. Die Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 sind mit einem konstanten Abstand innerhalb der Halbleitervorrichtung verteilt.
9 ist eine Draufsicht auf wichtige Teile entlang der Linie IX-IX von 8. 9 zeigt eine Grenze zwischen den Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 und einer peripheren Region 314. Die periphere Region 314 bildet eine Schleife um eine Region, in der Schaltelemente ausgebildet sind. Die Schaltelemente werden aus der Vielzahl von Emitterregionen 328, den Graben-Gate-Elektroden 332 und den Gräben 335 usw. gebildet. Die periphere Region 314 behält die Durchbruchspannung dadurch, dass sie eine Erschöpfungsschicht aufweist, die von der Region mit den Schaltelementen zu einer Peripherie verläuft. Eine FLR(Field Limited Ring)-Struktur oder Guard-Ring struktur (nicht dargestellt) oder dergleichen ist in der peripheren Region 314 ausgebildet.
Wie in 9 dargestellt, verlaufen die Graben-Gate-Elektroden 332 (in 9 ist die Gate-Isolierschicht 334, die die Graben-Gate-Elektroden 332 bedeckt, dargestellt), und die Gräben 335 (in 9 sind die Graben-Isolierschichten 336, die die Leiter 338 bedecken, dargestellt) in y-Richtung und sind in x-Richtung wiederholt, was eine gestreifte Form bildet. Ferner sind die Emitterregionen 328 und die p⁺-Body-Kontaktregionen 325 abwechselnd in der y-Richtung zwischen den Graben-Gate-Elektroden 332 ausgebildet. Die Emitterregionen 328 und die Body-Kontaktregionen 325 sind mit der Emitterelektrode E verbunden. Die Halbleitervorrichtung 300 wird eingeschaltet, wenn eine Spannung, die stärker positiv ist als die Emitterelektrode E, an die Kollektorelektrode C angelegt wird und wenn eine Spannung, die stärker positiv ist als die Emitterelektrode E, an die Graben-Gate-Elektroden 332 angelegt wird.
Ein kennzeichnendes Merkmal der Halbleitervorrichtung 300 besteht darin, dass die Body-Sektionen 326b in den Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 nicht mit der Emitterelektrode E verbunden sind. Infolgedessen werden positive Löcher, die von der Kollektorregion 322 zur Drift-Region 324 injiziert werden, daran gehindert, durch die Body-Sektionen 326b in den Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 hindurch zu gehen, und es wird verhindert, dass sie an die Emitterelektrode E entladen werden. Infolgedessen akkumulieren viele der positiven Löcher in den Body-Sektionen 326b in den Positivloch-Akkumulierungsregionen 3i2. Die Konzentration von positiven Löchern in der Halbleitervorrichtung 300 nimmt somit zu, und die Leitfähigkeitsmodulation wird aktiviert. Die Ein-Spannung der Halbleitervorrichtung 300 wird somit gesenkt. Ferner ist das Potential der Gräben 335 auf das Emitterpotential festgelegt, und infolgedessen ist die Akkumulationswirkung der positiven Löcher größer.
Darüber hinaus haben die Gräben 335 die nachstehend beschriebenen Vorteile, wenn die Halbleitervorrichtung 300 abgeschaltet wird. Zu Vergleichszwecken wird eine Positivloch-Akkumulierungsregion 312 ohne die Gräben 335 betrachtet. In diesem Fall konzentriert sich ein elektrisches Feld bereitwillig in einer Nachbarregion 329 (siehe 8) des Bodens der Graben-Gate-Elektroden 332 an beiden Enden der Positivloch-Akkumulierungsregion 312. Diese Konzentration des elektrischen Felds reduziert die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 300. Insbesondere wird das genannte Problem dann ernst, wenn die Breite der Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 zunimmt. Falls die Gräben 335 in der Positivloch-Akkumulierungsregion 312 ausgebildet werden, wird jedoch die Konzentration des elektrischen Feldes verringert, und die Zerstörung der Halbleitervorrichtung 300 kann verhindert werden. Insbesondere besteht eine umso größere Notwendigkeit, Gräben 335 vorzusehen, je mehr die Breite der Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 zunimmt.
Offenbarung der Erfindung
Wie in 9 dargestellt, ist eine periphere p⁺-Body-Kontaktregion 327 an der Grenze zwischen der Region mit den Schaltelementen und der peripheren Region 314 ausgebildet. Die periphere Body-Kontaktregion 327 verläuft entlang der Innengrenze der peripheren Region 314, wobei sie eine Schleife um die Region mit den Schaltelementen bildet. Die Aufgabe der peripheren Body-Kontaktregion 327 ist die Entladung der positiven Löcher in der peripheren Region 314, die in die Body-Region 326 injiziert werden, an die Emitterelektrode E.
Bei der Untersuchung der Ursachen für die Zerstörung dieser Art von Halbleitervorrichtung 300 haben die Erfinder das folgende Phänomen festgestellt.
Wenn die Halbleitervorrichtung 300 ausgeschaltet wird, hindern die Gräben 335, die in einer Streifenform ausgebildet sind, physikalisch die positiven Löcher, die in den Body-Sektionen 326b in den Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 akkumuliert sind, in x-Richtung zu wandern. Infolgedessen wandern, wie in 9 dargestellt, die positiven Löcher, die akkumuliert wurden, in Längsrichtung der Gräben 335 (in y-Richtung). Die positiven Löcher, die in Längsrichtung wandern, werden über die periphere Body-Kontaktregion 327 zur Emitterelektrode E entladen. Wie oben beschrieben, wandern positive Löcher auch von der peripheren Region 314 in die periphere Body-Kontaktregion 327. Infolgedessen kommt es zu einer zu hohen Konzentration an positiven Löchern in der peripheren Body-Kontaktregion 327. Die Erfinder haben festgestellt, dass diese Art von Halbleitervorrichtung durch die zu hohe Konzentration an positiven Löchern in der peripheren Body-Kontaktregion 327 zerstört wird. Kurz gesagt sind die Positivloch-Akkumulierungsregionen 312 in der Halbleitervorrichtung so vorgesehen, dass eine große Zahl von positiven Löchern akkumuliert wird und die Ein-Spannung somit verringert ist. Jedoch kommt es zu einer zu hohen Konzentration an positiven Löchern, wenn diese positiven Löcher entladen werden müssen, und dies senkt die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung. Somit besteht der Kompromiss, dass eine Senkung der Ein-Spannung zu einer Senkung der Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung führt.
