DE112010005546T5

DE112010005546T5 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112010005546T5
Application number: DE112010005546T
Authority: DE
Inventors: Akitaka SOENO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2030-05-08
Also published as: WO2011138832A1; US20130009206A1; JPWO2011138832A1; KR101276407B1; KR20120137516A; DE112010005546B4; CN102884625B; CN102884625A; US8471291B2; JP5067517B2

Abstract

Bei einer Halbleitervorrichtung, in der eine Diode und ein IGBT in einem Hauptbereich eines Halbleitersubstrates ausgebildet sind, ist ein Abtastbereich mit einem ersten Bereich bereitgestellt, bei dem ein Abstand von einem Ende eines Hauptkatodenbereichs an einer Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 615 μm oder mehr beträgt, um einen hinreichend großen Abtast-IGBT-Strom auf stabile Weise zu erreichen. Alternativ ist der Abtastbereich mit einem zweiten Bereich versehen, bei dem ein Abstand von einem Hauptkatodenbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 298 μm oder weniger beträgt, um einen hinreichend großen Abtastdiodenstrom auf stabile Weise zu erreichen. Der Abtastbereich kann sowohl mit dem ersten Bereich als auch mit dem zweiten Bereich versehen sein.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, bei der eine Diode und ein IGBT in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind.
Hintergrund der Erfindung
Um einer Zerstörung durch Überströme vorzubeugen, ist eine Halbleitervorrichtung mit einem Abtastbereich ausgestattet, die den Strom misst, der durch die Halbleitervorrichtung fließt. Die Druckschrift JP-A-H7-245394 (Patentdokument 1) offenbart eine Halbleitervorrichtung, die mit einem Hauptbereich ausgestattet ist, in dem ein IGBT ausgebildet ist, und einem Abtastbereich, der den Strom misst, der durch den Hauptbereich fließt, wobei sowohl der Hauptbereich als auch der Abtastbereich auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Ähnlich wie im Hauptbereich ist im Abtastbereich ein IGBT ausgebildet, und der Abtastbereich und der Hauptbereich sind um 100 μm oder mehr voneinander getrennt angeordnet. Dementsprechend wird einer Ladungsträgerinterferenz im Grenzbereich zwischen dem Abtastbereich und dem Hauptbereich vorgebeugt, und das Verhältnis eines Hauptstroms, der durch den Hauptbereich fließt, zu einem Abtaststrom, der durch den Abtastbereich fließt, wird annähernd konstant gehalten.
Patentdokument 1: JP-A-H7-245394
Erfindungszusammenfassung
Technisches Problem
Bei einer Halbleitervorrichtung, bei der eine Diode und ein IGBT in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind, umfasst die Diode einen Anodenbereich einer ersten Leitfähigkeitsart, einen Diodendriftbereich einer zweiten Leitfähigkeitsart und einen Katodendriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart. Der IGBT umfasst einen Kollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart, einen Driftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, einen Körperbereich der ersten Leitfähigkeitsart, einen Emitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart und eine isolierte Gateelektrode. Da die Diode und der IGBT in demselben Halbleitersubstrat nebeneinander angeordnet sind, sind der Katodenbereich der zweiten Leitfähigkeitsart und der Kollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart an der Unterseite des Halbleitersubstrates aneinander angrenzend ausgebildet.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass bei einem zusätzlichen Einbringen eines Abtastbereichs in dasselbe Halbleitersubstrat einer solchen Halbleitervorrichtung Situationen auftreten, je nach Abstand zwischen dem Abtastbereich und dem Katodenbereich an der Unterseite des Halbleitersubstrates, in denen der Abtastbereich einen Diodenstrom aus dem Hauptbereich erfasst, und Fälle, in denen der Abtastbereich einen IGBT-Strom des Hauptbereichs erfasst.
