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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Halbleitereinrichtung mit einem Halbleitersubstrat, in dem ein Diodenbereich und ein IGBT Bereich gebildet sind.
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STAND DER TECHNIK
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Die
japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2008-235405 (im Weiteren Patentdokument 1 genannt) offenbart eine Halbleitereinrichtung mit einem Halbleitersubstrat, in dem ein Diodenbereich und ein IGBT Bereich gebildet sind. In dieser Halbleitereinrichtung ist ein p-Typ Bereich innerhalb eines Grenzbereichs zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT Bereich gebildet. Der p-Typ Bereich ist in einem Bereich gebildet, der sich von einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Position erstreckt, die tiefer als sowohl ein unteres Ende eines Anodenbereichs als auch ein unteres Ende eines Körper-(body-)bereichs ist. Ferner grenzt der p-Typ Bereich an den Anodenbereich und an den Körperbereich. Durch Bilden des oben erwähnten tiefen p-Typ Bereichs wird ein elektrisches Feld, das auf eine Gateelektrode und den Körperbereich nahe der Grenze des IGBT Bereichs und des Diodenbereichs zu konzentrieren ist, unterdrückt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Gemäß der Halbleitereinrichtung nach Patentdokument 1 ist der tiefe p-Typ Bereich mit einer Anodenelektrode über den Anodenbereich verbunden, und ist auch mit einer Emitterelektrode über den Körperbereich verbunden. Die Halbleitereinrichtung mit einer Diode und einem IGBT wird, wie im Fall von Patentdokument 1, in einem Zustand verwendet, in dem die Anodenelektrode der Diode und die Emitterelektrode des IGBTS leitend sind. Mit anderen Worten, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen der Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode angelegt wird, wird auch die Emitterelektrode auf ein hohes Potenzial gelegt, ähnlich wie die Anodenelektrode. Wenn die Vorwärtsspannung an die Diode der Halbleitereinrichtung nach Patentdokument 1 angelegt wird, werden die Anodenelektrode und die Emitterelektrode auf ein hohes Potenzial gelegt, und dadurch wird auch der tiefe p-Typ Bereich auf ein hohes Potenzial gelegt. Als ein Ergebnis fließt ein elektrischer Strom von dem tiefen p-Typ Bereich zu der Kathodenelektrode über einen Driftbereich und den Kathodenbereich, die unter dem tiefen p-Typ Bereich sind. Dadurch wird in der Halbleitereinrichtung nach Patentdokument 1 eine parasitäre Diode durch den tiefen p-Typ Bereich, den Driftbereich, und den Kathodenbereich gebildet.
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In einigen Fällen kann ein Lebensdauersteuerungsbereich in den Driftbereich der Diode (im Weiteren „Diodendriftbereich” genannt) gebildet sein, um den umgekehrten Strom zu unterdrücken, der fließt, wenn die Diode den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt. Der Lebensdauersteuerungsbereich ist ein Bereich, in dem die Lebensdauer von Ladungsträgern durch Bilden von Kristalldefekten oder Ähnlichem verkürzt ist. Wenn der Lebensdauersteuerungsbereich in dem Diodendriftbereich der Halbleitereinrichtung nach Patentdokument 1 gebildet ist, entsteht das folgende Problem. Wie oben erwähnt, wird die parasitäre Diode in der Halbleitereinrichtung nach Patentdokument 1 gebildet. Wenn die Diode den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt, werden die meisten Ladungsträger in dem Diodendriftbereich in dem Lebensdauersteuerungsbereich durch Rekombination dissipiert. Deswegen fließt ein hoher umgekehrter Strom nicht in dem Diodenbereich. Auf der anderen Seite fließt der umgekehrte Strom auch in der parasitären Diode, wenn der umgekehrte Erholungsvorgang durchgeführt wird. Der umgekehrte Strom, der in der parasitären Diode fließt, geht nicht durch den Lebensdauersteuerungsbereich, und deswegen ist der umgekehrte Strom, der in der parasitären Diode fließt, groß. Durch den umgekehrten Strom, der durch die parasitäre Diode erzeugt wird, wächst der während des umgekehrten Erholungsvorgangs erzeugte Verlust.
