DE112009000253B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung, die umfasst:eine Hauptvorrichtung (24);eine Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate für die Stromdetektion, die so konfiguriert ist, dass sie eine kleinere Größe aufweist als die Hauptvorrichtung (24); undeinen Widerstand, der mit der Hauptvorrichtung (24) und der Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate verbunden ist, wobeidie Stehspannung der Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate unter einer Vorspannung in Sperrrichtung höher ist als die Stehspannung der Hauptvorrichtung (24), wobeidie Hauptvorrichtung (24) umfasst:einen ersten Halbleiterbereich (32) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptoberfläche einer ersten Halbleiterschicht (27) mit einer ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist,einen ersten Halbleiterbereich (38) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit, der selektiv in einer Oberflächenschicht des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist,eine erste Gateelektrode (26), die auf einer ersten Gateisolatorschicht (39), über einer Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen dem ersten Halbleiterbereich (38) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und der ersten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist,eine erste Elektrode (25), die den ersten Halbleiterbereich (38) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und den ersten Halbleiterbereich (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp kontaktiert, undeine zweite Elektrode (28), die auf einer Seite ausgebildet ist, die näher an einer zweiten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit liegt, unddie Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate für die Stromdetektion umfasst:einen zweiten Halbleiterbereich (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptoberfläche einer zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist,einen zweiten Halbleiterbereich (35) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit, der selektiv in einer Oberflächenschicht des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist,eine zweite Gateelektrode (23), die auf einer zweiten Gateisolatorschicht (36) über einer Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen dem zweiten Halbleiterbereich (35) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und der zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist,eine dritte Elektrode (22), die den zweiten Halbleiterbereich (35) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und den zweiten Halbleiterbereich (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp kontaktiert, undeine vierte Elektrode (28), die auf einer Seite ausgebildet ist, die näher an einer zweiten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit liegt, wobeider Widerstand mit der ersten Elektrode (25) und der dritten Elektrode (22) verbunden ist,die zweite Elektrode (28) und die vierte Elektrode (28) kurzgeschlossen sind, unddie Diffusionstiefe des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp flacher ist als die Diffusionstiefe des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobeidie erste Gateisolatorschicht (39) und die zweite Gateisolatorschicht die gleiche Dicke aufweisen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die einen Strom detektiert.
  • STAND DER TECHNIK
  • Unter Halbleitervorrichtungen mit isoliertem Gate, wie z. B. Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) wurde eine Technologie offenbart, bei der ein Halbleiterchip eine Haupthalbleitervorrichtung mit isoliertem Gate (nachstehend Hauptvorrichtung) und eine Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate mit kleiner Größe zur Stromdetektion (nachstehend Stromdetektionsvorrichtung), die von der Hauptvorrichtung separat ist und sich einen Gate- und einen Drainanschluss mit der Hauptvorrichtung teilt, umfasst (siehe beispielsweise nachstehende Patentdokumente 1, 2 und 3). Ein Widerstand für die Stromdetektion ist mit einem Sourceanschluss der Stromdetektionsvorrichtung verbunden, so dass ein sehr kleiner elektrischer Strom, der zu dem Strom, der durch die Hauptvorrichtung fließt, proportional ist, durch einen Spannungsabfall am Widerstand detektiert wird. Gemäß den Halbleitervorrichtungen mit isoliertem Gate mit einer solchen Stromdetektionsfunktion (nachstehend Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion) wird der Strom, der durch die Stromdetektionsvorrichtung fließt und zu dem Strom, der durch die Hauptvorrichtung fließt, proportional ist, durch den Widerstand detektiert, wodurch ein Alarm ausgelöst wird oder eine Schutzschaltung aktiviert wird, wenn ein Überstrom in der Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate fließt.
  • 35 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion. 36 ist eine Schnittansicht entlang einer in 35 dargestellten Linie A-A'. Wie in diesen Figuren dargestellt, befindet sich im Allgemeinen eine Stromerfassungselektrode 2 einer Stromdetektionsvorrichtung 1 auf derselben Metallschicht wie eine Sourceelektrode 5 der Hauptvorrichtung und ist von der Sourceelektrode 5 separat. Zwischen der Stromerfassungselektrode 2 und der Sourceelektrode 5 ist ein Widerstand 10 zur Stromdetektion angeschlossen.
  • Ein Gateisolator (nicht dargestellt) und eine Gateelektrode 3 der Stromdetektionsvorrichtung 1 sind jeweils auf derselben Schicht wie ein Gateisolator (nicht dargestellt) und eine Gateelektrode 6 der Hauptvorrichtung 4 abgeschieden. Eine Driftschicht 7 und eine Drainelektrode 8 werden zwischen der Stromdetektionsvorrichtung 1 und der Hauptvorrichtung 4 geteilt. Die Gateelektrode 3 der Stromdetektionsvorrichtung 1 und die Gateelektrode 6 der Hauptvorrichtung 4 sind über eine elektrische Gatekontaktstelle 9 verbunden. In 36 sind ein Körperbereich und ein Sourcebereich weggelassen.
  • 37 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion. Wie in 37 dargestellt, sind in der herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit planarem Gate mit einer Stromdetektionsfunktion eine Störstellendichte und eine Diffusionstiefe eines Körperbereichs 12 der Hauptvorrichtung 4 zur Störstellendichte und zur Diffusionsdichte eines Körperbereichs 11 der Stromdetektionsvorrichtung 1 im Wesentlichen äquivalent und Krümmungen jedes Kantenteils sind auch im Wesentlichen gleich. Ferner sind ein Intervall zwischen benachbarten Körperbereichen 12 der Hauptvorrichtung 4 und ein Intervall zwischen benachbarten Körperbereichen 11 der Stromdetektionsvorrichtung 1 im Wesentlichen äquivalent.
  • 38 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion. Wie in 38 dargestellt, ist in einer herkömmlichen Grabengate-Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion die Tiefe und die Breite eines Grabens 14 der Hauptvorrichtung 4 zur Tiefe und zur Breite eines Grabens 13 der Stromdetektionsvorrichtung 1 im Wesentlichen äquivalent. Ein Intervall zwischen benachbarten Gräben 14 der Hauptvorrichtung 4 ist zu einem Intervall zwischen benachbarten Gräben 13 der Stromdetektionsvorrichtung 1 im Wesentlichen äquivalent. Ferner ist die Diffusionstiefe eines Körperbereichs 12 der Hauptvorrichtung 4 gleich der Diffusionstiefe eines Körperbereichs 11 der Stromdetektionsvorrichtung 1.
  • Die Störstellendichte des Körperbereichs 12 der Hauptvorrichtung 4 ist gleich einer Störstellendichte des Körperbereichs 11 der Stromdetektionsvorrichtung 1. Wenn ein Teil des Körperbereichs 12 und ein Teil des Körperbereichs 11 jeweils nicht mit der Sourceelektrode 5 verbunden sind oder elektrisch isoliert sind, ist das Verhältnis des Teils des Körperbereichs 12, der mit der Sourceelektrode 5 in Kontakt steht, im Wesentlichen äquivalent zum Verhältnis des Teils des Körperbereichs 11, der mit der Stromerfassungselektrode 2 in Kontakt steht.
  • Für eine IGBT-Vorrichtung, die große Mengen an Leistung steuert, besteht insofern ein Problem, als, wenn ein äußerst großer Strom fließt, die Vorrichtung zerstört wird. Wenn eine hohe Spannung angelegt wird oder ein großer Strom fließt, wird eine Gatespannung instabil, was einen ungleichmäßigen Strom oder eine Stromschwingung verursacht. Für einen IGBT mit einer Stromdetektionsfunktion besteht insofern ein Problem, als eine Verzögerung des Schutzes oder eine instabile Schwingung wahrscheinlich auftritt, da eine Rückkopplungsschleife, die ab der Detektion eines großen Stroms beginnt, bis zur Verringerung der Gatespannung lang ist.
