DE112010002017B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung (10) mit:einer Halbleiterschicht (12), in der ein Diodenbereich (20) und ein IGBT-Bereich (40) ausgebildet sind, wobeider Diodenbereich (20) einen in einem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Anodenbereich (26) sowie einen in einem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten n-Kathodenbereich (22) beinhaltet,der IGBT-Bereich (40) einen in dem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Körperbereich (46) sowie einen in dem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Kollektorbereich (42) beinhaltet,ein Lebensdauer-gesteuerter Bereich (39) in der Halbleiterschicht (12) derart ausgebildet ist, dass sich der Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39) kontinuierlich entlang einer Lateralrichtung der Halbleiterschicht (12) erstreckt,in einer Draufsicht der Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39) einen in dem Diodenbereich (20) angeordneten ersten Lebensdauer-gesteuerten Bereich (39A) und einen in einem Teil des IGBT-Bereichs (40) angeordneten zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich (39B) aufweist,der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39B) sich von einer Grenze des Diodenbereichs (20) und des IGBT-Bereichs zu dem IGBT-Bereich hin erstreckt, undin der Draufsicht eine Spitze (39a) des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs (39B) in einem Ausbildungsbereich des Körperbereichs (46) in dem IGBT-Bereich angeordnet ist, wobeidie Länge des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs (39B) größer gleich 60 µm von der Grenze entlang der Lateralrichtung ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einer Halbleiterschicht, in der ein Diodenbereich und ein IGBT-Bereich (IGBT: Bipolartransistor mit isoliertem Gate) ausgebildet sind.
  • Stand der Technik
  • Eine Halbleitervorrichtung, in der ein Diodenbereich und ein IGBT-Bereich in einer Halbleiterschicht ausgebildet werden, wurde entwickelt. Bei dieser Bauart einer Halbleitervorrichtung wird der Diodenbereich als Freilaufdiode (FWD) derart verwendet, dass ein Laststrom in Sperrrichtung fließen kann, wenn der IGBT-Bereich aus ist. Bei dieser Bauart der Halbleitervorrichtung ist es wichtig, die Sperrerholeigenschaften des Diodenbereichs zu verbessern.
  • Bei der Druckschrift JP 2009 - 267 394 A sowie der Druckschrift JP 2008 - 192 737 A wird eine Technik zur Ausbildung eines Lebensdauer-gesteuerten Bereichs in der Halbleiterschicht zur Verbesserung der Sperrerholeigenschaften vorgeschlagen. Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich wird ausgebildet, um Überschussladungsträger, die injiziert worden sind, wenn der Laststrom in Sperrrichtung floss, durch Rekombination zum Verschwinden zu bringen, so dass eine Sperrerholladung (Qrr) in der Sperrerholzeit reduziert wird. Bei der Druckschrift JP 2009 - 267 394 A wird eine Technik zur Ausbildung des Lebensdauer-gesteuerten Bereichs in sowohl dem Diodenbereich als auch dem IGBT-Bereich offenbart. Bei der Druckschrift JP 2008 - 192 737 A wird eine Technik zur selektiven Ausbildung des Lebensdauer-gesteuerten Bereichs nur in dem Diodenbereich offenbart.
  • Weiterer Stand der Technik kann aus der Druckschrift US 2009 / 0 278 166 A1 ersehen werden, die eine Halbleitervorrichtung in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat mit sowohl einem IGBT-Gebiet als auch einem Diodengebiet beschreibt, wobei letzteres ein Gebiet mit kurzer Löcherlebensdauer umfasst, sowie aus der Druckschrift JP 2010 - 067 901 A , die ebenfalls eine Halbleitervorrichtung in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat mit einem IGBT und einer Diode beschreibt.
  • Erfindungszusammenfassung
  • Technisches Problem
  • Gemäß der Druckschrift JP 2009 - 267 394 A verringert der in dem IGBT-Bereich vorhandene Teil des Lebensdauer-gesteuerten Bereichs die Transporteffizienz von Ladungsträgern nachteilig, wenn der IGBT-Bereich angeschaltet wird, falls ein Lebensdauer-gesteuerter Bereich über sowohl einen Diodenbereich als auch einen IGBT-Bereich ausgebildet wird. Folglich weist die Halbleitervorrichtung gemäß der Druckschrift JP 2009 - 267 394 A das Problem auf, dass die Durchlassspannung groß ist. Falls andererseits der Lebensdauer-gesteuerte Bereich nur im Diodenbereich ausgebildet wird, dann wird ein Anstieg in der Durchlassspannung verhindert, wie es in der Druckschrift JP 2008 - 192 737 A offenbart ist.
  • Trotzdem wurde erfindungsgemäß folgendes anhand detaillierter Untersuchungen herausgefunden. In dem IGBT-Bereich existiert eine parasitäre Diode zwischen einem Körperbereich und einem Driftbereich. Wenn der Laststrom zurückkehrt, ist folglich die parasitäre Diode in der Umgebung der Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich in Durchlassrichtung vorgespannt, und Ladungsträger können über die parasitäre Diode nachteilig injiziert werden.
  • Falls folglich gemäß der Offenbarung in der Druckschrift JP 2008 - 192 737 A der Lebensdauer-gesteuerte Bereich nur in dem Diodenbereich ausgebildet ist, dann können die über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs injizierten Ladungsträger nicht befriedigend eliminiert werden. Daher wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass die Sperrerholladung (Qrr) aufgrund der über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs injizierten Ladungsträger ansteigt.
  • Die Erfindung erfolgte in Anbetracht des vorstehend beschriebenen Problems, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Eigenschaften sowohl der Durchlassspannung als auch der Sperrerholladung (Qrr) zu verbessern.