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Die vorliegende Spezifikation stellt eine Halbleitereinrichtung mit einer Diode und einem IGBT bereit, die kaum den umgekehrten Strom erzeugt, wenn die Diode den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt.
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LÖSUNG DES TECHNISCHEN PROBLEMS
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Eine Halbleitereinrichtung, die in der vorliegenden Spezifikation offenbart wird, enthält ein Halbleitersubstrat, in dem ein Diodenbereich und ein IGBT Bereich gebildet sind. Ein Anodenbereich, ein Diodendriftbereich, und ein Kathodenbereich sind in dem Diodenbereich gebildet. Der Anodenbereich ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet und in einem Bereich gebildet, der eine Oberfläche des Halbleitersubstrats enthält. Der Diodendriftbereich ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet und unter dem Anodenbereich gebildet. Der Kathodenbereich ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet, der eine höhere Konzentration an n-Typ Verunreinigungen als die in dem Diodendriftbereich hat, und gebildet in einem Bereich, der unter dem Diodendriftbereich ist und eine untere Oberfläche des Halbleitersubstrats enthält. Ein Emitterbereich, ein Körperbereich und ein IGBT Driftbereich, ein Kollektorbereich und eine Gateelektrode sind in dem IGBT Bereich gebildet.
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Der Emitterbereich ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet und in einem Bereich gebildet, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats enthält. Der Körperbereich ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet und in einem Bereich unter dem Emitterbereich und einem Bereich einschließlich einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. Der IGBT Driftbereich ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet, unter dem Körperbereich gebildet, und durch den Körperbereich von dem Emitterbereich getrennt. Der Kollektorbereich ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet und in einem Bereich gebildet, der unter dem IGBT Driftbereich ist und eine untere Oberfläche des Halbleitersubstrats enthält. Die Gateelektrode ist einem Bereich des Körperbereichs über eine Isolierschicht zugewandt, wobei der Bereich des Körperbereichs ein Bereich ist, der den Emitterbereich von dem IGBT Driftbereich trennt. Ein Lebensdauersteuerungsbereich ist in dem Diodendriftbereich gebildet. Eine Ladungsträgerlebensdauer in dem Lebensdauersteuerungsbereich ist kürzer als die in dem Diodendriftbereich außerhalb des Lebensdauersteuerungsbereichs. Der Diodendriftbereich und der IGBT Driftbereich sind ein kontinuierlicher Bereich über einen Grenzbereich zwischen dem Diodendriftbereich und dem IGBT Driftbereich. Ein erster Trennbereich, ein zweiter Trennbereich und ein n-Typ Bereich sind in dem Grenzbereich gebildet. Der erste Trennbereich ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet, und gebildet in einem Bereich, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Position erstreckt, die tiefer als sowohl ein unteres Ende des Anodenbereichs als auch ein unteres Ende des Körperbereichs ist, und an den Anodenbereich grenzt. Der zweite Trennbereich ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet, und in einem Bereich gebildet, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Position erstreckt, die tiefer als sowohl das untere Ende des Anodenbereichs als auch das untere Ende des Körperbereichs ist, und an den Körperbereich grenzt. Der n-Typ Bereich ist zwischen dem ersten Trennbereich und dem zweiten Trennbereich gebildet, und trennt den ersten Trennbereich von dem zweiten Trennbereich.