  • Um diese Probleme anzugehen, wird in einer Grabengate-IGBT-Struktur, in der eine Gateelektrode in einem Graben vergraben ist, eine Elektrode mit einer ähnlichen Struktur zur Grabengateelektrode implantiert und wird mit einer Emitterelektrode elektrisch verbunden, was Blindgraben-IGBT-Struktur [engl.: dummy trench IGBT structure] genannt wird (siehe beispielsweise nachstehendes Patentdokument 4). Gemäß der Blindgraben-IGBT-Struktur ist das Potential der implantierten Elektrode zu jenem des Emitters identisch. Folglich kann eine negative Ladung, die an einer unwirksamen Gateelektrode (implantierten Elektrode) erzeugt wird, entfernt werden und der Einfluss der negativen Ladung kann verhindert werden. Daher wird die Gatespannung selbst dann stabil, wenn eine hohe Spannung angelegt wird oder ein großer Strom fließt, und ein ungleichmäßiger Strom oder eine Stromschwingung wird verhindert. Folglich wird die Zerstörung der Vorrichtung selbst dann verhindert, wenn ein äußerst großer Strom fließt.
  • Eine herkömmliche Halbleitervorrichtung mit einer Blindgrabenstruktur und einer Stromdetektionsfunktion wird erläutert. 39 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur der herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Blindgrabenstruktur und einer Stromdetektionsfunktion darstellt. Wie in 39 dargestellt, weisen in der herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Blindgrabenstruktur und einer Stromdetektionsfunktion eine Hauptvorrichtung 4 und eine Stromdetektionsvorrichtung 1 beide eine Blindgraben-IGBT-Struktur (nachstehend „erste Blindgrabenstruktur“) 101 auf. Im Fall eines IGBT werden ein Körperbereich, eine Drainelektrode und eine Sourceelektrode Basisbereich, Kollektorelektrode bzw. Emitterelektrode genannt. Die Stromdetektionsvorrichtung 1 ist auf demselben Halbleitersubstrat wie die Hauptvorrichtung 4 ausgebildet. Daher teilen sich die Stromdetektionsvorrichtung 1 und die Hauptvorrichtung 4 eine n-Driftschicht 7, eine p-Kollektorschicht 62 und eine Kollektorelektrode 8.
  • Sowohl die Stromdetektionsvorrichtung 1 als auch die Hauptvorrichtung 4 weisen mehrere Gräben auf einer Oberfläche entgegengesetzt zur n-Driftschicht 7 und zur Kollektorelektrode 8 auf. In den Gräben sind Grabengateelektroden 73 und 74 und Blindgrabenelektroden 75 und 76 ausgebildet, wobei die Gateelektroden 3 und 6, Elektroden, die aus polykristallinem Silicium oder dergleichen bestehen, mit einer Gateisolationsschicht implantiert sind, die durch den Graben und die Elektrode flankiert ist. Die Grabengateelektrode 73 und 74 sind mit einem Gateanschluss elektrisch verbunden. Die Blindgrabenelektroden 75 und 76 sind nicht mit dem Gateanschluss verbunden. Da der IGBT den Hauptstrom am Gate steuert, tragen die Blindgrabenelektroden 75 und 76, die nicht mit dem Gateanschluss verbunden sind, nicht zur Steuerung bei.
  • In Bereichen zwischen den Grabengateelektroden 73 und zwischen den Grabengateelektroden 74 sind Basisbereiche 56 und 12 ausgebildet. Auf der Oberfläche der Basisbereiche 56 und 12 sind n+-Sourcebereiche 55 und 58 selektiv so ausgebildet, dass die n+-Sourcebereiche 55 und 58 die Grabengateelektroden 73 oder 74 berühren. Emitterelektroden 2 und 5 berühren die Basisbereiche 56 und 12 bzw. die n+-Sourcebereiche 55 und 58. Schwebende Schichten 71 und 72 vom p-Typ sind zwischen der Grabengateelektrode 73 und der Blindgrabenelektrode 75, zwischen der Grabengateelektrode 74 und der Blindgrabenelektrode 76, zwischen den Blindgrabenelektroden 75 und zwischen den Blindgrabenelektroden 76 ausgebildet. Da die schwebenden Schichten 71 und 72 vom p-Typ von den Elektroden 2 und 5 mit Zwischenisolationsschichten 57 und 60 dazwischen getrennt sind, sind die schwebenden Schichten 71 und 72 vom p-Typ von den Emitterelektroden 2 und 5 elektrisch isoliert.
  • Wie in 39 dargestellt, sind die Grabengateelektroden 73 der Stromdetektionsvorrichtung 1 und die Grabengateelektroden 74 der Hauptvorrichtung 4 elektrisch miteinander verbunden. Folglich werden die Grabengateelektroden 73 und 74 gleichzeitig angesteuert. Andererseits sind die Emitterelektrode 2 der Stromdetektionsvorrichtung 1 und die Emitterelektrode 5 der Hauptvorrichtung 4 getrennt. Folglich ist der Weg des Hauptstroms der Stromdetektionsvorrichtung 1 und der Hauptvorrichtung 4 unterschiedlich. Obwohl nicht gezeigt, sind außerdem die Blindgrabenelektroden 75 und 76 beispielsweise mit den Emitterelektroden 2 und 5 oder den schwebenden Schichten 71 und 72 vom p-Typ verbunden, um das Potential zu stabilisieren.
  • In 37 bis 39 ist die Größe der Hauptvorrichtung 4 ungefähr gleich der Stromdetektionsvorrichtung 1, aber tatsächlich ist der Flächeninhalt der Stromdetektionsvorrichtung 1 mehrere Zehntel kleiner als jener der Hauptvorrichtung 4. Das Verhältnis der Flächeninhalte widerspiegelnd ist daher der Strom, der durch die Stromdetektionsvorrichtung 1 fließt, mehrere Prozent von jenem, der durch die Hauptvorrichtung 4 fließt. Die Detektion des Stroms, der durch die Stromdetektionsvorrichtung 1 fließt, ermöglicht die Steuerung der Hauptvorrichtung 4, selbst wenn ein Überstrom durch die Hauptvorrichtung 4 fließt.
    • Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP H09 - 293 856 A
    • Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP H04 - 355 968 A
    • Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP H06 - 29 539 A
    • Patentdokument 4: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2003 - 188 382 A
  • Im Allgemeinen werden eine Hauptvorrichtung und eine Stromdetektionsvorrichtung auf demselben Halbleitersubstrat gemäß derselben Entwurfsregel hergestellt. Aufgrund von Unterschieden im Entwurf, einer Prozessvariation und so weiter kann jedoch die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung niedriger sein als die Stehspannung der Hauptvorrichtung. In diesem Fall kann eine große Vorspannung in Sperrrichtung einen Lawinendurchbruch in der Stromdetektionsvorrichtung vor der Hauptvorrichtung auslösen. Das elektrische Gatepotential unter der Vorspannung in Sperrrichtung ist im Allgemeinen gleich dem elektrischen Potential der Sourceelektrode der Hauptvorrichtung. Ferner ist das elektrische Gatepotential der Hauptvorrichtung gleich jenem der Stromdetektionsvorrichtung. Wenn ein Lawinendurchbruch an der Stromdetektionsvorrichtung auftritt und ein Lawinenstrom (Ia) durch einen Widerstand (R) der Stromdetektionsvorrichtung fließt, wird folglich die Potentialdifferenz (Ia × R) zwischen den Enden des Widerstandes an den Gateisolator der Stromdetektionsvorrichtung angelegt. Wenn die Stehspannung des Gateisolators der Stromdetektionsvorrichtung geringer ist als Ia × R, wird die Stromdetektionsvorrichtung durch die große Vorspannung in Sperrrichtung vor der Hauptvorrichtung beschädigt, wodurch der durch die Hauptvorrichtung fließende Storm nicht überwacht werden kann.
  • Im Fall eines IGBT mit einer Stromdetektionsfunktion kann ferner die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung aufgrund der Verarbeitung einer Diffusionsschicht, die peripher angeordnet ist, niedriger werden. Wenn eine große Stoßspannung beispielsweise aufgrund einer Umschaltoperation des IGBT auftritt, bauen sich folglich Lasten und Ströme in der Stromdetektionsvorrichtung auf, die, da sie eine niedrige Stehspannung aufweist, zerstört wird, was die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verringert.