  • Lösung des technischen Problems
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung umfasst einen ersten Ladungsträger-gesteuerten Bereich, der in der Draufsicht in einem Diodenbereich angeordnet ist, sowie einen zweiten Ladungsträger-gesteuerten Bereich, der in der Draufsicht in einem Teil eines IGBT-Bereichs angeordnet ist. Der zweite Ladungsträger-gesteuerte Bereich erstreckt sich von einer Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich zu dem IGBT-Bereich hin. Genauer ist der zweite Ladungsträger-gesteuerte Bereich derart ausgebildet, dass er in der Draufsicht einen Teil eines Bereichs überlappt, über dem ein Körperbereich des IGBT-Bereichs ausgebildet ist. Dadurch können zumindest einige über eine parasitäre Diode des IGBT-Bereichs injizierten Ladungsträger durch den zweiten Ladungsträger-gesteuerten Bereich zum Verschwinden gebracht werden, und ein Anstieg bei der Sperrerholladung (Qrr) kann daher verhindert werden. Zudem ist der zweite Ladungsträger-gesteuerte Bereich in einem Teil des IGBT-Bereichs und nicht über dessen gesamte Fläche ausgebildet. Folglich wird ein Anstieg bei der Durchlassspannung aufgrund der Ausbildung des zweiten Ladungsträger-gesteuerten Bereichs verhindert. Erfindungsgemäß kann eine Halbleitervorrichtung ausgestaltet werden, wobei die Eigenschaften sowohl der Durchlassspannung als auch der Sperrerholladung (Qrr) verbessert sind.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Erfindungsgemäß kann die Halbleitervorrichtung so ausgestaltet werden, dass die Eigenschaften sowohl der Durchlassspannung als auch der Sperrerholladung (Qrr) verbessert sind.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht von Hauptteilen einer Halbleitervorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
    • 2 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Durchlassspannung und der Sperrerholladung (Qrr) eines Diodenbereichs.
    • 3 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Sperrerholladung (Qrr) und der sich von einer Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich erstreckenden Länge.
    • 4 zeigt eine schematische Schnittansicht von Hauptteilen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung umfasst eine Halbleiterschicht, wobei ein Diodenbereich und ein IGBT-Bereich ausgebildet sind. Der Diodenbereich umfasst einen p-Anodenbereich, der in einem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht ausgebildet ist, sowie einen n-Kathodenbereich, der in einem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht ausgebildet ist. Der IGBT-Bereich umfasst einen p-Körperbereich, der in dem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht ausgebildet ist, sowie einen p-Kollektorbereich, der in dem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht ausgebildet ist. Dabei ist vorliegend ein Bereich, über dem der p-Kollektorbereich in dem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht ausgebildet ist, als der IGBT-Bere<ich definiert. Demzufolge ist die Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich die Grenze zwischen dem Bereich, über dem der Kollektorbereich ausgebildet ist, und dem Bereich, über dem er nicht ausgebildet ist. Es ist beispielsweise oftmals der Fall, dass der n-Kathodenbereich des Diodenbereichs und der p-Kollektorbereich des IGBT-Bereichs benachbart sind. Folglich kann die Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich auch eine Grenzfläche zwischen dem Kathodenbereich und dem Kollektorbereich sein. Ein Lebensdauer-gesteuerter Bereich, der sich kontinuierlich in einer horizontalen Richtung der Halbleiterschicht erstreckt, ist in der Halbleiterschicht ausgebildet. Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich ist ein Bereich, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer stärker als im umgebenden Bereich verkürzt worden ist. Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich ist beispielsweise ein Bereich, bei dem absichtlich Kristallfehler ausgebildet worden sind. Bei der vorliegend offenbarten Halbleitervorrichtung umfasst in der Draufsicht der Lebensdauer-gesteuerte Bereich einen ersten Lebensdauer-gesteuerten Bereich, der in dem Diodenbereich angeordnet ist, sowie einen zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich, der in einem Teil des IGBT-Bereichs angeordnet ist. Der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich erstreckt sich von der Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich zu dem IGBT-Bereich hin. In der Draufsicht ist eine Spitze des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs in dem Bereich angeordnet, über dem der Körperbereich des IGBT-Bereichs ausgebildet ist. Falls der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich unter dem Körperbereich des IGBT-Bereichs ausgebildet ist, dann steigt somit die Wahrscheinlichkeit, dass die über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs injizierten Ladungsträger in dem zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich rekombinieren werden, drastisch an. Folglich nimmt der Einfluss der über die parasitäre Diode injizierten Ladungsträger auf die Sperrerholladung (Qrr) ab.
  • Bei der vorliegend offenbarten Halbleitervorrichtung ist die Spitze des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs vorzugsweise innerhalb eines Bereichs angeordnet, der größer gleich einer Diffusionslänge von positiven Löchern in der von der Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich erstreckenden Horizontalrichtung ist. Die Diffusionslänge der positiven Löcher wird auf ungefähr 60 µm abgeschätzt. Folglich ist die Spitze des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs vorzugweise innerhalb eines Bereichs angeordnet, der größer gleich 60 µm in der sich von der Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich erstreckenden horizontalen Richtung ist. Falls der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 60 µm oder mehr in der sich von der Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich erstreckenden horizontalen Richtung überschreitet, dann kann die Wirkung einer Reduktion der Sperrerholladung (Qrr) befriedigend erhalten werden.