Die vorliegende Erfindung stellt Halbleitervorrichtungen dar, in denen das oben genannte Phänomen berücksichtigt ist und in denen aufgrund dieser neuen Erkenntnis die übermäßige Konzentration von positiven Löchern verhindert ist. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Kompromiss zwischen Ein-Spannung und Durchbruchspannung zu überwinden.
Eine der bevorzugten Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung schließt folgendes ein: eine Kollektorelektrode, eine Kollektorregion mit einer ersten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorelektrode verbunden ist, eine Drift-Region mit einer zweiten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorregion verbunden ist, eine Body-Region mit der ersten Art von Leitfähigkeit, die von der Kollektorregion durch die Drift-Region getrennt ist, und eine Vielzahl von Emitterregionen. Jede Emitterregion weist die zweite Art von Leitfähigkeit auf und ist von der Drift-Region durch die Body-Region getrennt. Eine Emitterelektrode ist mit den Emitterregionen verbunden. Die Halbleitervorrichtung schließt ferner eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden ein. Jede Graben-Gate-Elektrode liegt mit einer Gate-Isolierschicht dazwischen einem Abschnitt der Body-Region gegenüber, der die Drift-Region und die Emitterregion trennt. Die Body-Region ist durch die Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden in eine Vielzahl von Body-Sektionen unterteilt. Die Body-Sektionen sind in zwei Gruppen unterteilt. Die Body-Sektion einer Gruppe weist eine Emitterregion in der Body-Sektion auf, und die Body-Sektion der anderen Gruppe weist keine Emitterregion in der Body-Sektion auf. Ferner schließt die Halbleitervorrichtung eine Vielzahl von ersten Gräben ein, die in der Body-Sektion ohne Emitterregion ausgebildet sind. Eine periphere Region ist so ausgebildet, dass sie die Emitterregionen und die Graben-Gate-Elektroden umgibt. Die Halbleitervorrichtung der Erfindung weist eine Kontaktregion mit der ersten Art von Leitfähigkeit auf. Jede Kontaktregion ist zwischen dem ersten Graben und der Graben-Gate-Elektrode ausgebildet und ist mit der Emitterelektrode verbunden. Ein Abschnitt der Body-Sektion, die zwischen der Vielzahl von ersten Gräben angeordnet ist, ist elektrisch über die Kontaktregion mit der Emitterelektrode verbunden.
Der Abschnitt der Body-Region zwischen der Vielzahl von ersten Gräben ist nicht direkt mit der Emitterelektrode verbunden. Der Abschnitt der Body-Region zwischen der Vielzahl von ersten Gräben ist über die Kontaktregion mit der Emitterelektrode verbunden.
Die ersten Gräben können durch die Body-Region hindurch gehen und in die Drift-Region hinein reichen oder können in der Body-Region bleiben.
Ein Paar der Graben-Gate-Elektroden teilt die Body-Sektion in zwei Gruppen ohne Emitterregionen und mit Emitterregionen. Die Vielzahl von ersten Gräben ist an der Innenseite zwischen dem Gate-Elektrodenpaar ausgebildet. Die ersten Gräben sind in zwei Gruppen unterteilt. Die ersten Gräben der ersten Gruppe befinden sich neben dem Graben-Gate-Elektrodenpaar. Die ersten Gräben der zweiten Gruppe befinden sich zwischen anderen ersten Gräben. Die ersten Gräben neben der Graben-Gate-Elektrode werden erste äußere Gräben genannt, und die ersten Gräben, die zwischen anderen ersten Gräben angeordnet sind, werden erste innere Gräben genannt.
Die Kontaktregion ist in der Body-Sektion ausgebildet, die zwischen der Graben-Gate-Elektrode und dem ersten äußeren Graben angeordnet ist. Die Body-Sektion ohne Emitterregionen, die zwischen dem Graben-Gate-Elektrodenpaar angeordnet ist, weist einen Abschnitt zwischen der Graben-Gate-Elektrode und dem ersten äußeren Graben an beiden Seiten der Body-Sektion ohne Emitterregionen auf. Die Kontaktregion kann an irgendeiner Seite oder an beiden Seiten der Body-Sektion ohne Emitterregionen ausgebildet sein. Die Kontaktregion ist nicht in der Body-Sektion zwischen den ersten Gräben ausgebildet.
Die Kontaktregion muss in der Body-Sektion ohne Emitterregionen, die zwischen dem Graben-Gate-Elektrodenpaar angeordnet ist, vorgesehen sein. Daher erfüllt die Konstruktion, bei der eine Kontaktregion eine Schleife um die Region mit Schaltelementen bildet, wie bei der peripheren Body-Kontaktregion 327 in 9 des herkömmlichen Aufbaus, nicht die Anforderung der Kontaktregion der Erfindung. Die Kontaktregion der vorliegenden Erfindung und die periphere Body-Kontaktregion des Standes der Technik sind völlig verschieden.
Die Vorsehung von Body-Sektionen ohne Emitterregionen fördert die Akkumulierung von Trägern der ersten Art von Leitfähigkeit in diesen Body-Sektionen. Die Ein-Spannung der Halbleitervorrichtung kann infolgedessen gesenkt werden. Die Vorsehung von ersten Gräben in den Body-Sektionen ohne Emitterregionen verhindert, dass sich das elektrische Feld in der Nähe des Bodens der Graben-Gate-Elektroden konzentriert, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird.
Wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird, wird zumindest ein Teil der Träger, die in den Body-Sektionen ohne Emitterregionen akkumuliert sind, über die in dieser Body-Sektion ausgebildete Kontaktregion an die Emitterelektrode entladen. Durch die Vorsehung der Kontaktregion kann verhindert werden, dass Träger der ersten Art von Leitfähigkeit sich im Entladungsweg konzentrieren.
Es leuchtet ein, dass die Akkumulierung der Träger der ersten Leitungsart weniger wirksam sein könnte, wenn ein Abschnitt der Body-Sektion, dessen Aufgabe die Akkumulierung der Träger der ersten Leitungsart ist, über die Kontaktregion mit der Emitterelektrode verbunden ist. Jedoch ist die Kontaktregion der vorliegenden Erfindung im äußersten Teil der Body-Sektionen mit den ersten Gräben ausgebildet. Daher ist es leicht, den Abstand zwischen der Kontaktregion und den Body-Sektionen ohne Emitterregionen, in denen die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit akkumuliert sind, zu vergrößern. Infolgedessen werden beim Einschalten der Halbleitervorrichtung die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit nicht sofort aus den Body-Sektionen ohne Emitterregionen zu den Kontaktregionen entladen. Eine geeignete Anpassung der Form der ersten Gräben und eine geeignete Anpassung der Form des Bereichs der Kontaktregionen usw. kann verwendet werden, um die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit wirksam in den Body-Sektionen ohne Emitterregionen zu akkumulieren, während die Halbleitervorrichtung eingeschaltet wird. Wenn die Halbleitervorrichtung abgeschaltet wird, werden die Träger der ersten Leitungsart nicht sofort aus den Body-Sektionen ohne Emitterregionen an die Kontaktregionen entladen. Dieses Phänomen verhindert wirksam eine Konzentration der Träger der ersten Art von Leitfähigkeit im Entladungsweg, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Kompromiss zu überwinden und die niedrige Ein-Spannung und die hohe Durchbruchspannung zu verwirklichen.