  • Die US 5 453 390 A beschreibt eine Leistungshalbleitervorrichtung mit Stromerfassungsfunktion, umfassend einen Erfassungsteil, das die Elemente mit einer besseren Durchbruchspannungsfähigkeit als diejenigen eines Hauptstromteils enthält. Die Leistungshalbleitervorrichtung umfasst Elemente wie DMOS-, IGBT- oder BPT-Zellen. Ein Bereich des Geräts dient als Erkennungsteil und ein anderer als Hauptstromteil. Der Erfassungsteil und der Hauptstromteil teilen als gemeinsame Elektrode ein Substrat hoher Dichte mit einer Schicht niedriger Dichte eines ersten Leitfähigkeitstyps. Die Oberfläche der Schicht niedriger Dichte trägt jeweils einen Haupt- und einen untergeordneten Wannenbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Die Oberfläche des Hauptwannenbereichs trägt einen Oberflächenelektrodenbereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der als die andere Elektrode des Hauptstromteils wirkt; wobei die Oberfläche des untergeordneten Wannenbereichs einen Oberflächenelektrodenbereich des ersten Leitfähigkeitstyps trägt, der als die andere Elektrode des Erfassungsteils wirkt. Der untergeordnete Wannenbereich wird beispielsweise durch Verwendung einer Maske mit schmaleren Öffnungen, durch die der frühere Bereich gebildet wird, flacher als der Hauptwannenbereich gemacht. Dies führt dazu, dass ein Durchgriff im Hauptstromteil auftritt, wobei sein Wannenbereich einen kürzeren Abstand zum Substrat mit hoher Dichte hat, und nicht im Erfassungsteil, dessen Wannenbereich einen längeren Abstand zum Substrat hat.
  • Die US 5 614 749 A beschreibt einen Siliziumkarbid-Graben-MOSFET, der ein Halbleitersubstrat vom ersten Leitfähigkeitstyp aus Siliziumkarbid enthält. Eine Driftschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und eine Basisschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die beide aus Siliziumkarbid bestehen, werden nacheinander durch epitaktisches Wachstum auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Die Driftschicht des ersten Leitfähigkeitstyps hat eine niedrigere Verunreinigungskonzentration als das Halbleitersubstrat. Ein Source-Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist in einem Teil einer Oberflächenschicht der Basisschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Eine Gateelektrode wird durch einen Isolierfilm in einem ersten Graben aufgenommen, der sich von einer Oberfläche des Sourcebereichs des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt, um die Driftschicht des ersten Leitfähigkeitstyps zu erreichen. Eine auf einer Innenfläche eines zweiten Grabens angeordnete Shottky-Elektrode mit einer größeren Tiefe als der erste Graben.
  • US 2005 / 0 263 853 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate. Ein Ladungsspeichergrabengate-Biopolartransistor (CSTBT) umfasst eine Ladungsspeicherschicht, die zwischen einem P-Basisbereich und einem Halbleitersubstrat gebildet ist, und die Ladungsspeicherschicht eine Fremdstoffkonzentration hat, die höher ist als die des Halbleitersubstrats. Der P-Basisbereich in einer Peripherie einer Gateelektrode fungiert als Kanal. Wenn angenommen wird, dass eine Störstellenkonzentration eines ersten Ladungsspeicherschicht-Schichtbereichs unmittelbar unter dem Kanal ND1 ist und eine Störstellenkonzentration eines zweiten Ladungsspeicherschicht-Schichtbereichs, der nicht direkt unter dem Kanal liegt, ND2 in der Ladungsspeicherschicht ist, ist die Beziehung der Verunreinigungskonzentrationen durch ND1<ND2 definiert. Somit können eine Gatekapazität und ein Kurzschlussstrom gesteuert werden und eine Schwankung der Schwellenspannung kann verhindert werden.
  • Die Publikation MATSUSHITA K.; OMURA I.; OGURA T.: Blocking voltage design consideration for deep trench MOS gate high power devices. In: Proceeding of 1995 International Symposium on Power Semiconductor Devices. 1995, S. 256-260 beschreibt die Realisierung einer Grabengatevorrichtung mit hoher Sperrspannung.
  • US 6 180 966 B1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung vom Grabengatetyp mit einer Stromerfassungszelle welche so zusammengesetzt ist, dass die Orientierung der Kristallfläche an den Seitenwänden der Gräben, die die Kanäle der Grabengates bilden, in einer Hauptzelle gleich oder nahezu gleich ist oder äquivalent oder nahezu äquivalent zu der Orientierung des Kristalls ist, und zwar an den Seitenwänden von Gräben, die die Kanäle von Grabengates in einer Stromerfassungszelle bilden, was den Haupt- und den Sensorzellen die gleiche Leistung bringt, wodurch die Stromerfassung mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann.
  • Die JP 2002 - 016 252 A beschreibt ein Halbleiterelement vom Isolationsgate-Typ mit verringerter parasitärer Kapazität, wobei sein Einrasten verhindert wird, das durch den erzeugten Lawinenstrom verursacht wird, wenn es abgeschaltet wird. Das Halbleiterelement vom Isolationsgate-Typ hat Dummy-Gates, die auf beiden Seiten jedes Grabengates vorgesehen sind, wobei jede N-Typ-Source-Schicht auf der Oberfläche einer P-Typ-Basisschicht ausgebildet ist, die sich zwischen dem Grabengate und dem benachbarten Dummy-Gate dazu befindet, um es mit der Oberfläche der Seitenwand des Grabengates zu kontaktieren, und Kontaktpositionen einer Emitterelektrode hat, die auf beiden Seiten des Grabengates vorgesehen sind. Indem die Emitterelektrode mit der Basisschicht vom P-Typ und den Source-Schichten vom N-Typ ohmisch in Kontakt gebracht wird, wird die Gate-Kapazität des Halbleiterelements verringert, ohne seine Kanaldichte zu verringern und das Konzentrationsausmaß seines Lawinenstroms ist entspannt.
  • US 5 097 302 A beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit Stromerfassungsfähigkeit. In einer Halbleitervorrichtung vom Leistungs-MOS-Typ mit einem Stromerfassungsanschluss ist eine erste Anzahl von Haupt-MOSFET-Elementen parallel miteinander verbunden, und eine zweite Anzahl von Erfassungs-MOSFET-Elementen ist in ähnlicher Weise miteinander verbunden. Erste und zweite Anschlüsse der Haupt- und Erfassungs-MOSFET-Elemente sind gemeinsam verbunden. Ein dritter Anschluss eines der Erfassungs-MOSFET-Elemente wird als Stromerfassungsanschluss verwendet. Der an diesem Detektionsanschluss gemessene Strom oder die Spannung ist im Wesentlichen proportional zu dem Verhältnis der ersten Anzahl zur zweiten Anzahl. Zu diesem Zweck wird der parasitäre Widerstand in der Vorrichtung erhöht, um zu verhindern, dass ein Leckstrom durch sie fließt. Darüber hinaus ist der EIN-Widerstand jedes der Erfassungs-MOSFET-Elemente so ausgelegt, dass er um einen Betrag niedriger ist als der eines Haupt-MOSFET-Elements, der eine Funktion der ersten Anzahl und des Erfassungswiderstands ist, der mit dem Stromerfassungsanschluss verbunden ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung ist durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Vorteilhaft ist, eine Halbleitervorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, die Zerstörung der Stromdetektionsvorrichtung während einer Vorspannung in Sperrrichtung zu verhindern. Weiterhin ist vorteilhaft eine Halbleitervorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, die Zerstörung der Stromdetektionsvorrichtung zu verhindern, wenn ein Überstrom fließt.
  • Vorteilhaft wird eine Stromdetektionsvorrichtung vor einer Zerstörung unter einer Vorspannung in Sperrrichtung geschützt. Ein Isolationsdurchbruch an einem Gateisolator der Stromdetektionsvorrichtung unter einer Vorspannung in Sperrrichtung wird verhindert.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer ersten beanspruchten Ausführungsform;
    • 2 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zweiten beanspruchten Ausführungsform;
    • 3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dritten beanspruchten Ausführungsform;
    • 4 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer vierten beanspruchten Ausführungsform;
    • 5 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer fünften beanspruchten Ausführungsform;
    • 6 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer sechsten beanspruchten Ausführungsform;
    • 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer siebten beanspruchten Ausführungsform;
    • 8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer achten beanspruchten Ausführungsform;
    • 9 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer neunten beanspruchten Ausführungsform;
    • 10 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zehnten Ausführungsform darstellt;
    • 11 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß der zehnten Ausführungsform;
    • 12 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer elften Ausführungsform;
    • 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zwölften Ausführungsform darstellt;
    • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dreizehnten Ausführungsform;
    • 15 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer vierzehnten Ausführungsform darstellt;
    • 16 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform darstellt;
    • 17 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer sechzehnten Ausführungsform darstellt;
    • 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß der siebzehnten Ausführungsform darstellt;
    • 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer achtzehnten Ausführungsform darstellt;
    • 20 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer neunzehnten Ausführungsform darstellt;
    • 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 22 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 23 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 24 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 25 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 26 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 27 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 28 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 29 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer achtundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 30 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer neunundzwanzigsten Ausführungsform darstellt;
    • 31 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dreißigsten Ausführungsform darstellt;
    • 32 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer einunddreißigsten Ausführungsform darstellt;
    • 33 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zweiunddreißigsten Ausführungsform;
    • 34 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einer Vorrichtungsstruktur eines IGBT und der Stehspannung der Vorrichtung darstellt;
    • 35 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfu n ktion;
    • 36 ist eine Schnittansicht entlang einer in 35 dargestellten Linie A-A';
    • 37 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfu n ktion;
    • 38 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion; und
    • 39 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur der herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Blindgrabenstruktur und einer Stromdetektionsfunktion darstellt.