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In dieser Halbleitereinrichtung sind der erste Trennbereich und der zweite Trennbereich in dem Grenzbereich gebildet. Mit anderen Worten sind zwei tiefe p-Schichten, die voneinander getrennt sind, in dem Grenzbereich gebildet. Das auf die Gateelektrode und den Körperbereich des IGBT nahe dem Grenzbereich lokalisierte elektrische Feld kann durch den ersten Trennbereich und den zweiten Trennbereich unterdrückt werden. Ferner wird der umgekehrte Strom der Diode in dem Diodenbereich durch den Lebensdauersteuerungsbereich unterdrückt. Auch fließt der umgekehrte Strom kaum in dem zweiten Trennbereich, wenn die Diode den umgekehrten Erholungsvorgang in dem Diodenbereich durchführt, weil der zweite Trennbereich, der an den Körperbereich angrenzt, nicht an den Kathodenbereich des Diodenbereichs angrenzt. Dadurch ist der umgekehrte Strom, der durch den Grenzbereich fließt, geringer als der umgekehrte Strom, der in einer Halbleitereinrichtung fließt, in der ein tiefer p-Typ Bereich (p-Typ Bereich, der sowohl an den Anodenbereich als auch an den Körperbereich angrenzt) in dem Grenzbereich gebildet ist. Deswegen fließt in der Halbleitereinrichtung der umgekehrte Strom kaum wenn die Diode den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt.
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Es ist vorzuziehen, dass die oben erwähnte Halbleitereinrichtung ferner einen dritten Trennbereich enthält, der zwischen dem ersten Trennbereich und dem zweiten Trennbereich gebildet ist. Der dritte Trennbereich ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet, der in einem Bereich gebildet ist, der sich von einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Position erstreckt, die tiefer als sowohl das untere Ende des Anodenbereichs als auch das untere Ende des Körperbereichs ist, und sowohl von dem ersten Trennbereich als auch von dem zweiten Trennbereich durch den n-Typ Bereich getrennt ist.
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In dieser Halbleitereinrichtung kann ein elektrisches Feld, das auf die Gateelektrode und den Körperbereich des IGBTS nahe dem Grenzbereich zu konzentrieren ist, durch den ersten Trennbereich, den zweiten Trennbereich und den dritten Trennbereich unterdrückt werden. Der dritte Trennbereich ist von dem ersten Trennbereich und dem zweiten Trennbereich getrennt, dadurch fließt ein umgekehrter Strom nicht in den dritten Trennbereich. Weil der Grenzbereich durch eine Struktur gebildet ist, die den dritten Trennbereich enthält, in dem der umgekehrte Strom nicht fließt, kann der umgekehrte Strom in dem Grenzbereich weiter unterdrückt werden.
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In der oben erwähnten Halbleitereinrichtung ist es vorzuziehen, dass ein Ende des Lebensdauersteuerungsbereichs auf einer Seite des IGBT Bereichs unter dem ersten Trennbereich lokalisiert ist.
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Durch Ausdehnen des Lebensdauersteuerungsbereichs bis zu einer Position unter dem ersten Trennbereich wie oben erwähnt, kann der umgekehrte Strom, der in dem ersten Trennbereich fließt, gesenkt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels darstellt, und
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2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Eine Halbleitereinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben.
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(Struktur der Halbleitereinrichtung)
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Wie 1 zeigt, weist eine Halbleitereinrichtung 10 ein Halbleitersubstrat 12 und Metallschichten und Isolationsschichten auf, die auf einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 gebildet sind. Ein Diodenbereich 20 und ein IGBT Bereich 40 sind in dem Halbleitersubstrat 12 gebildet.
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Eine Anodenelektrode 22 ist auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 in dem Diodenbereich 20 gebildet. Eine Emitterelektrode 42 ist auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 in dem IGBT Bereich 40 gebildet. Eine gemeinsame Elektrode 60 ist auf einem ganzen Gebiet einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 gebildet.
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Eine Anodenschicht 26, eine Diodendriftschicht 28 und eine Kathodenschicht 30 sind in dem Diodenbereich 20 gebildet.