Es mag bevorzugt sein, dass die ersten Gräben aus einem Isolator oder einem mit einem Isolator umhüllten Leiter bestehen.
In der vorliegenden Patentschrift hat Isolator oder Isolierschicht eine breitere Bedeutung, die eine dielektrisiche Substanz einschließt. Der Leiter innerhalb der ersten Gräben kann elektrisch mit der Emitterelektrode verbunden sein, muss aber nicht verbunden sein. Hier schließt „Leiter" einen Halbleiter ein, in den eine hohe Konzentration an Verunreinigungen eingeführt wurde.
Vorzugsweise verläuft jeder der ersten Gräben in Längsrichtung und es ist mindestens ein Schlitz in jedem der ersten Gräben ausgebildet, so dass mittels des Schlitzes eine elektrische Leitung zwischen den Body-Sektionen, die jeweils durch die ersten Gräben getrennt sind, vorhanden ist. In diesem Fall ist jede der Body-Sektionen zwischen den ersten Gräben über den Schlitz elektrisch mit der angrenzenden Body-Sektion verbunden und ist schließlich über die Kontaktregion mit der Emitterregion verbunden.
Vorzugsweise unterscheiden sich der Ort des Schlitzes in Längsrichtung entlang des ersten Grabens und die der benachbarten ersten Gräben. Somit gelangen die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit, die in den Body-Sektionen zwischen den ersten Gräben akkumuliert sind, auf einem gewundenen Weg durch die Schlitze und werden schließlich über die Kontaktregion an die Emitterlelektrode entladen. Infolgedessen kann verhindert werden, dass die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit sofort entladen werden, während der Halbleiter eingeschaltet wird, und die Träger der zweiten Art von Leitfähigkeit können somit wirksam akkumulieren. Es ist möglich, den Kompromiss zu überwinden, bei dem mit sinkender Ein-Spannung der Halbleitervorrichtung auch die Durchbruchspannung sinkt.
Es ist bevorzugt, dass jede der Graben-Gate-Elektroden in Längsrichtung verläuft und dass jeder der ersten Gräben Elemente aufweist, die parallel zur Graben-Gate-Elektrode verlaufen, sowie Elemente, die orthogonal zur Graben-Gate-Elektrode verlaufen. Einer der ersten Gräben kann Elemente aufweisen, die in zwei Richtungen verlaufen. Zwei oder mehr der ersten Gräben können gegenseitig unterschiedliche direktionale Elemente aufweisen.
Somit teilen die ersten Gräben die Body-Region ohne Emitterregionen in einem komplizierten Muster in eine Vielzahl von Body-Sektionen. Infolgedessen müssen die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit, die in Body-Sektionen ohne Emitterregionen akkumuliert sind, auf einem vergleichsweise längeren Entladungsweg fließen. Auf diese Weise akkumuliert eine größere Zahl an Trägern der ersten Art von Leitfähigkeit, und es kann eine Halbleitervorrichtung erhalten werden, in der die Ein-Spannung erheblich vermindert ist.
Vorzugsweise verläuft jede der Graben-Gate-Elektroden in Längsrichtung, und jeder der ersten Gräben verläuft orthogonal zur Längsrichtung der Graben-Gate-Elektroden.
Somit ist die Body-Sektion zwischen den ersten Gräben in einer Richtung, in der benachbarte Graben-Gate-Elektroden sich treffen, kontinuierlich. Infolgedessen bewegen sich die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit in dieser Richtung und werden dann über die Kontaktregion an die Emitterelektrode entladen. Es kann verhindert werden, dass die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit sich im Entladungsweg konzentrieren, und es kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung erhalten werden.
Vorzugsweise verläuft jede der Graben-Gate-Elektroden in Längsrichtung, und eine Vielzahl der ersten Gräben wird entlang der Längsrichtung der Graben-Gate-Elektrode wiederholt. Das heißt, eine Struktureinheit des ersten Grabens wird in Längsrichtung der Graben-Gate-Elektroden wiederholt.
In diesem Fall wird die Entladungsroute der Träger der ersten Leitungsart in Längsrichtung der Graben-Gate-Elektroden wiederholt. Die Entladungsroute der Träger des ersten Leitungstyps ist somit stärker verteilt, und infolgedessen kann eine übermäßige Konzentration der Träger des ersten Leitungstyps verhindert werden. Infolgedessen kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung erhalten werden.
Die andere Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung umfasste einen zweiten Graben, der entlang einer Innengrenze der peripheren Region ausgebildet ist. Dieser zweite Graben kann anstelle der Kontaktregionen verwendet werden oder kann zusammen mit den Kontaktregionen verwendet werden.
In der oben genannten Halbleitervorrichtung ist der zweite Graben an der Grenze zwischen der peripheren Region und der Body-Sektion mit den ersten Gräben ausge bildet. Die Vorsehung des zweiten Grabens ermöglicht die Verringerung der Konzentrierung von Trägern der ersten Art von Leitfähigkeit.
Es mag bevorzugt sein, dass der zweite Graben aus einem Isolator, einem Leiter oder einem mit einem Isolator bedeckten Leiter besteht.
In dem Fall, dass der Isolator oder der mit einem Isolator bedeckte Leiter im zweiten Graben angeordnet ist, kann eine Konzentrierung der Träger am gleichen Ort physikalisch verhindert werden. Das heißt, die Träger, die von den Body-Sektionen mit den ersten Gräben weg wandern, und die Träger, die von den peripheren Regionen weg wandern, mischen sich nicht. In dem Fall, dass der Leiter im zweiten Graben angeordnet ist, kommt es über den Leiter zu einer schnellen Entladung der Träger der ersten Art von Leitfähigkeit, die von den Body-Sektionen mit den ersten Gräben weg wandern, und der Träger der ersten Art von Leitfähigkeit, die von der peripheren Region weg wandern, an die Emitterelektrode. Der Leiter kann eine große Zahl von Trägern entladen. In jedem dieser Fälle wird die übergroße Konzentration der Träger der ersten Leiterart gemildert, und es ist möglich, eine Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung zu erhalten.