  • Bei der vorliegend offenbarten Halbleitervorrichtung kann eine Vielzahl von Grabengatestrukturen, die derart bereitgestellt ist, dass die Grabengatestrukturen den Körperbereich durchdringen, ausgebildet sein. Dabei ist in der Draufsicht die Spitze des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs vorzugsweise innerhalb eines Bereichs angeordnet, der sich jenseits der Grabengatestruktur erstreckt, die am nächsten zu dem Diodenbereich bereitgestellt ist. Dabei beinhaltet der Bereich, der sich jenseits dieser Grabengatestruktur erstreckt, den Bereich unter dieser Grabengatestruktur. Der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich ist dabei über den gesamten Bereich unter dem Körperbereich ausgebildet, der auf der Diodenbereichseite der Grabengatestruktur vorhanden ist, die am nächsten zu dem Diodenbereich in dem IGBT-Bereich angeordnet ist. Wenn ein Rückstrom in den Diodenbereich fließt, ist die parasitäre Diode, die durch den auf der Diodenbereichseite der Grabengatestrukturen vorhandenen Körperbereich konfiguriert ist, tendenziell in Durchlassrichtung vorgespannt. Folglich kann der zweite Ladungsträger-gesteuerte Bereich, der mit der vorstehend beschriebenen Positionsbeziehung ausgebildet ist, die über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs induzierten Ladungsträger befriedigend verschwinden lassen.
  • Bei der vorliegend offenbarten Halbleitervorrichtung ist die Spitze des zweiten Ladungsträger-gesteuerten Bereichs vorzugsweise innerhalb eines Bereichs angeordnet, der kleiner als 500 µm in der sich von der Grenze zwischen dem Diodenbereich und dem IGBT-Bereich erstreckenden horizontalen Richtung beträgt. Erfindungsgemäß wurde sichergestellt, dass die Wirkung der Reduktion der Sperrerholladung (Qrr) eine Sättigung erreicht, falls der zweite Ladungsträger-gesteuerte Bereich jenseits von 500 µm ausgebildet wird. Folglich ist es in Anbetracht eines Anstiegs in der Durchlassspannung vorzuziehen, die Spitze des zweiten Ladungsträger-gesteuerten Bereichs innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs anzuordnen. Dadurch wird eine Halbleitervorrichtung ausgestaltet, bei der die Eigenschaften sowohl der Durchlassspannung als auch der Sperrerholladung (Qrr) verbessert sind.
  • Bei der vorliegend offenbarten Halbleitervorrichtung ist der Lebensdauer-gesteuerte Bereich durch die Bestrahlung mit geladenen Teilchen ausgebildet, und ist vorzugweise in einem Teil einer Ebene in einer vorgeschriebenen Tiefe der Halbleiterschicht angeordnet.
  • Ausführungsbeispiele
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß 1 umfasst eine Halbleitervorrichtung 10 eine Halbleiterschicht 12, wobei ein Diodenbereich 20 und ein IGBT-Bereich 40 koexistieren. Bei der Halbleitervorrichtung 10 wird der Diodenbereich 20 als Freilaufdiode verwendet; wenn zudem der IGBT-Bereich 40 aus ist, wird ein Rückfluss eines Laststroms veranlasst. Der IGBT-Bereich 40 kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass er in der Draufsicht den Diodenbereich 20 vollständig umgibt. Alternativ können der Diodenbereich 20 und der IGBT-Bereich 40 derart ausgebildet sein, dass sie in der Draufsicht in einer Richtung benachbart angeordnet sind.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst: eine gemeinsame Elektrode 60, die in einer Rückoberfläche der Halbleiterschicht 12 ausgebildet ist; und eine Anode 28 und eine Emitterelektrode 48, die in einer Vorderoberfläche der Halbleiterschicht 12 ausgebildet sind. Die gemeinsame Elektrode 60 ist über sowohl dem Diodenbereich 20 als auch dem IGBT-Bereich 40 ausgebildet; ferner ist die gemeinsame Elektrode 60 eine Kathode in der Diode und eine Kollektorelektrode in dem IGBT. Die Anode 28 ist derart ausgebildet, dass sie dem Diodenbereich 20 entspricht. Die Emitterelektrode 48 ist derart ausgebildet, dass sie dem IGBT-Bereich 40 entspricht. Ferner können nach Bedarf die Anode 28 und die Emitterelektrode 48 eine einzelne gemeinsame Elektrode sein.
  • In einem dem Diodenbereich 20 der Halbleiterschicht 12 entsprechenden Bereich umfasst die Halbleitervorrichtung 10 ferner einen n-Kathodenbereich 22, einen n-Zwischenbereich 24 und einen p-Anodenbereich 26.
  • Der Kathodenbereich 22 ist in dem Rückschichtteil der Halbleiterschicht 12 beispielsweise unter Verwendung der Ionenimplantationstechnologie ausgebildet. Die Dotierstoffkonzentration des Kathodenbereichs 22 ist hoch, und der Kathodenbereich 22 steht in ohmschen Kontakt mit der gemeinsamen Elektrode 60.
  • Der Zwischenbereich 24 ist zwischen dem Kathodenbereich 22 und dem Anodenbereich 26 bereitgestellt. Der Zwischenbereich 24 umfasst einen Niederkonzentrationszwischenbereich 24a und einen Pufferbereich 24b. Der Niederkonzentrationszwischenbereich 24a und der Pufferbereich 24b weisen unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen auf, wobei nämlich die Dotierstoffkonzentration des Niederkonzentrationszwischenbereichs 24a niedriger als die des Pufferbereichs 24b ist. Der Niederkonzentrationszwischenbereich 24a ist der Restteil der Halbleiterschicht 12, wobei andere Bereiche ausgebildet sind. Die Dotierstoffkonzentration des Niederkonzentrationszwischenbereichs 24a ist in der Dickenrichtung konstant; der Pufferbereich 24b ist ferner unter Verwendung von beispielsweise der Ionenimplantationstechnologie ausgebildet.