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Die Anodenschicht 26 ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet. Die Anodenschicht 26 hat einen Anodenkontaktbereich 26a und eine Niedrigkonzentrationsanodenschicht 26b. Der Anodenkontaktbereich 26a ist in einer Inselform in einem Bereich gebildet, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 enthält. Eine Konzentration von Verunreinigungen in dem Anodenkontaktbereich 26a ist hoch. Der Anodenkontaktbereich 26a ist mit der Anodenelektrode 22 durch eine ohmsche Verbindung verbunden. Die Niedrigkonzentrationsanodenschicht 26b ist unter und auf den Seiten des Anodenkontaktbereichs 26a gebildet, um so den Anodenkontaktbereich 26a zu bedecken. Eine Konzentration von Verunreinigungen in der Niedrigkonzentrationsanodenschicht 26b ist geringer als die in dem Anodenkontaktbereich 26a. Eine Position eines unteren Endes der Anodenschicht 26 ist flacher als eine Position eines unteren Endes einer später erwähnten Gateelektrode 54.
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Der Diodendriftbereich 28 ist unter der Anodenschicht 26 gebildet. Die Diodendriftschicht 28 ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet. Die Diodendriftschicht 28 hat eine Driftschicht 28a und eine Pufferschicht 28b. Die Driftschicht 28a ist unter der Anodenschicht 26 gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in der Driftschicht 28a ist niedrig. Die Pufferschicht 28b ist unter der Driftschicht 28a gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in der Pufferschicht 28b ist höher als die in der Driftschicht 28a.
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Die Kathodenschicht 30 ist unter der Diodendriftschicht 28 gebildet. Die Kathodenschicht 30 ist in einem Bereich gebildet, der die untere Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 enthält. Die Kathodenschicht 30 ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet, und eine Konzentration von Verunreinigungen in der Kathodenschicht 30 ist hoch. Die Kathodenschicht 30 ist mit der gemeinsamen Elektrode 60 durch eine ohmsche Verbindung verbunden.
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In dem Diodenbereich 20 ist eine Diode durch die Anodenschicht 26, die Diodendriftschicht 28 und die Kathodenschicht 30 gebildet. Im Weiteren wird die Diode, die in dem Diodenbereich 20 gebildet ist, eine Diode 20 genannt.
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In dem IGBT Bereich 40 sind ein Emitterbereich 44, ein Körperbereich 48, eine IGBT Driftschicht 50, eine Kollektorschicht 52 und die Gateelektrode 54 gebildet.
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Eine Vielzahl von Gräben ist auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 in dem IGBT Bereich 40 gebildet. Eine Gateisolationsschicht 56 ist auf einer inneren Fläche von jedem Graben gebildet. Die Gateelektrode 54 ist innerhalb jedes Grabens gebildet. Eine obere Oberfläche der Gateelektrode 54 ist mit einer Isolationsschicht 58 bedeckt. Die Gateelektrode 54 ist von der Emitterelektrode 42 isoliert.
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Der Emitterbereich 44 ist in einer Inselform gebildet in einem Bereich, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 einschließt. Der Emitterbereich 44 ist in einem Bereich gebildet, der an die Gateisolationsschicht 56 angrenzt. Der Emitterbereich 44 ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet, und eine Konzentration von Verunreinigungen in dem Emitterbereich 44 ist hoch. Der Emitterbereich 44 ist mit der Emitterelektrode 42 durch eine ohmsche Verbindung verbunden.
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Die Körperschicht 48 ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet. Die Körperschicht 48 hat einen Körperkontaktbereich 48a und eine Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b. Der Körperkontaktbereich 48a ist in einer Inselform in einem Bereich gebildet, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 enthält. Der Körperkontaktbereich 48a ist zwischen zwei Emitterbereichen 44 gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in dem Körperkontaktbereich 48a ist hoch. Der Körperkontaktbereich 48a ist mit der Emitterelektrode 42 durch eine ohmsche Verbindung verbunden. Die Niedrigkonzentrationskontaktschicht 48b ist unter dem Emitterbereich 44 und dem Körperkontaktbereich 48a gebildet. Die Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b ist in einem Bereich gebildet, der flacher ist als die Position des unteren Endes der Gateelektrode 54. Eine Konzentration von Verunreinigungen in der Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b ist niedriger als die in dem Körperkontaktbereich 48a. Der Emitterbereich 44 ist von der IGBT Driftschicht 50 durch die Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b getrennt. Die Gateelektrode 54 ist der Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b über die Gateisolationsschicht 56 zugewandt in einem Bereich, in dem die Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b den Emitterbereich 44 von der IGBT-Driftschicht 50 trennt.