Ferner ist es bevorzugt, dass entweder eine oder beide von einer Body-Sektion und einer peripheren Region, die zu beiden Seiten des zweiten Grabens ausgebildet sind, mit der Emitterelektrode verbunden ist bzw. sind. Die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit, die zu irgendeiner dieser Stellen wandern, können auf unterschiedlichen Wegen zuverlässig an die Emitterelektrode entladen werden.
Es mag bevorzugt sein, dass der Leiter, der in den ersten Gräben und/oder den zweiten Gräben vorgesehen ist, mit der Emitterelektrode verbunden ist.
Wenn der Leiter des ersten Grabens mit der Emitterelektrode verbunden ist, können die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit sich gleichmäßig in den Body-Sektionen mit ersten Gräben akkumulieren. Die Höhe der Akkumulierung nimmt zu, und es kann eine Halbleitervorrichtung mit niedriger Ein-Spannung und hoher Durchbruchspannung erhalten werden.
Wenn der Leiter des zweiten Grabens mit der Emitterelektrode verbunden ist, werden die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit über den zweiten Graben schnell an die Emitterelektrode entladen. Infolgedessen kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung erhalten werden.
In dem Fall, dass der Leiter des zweiten Grabens von einem Isolator bedeckt ist, ist der Leiter vorzugsweise mit der Emitterelektrode verbunden. In diesem Fall können die Träger der ersten Art von Leitfähigkeit über einen breiten Bereich einer Seitenwand des zweiten Grabens angezogen werden. Infolgedessen wird die übermäßige Konzentration der Träger der ersten Art von Leitfähigkeit gemildert, und eine Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung kann erhalten werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann der Kompromiss in einer Halbleitervorrichtung überwunden werden, wonach eine Senkung der Ein-Spannung zu einer Senkung der Durchbruchspannung führt. Die vorliegende Erfindung kann Halbleitervorrichtungen mit überlegener Ein-Spannung (niedriger Ein-Spannung) und überlegener Durchbruchspannung (hoher Durchbruchspannung) verwirklichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Draufsicht auf wichtige Teile einer ersten Ausführungsform, in der einige der Deckschichten entfernt sind.
2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie II-II von 1.
3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie III-III von 1.
4 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie IV-IV von 1.
5(a) bis (d) zeigen Draufsichten auf wichtige Teile von Varianten der ersten Ausführungsform.
6 zeigt eine Draufsicht auf wichtige Teile der zweiten Ausführungsform.
7(a) zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie VII-VII von 6.
7(b) und 7(c) zeigen Längsschnitte von Varianten der zweiten Ausführungsform.
8 zeigt einen Längsschnitt von wichtigen Teilen einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung.
9 zeigte eine Draufsicht auf wichtige Teile der herkömmlichen Halbleitervorrichtung.
Beste Weise zur Durchführung der Erfindung
Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Nachstehend beschriebene Halbleitervorrichtungen verwenden Silicium als Halbleitermaterial. Es kann jedoch auch ein anderes Halbleitermaterial oder eine Kombination von Halbleitermaterialien anstelle von Silicium verwendet werden.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine Draufsicht auf wichtige Teile einer Halbleitervorrichtung 30 einer ersten Ausführungsform. Einige der Deckschichten sind in 1 weggelassen. Die Draufsicht zeigt eine Grenze zwischen einer Positivloch-Akkumulierungsregion 12 und einer peripheren Region 14. Eine FLR(Field Limiting Ring)-Struktur oder Guard-Ringstruktur (nicht dargestellt) oder dergleichen ist in der peripheren Region 14 ausgebildet.
Ferner ist in 2, 3 und 4 ein Längsschnitt durch wichtige Teile dieser Halbleitervorrichtung dargestellt. 2 ist ein Längsschnitt entlang der Linie II-II von 1. 3 ist ein Längsschnitt entlang der Linie III-III von 1. 4 ist ein Längsschnitt entlang der Linie IV-IV von 1.
Wie in 2, 3 und 4 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 30 der bevorzugten Ausführungsform an einer Unterseite eine Kollektorelektrode C auf, die aus Aluminium gebildet ist. Eine p⁺-Kollektorregion 22 ist an der Kollektorelektrode C ausgebildet. Die Kollektorregion 22 kann so ausgebildet sein, dass sie eine ganze Fläche der Kollektorelektrode C bedeckt, oder kann auf der Kollektorelektrode C verteilt sein. Eine n^–-Driftregion 24 ist an der Kollektorregion 22 ausgebildet. Eine p^–-Body-Region 26 ist an der Driftregion 24 ausgebildet. Die Body-Region 26 ist durch die Drift-Region 24 von der Kollektorregion 22 getrennt. Eine Vielzahl von n⁺-Emitterregionen 28 ist in der Body-Region 26 ausgebildet. Die Emitterregionen 28 sind von der Driftregion 24 durch die Body-Region 26 getrennt. Eine Emitterelektrode E ist mit den Emitterregionen 28 verbunden. Eine n⁺-Halbleiterregion kann zwischen der Kollektorregion 22 und der Driftregion 24 ausgebildet sein.
Eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden 32 ist in der Body-Region 26 ausgebildet (in 1 sind Gate-Isolierschichten 34 dargestellt, die die Graben-Gate-Elektroden 32 bedecken). Jede Graben-Gate-Elektrode 32 liegt, mit der Gate-Isolierschicht 34 dazwischen, einem Abschnitt der Body-Region 26 gegenüber, der die Drift-Region 24 und die Emitterregion 28 trennt. Zwei Graben-Gate-Elektroden 32 sind auf jeder Seite in 1, 2, 3 und 4 dargestellt. Wie in 1 dargestellt, verlaufen die Graben-Gate-Elektroden 32 in y-Richtung und sind in x-Richtung wiederholt, wobei sie eine so genannte Streifenform bilden. Die Emitterregionen 28 und die p⁺-Body-Kontaktregionen 25 sind abwechselnd in y-Richtung zwischen den Graben-Gate-Elektroden 32 wiederholt, die auf der Seite von links nach rechts dargestellt sind. Die Emitterregionen 28 und die Body-Kontaktregionen 25 sind mit der Emitterelektrode E verbunden.