  • ERLÄUTERUNGEN VON BUCHSTABEN ODER ZIFFERN
    • 10
    Widerstand
    21
    Stromdetektionsvorrichtung
    22
    Stromerfassungselektrode
    23, 26
    Gateelektrode
    24
    Hauptvorrichtung
    25
    Sourceelektrode
    27
    n-Driftschicht
    28
    Drainelektrode
    31, 32
    p-Körperbereich
    33, 34
    Graben
    35, 38
    n+-Sourcebereich
    36, 39
    Gateisolator
    37,40
    Zwischenschichtisolator
    41
    n+-Bereich mit hoher Dichte
    42
    p-Kollektorschicht
    81, 82
    schwebende Schicht vom p-Typ
    83, 84
    Grabengateelektroden
    85, 86
    Blindgrabenelektrode
  • BESTE ART(EN) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden beispielhafte Ausführungsformen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nachstehend im Einzelnen erläutert. In der Patentbeschreibung und in den begleitenden Zeichnungen geben die Namen von Schichten und Bereichen mit einem Präfix „n“ oder „p“ an, dass Elektronen oder Löcher ein Majoritätsladungsträger sind. Irgendein Bereich mit dem angehängten Symbol „+“ gibt an, dass der Bereich eine höhere Störstellendichte als Schichten oder Bereiche ohne „+“ aufweist. In der Erläuterung der Ausführungsformen und der Zeichnungen sind identischen Komponenten dieselben jeweiligen Bezugszeichen gegeben und auf überflüssige Erläuterungen wird verzichtet.
  • Erste beanspruchte Ausführungsform
  • 1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer ersten beanspruchten Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt, ist eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten beanspruchten Ausführungsform ein MOSFET mit planarem Gate. Eine Stromdetektionsvorrichtung 21 ist auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet wie eine Hauptvorrichtung 24. Eine n-Driftschicht 27 und eine Drainelektrode 28 sind zwischen der Stromdetektionsvorrichtung 21 und der Hauptvorrichtung 24 geteilt. Die Stromdetektionsvorrichtung 21 und die Hauptvorrichtung 24 sind beispielsweise durch einen p-Trennbereich (nicht dargestellt) getrennt. Die Größe der Stromdetektionsvorrichtung 21 ist kleiner als die Größe der Hauptvorrichtung 24.
  • Eine Struktur der Stromdetektionsvorrichtung 21 wird beschrieben. Ein p-Körperbereich 31 ist selektiv in einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats vom n-Typ (der n-Driftschicht 27) abgeschieden. Ein n+-Sourcebereich 35 ist selektiv in einer Oberflächenschicht des p-Körperbereichs 31 abgeschieden. Eine Gateisolatorschicht 36 kontaktiert eine Oberfläche eines Bereichs des p-Körperbereichs 31 zwischen dem n+-Sourcebereich 35 und der n-Driftschicht 27. Eine Gateelektrode 23 ist auf der Gateisolatorschicht 36 abgeschieden. Die Gateelektrode 23 ist mit einem Zwischenschichtisolator 37 bedeckt. Eine Stromerfassungselektrode 22 kontaktiert den n+-Sourcebereich 35 und den p-Körperbereich 31 an einem Kontaktloch, das durch den Zwischenschichtisolator 37 mündet. Die Drainelektrode 27 kontaktiert eine zweite Hauptoberfläche.
  • Eine Struktur der Hauptvorrichtung 24 wird beschrieben. Ein p-Körperbereich 32 ist selektiv in einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats vom n-Typ (n-Driftschicht 27) abgeschieden. Ein n+-Sourcebereich 38 ist selektiv in einer Oberflächenschicht des p-Körperbereichs 32 abgeschieden. Eine Gateisolatorschicht 39 kontaktiert eine Oberfläche eines Teils des p-Körperbereichs 32 zwischen dem n+-Sourcebereich 38 und der n-Driftschicht 27. Eine Gateelektrode 26 ist auf der Gateisolatorschicht 39 abgeschieden. Die Gateelektrode 26 ist mit einem Zwischenschichtisolator 40 bedeckt. Eine Sourceelektrode 25 kontaktiert den n+-Sourcebereich 38 und den p-Körperbereich 32 an einem Kontaktloch, das durch den Zwischenschichtisolator 40 mündet.
  • Ein Widerstand für die Stromdetektion ist zwischen der Sourceelektrode 25 und der Stromerfassungselektrode 22 angeordnet und mit diesen verbunden. Der Widerstand für die Stromdetektion kann auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sein wie die Stromdetektionsvorrichtung 21 und die Hauptvorrichtung 24 oder kann ein externer Widerstand sein, der mit einem Halbleiterchip mit der Stromdetektionsvorrichtung 21 und der Hauptvorrichtung 24 verbunden ist.
  • Eine Strukturierung eines Isolators wie z. B. einer Oxidschicht, die die erste Hauptoberfläche des Substrats bedeckt, bildet beispielsweise gleichzeitig die Gateisolatorschicht 26 der Stromdetektionsvorrichtung 21 und die Gateisolatorschicht 39 der Hauptvorrichtung. Folglich weisen die Isolatoren 36 und 39 im Wesentlichen dieselbe Dicke auf. Die Dicke der Isolatoren 36 und 39 ist in einer solchen Weise ausgelegt, dass die Stehspannung der Gateisolatorschicht 36 größer ist als ein Produkt des Widerstandswerts des Widerstandes für die Stromdetektion und des maximalen Stroms durch die Stromdetektionsvorrichtung 21 unter einer Vorspannung in Sperrrichtung.
  • Die Diffusionstiefe des p-Körperbereichs 32 der Hauptvorrichtung 24 ist so ausgelegt, dass sie flacher ist als die Diffusionstiefe des p-Körperbereichs 31 der Stromdetektionsvorrichtung 21. In diesem Fall wird die Krümmung eines Kantenteils des p-Körperbereichs 32 kleiner als die Krümmung eines Kantenteils des p-Körperbereichs 31. Unter einer Vorspannung in Sperrrichtung wird folglich das elektrische Feld um den Kantenteil des p-Körperbereichs 32 stärker als das elektrische Feld um den Kantenteil des p-Körperbereichs 31, so dass ein Lawinendurchbruch gewöhnlich in der Hauptvorrichtung 24 vor der Stromdetektionsvorrichtung 21 auftritt, wodurch verhindert wird, dass die Stromdetektionsvorrichtung 21 vor der Hauptvorrichtung 24 beschädigt wird. Mit anderen Worten, die Stromdetektionsvorrichtung 21 weist unter der Vorspannung in Sperrrichtung eine höhere Stehspannung auf als die Hauptvorrichtung 24.
  • Zweite beanspruchte Ausführungsform
  • 2 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer Ausführungsform. Wie in 2 dargestellt, ist ein Intervall zwischen benachbarten p-Körperbereichen 32 der Hauptvorrichtung 24 größer als ein Intervall zwischen benachbarten p-Körperbereichen 31 der Stromdetektionsvorrichtung 21. Die Krümmung eines Kantenteils und eine Diffusionstiefe der p-Körperbereiche 31 und 32 sind gleich. Weitere Details sind ähnlich zur ersten beanspruchten Ausführungsform. Aufgrund der Verbreiterung des Intervalls zwischen den p-Körperbereichen 32 der Hauptvorrichtung 24 tritt gewöhnlich ein Lawinendurchbruch in der Hauptvorrichtung 24 vor der Stromdetektionsvorrichtung 21 auf, wodurch verhindert wird, dass die Stromdetektionsvorrichtung 21 vor der Hauptvorrichtung 24 beschädigt wird. Die Merkmale der ersten und der zweiten beanspruchten Ausführungsform können kombiniert werden.