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Die IGBT Driftschicht 50 ist unter der Körperschicht 48 gebildet. Die IGBT Driftschicht 50 ist aus einem n-Typ Halbleiter gebildet. Die IGBT Driftschicht 50 hat eine Driftschicht 50a und eine Pufferschicht 50b. Die Driftschicht 50a ist unter der Körperschicht 48 gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in der Driftschicht 50a ist niedrig. Die Konzentration von Verunreinigungen in der Driftschicht 50a ist ungefähr dieselbe wie die in der Diodendriftschicht 28. Die Driftschicht 50a und die Driftschicht 28a gehen über einen später erwähnten Grenzbereich 70 ineinander über. Im Weiteren können die Driftschicht 28a und die Driftschicht 50a gemeinsam als Driftschicht 90 bezeichnet werden. Die Pufferschicht 50b ist unter der Driftschicht 50a gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in der Pufferschicht 50b ist höher als die in der Driftschicht 50a. Die Pufferschicht 50b und die Driftschicht 28b gehen über den später erwähnten Grenzbereich 70 ineinander über.
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Die Kollektorschicht 52 ist unter der IGBT Driftschicht 50 gebildet. Die Kollektorschicht 52 ist in einem Bereich gebildet, der eine untere Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 enthält. Der Kollektor 52 ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet, und eine Konzentration von Verunreinigungen in der Kollektorschicht 52 ist hoch. Die Kollektorschicht 52 ist mit der gemeinsamen Elektrode 60 durch eine ohmsche Verbindung verbunden. Die Kollektorschicht 52 grenzt an die Kathodenschicht 30. Die Grenze zwischen der Kollektorschicht 52 und der Kathodenschicht 30 liegt gerade unter dem später erwähnten Trennbereich 72.
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In dem IGBT Bereich 40 ist ein IGBT durch den Emitterbereich 44, die Körperschicht 48, die IGBT Driftschicht 50, die Kollektorschicht 52 und die Gateelektrode 54 gebildet.
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Der Grenzbereich 70 existiert zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT Bereich 40. Zwei Trennbereiche 72 und 74 sind in dem Grenzbereich 70 gebildet. Die Trennbereiche 72 und 74 sind in einem Bereich gebildet, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 bis zu einer Position erstreckt, die tiefer ist als sowohl das untere Ende der Anodenschicht 26 und ein unteres Ende der Körperschicht 48. Genauer sind die Trennbereiche 72 und 74 in einem Bereich gebildet, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 bis zu einer Position erstreckt, die tiefer ist als das untere Ende der Gateelektrode 54. Der Trennbereich 72 grenzt an die Anodenschicht 26. Der Trennbereich 72 ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in dem Trennbereich 72 ist höher als die in der Niedrigkonzentrationsanodenschicht 26b und der Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b. Der Trennbereich 74 grenzt an die Körperschicht 26. Der Trennbereich 74 ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in dem Trennbereich 74 ist höher als die in der Niedrigkonzentrationsanodenschicht 26b und der Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b. Eine Driftschicht 90 existiert zwischen dem Trennbereich 72 und dem Trennbereich 74. Der Trennbereich 72 und der Trennbereich 74 sind voneinander durch die Driftschicht 90 getrennt. Wenn der IGBT AUS ist, erstreckt sich eine Verarmungsschicht von den Trennbereichen 72 und 74 in die Driftschicht 90 darunter. Dadurch ist ein elektrisches Feld, das auf eine Gegend nahe dem Grenzbereich 70 zu konzentrieren ist, unterdrückt. Insbesondere ist das elektrische Feld, das auf die Gateelektrode nahe dem Trennbereich 70 zu konzentrieren ist, unterdrückt, weil die Trennbereiche 72 und 74 bis zu der Position gebildet sind, die tiefer als das untere Ende der Gateelektrode 54 ist.