Die Body-Region 26 ist in eine Vielzahl von Body-Sektionen geteilt. Jede Body-Sektion ist gegen die anderen Body-Sektionen isoliert. Die Body-Sektionen sind in zwei Gruppen unterteilt. Eine Gruppe (26a) weist die Emitterregion 28 in der Body-Sektion 26a auf, und die andere Gruppe (26b) weist keine Emitterregion 28 in der Body-Sektion 26b auf.
Eine Vielzahl von ersten Gräben 35a, 35b, 35c ist in der Body-Sektion 26b ohne Emitterregion 28 ausgebildet. Die ersten Gräben 35a, 25b, 35c durchdringen die Body-Sektion 26 und reichen bis in die Drift-Region 24 (in 1 sind Grabenisolatoren 36, die einen Teil der ersten Gräben 35a, 35b, 35c umfassen, dargestellt). Die ersten Gräben 35a, 35b, 35c bestehen aus einem Leiter 38, der mit der Grabenisolierschicht 36 bedeckt ist. Der Leiter 38 des ersten Grabens 35a, 35b, 35c besteht aus Polysilicium. Der Leiter 38 des ersten Grabens 35a, 35b, 35c ist mit der Emitterelektrode E verbunden. Mit der Ausnahme eines begrenzten Bereichs (der noch beschrieben wird) ist eine Oberseite der Body-Sektionen 26b ohne Emitterregion 28 mit einer Zwischenschicht-Isolierschicht 39 bedeckt.
Wie in 1 dargestellt, ist eine Lücke (ein Schlitz) 38a in einem ersten Graben 35a ausgebildet, ist eine Lücke (ein Schlitz) 38b in einem ersten Graben 35b ausgebildet und ist eine Lücke (ein Schlitz) 38c in einem ersten Graben 35c ausgebildet. Die Lücken 38a, 38b und 38c sind an verschiedenen Orten entlang der y-Richtung ausgebildet. Das heißt, die Lücken 38a, 38b und 38c sind nicht entlang einer geraden Linie zwischen benachbarten Graben-Gate-Elektroden 32 (d.h. in der x-Richtung) ausgebildet. Die Sektionen 26b der Body-Region 26 mit den ersten Gräben 35a, 35b, 35c werden als Positivloch-Akkumulierungsregion 12 bezeichnet. Die Positivloch-Akkumulierungsregionen 12 werden mit einem gleich bleibenden Abstand innerhalb der Halbleitervorrichtung wiederholt. Man könnte auch sagen, dass die Positivloch-Akkumulierungsregionen 12 mit konstanter Rate in der Halbleitervorrichtung ausgebildet sind.
Eine p⁺-Kontaktregion 29 ist zwischen dem äußersten ersten Graben 35a, 35c und der Graben-Gate-Elektrode 32 ausgebildet. Die p⁺-Kontaktregion 29 ist selektiv (lokal) in der Positivloch-Akkumulierungsregion 12 ausgebildet, d.h. zwischen der Graben-Gate-Elektrode 32 und dem benachbarten ersten Graben (d.h. dem äußersten ersten Graben, in diesem Fall den ersten Gräben, die als 35a und 35c dargestellt sind). Diese Body-Sektionen sind als Body-Sektionen 26e dargestellt, so dass sie von den anderen Body-Sektionen 26 unterscheidbar sind. Eine Kontaktregion 29 ist nahe den Lücken 38a und 38c ausgebildet. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 39 ist nicht über der Kontakt region 29 ausgebildet. Die Kontaktregion 29 ist mit der Emitterelektrode E verbunden. Die Body-Sektion 26f zwischen den ersten Gräben 35a und 35b ist mit der Kontaktregion 29 über den Schlitz 38a verbunden. Die Body-Sektion 26f zwischen den ersten Gräben 35b und 35c ist mit der Kontaktregion 29 über die Schlitze 38a und 38b verbunden und ist mit der anderen Kontaktregion 29 über den Schlitz 38c verbunden. Die Body-Sektion 26f zwischen den ersten Gräben 35a und 35b ist auch mit der anderen Kontaktregion 29 über die Schlitze 38b und 38c verbunden.
Die in 1 dargestellte Positivloch-Akkumulierungsregion 12 ist in y-Richtung wiederholt. Das heißt, Lücken (Schlitze) 38, die durch konstante Abstände entlang der y-Richtung getrennt sind, sind in y-Richtung wiederholt. Die entsprechenden Kontaktregionen 29 sind auch in y-Richtung wiederholt.
Ferner ist eine periphere Body-Kontaktregion 27 an einer Grenze zwischen der Region mit den Graben-Gate-Elektroden 32 (einer Region mit Schaltelementen) und der peripheren Region 14 ausgebildet. Die periphere Body-Kontaktregion 27 verläuft entlang der inneren Grenze der peripheren Region 14, wobei sie eine Schleife um die Region mit den Schaltelementen bildet. Die periphere Body-Kontaktregion 27 hat die Aufgabe, positive Löcher, die von der Kollektorregion 22 an der peripheren Region 24 zur Body-Region an der peripheren Region 14 injiziert werden, an die Emitterelektrode E zu entladen.
1 zeigt die Wanderung der positiven Löcher, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wurde. Im Vergleich mit der herkömmlichen Konstruktion in 9 treten die Merkmale der vorliegenden Ausführungsform klar hervor.
Wie in 1 dargestellt, bewegen sich die positiven Löcher, die in den Body-Sektionen 26f zwischen dem ersten Graben 35a und dem ersten Graben 35c akkumuliert wurden, durch die Lücken (Schlitze) 38a, 38b und 38c zu den Kontaktregionen 29, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird. Danach werden die positiven Löcher über die Kontaktregionen 29 zur Emitterelektrode E entladen. Obwohl nicht dargestellt, werden einige der positiven Löcher, die in den Body-Sektionen 26e, 26f akkumuliert wurden, über die periphere Body-Kontaktregion 27 an die Emitterelektrode E entladen. Da der Entladungsweg über die Kontaktregion 29 vorgesehen ist, ist die Zahl der positiven Löcher, die über die periphere Body-Kontaktregion 27 an die Emitterelektrode E entladen werden, im Vergleich zur herkömmlichen Konstruktion von 9 jedoch drastisch verringert. Infolgedessen kann die Situation verhindert werden, dass ein Überschuss an positiven Löchern in der peripheren Body-Kontaktregion 27 konzentriert wird.