  • Der Anodenbereich 26 ist im Frontschichtteil der Halbleiterschicht 12 beispielsweise unter Verwendung der Ionenimplantationstechnologie ausgebildet. Der Anodenbereich 26 umfasst eine Vielzahl von Hochkonzentrationsanodenbereichen 26a; sowie einen Niederkonzentrationsanodenbereich 26b, der die Vielzahl Hochkonzentrationsanodenbereiche 26a umgibt. Die Hochkonzentrationsanodenbereiche 26a sind derart angeordnet, dass sie innerhalb des Frontschichtteils der Halbleiterschicht 12 verteilt sind. Die Dotierstoffkonzentration der Hochkonzentrationsanodenbereiche 26a ist hoch, und die Hochkonzentrationsanodenbereiche 26a stehen in ohmschen Kontakt mit der Anode 28. Die Dotierstoffkonzentration des Niederkonzentrationsanodenbereichs 26b ist niedriger als die der Hochkonzentrationsanodenbereiche 26a. Eine Position eines unteren Endes des Anodenbereichs 26 ist flacher als eine Position von unteren Enden der Grabengatestrukturen 52, die nachstehend beschrieben sind. Als Alternative zu dem vorliegenden Beispiel kann der Niederkonzentrationsanodenbereich 26b nur zwischen benachbarten Hochkonzentrationsanodenbereichen 26a bereitgestellt sein. Verschiedene Konfigurationen des Anodenbereichs 26 können gemäß den für den Diodenbereich 20 gewünschten Eigenschaften angewendet werden.
  • Bei dem Bereich, der dem IGBT-Bereich 40 der Halbleiterschicht 12 entspricht, umfasst die Halbleitervorrichtung 10 ferner einen p-Kollektorbereich 42, einen n-Driftbereich 44, einen p-Körperbereich 46 und n-Emitterbereiche 47.
  • Der Kollektorbereich 42 ist in dem Rückschichtteil der Halbleiterschicht 12 beispielsweise unter Verwendung der Ionenimplantationstechnologie ausgebildet. Die Dotierstoffkonzentration des Kollektorbereichs 42 ist hoch, und der Kollektorbereich 42 steht in ohmschen Kontakt mit der gemeinsamen Elektrode 60. Der Kollektorbereich 42 des IGBT-Bereichs 40 und der Kathodenbereich 22 des Diodenbereichs 20 sind im Wesentlichen in derselben Tiefe in der Halbleiterschicht 12 angeordnet, und in horizontaler Richtung der Halbleiterschicht 12 benachbart angeordnet. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Grenzfläche zwischen dem Kollektorbereich 42 und dem Kathodenbereich 22 die Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40.
  • Der Driftbereich 44 ist zwischen dem Kollektorbereich 42 und dem Körperbereich 46 angeordnet. Der Driftbereich 44 umfasst einen Niederkonzentrationsdriftbereich 44a und einen Pufferbereich 44b. Der Niederkonzentrationsdriftbereich 44a und der Pufferbereich 44b weisen unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen auf, wobei die Dotierstoffkonzentration des Niederkonzentrationsdriftbereichs 44a nämlich geringer als die des Pufferbereichs 44b ist. Der Niederkonzentrationsdriftbereich 44a ist der verbliebene Teil der Halbleiterschicht 12, wobei andere Bereiche ausgebildet sind; zudem ist die Dotierstoffkonzentration des Niederkonzentrationsdriftbereichs 44a in der Dickenrichtung konstant. Der Pufferbereich 44b ist beispielsweise unter Verwendung der Ionenimplantationstechnologie ausgebildet.
  • Der Körperbereich 46 ist in dem Frontschichtteil der Halbleiterschicht 12 beispielsweise unter Verwendung der Ionenimplantationstechnologie ausgebildet. Der Körperbereich 46 umfasst eine Vielzahl von Körperkontaktbereichen 46a; sowie einen Niederkonzentrationskörperbereich 46b, der die Körperkontaktbereiche 46a umgibt. Die Körperkontaktbereiche 46a sind derart angeordnet, dass sie innerhalb des Frontschichtteils der Halbleiterschicht 12 verteilt sind. Die Dotierstoffkonzentration der Vielzahl von Körperkontaktbereichen 46a ist hoch; zudem stehen die Körperkontaktbereiche 46a in ohmschen Kontakt mit der Emitterelektrode 48. Die Dotierstoffkonzentration des Niederkonzentrationskörperbereichs 46b ist niedriger als die der Vielzahl von Körperkontaktbereichen 46a.