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Die Diodendriftschicht 28 und die IGBT Driftschicht 50 gehen unter den Trennbereichen 72 und 74 ineinander über. Die Kathodenschicht 30 in dem Diodenbereich 20 erstreckt sich bis zu einer Position in dem Grenzbereich 70, und die Kollektorschicht 52 in dem IGBT Bereich 40 erstreckt sich bis zu der Position in dem Grenzbereich 70. Die Kathodenschicht 30 grenzt an die Kollektorschicht 52 gerade unter dem Trennbereich 72. Die Querschnittsstruktur des Grenzbereichs 70, die in 1 gezeigt ist, ist entlang der Grenze des Diodenbereichs 20 und dem IGBT Bereich 40 gebildet.
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Ein Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39 ist in der Diodendriftschicht 28 gebildet. In dem Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39 existieren Kristalldefekte, die durch Implantieren von geladenen Partikeln in das Halbleitersubstrat 12 gebildet werden. Die Konzentration der Kristalldefekte in dem Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39 ist viel höher als die in der Diodendriftschicht 28 um den Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39. Der Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39 ist in einer Tiefe gebildet, die nahe an der Anodenschicht 26 ist, und ist tiefer als das untere Ende des Trennbereichs 72. Ein Bezugszeichen 39a zeigt ein Ende des Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereichs 39 auf der IGBT-Bereich-40-Seite an. Die Kristalldefekte sind verteilt entlang der Tiefenrichtung (vertikale Richtung in 1) in einem Gebiet außerhalb des Endes 39a (auf der IGBT-Bereich-40-Seite). Dies ist deswegen, weil sich, wenn geladene Partikel implantiert werden, die Implantationstiefe der geladenen Partikel in einem peripheren Gebiet eines Öffnungsabschnitts einer Maske ändert. Die Konzentration von Kristalldefekten, die entlang der Tiefenrichtung verteilt werden, ist gering, und deswegen beeinflussen die Kristalldefekte kaum die Charakteristiken der Halbleitereinrichtung 10. Das Ende 39a des Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereichs 39 ist gerade unter dem Trennbereich 72 lokalisiert. Mit anderen Worten erstreckt sich das Ende 39a des Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereichs 39 entlang des Trennbereichs 72.
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(Betrieb der Diode der Halbleitereinrichtung)
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Ein Betrieb der Diode 20 der Halbleitereinrichtung 10 wird beschrieben. Wenn ein elektrischer Strom in der Diode 20 erzeugt wird, ist eine Vorwärtsspannung an die Diode 20 angelegt. Mit anderen Worten, eine Spannung ist zwischen der Anodenelektrode 22 und der gemeinsamen Elektrode 60 angelegt, um die Anodenelektrode 22 positiv zu machen. Die Halbleitereinrichtung 10 wird in einem Zustand verwendet, in dem die Anodenelektrode 22 und die Emitterelektrode 42 leiten. Deswegen wächst das Potential der Emitterelektrode 42 auf ein Niveau eines Potentials, das ungefähr dasselbe ist wie das der Anodenelektrode 22, wenn eine Vorwärtsspannung an die Diode 20 angelegt ist. Wenn die Vorwärtsspannung angelegt ist, schaltet die Diode 20 ein. Mit anderen Worten, wie die Pfeilmarkierungen 100 in 1 anzeigen, fließt ein elektrischer Strom von der Anodenelektrode 22 zu der gemeinsamen Elektrode 60 durch die Anodenschicht 26, die Anodendriftschicht 28 und die Kathodenschicht 30.
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In der Halbleitereinrichtung 10 ist eine parasitäre Diode durch die Anodenschicht 26, den Trennbereich 72, die Driftschicht 90 und die Kathodenschicht 30 gebildet (im Weiteren eine erste parasitäre Diode genannt). Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, schaltet die erste parasitäre Diode ein und der elektrische Strom fließt auch von der Anodenelektrode 22 zu der gemeinsamen Elektrode 60 über einen Pfad, der durch eine Pfeilmarkierung 102 in 1 markiert ist.