In der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform sind die Lücken 38 und die Kontaktregion 29 in y-Richtung der Positivloch-Akkumulierungsregionen 12 wiederholt. Infolgedessen bewegen sich die positiven Löcher, die in den Positivloch-Akkumulierungsregionen 12 akkumuliert sind, so, dass sie in jeder der Kontaktregionen 29 verteilt sind. Der Entladungsweg der positiven Löcher ist verteilt, und dies mildert die überschüssige Konzentration von positiven Löchern. Somit ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die eine hohe Durchbruchspannung aufweist.
Die vorgenannte Halbleitervorrichtung weist außerdem die folgenden Merkmale auf. Die Kontaktregionen 29 sind an Innenseiten des Paars aus Gate-Elektroden 32 ausgebildet, die an beiden Enden der Positivloch-Akkumulierungsregion 12 ausgebildet sind und die die Body-Sektionen 26b ohne Emitterregion 28 von den Body-Sektionen 26a mit der Emitterregion 28 trennen. Infolgedessen ist ein großer Abstand zwischen den Kontaktregionen 29 und der Innenseite (einem mittleren Teil) der Positivloch-Akkumulierungsregion 12, in der die positiven Löcher akkumulieren, vorhanden. Dadurch wird die schnelle Entladung der positiven Löcher während des Einschaltens der Halbleitervorrichtung verringert. Eine größere Zahl an positiven Löchern akkumuliert, und somit wird die Ein-Spannung der Halbleitervorrichtung verringert.
Ferner sind keine Lücken 38 entlang einer geraden Linie, die zwischen dem Paar aus Graben-Gate-Elektroden 32 verläuft, ausgebildet. Infolgedessen folgen die positiven Löcher, die in der Positivloch-Akkumulierungsregion 12 akkumuliert sind, einem gewundenen Weg, während sie in Richtung auf die Kontaktregionen 29 durch die Lücken 38 gelangen. Der Abstand zu den Kontaktregionen 29 wird somit vergrößert. Dadurch wird die schnelle Entladung der positiven Löcher verringert, während die Halbleitervorrichtung eingeschaltet wird, und infolgedessen wird die Ein-Spannung der Halbleitervorrichtung verringert.
Darüber hinaus weisen in der vorliegenden Ausführungsform die ersten Gräben 35 einen Aufbau auf, der im Wesentlichen identisch ist mit den Graben-Gate-Elektroden 32. Infolgedessen können sie anhand eines identischen Verfahrens hergestellt werden. Die ersten Gräben 35 können auf einfache Weise hergestellt werden, einfach durch Anpassen der Musterung eines Maskierungsmaterials zur Ausbildung der Lücken 38. Folglich besteht keinen Notwendigkeit, einen neuen Prozess hinzuzufügen, der für die Ausbildung der ersten Gräben 35 spezifisch ist, und somit ist eine einfache Herstellung möglich.
5 zeigt schematisch Varianten der ersten Ausführungsform. 134a, 134b, 134c und 134d sind eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden, die in Streifenform ausgebildet sind. Regionen zwischen den Graben-Gate-Elektroden 134 sind Positivloch-Akkumulierungsregionen. Erste Gräben mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Formen können in den Positivloch-Akkumulierungsregionen ausgebildet sein. Es kann verhindert werden, dass sich positive Löcher, die in einer der Positivloch-Akkumulierungsregionen akkumuliert sind, zu sehr in den peripheren Body-Kontaktregionen (nicht dargestellt, aber in diesem Fall in x- und y-Richtung verlaufend) konzentrieren.
In 5(a) sind erste Gräben 136a in Streifenform ausgebildet und verlaufen in einer Richtung, in der sie benachbarte Graben-Gate-Elektroden 134a verbinden (in x-Richtung). Das heißt, die ersten Gräben 136a verlaufen in orthogonaler Richtung zu den ersten Graben-Gate-Elektroden 134. In diesem Fall bewegen sich die positiven Löcher, die zwischen den ersten Gräben 136a akkumuliert sind, in Längsrichtung der ersten Gräben 136a (in x-Richtung), wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird. Die positiven Löcher, die gewandert sind, werden über Kontaktregionen 129a, die zu beiden Seiten der Positivloch-Akkumulierungsregion ausgebildet sind, an die Emitterelektrode entladen. Infolgedessen kann verhindert werden, dass positive Löcher sich übermäßig in peripheren Body-Kontaktregionen konzentrieren (nicht dargestellt).
In 5(b) sind erste Gräben 136b in Streifenform ausgebildet und verlaufen in einer Richtung, die Elemente einer Richtung, die benachbarte Gate-Elektroden 234b verbindet (in x-Richtung), und Elemente in einer Richtung, die orthogonal zu dieser Richtung ist (in y-Richtung), aufweist. Dis könnte man auch als Richtung bezeichnen, die in Bezug auf die x-Richtung abfällt.
In diesem Fall bewegen sich die positiven Löcher, die zwischen den ersten Gräben 136b akkumuliert sind, in Gefällerichtung, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird. Die positiven Löcher, die sich bewegt haben, werden über Kontaktregionen 129b, die zu beiden Seiten der Positivloch-Akkumulierungsregion ausgebildet sind, an die Emitterelektrode entladen. Infolgedessen kann verhindert werden, dass sich die positiven Löcher übermäßig in peripheren Body-Kontaktregionen konzentrieren (nicht dargestellt).
In 5(c) sind erste Gräben 136c punktförmig ausgebildet. In diesem Fall laufen die akkumulierten positiven Löcher durch Räume zwischen den Punkten, um sich in Richtung auf die Kontaktregionen 139c, die zu beiden Seiten der Positivloch-Akkumulierungsregion ausgebildet sind, zu bewegen. Die positiven Löcher werden daran gehindert, sich übermäßig in peripheren Body-Kontaktregionen zu konzentrieren (nicht dargestellt).
In 5(d) sind erste Gräben als erste Gräben 136d ausgebildet, die in y-Richtung verlaufen, und als erste Gräben 137d, die in x-Richtung verlaufen. Räume zwischen den ersten Gräben 136d und den ersten Gräben 137d fügen sich an die Body-Sektionen an beiden Seiten an.