  • Dritte beanspruchte Ausführungsform
  • 3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dritten beanspruchten Ausführungsform. Wie in 3 dargestellt, ist eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten beanspruchten Ausführungsform ein Grabengate-MOSFET. Ein Graben 33 der Stromdetektionsvorrichtung 21 erstreckt sich durch den n+-Sourcebereich 35 und den p-Körperbereich 31 zur n-Driftschicht 27. Der Graben 33 ist mit der Gateelektrode 23 und der Gateisolatorschicht 36, die die Gateelektrode 23 umhüllt, gefüllt. Ein Graben 34 der Hauptvorrichtung 24 erstreckt sich durch den n+-Sourcebereich 38 und den p-Körperbereich 32 zur n-Driftschicht 27. Der Graben 34 ist mit der Gateelektrode 26 und der Gateisolatorschicht 39, die die Gateelektrode 26 umhüllt, gefüllt. Der Graben 34 der Hauptvorrichtung 24 ist tiefer als der Graben 33 der Stromdetektionsvorrichtung 21. Weitere Details sind ähnlich zur ersten beanspruchten Ausführungsform. Aufgrund des tieferen Grabens 34 der Hauptvorrichtung 24 wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 unter einer Vorspannung in Sperrrichtung höher als die Stehspannung der Hauptvorrichtung 24.
  • Vierte beanspruchte Ausführungsform
  • 4 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer vierten beanspruchten Ausführungsform. Wie in 4 dargestellt, ist ein Intervall zwischen benachbarten Gräben 34 der Hauptvorrichtung 24 größer als ein Intervall zwischen benachbarten Gräben 33 der Stromdetektionsvorrichtung 21. Abgesehen von der Tiefe des Grabens 33, die im Wesentlichen gleich der Tiefe des Grabens 34 ist, sind andere Details ähnlich zur dritten beanspruchten Ausführungsform (dies ist auch auf die fünfte bis achte beanspruchte Ausführungsform anwendbar). Aufgrund der Verbreiterung des Intervalls zwischen den Gräben 34 der Hauptvorrichtung 24 wird die Stehspannung in der Stromdetektionsvorrichtung 21 unter einer Vorspannung in Sperrrichtung höher als in der Hauptvorrichtung 24.
  • Fünfte beanspruchte Ausführungsform
  • 5 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer fünften beanspruchten Ausführungsform. Wie in 5 dargestellt, ist die Diffusionstiefe des p-Körperbereichs 32 der Hauptvorrichtung 24 flacher als die Diffusionstiefe des p-Körperbereichs 31 der Stromdetektionsvorrichtung 21. Mit dieser Konfiguration wird ebenso unter einer Vorspannung in Sperrrichtung die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als die Stehspannung der Hauptvorrichtung 24.
  • Sechste beanspruchte Ausführungsform
  • 6 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer sechsten beanspruchten Ausführungsform. Wie in 6 dargestellt, ist in der Hauptvorrichtung 24 ein Grenzbereich zwischen der n-Driftschicht 27 und dem p-Körperbereich 32 mit einem n+-Bereich 41 mit hoher Dichte belegt. Eine n-Typ-Störstellen-Dichte des n+-Bereichs 41 mit hoher Dichte ist höher als eine n-Typ-Störstellen-Dichte eines Grenzbereichs zwischen der n-Driftschicht 27 und dem p-Körperbereich 31 der Stromdetektionsvorrichtung 21. Mit dieser Konfiguration wird ebenso unter einer Vorspannung in Sperrrichtung die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als die Stehspannung der Hauptvorrichtung 24.
  • Siebte beanspruchte Ausführungsform
  • 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer siebten beanspruchten Ausführungsform. Wie in 7 dargestellt, ist die Breite des Grabens 34 der Hauptvorrichtung 24 schmäler als die Breite des Grabens 33 der Stromdetektionsvorrichtung 21. Mit dieser Konfiguration wird ebenso unter einer Vorspannung in Sperrrichtung die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als die Stehspannung der Hauptvorrichtung 24.
  • Achte beanspruchte Ausführungsform
  • 8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer achten beanspruchten Ausführungsform. Wie in 8 dargestellt, ist in der Hauptvorrichtung 24 der p-Körperbereich 32 durch die Gräben 34 in mehrere Bereiche aufgeteilt und einige der Bereiche sind mit den Zwischenschichtisolatoren 40 bedeckt und sind von der Sourceelektrode 25 elektrisch isoliert. In der Stromdetektionsvorrichtung 21 sind auch, obwohl nicht gezeigt, einige der p-Körperbereiche 31 mit den Zwischenschichtisolatorschichten 37 bedeckt und sind von der Stromerfassungselektrode 22 isoliert. Die elektrisch isolierten Bereiche der p-Körperbereiche 31 und 32 umfassen nicht die n+-Sourcebereiche 35 und 38. Ein Verhältnis zur Herstellung eines Kurzschlusses zwischen dem p-Körperbereich 31 und der Stromerfassungselektrode 22 ist höher als ein Verhältnis zur Herstellung eines Kurzschlusses zwischen dem p-Körperbereich 32 und der Sourceelektrode 25. Mit dieser Konfiguration wird ebenso unter einer Vorspannung in Sperrrichtung die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als die Stehspannung der Hauptvorrichtung 24. Zwei oder mehr der dritten bis Ausführungsform können kombiniert werden.
  • Neunte beanspruchte Ausführungsform
  • 9 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer neunten beanspruchten Ausführungsform. Wie in 9 dargestellt, ist eine Halbleitervorrichtung der neunten beanspruchten Ausführungsform ein IGBT mit planarem Gate mit einer Konfiguration, die zu jener der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten beanspruchten Ausführungsform ähnlich ist, und der ferner eine p-Kollektorschicht 42 umfasst, die zwischen die n-Driftschicht 27 und die Drainelektrode 28 eingefügt ist. Die p-Kollektorschicht 42 wird zwischen der Stromdetektionsvorrichtung 21 und der Hauptvorrichtung 24 geteilt. Im IGBT werden ein p-Körperbereich und eine Drainelektrode p-Basisbereich bzw. Kollektorelektrode genannt. Die zweite bis achte beanspruchte Ausführungsform können die p-Kollektorschicht 42 aufweisen, um einen IGBT zu ergeben. In dieser Weise wird selbst für eine Halbleitervorrichtung mit Leitfähigkeitsmodulation die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 unter einer Vorspannung in Sperrrichtung höher als die Stehspannung der Hauptvorrichtung 24.
  • Zehnte Ausführungsform
  • 10 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zehnten Ausführungsform darstellt. 11 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß der zehnten Ausführungsform. Wie in 11 dargestellt, umfasst die Halbleitervorrichtung mit der Stromdetektionsfunktion eine Hauptvorrichtung 24 und eine Stromdetektionsvorrichtung 21, die von der Hauptvorrichtung 24 getrennt ist. Die Stromdetektionsvorrichtung 21 ist in einem Stromdetektionsstrukturbereich desselben Substrats wie die Hauptvorrichtung 24 ausgebildet. Daher teilen sich die Stromdetektionsvorrichtung 21 und die Hauptvorrichtung 24 eine n-Driftschicht 27, eine p-Kollektorschicht 42 und eine Kollektorelektrode 28.
  • In 11 besitzen die Hauptvorrichtung 24 und die Stromdetektionsvorrichtung 21 etwa dieselbe Größe. Tatsächlich ist jedoch der Flächeninhalt der Stromdetektionsvorrichtung 21 mehrere Zehntel kleiner als jener der Hauptvorrichtung 24. Das Verhältnis der Flächeninhalte widerspiegelnd ist daher der Strom, der durch die Stromdetektionsvorrichtung 21 fließt, mehrere Prozent von jenem, der durch die Hauptvorrichtung 24 fließt. Die Detektion des Stroms, der durch die Stromdetektionsvorrichtung 21 fließt, ermöglicht die Steuerung der Hauptvorrichtung 24, selbst wenn ein Überstrom durch die Hauptvorrichtung 24 fließt.