  • Die Vielzahl der Emitterbereiche 47 ist in dem Frontschichtteil der Halbleiterschicht 12 beispielsweise unter Verwendung der Ionenimplantationstechnologie ausgebildet. Die Emitterbereiche 47 sind derart angeordnet, dass sie innerhalb des Frontschichtteils der Halbleiterschicht 12 verteilt sind. Die Dotierstoffkonzentration der Emitterbereiche 47 ist hoch, und die Emitterbereiche 47 stehen in ohmschen Kontakt mit der Emitterelektrode 48.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst ferner die Vielzahl der Grabengatestrukturen 52, welche in dem Bereich ausgebildet ist, der dem IGBT-Bereich 40 entspricht. Die Grabengatestrukturen 52 sind derart angeordnet, dass sie innerhalb des Frontschichtteils der Halbleiterschicht 12 verteilt sind. Jede der Grabengatestrukturen 52 umfasst eine Grabengateelektrode 54 und eine Gateisolationsschicht 56, welche die Grabengateelektrode 54 bedeckt. Jede der Grabengatestrukturen 52 erstreckt sind von der Vorderoberfläche zu der Rückoberfläche der Halbleiterschicht 12 und durchdringt den Körperbereich 46. Jede der Grabengatestrukturen 52 ist mit dem entsprechenden Emitterbereich 47, dem Niederkonzentrationskörperbereich 46b und dem Niederkonzentrationsdriftbereich 44a verbunden. Jede der Grabengateelektroden 54 ist bezüglich der Emitterelektrode 48 durch eine Isolationsschicht 58 isoliert.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst ferner einen Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39, der in einer vorgeschriebenen Tiefe in der Halbleiterschicht 12 ausgebildet ist. Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 ist in einem Teil der Ebene in einer vorgeschriebenen Tiefe in der Halbleiterschicht 12 ausgebildet. Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 umfasst einen ersten Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39A, der in der Draufsicht kontinuierlich entlang der horizontalen Richtung über den gesamten Bereich des Diodenbereichs 20 ausgebildet ist. Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 umfasst ferner einen zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39B, der in der Draufsicht kontinuierlich entlang der Horizontalrichtung in einem Teil des IGBT-Bereichs 40 ausgebildet ist. Der erste Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39A des Diodenbereichs 20 und der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B des IGBT-Bereichs 40 sind an der Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40 kontinuierlich. Der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B des IGBT-Bereichs 40 erstreckt sich von einer Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40 zum Inneren des IGBT-Bereichs 40 hin. Genauer ist eine Spitze 39a des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39B in der Draufsicht innerhalb des Bereichs angeordnet, über dem der Körperbereich 46 des IGBT-Bereichs 40 ausgebildet ist. Zudem ist die Spitze 39a des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39B in der Draufsicht innerhalb des Bereichs des IGBT-Bereichs 40 jenseits des Körperkontaktbereichs 46a angeordnet, der am nächsten zu dem Diodenbereich 20 angeordnet ist. Zudem ist die Spitze 39a des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39B in der Draufsicht innerhalb des Bereichs des IGBT-Bereichs 40 jenseits der Grabengatestruktur 52 angeordnet, die am nächsten zu dem Diodenbereich 20 angeordnet ist.
  • In dem Diodenbereich 20 ist der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 in dem Niederkonzentrationszwischenbereich 24a ausgebildet; ferner ist in dem IGBT-Bereich 40 der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 in dem Niederkonzentrationsdriftbereich 44a ausgebildet. Genauer ist der erste Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39A des Diodenbereichs 20 auf der Seite des Niederkonzentrationszwischenbereichs 24a der Grenzfläche zwischen dem Niederkonzentrationszwischenbereich 24a und dem Niederkonzentrationsanodenbereich 26b ausgebildet. Der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B des IGBT-Bereichs 40 ist auf der Seite des Niederkonzentrationsdriftbereichs 44a der Grenzfläche zwischen dem Niederkonzentrationsdriftbereich 44a und dem Niederkonzentrationskörperbereich 46b ausgebildet.
  • Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 kann unter Verwendung einer beliebigen von verschiedenen gut bekannten Techniken ausgebildet werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 in der vorgeschriebenen Tiefe durch die Bestrahlung mit Helium (He) auf die Halbleiterschicht 12 ausgebildet. Als eine Alternative zu dem vorliegenden Beispiel kann der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 durch die Bestrahlung mit anderen geladenen Teilchen auf die Halbleiterschicht 12 ausgebildet werden. Alternativ kann der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 durch die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl auf die Halbleiterschicht 12 ausgebildet werden. Zudem kann der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 durch die Diffusion von einem Schwermetall wie etwa Gold oder Platin in die Halbleiterschicht 12 ausgebildet werden.
  • Der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 beinhaltet eine viel größere Menge von Kristallfehlern als der umgebende Bereich aufgrund der Beschädigung, die von der Bestrahlung mit Helium herrührt. Die Kristallfehlerdichte des Lebensdauer-gesteuerte Bereichs 39 weist ihren Spitzenwert in der vorgeschriebenen Tiefe in der Halbleiterschicht 12 auf, und ist höher als die Kristallfehlerdichte des umgebenden Niederkonzentrationszwischenbereichs 24a und Niederkonzentrationsdriftbereichs 44a. Folglich kann der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 als ein Ort dienen, wo Elektronen und positive Löcher rekombinieren.
  • Nachstehend sind die Eigenschaften bezüglich der Sperrerholcharakteristik der Halbleitervorrichtung 10 beschrieben. Die Halbleitervorrichtung 10 wird als eine von sechs Transistoren verwendet, die eine fahrzeuggebundene Dreiphaseninverterschaltung bilden, und die mit einem (nicht gezeigten) Wechselstrommotor verbunden ist. Die Halbleitervorrichtung 10 wird nämlich unter Verwendung von Impulsweitenmodulation (PWM) zum An- und Ausschalten gesteuert; wenn der IGBT-Bereich 40 aus ist, fließt der Rückstrom zu dem Wechselstrommotor über den Diodenbereich 20. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Diodenbereich 20 in einem in Durchlassrichtung vorgespannten Zustand, die Anode 28 liegt auf hohem Potential, und die gemeinsame Elektrode 60 liegt auf niedrigem Potential. Folglich wird eine große Menge positiver Löcher von dem Anodenbereich 26 zu dem Niederkonzentrationszwischenbereich 24a injiziert.