Auch in diesem Fall werden die positiven Löcher, die sich zwischen den ersten Gräben 136d und den ersten Gräben 137d akkumuliert haben, über Kontaktregionen 129d, die zu beiden Seiten der Positivloch-Akkumulierungsregion in den Body-Sektionen ausgebildet sind, an die Emitterelektrode entladen. Infolgedessen kann verhindert werden, dass sich die positiven Löcher übermäßig in peripheren Body-Kontaktregionen konzentrieren (nicht dargestellt). In diesem Fall sind Body-Sektionen der Positivloch-Akkumulierungsregion außerdem auf komplizierte Weise angeordnet. Infolgedessen folgen die positiven Löcher, die zwischen den ersten Gräben 136d und den ersten Gräben 137d akkumuliert sind, einem gewundenen Weg, wenn sie sich in Richtung auf die Kontaktregionen 129d bewegen. Der Abstand zu den Kontaktregionen 129d ist somit vergrößert. Dies erhöht die Zahl der positiven Löcher, die in der Body-Sektion der Positivloch-Akkumulierungsregion akkumuliert sind, während die Halbleitervorrichtung eingeschaltet wird, und infolgedessen kann eine niedrige Ein-Spannung erhalten werden.
In diesem Beispiel sind die ersten Gräben 136d und die ersten Gräben 137d aneinander gefügt. Sie können jedoch ebenso gut getrennt sein. Ferner sind diese Gräben nicht auf die Ausbildung in x- und y-Richtungen beschränkt, sondern können so ausgebildet sein, dass sie eine Mischung beliebiger anderer direktionaler Elemente aufweisen.
(Zweite Ausführungsform)
6 zeigt eine Draufsicht auf wichtige Teil einer Halbleitervorrichtung einer zweiten Ausführungsform. Eine Längsschnittdarstellung von wichtigen Teilen dieser Halbleitervorrichtung ist identisch mit der herkömmlichen Konstruktion und der ersten Ausführungsform. Infolgedessen wird auf ihre Beschreibung hier verzichtet.
Ein charakteristisches Merkmal dieser Halbleitervorrichtung besteht darin, dass ein zweiter Graben 238 vorgesehen ist, der eine periphere Region 214 und Body-Sektionen 226 mit einer Vielzahl von ersten Gräben trennt (in 6 sind Graben-Isolierschichten 236 anstelle der ersten Gräben dargestellt). Der zweite Graben 238 besteht aus einem Isolator. Ferner sind peripherieseitige Kontaktregionen 227 und 242, die mit einer Emitterelektrode verbunden sind, auf der Seite der peripheren Region 214 und auf der Seite einer Positivloch-Akkumulierungsregion 212 ausgebildet. Der zweite Graben 238 befindet sich zwischen diesen peripherseitigen Kontaktregionen 227 und 242.
7(a) zeigt eine Längsschnittdarstellung von wichtigen Teilen entlang der Linie VII-VII von 6. Die Pfeile in 7(a) zeigen die Bewegung von positiven Löchern. Wie in 7(a) dargestellt, hindert die Vorsehung des zweiten Grabens 238 physikalisch die Bewegung der positiven Löcher, die von der Seite der Positivloch-Akkumulierungsregion 212 und der Seite der peripheren Region 214 injiziert werden. Infolgedessen wird die Konzentration der positiven Löcher verhindert. Da die peripherieseitigen Kontaktregionen 227 und 242 für jede Region vorgesehen sind, werden ferner positive Löcher, die von jeder Region injiziert werden, über diese peripherieseitigen Kontaktregionen 227 und 242 an die Emitterelektrode entladen. Die Konzentration positiver Löcher kann somit zuverlässig verhindert werden, und es kann eine hohe Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung erhalten werden.
Die Konzentration von positiven Löchern kann noch wirksamer durch eine Kombination der Technik der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform verhindert werden, und es kann eine Halbleitervorrichtung mit noch höherer Durchbruchspannung erhalten werden.
7(b) und (c) zeigen Varianten der zweiten Ausführungsform. In der Variante von 7(b) ist ein Leiter 239b (der beispielsweise aus Polysilicium gefertigt ist) mit einer Isolierschicht 238b (die beispielsweise aus Siliciumoxid besteht) bedeckt. Diese ersetzen den zweiten Graben 238 der zweiten Ausführungsform. Der Leiter 239b ist mit einer Emitterelektrode E verbunden.
In dieser Variante wird ein Teil der positiven Löcher, die von der Seite der Positivloch-Akkumulationsregion 212 und der Seite der peripheren Region 214 ge wandert sind, von dem Leiter 239b, der am Emitterpotential befestigt ist, angezogen. Infolgedessen werden diese positiven Löcher an die Emitterelektrode entladen, die entlang einer Seitenwand der Isolierschicht 238b verläuft. Falls der zweite Graben mit Isolator gefüllt ist, konzentrieren sich die positiven Löcher, die von der Seite der Positivloch-Akkumulierungsregion 212 und der Seite der peripheren Region 214 gewandert sind, bereitwillig an Abschnitten der peripheren Seitenkontaktregionen 227 und 242, die einen hohen Krümmungsgrad aufweisen (227a und 242a). Wenn der zweite Graben mit dem Leiter 239b gefüllt ist, der vom Isolator 238b bedeckt ist, werden die positiven Löcher vom Leiter 239b angezogen, der am Emitterpotential befestigt ist. Daher kann in der vorliegenden Variante eine übermäßige Konzentration der positiven Löcher an den Abschnitten (227a und 242a) mit hohem Krümmungsgrad verringert werden. Da die Konzentration der positiven Löcher wirksam verringert werden kann, kann eine Halbleitervorrichtung mit höherer Durchbruchspannung erhalten werden.
In der Variante von 7(c) füllt ein Leiter 239 (der beispielsweise aus einem Metall, wie Aluminium, gefertigt ist) den zweiten Graben 238 der zweiten Ausführungsform. Der Leiter 239 ist mit einer Emitterelektrode E verbunden.
In dieser Variante wird ein Teil der positiven Löcher, die sich von der Seite der Positivloch-Akkumulierungsregion 212 und der Seite der peripheren Region 214 bewegt haben, schnell über den Leiter 239 an die Emitterelektrode E entladen. Infolgedessen kann eine übermäßige Konzentrierung von positiven Löchern an den Teilen der peripherieseitigen Kontaktregionen 227 und 142, die einen hohen Krümmungsgrad aufweisen, verringert werden. Da die Konzentrierung der positiven Löcher wirksam verhindert werden kann, kann eine Halbleitervorrichtung mit höherer Durchbruchspannung erhalten werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen erläutern nur einige Möglichkeiten der Erfindung und beschränken nicht deren Ansprüche. Die in den Ansprüchen beschriebene Technik umfasst verschiedene Abwandlungen und Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen.