  • Die Struktur der Hauptvorrichtung 24 wird erläutert. Die Hauptvorrichtung 24 ist im aktiven Hauptbereich auf demselben Halbleitersubstrat wie die Stromdetektionsvorrichtung 21 ausgebildet und weist eine erste Blindgraben-IGBT-Struktur 101 auf. Mehrere Gräben sind auf einer Oberfläche entgegengesetzt zu einer Oberfläche ausgebildet, auf der eine Kollektorelektrode 28 einer n-Driftschicht 27 ausgebildet ist. In den Gräben sind Grabengateelektroden 84 und Blindgrabenelektroden 86 ausgebildet, wobei Gateelektroden 26, Elektroden, die aus polykristallinem Silicium oder dergleichen bestehen, mit einer Gateisolationsschicht implantiert sind, die durch einen Graben und eine Elektrode flankiert ist. Die Grabengateelektrode 84 besteht aus einer Grabengate-Struktureinheit, die mit einem Gateanschluss G elektrisch verbunden ist. Die Blindgrabenelektrode 86 besteht aus einer Blindgraben-Struktureinheit, die nicht mit dem Gateanschluss G verbunden ist.
  • Auf der Oberfläche eines Bereichs zwischen den Grabengateelektroden 84 ist ein p-Basisbereich 32 ausgebildet. Im p-Basisbereich 32 sind n+-Sourcebereiche 38 auf den Grabengateelektroden 84 ausgebildet. Auf dem ganzen Substrat ist ein Zwischenschichtisolator 40 ausgebildet. Der Zwischenschichtisolator umfasst eine Öffnung, durch die der p-Basisbereich 32 und die n+-Sourcebereiche 38 eine Emitterelektrode 25 kontaktieren. In Bereichen zwischen der Grabengateelektrode 84 und der Blindgrabenelektrode 86 und zwischen den Blindgrabenelektroden 86 ist eine schwebende Schicht 82 vom p-Typ ausgebildet. Die schwebende Schicht 82 vom p-Typ ist von der Emitterelektrode 25 durch den Zwischenschichtisolator 40 getrennt und ist von der Emitterelektrode 25 elektrisch isoliert (schwebend). Die Grabengateelektroden 84 der Hauptvorrichtung 24 sind miteinander elektrisch verbunden und sind mit dem Gateanschluss G verbunden. Die Blindgrabenelektroden 86 sind mit der schwebenden Schicht 82 vom p-Typ in einem Bereich verbunden, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. In dieser Weise wird das Potential der Hauptvorrichtung 24 stabil.
  • Die Struktur der Stromdetektionsvorrichtung 21 wird erläutert. Die Stromdetektionsvorrichtung 21 weist eine zweite Blindgraben-IGBT-Struktur 102 auf. Die Stromdetektionsvorrichtung 21 ist nämlich von der Hauptvorrichtung 24 insofern verschieden, als eine schwebende Schicht 81 vom p-Typ eine Stromerfassungselektrode (Emitterelektrode) 22 kontaktiert. Daher wird das Potential der schwebenden Schicht 81 vom p-Typ zu jenem der Emitterelektrode 22 identisch und ist von der Emitterelektrode 22 nicht elektrisch isoliert.
  • Die Blindgrabenelektrode 85 ist mit der Grabengateelektrode 83 der Stromdetektionsvorrichtung 21 und der Grabengateelektrode 84 der Hauptvorrichtung 24 elektrisch verbunden. Folglich wird das Potential der Blindgrabenelektroden 85 zum Gateanschluss G identisch. Die Emitterelektrode 22 ist von der Emitterelektrode 25 der Hauptvorrichtung 24 getrennt. Wie in 10 dargestellt, kann jeder Graben in der Hauptvorrichtung 24 und der Stromdetektionsvorrichtung 21 abgeschlossen sein.
  • Da die Stehspannung der Hauptvorrichtung 24 und der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher wird, bauen sich gemäß der zehnten Ausführungsform Lasten oder Ströme nicht in der Stromdetektionsvorrichtung 21 auf, selbst wenn eine große Stoßspannung beispielsweise durch die Umschaltoperation des IGBT verursacht wird. Selbst wenn ein Überstrom durch die Hauptvorrichtung 24 fließt, wird daher die Stromdetektionsvorrichtung 21 nicht zerstört und die Stromdetektionsvorrichtung 21 kann den Überstrom, der durch die Hauptvorrichtung 24 fließt, detektieren. Folglich kann die Operation gestoppt werden oder eine Schutzschaltung wird aktiviert, bevor die Hauptvorrichtung 24 zerstört wird, wodurch die Zuverlässigkeit einer Vorrichtung verbessert wird.
  • Elfte Ausführungsform
  • 12 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer elften Ausführungsform. Wie in 12 dargestellt, besitzt gemäß der elften Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 eine dritte Blindgraben-IGBT-Struktur 103 im Vergleich zur zehnten Ausführungsform. In der Stromdetektionsvorrichtung 21 sind die Blindgrabenelektroden 85 nicht mit den Grabengateelektroden 83 und 84 verbunden, sondern sind mit der schwebenden Schicht 81 vom p-Typ in einem Bereich verbunden, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Folglich wird das Potential der Stromdetektionsvorrichtung 21 stabil. Die schwebende Schicht 81 vom p-Typ ist auch mit der Emitterelektrode verbunden. Folglich wird das Potential der schwebenden Schicht 81 vom p-Typ zum Potential der Emitterelektrode 22 identisch, wobei die schwebende Schicht 81 vom p-Typ nicht von der Emitterelektrode 22 elektrisch isoliert ist. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Zwölfte Ausführungsform
  • 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zwölften Ausführungsform darstellt. In der zwölften Ausführungsform besitzt die Stromdetektionsvorrichtung 21 eine vierte Blindgraben-IGBT-Struktur 104 im Vergleich zur zehnten Ausführungsform und zur elften Ausführungsform. In der Stromdetektionsvorrichtung 21 sind die Blindgrabenelektroden 85 mit der Emitterelektrode 22 elektrisch verbunden. Daher weisen die Blindgrabenelektroden 85 und die Emitterelektrode 22 ein identisches Potential auf und folglich wird das Potential der Stromdetektionsvorrichtung 21 stabil. Die schwebenden Schichten 81 vom p-Typ sind von der Emitterelektrode 22 durch den Zwischenschichtisolator 37 getrennt. Folglich sind die schwebenden Schichten 81 vom p-Typ von der Emitterelektrode 22 elektrisch isoliert (schwebend). In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Dreizehnte Ausführungsform
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dreizehnten Ausführungsform. Wie in 14 dargestellt, besitzt gemäß der dreizehnten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 eine fünfte Blindgraben-IGBT-Struktur 105 im Vergleich zur zehnten bis zwölften Ausführungsform. In der Stromdetektionsvorrichtung 21 sind die Blindgrabenelektroden 85 mit der Emitterelektrode 22 elektrisch verbunden. Folglich wird das Potential der Blindgrabenelektroden 85 und der Emitterelektrode 22 identisch und folglich wird das Potential der Stromdetektionsvorrichtung 21 stabil. Die schwebenden Schichten 81 vom p-Typ kontaktieren die Emitterelektrode 22. Folglich wird das Potential der schwebenden Schichten 81 vom p-Typ und der Emitterelektrode 22 identisch und die schwebenden Schichten 81 vom p-Typ sind nicht von der Emitterelektrode 22 elektrisch isoliert. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Vierzehnte Ausführungsform
  • 15 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer vierzehnten Ausführungsform darstellt. Wie in 15 dargestellt, besitzt gemäß der vierzehnten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 eine sechste Blindgraben-IGBT-Struktur 106 im Vergleich zur zehnten bis dreizehnten Ausführungsform. In der Stromdetektionsvorrichtung 21 sind die Blindgrabenelektroden 85 mit den Grabenelektroden 83 und 84 elektrisch verbunden. Folglich weisen die Blindgrabenelektroden 85 und der Gateanschluss G ein identisches Potential auf. Die schwebenden Schichten 81 vom p-Typ sind von der Emitterelektrode 22 durch den Zwischenschichtisolator 37 getrennt und sind folglich von der Emitterelektrode 22 elektrisch isoliert (schwebend). In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Fünfzehnte Ausführungsform
  • 16 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform darstellt. Wie in 16 dargestellt, besitzt in der fünfzehnten Ausführungsform die Hauptvorrichtung 24 eine siebte Blindgraben-IGBT-Struktur 107 im Vergleich zur zehnten Ausführungsform. In der Hauptvorrichtung 24 ist eine Blindgrabenelektrode 86 mit einer schwebenden Schicht 82 vom p-Typ verbunden. Es ist erwünscht, dass die Blindgrabenelektrode 86 mit einer schwebenden Schicht 82 vom p-Typ verbunden ist, die näher an einem n+-Sourcebereich 38 liegt, da die Stehspannung stärker ansteigt. Die schwebende Schicht 82 vom p-Typ ist von der Emitterelektrode 25 durch den Zwischenschichtisolator 40 getrennt und ist mit der Blindgrabenelektrode 86 verbunden. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Sechzehnte Ausführungsform
  • 17 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer sechzehnten Ausführungsform darstellt. Wie in 17 dargestellt, besitzt in der sechzehnten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die dritte Blindgraben-IGBT-Struktur 103 im Vergleich zur fünfzehnten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Siebzehnte Ausführungsform
  • 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß der siebzehnten Ausführungsform darstellt. Wie in 18 dargestellt, besitzt in der siebzehnten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die vierte Blindgraben-IGBT-Struktur 104 im Vergleich zur fünfzehnten und sechzehnten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Achtzehnte Ausführungsform
  • 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer achtzehnten Ausführungsform darstellt. Wie in 19 dargestellt, besitzt in der achtzehnten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die fünfte Blindgraben-IGBT-Struktur 105 im Vergleich zur fünfzehnten bis siebzehnten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Neunzehnte Ausführungsform
  • 20 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer neunzehnten Ausführungsform darstellt. Wie in 20 dargestellt, besitzt in der neunzehnten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die sechste Blindgraben-IGBT-Struktur 106 im Vergleich zur fünfzehnten bis achtzehnten Ausführungsform.