  • Falls dann der Diodenbereich 20 zu einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand übergeht, wird sodann der Rückstrom abgeschnitten. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Anode 28 des Diodenbereichs 20 auf niedrigem Potential und die gemeinsame Elektrode 60 liegt auf hohem Potential. Falls der Diodenbereich 20 in den in Sperrrichtung vorgespannten Zustand übergeht, dann beginnen folglich die durch den Rückstrom in den Niederkonzentrationszwischenbereich 24a injizierten positiven Löcher zum Anodenbereich 26 in Sperrrichtung zu fließen. Dieses Phänomen wird als Sperrerholstrom beobachtet. Das Produkt aus der Größe und der Dauer dieses Sperrerholstroms ist die Sperrerholladung (Qrr), und eine Reduktion der Sperrerholladung (Qrr) ist kritisch, um ebenso die Energieverluste zu reduzieren.
  • Zur Reduktion der Sperrerholladung (Qrr) ist es wesentlich, die Menge von positiven Löchern zu reduzieren, die injiziert werden, wenn der Rückstrom fließt. In der Halbleitervorrichtung 10 wird der erste Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39A über den gesamten Bereich des Diodenbereichs 20 ausgebildet. Der erste Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39A weist Kristallfehler auf, und wirkt daher als Rekombinationszentrum der Ladungsträger. Folglich verschwinden die durch den Rückstrom injizierten überschüssigen positiven Löcher in dem Diodenbereich 20 aufgrund der Rekombination in dem ersten Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39A.
  • Wenn gemäß vorstehender Beschreibung der Rückstrom fließt, liegt die Anode 28 auf hohem Potential, und die gemeinsame Elektrode 60 liegt auf niedrigem Potential. In der Halbleitervorrichtung 10 werden die Anode 28 und die Emitterelektrode 48 derart verwendet, dass sie kurzgeschlossen sind; wenn daher die Anode 28 auf hohem Potential liegt, liegt die Emitterelektrode 48 ebenfalls auf hohem Potential. Wie in 1 gezeigt ist, existiert in dem IGBT-Bereich 40 eine parasitäre Diode zwischen dem Körperbereich 46 und dem Driftbereich 44. Das meiste dieser parasitären Diode arbeitet nicht, weil der p-Kollektorbereich 42 in dem Rückschichtteil bereitgestellt ist. Nichtsdestotrotz wurde herausgefunden, dass die in der Umgebung der Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40 existierende parasitäre Diode arbeitet, wenn die Durchlassspannung des Diodenbereichs 20 ansteigt. Falls insbesondere die Kristallfehlerdichte des Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39 erhöht wird, dann steigt die Durchlassspannung des Diodenbereichs 20, wenn der Rückstrom fließt. Folglich wurde herausgefunden, dass die in der Umgebung der Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40 existierende parasitäre Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist.
  • In der Halbleitervorrichtung 10 wird auch bezüglich der in der Umgebung dieser Grenze existierenden parasitären Diode ein korrigierender Vorgang vorgenommen. Gemäß 1 ist in der Halbleitervorrichtung 10 der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B in einem Teil des IGBT-Bereichs 40 ausgebildet. Folglich verschwinden die über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs 40 injizierten positiven Löcher durch Rekombination in dem zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39B. Daher verhindern bei der Halbleitervorrichtung 10 die über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs 40 injizierten positiven Löcher einen Anstieg in der Sperrerholladung (Qrr).
  • 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der an dem Diodenbereich 20 angelegten Durchlassspannung (Vf) und der Sperrerholladung (Qrr). Je größer die Durchlassspannung (Vf) ist, umso größer ist die Anzahl der in dem Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39 enthaltenen Kristallfehler, wobei größere Zahlen größere Mengen von Helium andeuten, die zur Ausbildung des Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39 eingestrahlt worden sind. Die bekannte Struktur in der Figur repräsentiert ein Beispiel, bei dem der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 nur in dem Diodenbereich 20 und nicht in dem IGBT-Bereich 40 ausgebildet ist. In der Figur geben 100, 200, 300, 500 und 800 µm jeweils die Länge an, mit der der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B sich von der Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40 in Richtung des Inneren des IGBT-Bereichs 40 erstreckt.
  • Normalerweise ist die Menge von Kristallfehlern des Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39 umso größer, je größer die Durchlassspannung (Vf) ist, und daher ist die Sperrerholladung (Qrr) umso kleiner. Wie jedoch in 2 gezeigt ist, steigt bei der bekannten Struktur die Sperrerholladung (Qrr) an, falls die Durchlassspannung (Vf) jenseits von ungefähr 1,5 V ansteigt. Es wird vermutet, dass dieses Phänomen durch den Anstieg in der Durchlassspannung (Vf) verursacht wird, was die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs 40 in Durchlassrichtung vorspannt, wodurch positive Löcher über diese parasitäre Diode injiziert werden.
  • Darüber hinaus ergab sich für das vorliegende Ausführungsbeispiel für jeden Fall, bei dem der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B in einem Teil des IGBT-Bereichs 40 ausgebildet ist, dass die Sperrerholladung (Qrr) stärker als bei der bekannten Struktur abnimmt. Insbesondere bezüglich des Bereichs, bei dem die Durchlassspannung (Vf) ungefähr 1,5 V überschreitet, nimmt die Sperrerholladung (Qrr) für jeden Fall nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ab, im Gegensatz zu dem Anstieg bei der bekannten Struktur. Dies zeigt, dass die Ausbildung des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39B in einem Teil des IGBT-Bereichs 40 ein befriedigendes Verschwinden der über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs 40 injizierten positiven Löcher ermöglicht, und dadurch einen Anstieg in der Sperrerholladung (Qrr) vermeidet.