Ferner können die technischen Elemente, die in der vorliegenden Patentschrift oder den Figuren offenbart sind, einzeln oder in allen Arten von Zusammenstellungen verwendet werden und sind nicht auf die in den Ansprüchen zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung ausgeführten Zusammenstellungen beschränkt. Ferner kann die in der vorliegenden Patentschrift oder den Figuren offenbarte Technik verwendet werden, um gleichzeitig eine Vielzahl von Zielen zu erreichen oder nur eines dieser Ziele zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG
ISOLIERSCHICHT-BIPOLARTRANSISTOR
Die Halbleitervorrichtung weist eine Kollektorelektrode, eine p⁺-Kollektarregion, die auf der Kollektorelektrode ausgebildet ist, eine n^–-Drift-Region, die auf der Kollektorregion ausgebildet ist, eine p^–-Body-Region, die auf der Drift-Region ausgebildet ist, und eine Vielzahl von n⁺-Emitterregionen, die in der Body-Region ausgebildet sind, auf. Die Emitterregionen sind mit einer Emitterelektrode verbunden. Eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden ist in der Body-Region ausgebildet. Jede Graben-Gate-Elektrode liegt, mit einer Isolierschicht dazwischen, einem Abschnitt der Body-Region gegenüber, der die Drift-Region und die Emitterregion trennt. Die Body-Region ist in eine Vielzahl von Body-Sektionen geteilt, und die Body-Sektionen sind in zwei Gruppen unterteilt. Eine Gruppe weist die Emitterregion in der Body-Sektion auf, und die andere Gruppe weist keine Emitterregion auf. Eine Vielzahl von ersten Gräben ist in der Body-Sektion ohne Emitterregion ausgebildet. Eine p⁺-Kontaktregion ist zwischen dem ersten Graben und der Graben-Gate-Elektrode ausgebildet.

Claims

Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: eine Kollektorelektrode; eine Kollektorregion mit einer ersten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorelektrode verbunden ist; eine Drift-Region mit einer zweiten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorregion verbunden ist; eine Body-Region mit der ersten ersten Art von Leitfähigkeit, die durch die Drift-Region von der Kollektorrregion getrennt ist; eine Vielzahl von Emitterregionen, wobei jede Emitterregion die zweite Art von Leitfähigkeit aufweist und von der Drift-Region durch die Body-Region getrennt ist; eine Emitterelektrode, die mit den Emitterregionen verbunden ist; eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden, wobei jede Graben-Gate-Elektrode, mit einer Isolierschicht dazwischen, jeweils einem Abschnitt der Body-Region, der die Drift-Region und die Emitterregion trennt, gegenüber liegt, wobei die Body-Region durch die Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden in eine Vielzahl von Body-Sektionen geteilt ist, und die Body-Sektionen in zwei Gruppen unterteilt sind, wobei eine Gruppe die Emitterregion in der Body-Selektion aufweist und die andere Gruppe keine Emitterregion in der Body-Sektion aufweist; eine Vielzahl von ersten Gräben, die in den Body-Regionen ohne Emitterregion ausgebildet sind; eine periphere Region, die die Emitterregionen und die Graben-Gate-Elektroden umgibt, eine Kontaktregion mit der ersten Art von Leitfähigkeit, die zwischen dem ersten Graben und der Graben-Gate-Elektrode ausgebildet ist und die mit der Emitterelektrode verbunden ist, wobei ein Teil der Body-Sektion, der zwischen den ersten Gräben angeordnet ist, über die Kontaktregion elektrisch mit der Emitterelektrode verbunden ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Gräben aus einem Isolator oder einem Leiter, der mit einem Isolator bedeckt ist, bestehen.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei jeder der ersten Gräben in Längsrichtung verläuft, ein Schlitz in jedem der ersten Gräben ausgebildet ist und zwischen den Body-Sektionen, die zu beiden Seiten des ersten Grabens angeordnet sind, eine elektrische Verbindung mittels der Schlitze besteht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Orte der Schlitze in benachbarten ersten Gräben sich gegenseitig in Längsrichtung des ersten Grabens unterscheiden.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede der Graben-Gate-Elektroden in Längsrichtung verläuft, und jeder der ersten Gräben in einer Richtung verläuft, die Elemente der Längsrichtung der Graben-Gate-Elektroden und der Richtung, die dazu orthogonal ist, aufweisen.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede der Graben-Gate-Elektroden in Längsrichtung verläuft, und jeder der ersten Gräben ebenfalls verläuft, wobei eine Längsrichtung der ersten Gräben orthogonal zur Längsrichtung der Graben-Gate-Elektroden ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede der Graben-Gate-Elektroden in Längsrichtung verläuft, und die Vielzahl der ersten Gräben in Längsrichtung der Graben-Gate-Elektroden wiederholt wird.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner folgendes einschließt: einen zweiten Graben, der entlang einer Innengrenze der peripheren Body-Kontaktregion ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: eine Kollektorelektrode; eine Kollektorregion mit einer ersten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorelektrode verbunden ist; eine Drift-Region mit einer zweiten Art von Leitfähigkeit, die mit der Kollektorregion verbunden ist; eine Body-Region mit der ersten Art von Leitfähigkeit, die von der Kollektorregion durch die Drift-Region getrennt ist; eine Vielzahl von Emitterregionen, wobei jede Emitterregion die zweite Art von Leitfähigkeit aufweist und von der Drift-Region durch die Body-Region getrennt ist; eine Emitterelektrode, die mit den Emitterregionen verbunden ist; eine Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden, wobei jede Graben-Gate-Elektrode, mit einer Isolierschicht dazwischen, einem Abschnitt der Body-Region, der die Drift-Region und die Emitterregion trennt, gegenüber liegt, wobei die Body-Region durch die Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden in eine Vielzahl von Body-Sektionen getrennt ist, und die Body-Sektionen in zwei Gruppen unterteilt sind, wobei eine Gruppe die Emitterregion in der Body-Sektion aufweist und die andere Gruppe keine Emitterregion in der Body-Sektion aufweist; eine Vielzahl von ersten Gräben, die in der Body-Sektion ausgebildet sind, die keine Emitterregionen aufweist; eine periphere Region, die die Emitterregionen und die Vielzahl von Graben-Gate-Elektroden umgibt; und einen zweiten Graben, der entlang einer Innengrenze der peripheren Region ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Graben aus einem Isolator oder einem Leiter, der mit einem Isolator bedeckt ist, besteht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der zweite Graben aus einem Isolator besteht oder aus einem Leiter, der mit einem Isolator bedeckt ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2, 10 oder 11, wobei die Leiter, die in den ersten Gräben und/oder den zweiten Gräben vorgesehen sind, mit der Emitterelektrode verbunden sind.