  • Zwanzigste Ausführungsform
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 21 dargestellt, besitzt in der zwanzigsten Ausführungsform die Hauptvorrichtung 24 die vierte Blindgraben-IGBT-Struktur 104 im Vergleich zur zehnten Ausführungsform. Eine Blindgrabenelektrode 86 der Hauptvorrichtung 24 ist mit der Emitterelektrode 25 elektrisch verbunden. Folglich wird das Potential der Hauptvorrichtung 24 stabil. Eine schwebende Schicht 82 vom p-Typ ist von der Emitterelektrode 25 durch den Zwischenschichtisolator 40 getrennt. Daher ist die schwebende Schicht 82 vom p-Typ von der Emitterelektrode 25 elektrisch isoliert (schwebend). In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Einundzwanzigste Ausführungsform
  • 22 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 22 dargestellt, besitzt in der einundzwanzigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 eine dritte Blindgraben-IGBT-Struktur 103 im Vergleich zur zwanzigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Zweiundzwanzigste Ausführungsform
  • 23 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 23 dargestellt, besitzt in der zweiundzwanzigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die fünfte Blindgraben-IGBT-Struktur 105 im Vergleich zur zwanzigsten und einundzwanzigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Dreiundzwanzigste Ausführungsform
  • 24 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 24 dargestellt, besitzt in der dreiundzwanzigsten Ausführungsform die Hauptvorrichtung 24 die sechste Blindgraben-IGBT-Struktur 106 im Vergleich zur zehnten Ausführungsform. Eine Blindgrabenelektrode 86 der Hauptvorrichtung 24 ist mit den Grabengateelektroden 83 und 84 verbunden. Folglich wird das Potential der Blindgrabenelektrode 86 und des Gateanschlusses G identisch. Eine schwebende Schicht 82 vom p-Typ ist von der Emitterelektrode 25 durch den Zwischenschichtisolator 40 getrennt. Daher ist die schwebende Schicht 82 vom p-Typ von der Emitterelektrode 25 elektrisch isoliert (schwebend). In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 21.
  • Vierundzwanzigste Ausführungsform
  • 25 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 25 dargestellt, besitzt in der vierundzwanzigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die dritte Blindgraben-IGBT-Struktur 103 im Vergleich zur dreiundzwanzigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Fünfundzwanzigste Ausführungsform
  • 26 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 26 dargestellt, besitzt in der fünfundzwanzigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die fünfte Blindgraben-IGBT-Struktur 105 im Vergleich zur vierundzwanzigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Sechsundzwanzigste Ausführungsform
  • 27 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 27 dargestellt, besitzt in der sechsundzwanzigsten Ausführungsform die Hauptvorrichtung 24 eine Graben-IGBT-Struktur 110 im Vergleich zur zehnten Ausführungsform. Die Hauptvorrichtung 24 weist keine Blindgrabenelektrode auf und weist eine Struktur ähnlich der in 8 dargestellten Stromdetektionsvorrichtung 21 auf. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Siebenundzwanzigste Ausführungsform
  • 28 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 28 dargestellt, besitzt in der siebenundzwanzigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die erste Blindgraben-IGBT-Struktur 101 im Vergleich zur sechsundzwanzigsten Ausführungsform. Eine Blindgrabenelektrode 85 der Stromdetektionsvorrichtung 21 ist mit einer schwebenden Schicht 81 vom p-Typ in einem Bereich verbunden, der nicht dargestellt ist. Folglich wird das Potential der Stromdetektionsvorrichtung 21 stabil. Die schwebende Schicht 81 vom p-Typ ist von der Emitterelektrode 22 durch den Zwischenschichtisolator 37 getrennt und ist von der Emitterelektrode 22 elektrisch isoliert (schwebend). In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Achtundzwanzigste Ausführungsform
  • 29 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer achtundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 29 dargestellt, besitzt in der achtundzwanzigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die dritte Blindgraben-IGBT-Struktur 103 im Vergleich zur sechsundzwanzigsten und siebenundzwanzigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Neunundzwanzigste Ausführungsform
  • 30 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer neunundzwanzigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 30 dargestellt, besitzt in der neunundzwanzigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die vierte Blindgraben-IGBT-Struktur 104 im Vergleich zur sechsundzwanzigsten bis achtundzwanzigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Dreißigste Ausführungsform
  • 31 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer dreißigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 31 dargestellt, besitzt in der dreißigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die fünfte Blindgraben-IGBT-Struktur 105 im Vergleich zur sechsundzwanzigsten bis neunundzwanzigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Einunddreißigste Ausführungsform
  • 32 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer einunddreißigsten Ausführungsform darstellt. Wie in 32 dargestellt, besitzt in der einunddreißigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die sechste Blindgraben-IGBT-Struktur 106 im Vergleich zur sechsundzwanzigsten bis dreißigsten Ausführungsform. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Zweiunddreißigste Ausführungsform
  • 33 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion gemäß einer zweiunddreißigsten Ausführungsform. Wie in 33 dargestellt, besitzt in der zweiunddreißigsten Ausführungsform die Stromdetektionsvorrichtung 21 die siebte Blindgraben-IGBT-Struktur 107 im Vergleich zur sechsundzwanzigsten bis einunddreißigsten Ausführungsform. Eine Blindgrabenelektrode 85 der Stromdetektionsvorrichtung 21 ist mit einer schwebenden Schicht 81 vom p-Typ verbunden. Es ist erwünscht, dass die Blindgrabenelektrode 85 mit einer schwebenden Schicht 81 vom p-Typ verbunden ist, die näher an einem n+-Sourcebereich 35 liegt, da die Stehspannung der Vorrichtung stärker ansteigt. Die schwebende Schicht 81 vom p-Typ ist von der Emitterelektrode 22 durch den Zwischenschichtisolator 37 getrennt und ist mit der Blindgrabenelektrode 85 verbunden. In dieser Weise wird die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 21 höher als jene der Hauptvorrichtung 24.
  • Beispiel
  • 34 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einer Vorrichtungsstruktur eines IGBT und der Stehspannung der Vorrichtung darstellt. In 34 gibt die vertikale Achse die Vorrichtungsstehspannung an und die horizontale Achse gibt die Vorrichtungsstruktur eines IGBT an. Die Vorrichtungsstruktur des IGBT stellt dar, wo eine Blindgrabenelektrode und eine schwebende Schicht vom p-Typ verbunden sind.
  • Wie in 34 dargestellt, ist, wenn eine Blindgrabenelektrode nicht ausgebildet ist und eine schwebende Schicht vom p-Typ elektrisch isoliert (schwebend) ist (wenn die Hauptvorrichtung 24 eine Graben-IGBT-Struktur aufweist, die in 27 bis 32 dargestellt ist), die Vorrichtungsstehspannung 1240 V.
  • Im Fall der ersten Blindgraben-IGBT-Struktur 101, die auf die Hauptvorrichtung 24, wie in 11 bis 15 dargestellt, und auf die Stromdetektionsvorrichtung 21, wie in 28 dargestellt, angewendet ist, und im Fall der siebten Blindgraben-IGBT-Struktur 107, die auf die Hauptvorrichtung 24, wie in 16 bis 20 dargestellt, und auf die Stromdetektionsvorrichtung 21, wie in 33 dargestellt, angewendet ist, ist die Vorrichtungsstehspannung 1280 V.