  • 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Sperrerholladung (Qrr) und der Länge, mit der sich der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 von der Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40 zu dem IGBT-Bereich 40 hin erstreckt. Ungeachtet der Heliummenge, die zur Ausbildung des Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39 eingestrahlt wurde, wurde für jedes Beispiel verifiziert, dass falls die von der Grenze sich erstreckende Länge 500 µm überschreitet, die Wirkung zur Reduktion der Sperrerholladung (Qrr) dann gesättigt wird.
  • Nach vorstehender Beschreibung ermöglicht bei der Halbleitervorrichtung 10 eine Ausbildung des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs 39B in einem Teil des IGBT-Bereichs 40, dass zumindest einige der über die parasitäre Diode des IGBT-Bereichs 40 injizierten positiven Löcher durch den in dem IGBT-Bereich 40 ausgebildeten zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39B verschwinden. Dadurch ist es möglich, einen Anstieg in der Sperrerholladung (Qrr) zu verhindern. Zudem ist der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B in einem Teil, aber nicht über den gesamten Bereich, des IGBT-Bereichs 40 ausgebildet. Folglich wird auch ein Anstieg in der Durchlassspannung aufgrund der Ausbildung des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich 39B verhindert. In der Halbleitervorrichtung 10 werden die Eigenschaften sowohl der Durchlassspannung als auch der Sperrerholladung (Qrr) verbessert.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß 4 ist in einer Halbleitervorrichtung 100 ein p-Isolationsbereich 72 in der Umgebung der Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40 ausgebildet. Der Isolationsbereich 72 ist in dem Frontschichtteil der Halbleiterschicht 12 ausgebildet. Der Isolationsbereich 72 ist tiefer als das untere Ende des Anodenbereichs 26 und das untere Ende des Körperbereichs 46 ausgebildet. Genauer ist der Isolationsbereich 72 tiefer als die unteren Enden der Grabengatestrukturen bezüglich der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht 12 ausgebildet. Zudem kontaktiert der Isolationsbereich 72 sowohl den Anodenbereich 26 als auch den Körperbereich 46. Die Dotierstoffkonzentration des Isolationsbereichs 72 ist höher als die des Niederkonzentrationsanodenbereichs 26b und des Niederkonzentrationskörperbereichs 46b. Wenn der IGBT-Bereich 40 aus ist, erstreckt der Isolationsbereich 72 eine Verarmungsschicht zu dem Niederkonzentrationszwischenbereich 24a und dem Niederkonzentrationsdriftbereich 44a, und verhindert dadurch eine Konzentration des elektrischen Feldes in der Umgebung der Grenze zwischen dem Diodenbereich 20 und dem IGBT-Bereich 40. Insbesondere weil der Isolationsbereich 72 tiefer als die Grabengatestrukturen ausgebildet ist, wird eine Konzentration des elektrischen Feldes in den Grabengatestrukturen in der Umgebung des Isolationsbereichs 72 verhindert.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 100 ist der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 außerdem an dem unteren Ende des Isolationsbereichs 72 ausgebildet. Der Isolationsbereich 72 bildet außerdem eine parasitäre Diode. Folglich führt bei der Halbleiterdiode, die den Isolationsbereich 72 umfasst, ein Vorspannen der parasitären Diode des Isolationsbereichs 72 in Durchlassrichtung zu einem Anstieg in der Sperrerholladung (Qrr). Weil bei der Halbleitervorrichtung 100 der Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39 ebenfalls an dem unteren Ende des Isolationsbereichs 72 ausgebildet ist, können die über die parasitäre Diode des Isolationsbereichs 72 injizierten positiven Löcher befriedigend zum Verschwinden gebracht werden. Weil ferner wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich 39B unter dem Körperbereich 46 des IGBT 40 ausgebildet ist, können die über die parasitäre Diode des Körperbereichs 46 injizierten positiven Löcher befriedigend zum Verschwinden gebracht werden.

Claims (3)

  1. Halbleitervorrichtung (10) mit: einer Halbleiterschicht (12), in der ein Diodenbereich (20) und ein IGBT-Bereich (40) ausgebildet sind, wobei der Diodenbereich (20) einen in einem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Anodenbereich (26) sowie einen in einem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten n-Kathodenbereich (22) beinhaltet, der IGBT-Bereich (40) einen in dem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Körperbereich (46) sowie einen in dem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Kollektorbereich (42) beinhaltet, ein Lebensdauer-gesteuerter Bereich (39) in der Halbleiterschicht (12) derart ausgebildet ist, dass sich der Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39) kontinuierlich entlang einer Lateralrichtung der Halbleiterschicht (12) erstreckt, in einer Draufsicht der Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39) einen in dem Diodenbereich (20) angeordneten ersten Lebensdauer-gesteuerten Bereich (39A) und einen in einem Teil des IGBT-Bereichs (40) angeordneten zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich (39B) aufweist, der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39B) sich von einer Grenze des Diodenbereichs (20) und des IGBT-Bereichs zu dem IGBT-Bereich hin erstreckt, und in der Draufsicht eine Spitze (39a) des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs (39B) in einem Ausbildungsbereich des Körperbereichs (46) in dem IGBT-Bereich angeordnet ist, wobei die Länge des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs (39B) größer gleich 60 µm von der Grenze entlang der Lateralrichtung ist.