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In der Halbleitereinrichtung 10 ist eine andere parasitäre Diode durch den Körperkontaktbereich 48a, den Trennbereich 74, die Driftschicht 90 und die Kathodenschicht 30 gebildet (im Weiteren eine zweite parasitäre Diode genannt). Wenn Vorwärtsspannung angelegt ist und das Potential der Emitterelektrode 42 hoch wird, fließt der elektrische Strom von der Emitterelektrode 42 zu der gemeinsamen Elektrode 60 über einen Pfad, der durch eine Pfeilmarkierung 104 in 1 angezeigt ist. Jedoch ist in der Halbleitereinrichtung 10 der Abstand von dem Trennbereich 74 zu dem Kathodenbereich 30 lang, weil der Trennbereich 74 von dem Trennbereich 72 getrennt ist. Als eine Konsequenz ist eine Menge des elektrischen Stroms, der über den durch die Pfeilmarkierung 104 angezeigten Pfad fließt, extrem klein.
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Wenn die an die Diode 20 angelegte Spannung von der Vorwärtsspannung zu der entgegengesetzten Spannung geschaltet wird, führt die Diode 20 den entgegengesetzten Erholungsvorgang durch. Mit anderen Worten werden Löcher, die in der Diodendriftschicht 28 existierten als die Vorwärtsspannung angelegt war, an der Anodenelektrode 22 ausgelöscht, und die Elektronen, die in der Diodendriftschicht 28 existierten, als die Vorwärtsspannung angelegt war, werden an der gemeinsamen Elektrode 60 ausgelöscht. Deswegen fließt ein umgekehrter Strom in der Diode 20 in der entgegengesetzten Richtung der Pfeilmarkierung 100 in 1. Der umgekehrte Strom schwächt sich in einer kurzen Zeit ab und die Menge des elektrischen Stroms, der in der Diode 20 fließt wird nahezu null danach. Die Kristalldefekte in dem Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39 funktionieren als Rekombinationszentren von Ladungen. Deswegen werden beim Durchführen des umgekehrten Erholungsvorgangs viele Ladungsträger in der Diodendriftschicht 28 rekombiniert und dissipieren in dem Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39. Deswegen ist die Menge des umgekehrten Stroms, der in der Diode 20 fließt, klein.
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Wenn die Diode 20 den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt, fließen auch umgekehrte Ströme in der ersten parasitären Diode. Mit anderen Worten fließt der umgekehrte Strom in einer Richtung, die entgegengesetzt der Pfeilmarkierung 102 in 1 ist. Wie oben erwähnt ist der Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39 unter dem Trennbereich 72 gebildet. Deswegen geht der umgekehrte Strom, der in der ersten parasitären Diode fließt, durch den Ladungsträgerlebensdauersteuerungsbereich 39. Deswegen dissipieren die meisten Ladungsträger in dem Lebensdauersteuerungsbereich 39. Als eine Konsequenz ist die Menge des umgekehrten Stroms, der in der ersten parasitären Diode fließt, auch klein.
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Wenn die Diode 20 den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt, fließt der umgekehrte Strom auch in der zweiten parasitären Diode. Mit anderen Worten fließt der umgekehrte Strom in einer Richtung, die entgegengesetzt der Pfeilmarkierung 104 in 1 ist. Jedoch ist die Menge des Stroms, der in der zweiten parasitären Diode fließt, wenn die Vorwärtsspannung angelegt ist, extrem klein. Deswegen ist die Menge von Ladungsträgern, die auf dem elektrischen Pfad (Pfeilmarkierung 104) von der zweiten parasitären Diode existiert, sehr klein, wenn die Diode 20 den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt. Als eine Konsequenz ist die Menge des umgekehrten Stroms, der in der zweiten parasitären Diode fließt, sehr klein.
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Wie oben beschrieben, ist gemäß der Halbleitereinrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels der Trennbereich 74 von dem Trennbereich 72 getrennt, und daher ist die Menge des umgekehrten Stroms, der in dem Trennbereich 74 fließt, extrem klein. Als eine Konsequenz ist eine Erzeugung von Verlust aufgrund des umgekehrten Stroms unterdrückt.