  • Im Fall der vierten Blindgraben-IGBT-Struktur 104, die auf die Hauptvorrichtung 24, wie in 21 bis 23 dargestellt, und auf die Stromdetektionsvorrichtung 21, wie in 13, 18 und 30 dargestellt, angewendet ist, und im Fall der sechsten Blindgraben-IGBT-Struktur 106, die auf die Hauptvorrichtung 24, wie in 24 bis 26 dargestellt, und auf die Stromdetektionsvorrichtung 21, wie in 15, 20 und 32 dargestellt, angewendet ist, ist die Vorrichtungsstehspannung 1350 V.
  • Im Fall der zweiten Blindgraben-IGBT-Struktur 102, die auf die Stromdetektionsvorrichtung 21, wie in 11, 16, 21, 24 und 27 dargestellt, angewendet ist, im Fall der dritten Blindgraben-IGBT-Struktur 103, die auf die Stromdetektionsvorrichtung 21, wie in 12, 17, 22, 25 und 29 dargestellt, angewendet ist, und im Fall der fünften Blindgraben-IGBT-Struktur 105, die auf die Stromdetektionsvorrichtung 21, wie in 14, 19, 23, 26 und 31 dargestellt, angewendet ist, ist die Vorrichtungsstehspannung 1370 V.
  • Wie vorstehend erläutert, wird in der zehnten bis zweiunddreißigsten Ausführungsform bemerkt, dass die Stehspannung der Stromdetektionsvorrichtung 24 höher ist als jene der Hauptvorrichtung 24. Selbst wenn eine große Stoßspannung beispielsweise aufgrund einer Umschaltoperation des IGBT auftritt, bauen sich folglich Lasten und Ströme nicht in der Stromdetektionsvorrichtung auf. Selbst wenn ein Überstrom durch die Hauptvorrichtung fließt, wird daher die Stromdetektionsvorrichtung nicht zerstört und folglich kann die Stromdetektionsvorrichtung einen Überstrom, der durch die Hauptvorrichtung fließt, detektieren. Folglich kann eine Operation der Vorrichtung gestoppt werden oder eine Schutzschaltung kann aktiviert werden, bevor die Hauptvorrichtung zerstört wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert wird.
  • Die obigen beispielhaften Ausführungsformen können weiter modifiziert werden. Obwohl beispielsweise in den obigen Ausführungsformen ein erster Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist und ein zweiter Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist, kann der erste Leitfähigkeitstyp ein p-Typ sein und der zweite Leitfähigkeitstyp kann ein n-Typ sein. Die Hauptvorrichtung 24 und die Stromdetektionsvorrichtung 21 können separat auf verschiedenen Halbleiterchips ausgebildet sein, so dass eine Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektionsfunktion zwei oder mehr Chips umfasst. In diesem Fall sind der Drainanschluss (Kollektoranschluss) der Hauptvorrichtung 24 und der Drainanschluss (Kollektoranschluss) der Stromdetektionsvorrichtung 21 über eine externe Verdrahtung elektrisch verbunden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie vorstehend erläutert, ist eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung für eine Leistungshalbleitervorrichtung, insbesondere für einen MOSFET oder einen IGBT, für ein Fahrzeug von Nutzen.

Claims (14)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine Hauptvorrichtung (24); eine Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate für die Stromdetektion, die so konfiguriert ist, dass sie eine kleinere Größe aufweist als die Hauptvorrichtung (24); und einen Widerstand, der mit der Hauptvorrichtung (24) und der Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate verbunden ist, wobei die Stehspannung der Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate unter einer Vorspannung in Sperrrichtung höher ist als die Stehspannung der Hauptvorrichtung (24), wobei die Hauptvorrichtung (24) umfasst: einen ersten Halbleiterbereich (32) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptoberfläche einer ersten Halbleiterschicht (27) mit einer ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist, einen ersten Halbleiterbereich (38) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit, der selektiv in einer Oberflächenschicht des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist, eine erste Gateelektrode (26), die auf einer ersten Gateisolatorschicht (39), über einer Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen dem ersten Halbleiterbereich (38) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und der ersten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist, eine erste Elektrode (25), die den ersten Halbleiterbereich (38) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und den ersten Halbleiterbereich (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp kontaktiert, und eine zweite Elektrode (28), die auf einer Seite ausgebildet ist, die näher an einer zweiten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit liegt, und die Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate für die Stromdetektion umfasst: einen zweiten Halbleiterbereich (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptoberfläche einer zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist, einen zweiten Halbleiterbereich (35) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit, der selektiv in einer Oberflächenschicht des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist, eine zweite Gateelektrode (23), die auf einer zweiten Gateisolatorschicht (36) über einer Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen dem zweiten Halbleiterbereich (35) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und der zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist, eine dritte Elektrode (22), die den zweiten Halbleiterbereich (35) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und den zweiten Halbleiterbereich (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp kontaktiert, und eine vierte Elektrode (28), die auf einer Seite ausgebildet ist, die näher an einer zweiten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit liegt, wobei der Widerstand mit der ersten Elektrode (25) und der dritten Elektrode (22) verbunden ist, die zweite Elektrode (28) und die vierte Elektrode (28) kurzgeschlossen sind, und die Diffusionstiefe des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp flacher ist als die Diffusionstiefe des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste Gateisolatorschicht (39) und die zweite Gateisolatorschicht die gleiche Dicke aufweisen.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate so konfiguriert ist, dass sie eine kleinere Größe aufweist als die Hauptvorrichtung (24); und die Stehspannung einer Gateisolatorschicht der Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate größer ist als ein Produkt eines Widerstandswerts des Widerstandes und eines maximalen Stroms, der unter einer Vorspannung in Sperrrichtung durch die Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate fließt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Krümmung des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp kleiner ist als die Krümmung des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Intervall zwischen benachbarten ersten Halbleiterbereichen (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp breiter ist als ein Intervall zwischen benachbarten zweiten Halbleiterbereichen (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hauptvorrichtung (24) umfasst: die erste Gateelektrode (26), die auf der ersten Gateisolatorschicht (39) in einem ersten Graben ausgebildet ist, der die erste Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit durch den ersten Halbleiterbereich (38) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und den ersten Halbleiterbereich (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp erreicht; und die zweite Gateelektrode (23), die auf der zweiten Gateisolatorschicht (36) in einem zweiten Graben ausgebildet ist, der die zweite Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit durch den zweiten Halbleiterbereich (35) mit hoher Dichte mit der ersten Leitfähigkeit und den zweiten Halbleiterbereich (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp erreicht.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Graben tiefer ist als der zweite Graben.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein Intervall zwischen benachbarten ersten Gräben breiter ist als ein Intervall zwischen benachbarten zweiten Gräben.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Dichte einer Störstelle vom ersten Leitfähigkeitstyp an einem Grenzbereich der ersten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit, die den ersten Halbleiterbereich (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp begrenzt, höher ist als die Dichte der Störstelle vom ersten Leitfähigkeitstyp an einem Grenzbereich der zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit, die den zweiten Halbleiterbereich (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp begrenzt.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Graben schmäler ist als der zweite Graben.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei nicht alle Bereiche des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die durch erste Gräben unterteilt sind, mit der ersten Elektrode (25) elektrisch verbunden sind, und ein Verhältnis eines Kurzschlusses des zweiten Halbleiterbereichs (31) vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit der dritten Elektrode (22) höher ist als ein Verhältnis eines Kurzschlusses des ersten Halbleiterbereichs (32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit der ersten Elektrode (25).
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine erste Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen der ersten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit und der zweiten Elektrode (28) liegt, und eine zweite Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen der zweiten Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit und der vierten Elektrode (28) liegt.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hauptvorrichtung (24) und die Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind und sich folgendes teilen: die erste Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit und die zweite Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit, und die zweite Elektrode (28) und die vierte Elektrode (28).
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Hauptvorrichtung (24) und die Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind und sich folgendes teilen: die erste Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit und die zweite Halbleiterschicht (27) mit der ersten Leitfähigkeit, die zweite Elektrode (28) und die vierte Elektrode (28), und die erste Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die zweite Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Hauptvorrichtung (24) und die Halbleitervorrichtung (21) mit isoliertem Gate auf verschiedenen Halbleitersubstraten ausgebildet sind.
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