  2. Halbleitervorrichtung (10) mit: einer Halbleiterschicht (12), in der ein Diodenbereich (20) und ein IGBT-Bereich (40) ausgebildet sind, wobei der Diodenbereich (20) einen in einem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Anodenbereich (26) sowie einen in einem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten n-Kathodenbereich (22) beinhaltet, der IGBT-Bereich (40) einen in dem oberen Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Körperbereich (46) sowie einen in dem Bodenabschnitt der Halbleiterschicht (12) ausgebildeten p-Kollektorbereich (42) beinhaltet, ein Lebensdauer-gesteuerter Bereich (39) in der Halbleiterschicht (12) derart ausgebildet ist, dass sich der Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39) kontinuierlich entlang einer Lateralrichtung der Halbleiterschicht (12) erstreckt, in einer Draufsicht der Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39) einen in dem Diodenbereich (20) angeordneten ersten Lebensdauer-gesteuerten Bereich (39A) und einen in einem Teil des IGBT-Bereichs (40) angeordneten zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereich (39B) aufweist, der zweite Lebensdauer-gesteuerte Bereich (39B) sich von einer Grenze des Diodenbereichs (20) und des IGBT-Bereichs zu dem IGBT-Bereich hin erstreckt, und in der Draufsicht eine Spitze (39a) des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs (39B) in einem Ausbildungsbereich des Körperbereichs (46) in dem IGBT-Bereich angeordnet ist, wobei eine Vielzahl von Grabengatestrukturen (52) zur Durchdringung des Körperbereichs (46) ausgebildet ist, und in der Draufsicht die Spitze (39a) des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs (39B) in einem Bereich angeordnet ist, der jenseits der Grabengatestruktur (52) ist, die sich am nächsten zu dem Diodenbereich (20) befindet.
  3. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Länge des zweiten Lebensdauer-gesteuerten Bereichs (39B) kleiner gleich 500 µm von der Grenze entlang der Lateralrichtung ist.
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103765582B (zh) * 2011-08-30 2016-08-24 丰田自动车株式会社 半导体装置
JP2013197122A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Toshiba Corp 半導体装置
JP6078961B2 (ja) * 2012-03-19 2017-02-15 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP6073092B2 (ja) * 2012-09-07 2017-02-01 株式会社 日立パワーデバイス ダイオード及び電力変換システム、並びにダイオードの製造方法
CN103872108B (zh) * 2012-12-07 2019-01-15 中国科学院微电子研究所 一种igbt结构及其制备方法
CN104051524B (zh) * 2013-03-15 2017-12-05 英飞凌科技奥地利有限公司 半导体器件
JP2015018951A (ja) * 2013-07-11 2015-01-29 株式会社東芝 半導体装置
JP6119593B2 (ja) * 2013-12-17 2017-04-26 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6421570B2 (ja) * 2013-12-20 2018-11-14 株式会社デンソー 半導体装置
JP6158123B2 (ja) * 2014-03-14 2017-07-05 株式会社東芝 半導体装置
JP6277814B2 (ja) * 2014-03-25 2018-02-14 株式会社デンソー 半導体装置
JP6181597B2 (ja) * 2014-04-28 2017-08-16 トヨタ自動車株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2016029685A (ja) * 2014-07-25 2016-03-03 株式会社東芝 半導体装置
JP6197773B2 (ja) * 2014-09-29 2017-09-20 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6384425B2 (ja) * 2015-08-21 2018-09-05 株式会社デンソー 半導体装置
JP6443267B2 (ja) * 2015-08-28 2018-12-26 株式会社デンソー 半導体装置
JP6531589B2 (ja) 2015-09-17 2019-06-19 株式会社デンソー 半導体装置
CN105552112B (zh) * 2015-12-03 2018-09-21 厦门元顺微电子技术有限公司 一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法
CN107086217B (zh) * 2016-02-16 2023-05-16 富士电机株式会社 半导体装置
JP6878848B2 (ja) * 2016-02-16 2021-06-02 富士電機株式会社 半導体装置
JP6560141B2 (ja) * 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6560142B2 (ja) * 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6665713B2 (ja) * 2016-06-28 2020-03-13 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
US11063122B2 (en) * 2016-11-01 2021-07-13 Mitsubishi Electric Corporation Silicon carbide semiconductor device and power conversion device
JP2018092968A (ja) 2016-11-30 2018-06-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置、ｒｃ−ｉｇｂｔ及び半導体装置の製造方法
JP6747593B2 (ja) 2017-07-14 2020-08-26 富士電機株式会社 半導体装置
JP6909666B2 (ja) * 2017-07-27 2021-07-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
WO2019116748A1 (ja) * 2017-12-14 2019-06-20 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP7131003B2 (ja) * 2018-03-16 2022-09-06 富士電機株式会社 半導体装置
JP6946219B2 (ja) 2018-03-23 2021-10-06 株式会社東芝 半導体装置
WO2019198182A1 (ja) * 2018-04-11 2019-10-17 三菱電機株式会社 半導体装置、半導体ウエハおよび半導体装置の製造方法
JP7403386B2 (ja) 2020-05-27 2023-12-22 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2022148177A (ja) 2021-03-24 2022-10-06 株式会社東芝 半導体装置
CN113555416B (zh) * 2021-09-22 2021-12-31 四川上特科技有限公司 一种功率二极管器件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008192737A (ja) 2007-02-02 2008-08-21 Denso Corp 半導体装置
JP2009267394A (ja) 2008-04-01 2009-11-12 Denso Corp 半導体装置
US20090278166A1 (en) * 2008-05-09 2009-11-12 Soeno Akitaka Semiconductor device
JP2010067901A (ja) 2008-09-12 2010-03-25 Toyota Motor Corp 半導体装置とその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1074959A (ja) * 1996-07-03 1998-03-17 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP4198251B2 (ja) * 1999-01-07 2008-12-17 三菱電機株式会社 電力用半導体装置およびその製造方法
JP4743447B2 (ja) * 2008-05-23 2011-08-10 三菱電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008192737A (ja) 2007-02-02 2008-08-21 Denso Corp 半導体装置
JP2009267394A (ja) 2008-04-01 2009-11-12 Denso Corp 半導体装置
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