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Ferner ist gemäß der Halbleitereinrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels der Lebensdauersteuerungsbereich 39 in dem Driftbereich 90 unter dem Trennbereich 72 gebildet. Deswegen ist der umgekehrte Strom, der in dem Trennbereich 72 fließt, unterdrückt. Als eine Konsequenz ist eine Erzeugung von Verlust aufgrund des umgekehrten Stroms werter unterdrückt.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Eine Halbleitereinrichtung 110 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel wird als nächstes beschrieben. Eine Weite eines Grenzbereichs 70 der Halbleitereinrichtung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels ist ungefähr dieselbe wie die Weite des Grenzabschnitts 70 der Halbleitereinrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels. Gemäß der Halbleitereinrichtung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels sind eine Breite eines Trennbereichs 72 und eine Breite eines Trennbereichs 74 kleiner als die der Halbleitereinrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels, und ein Trennbereich 76 ist zwischen dem Trennbereich 72 und dem Trennbereich 74 gebildet. Der Rest der Konfiguration der Halbleitereinrichtung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie die der Halbleitereinrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels.
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Der Trennbereich 76 ist in einem Bereich gebildet, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 bis zu einer Position erstreckt, die tiefer als das untere Ende der Gateelektrode 54 ist. Der Trennbereich 76 ist aus einem p-Typ Halbleiter gebildet. Eine Konzentration von Verunreinigungen in dem Trennbereich 76 ist höher als die in der Niedrigkonzentrationsanodenschicht 26b und der Niedrigkonzentrationskörperschicht 48b. Eine obere Oberfläche des Trennbereichs 76 ist mit der Isolationsschicht 78 bedeckt. Die Driftschicht 90 existiert zwischen dem Trennbereich 76 und dem Trennbereich 72. Der Trennbereich 76 und der Trennbereich 72 sind voneinander durch die Driftschicht 90 getrennt. Die Driftschicht 90 existiert zwischen dem Trennbereich 76 und dem Trennbereich 74. Der Trennbereich 76 und der Trennbereich 74 sind voneinander durch die Driftschicht 90 getrennt. Durch die Trennbereiche 72, 74 und 76 ist ein elektrisches Feld, das auf die Gateelektrode 54 und die Körperschicht 48 nahe dem Grenzbereich 70 zu konzentrieren ist, unterdrückt.
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Der Trennbereich 76 ist von dem Driftbereich 90 umgeben. Deswegen wird der Trennbereich 76 nicht ein Pfad des elektrischen Stroms, wenn die Vorwärtsspannung an die Diode 20 angelegt wird. Daher fließt der umgekehrte Strom nicht in den Trennbereich 76, selbst wenn die Diode 20 den umgekehrten Erholungsvorgang durchführt. Die Breiten der Trennbereiche 72 und 74 sind klein, weil der Trennbereich 76 dazwischen gebildet ist. Die kleinere Breite des Trennbereichs 72 macht es für den umgekehrten Strom schwieriger zu fließen. Nicht nur die kleinere Breite des Trennbereichs 74, sondern auch der längere Abstand von dem Trennbereich 74 zu dem Kathodenbereich 30 macht es sogar noch schwieriger für den umgekehrten Strom zu fließen. Als eine Konsequenz ist es gemäß der Halbleitereinrichtung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels schwieriger für den umgekehrten Strom zu fließen als in dem Fall der Halbleitereinrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels.
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Wie oben beschrieben, ist in der Halbleitereinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels und der Halbleitereinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Trennbereichen in dem Grenzbereich platziert. Als eine Konsequenz ist die Konzentration des elektrischen Feldes auf ein Gebiet nahe dem Grenzbereich unterdrückt und der umgekehrte Strom, der in den Grenzbereich fließt, ist unterdrückt.
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In dem oben erwähnten zweiten Ausführungsbeispiel sind drei Trennbereiche in dem Grenzbereich gebildet, aber vier oder mehr Trennbereiche können in dem Grenzbereich gebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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