Lösung des technischen Problems
Eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat mit einem Hauptbereich und einem Abtastbereich umfasst, wobei in einer Draufsicht auf das Halbleitersubstrat der Abtastbereich kleiner als der Hauptbereich ist. Bei dieser Halbleitervorrichtung umfasst der Hauptbereich eine Hauptdiode und einen Haupt-IGBT, wobei die Hauptdiode umfasst: einen auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildeten Hauptanodenbereich einer ersten Leitfähigkeitsart; einen auf einer Unterseite des Hauptanodenbereichs ausgebildeten Hauptdiodendriftbereich einer zweiten Leitfähigkeitsart; und einen auf einer Unterseite des Hauptdiodendriftbereichs und auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildeten Hauptkatodenbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, und wobei der Haupt-IGBT umfasst: einen auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildeten Hauptkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart; einen auf der Oberseite des Hauptkollektorbereichs ausgebildeten Hauptdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart; einen auf einer Oberseite des Hauptdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildeten Hauptkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart; einen auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Hauptkörperbereich ausgebildeten Hauptemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart; und eine isolierte Hauptgateelektrode, die von einer oberen Oberfläche des Hauptemitterbereichs bis zu einer Tiefe ausgebildet ist, in der der Hauptkörperbereich mit dem Hauptdriftbereich in Kontakt steht. Der Abtastbereich umfasst: einen zumindest auf einem Teil einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildeten Abtastkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart; einen auf der Oberseite des Abtastkollektorbereichs ausgebildeten Abtastdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart; einen auf einer Oberseite des Abtastdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildeten Abtastkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart; einen auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Abtastkörperbereichs ausgebildeten Abtastemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart; und eine isolierte Abtastgateelektrode, die von einer oberen Oberfläche des Abtastemitterbereichs bis in eine Tiefe ausgebildet ist, in der der Abtastkörperbereich mit dem Abtastdriftbereich in Kontakt steht, wobei der Abtastbereich einen ersten Bereich beinhaltet, und ein Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich des ersten Bereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 615 μm oder mehr beträgt.
Da der Abtastemitterbereich des Abtastbereichs gemäß der ersten Ausgestaltung der Halbleitervorrichtung einen ersten Bereich beinhaltet, bei dem der Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 615 μm oder mehr beträgt, kann durch den Abtastbereich ein durch den IGBT im Hauptbereich fließender IGBT-Strom genau abgetastet werden.
Der Abtastbereich kann ferner einen zweiten Bereich umfassen, und ein Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich des ersten Bereichs beträgt in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 298 μm oder weniger. Ein Diodenstrom, der durch die Diode in den Hauptbereich fließt, kann ebenfalls im Abtastbereich genau abgetastet werden.
Der Abtastdriftbereich, der Abtastkörperbereich, der Abtastemitterbereich, und die isolierte Abtastgateelektrode können in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat kontinuierlich von dem ersten Bereich zum zweiten Bereich ausgebildet sein.
Eine Diffusionsschicht kann in zumindest einem Teil eines Bereichs zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich ausgebildet sein, wobei sich die Diffusionsschicht von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates aus in Richtung der Tiefe erstreckt.
Die Diffusionsschicht kann in einem Bereich ausgebildet sein, dessen Abstand in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat der vom Hauptkatodenbereich mehr als 298 μm und weniger als 615 μm beträgt.
Eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat mit einem Hauptbereich und einem Abtastbereich, wobei der Abtastbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat kleiner als der Hauptbereich ist. Bei dieser Halbleitervorrichtung umfasst der Hauptbereich eine Hauptdiode und einen Haupt-IGBT, wobei die Hauptdiode umfasst: einen Hauptanodenbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist; einen Hauptdiodendriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Unterseite des Hauptanodenbereichs ausgebildet ist; einen Hauptkatodenbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Unterseite des Hauptdiodendriftbereichs und auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, und wobei der Haupt-IGBT umfasst: einen Hauptkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist; einen Hauptdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf eienr Oberseite des Hauptkollektorbereichs ausgebildet ist; einen Hauptkörperkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Hauptdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist; einen Hauptemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Hauptkörperbereichs ausgebildet ist; und eine isolierte Hauptgateelektrode, die von einer oberen Oberfläche des Hauptemitterbereichs bis zu einer Tiefe ausgebildet ist, in der der Hauptkörperbereich in Kontakt mit dem Hauptdriftbereich steht. Der Abtastbereich umfasst: einen Abtastkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf zumindest einem Teil einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist; einen Abtastdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Abtastkollektorbereichs ausgebildet ist; einen Abtastkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Abtastdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist; einen Abtastemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Abtastkörperbereichs ausgebildet ist; und eine isolierte Abtastgateelektrode, die von einer oberen Oberfläche des Abtastemitterbereichs bis zu einer Tiefe ausgebildet ist, in der der Abtastkörperbereich in Kontakt mit dem Abtastdriftbereich steht, wobei der Abtastbereich einen zweiten Bereich beinhaltet und ein Abstand vom Hauptkatodenbereich des zweiten Bereichs bis zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 298 μm oder weniger beträgt.
Da der Abtastemitterbereich des Abtastbereichs gemäß der zweiten Ausgestaltung der Halbleitervorrichtung den zweiten Bereich beinhaltet, bei dem der Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 298 μm oder weniger beträgt, kann der durch den IGBT in den Hauptbereich fließende IGBT-Strom durch den Abtastbereich genau abgetastet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt ein Schaubild einer Vergrößerung von einer Umgebung eines Randbereiches zwischen einem Hauptbereich und einem Abtastbereich in der Draufsicht auf die in 1 gezeigte Halbleitervorrichtung sowie eine Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2;
4 zeigt ein Diagramm, das den Abtast-IGBT-Strom darstellt, der durch den Abtastbereich abgetastet wird;
5 zeigt ein Diagramm, das den Abtastdiodenstrom darstellt, der durch den Abtastbereich abgetastet wird;
6 zeigt eine Darstellung einer Messschaltung, die den Strom misst, der durch den Abtastbereich abgetastet wird;
7 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, die eine Vergrößerung von einer Umgebung eines Randbereichs zwischen einem Hauptbereich und einem Abtastbereich zeigt;
8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7;
9 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, die eine Vergrößerung von einer Umgebung des Randbereichs zwischen einem Hauptbereich und einem Abtastbereich zeigt;
10 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 9;
11 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Abwandlung, die eine Vergrößerung einer Umgebung eines Randbereichs zwischen einem Hauptbereich und einem Abtastbereich zeigt;
12 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 11;
13 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, die eine Vergrößerung einer Umgebung eines Randbereichs zwischen einem Hauptbereich und einem Abtastbereich zeigt; und
14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV in 13.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Nachstehend ist ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In 1 ist eine Halbleitervorrichtung 100 in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Halbleitervorrichtung 100 einen Hauptbereich 5, einen Abtastbereich 3, und eine Begrenzungszone 7, die den Hauptbereich 5 und den Abtastbereich 3 umgibt, wobei alle Bereiche auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet sind. Der Abtastbereich 3 ist kleiner als der Hauptbereich 5.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Umgebung eines Randbereiches zwischen dem Hauptbereich 5 und dem Abtastbereich 2 der Halbleitervorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, umfasst der Hauptbereich 5 einen Hauptdiodenbereich 1 und einen Haupt-IGBT-Bereich 2. Das Halbleitersubstrat 10 umfasst eine erste N⁺-Schicht 11, eine erste P⁺-Schicht 12, die an der ersten N⁺-Schicht 11 anliegt, eine N^-Schicht 13, die auf den oberen Oberflächen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12 ausgebildet ist, und P^–-Schichten 141a, 141c, 142a, 142c, 143a und 143c und P-Schichten 151, 152 und 153, die auf oberen Oberflächen der N^–-Schicht 13 ausgebildet sind. Zweite P⁺-Schichten 161a und 161c und zweite N⁺-Schichten 171a bis 171d sind auf oberen Oberflächen der P^–-Schichten 141a und 141c angebracht. Zweite P⁺-Schichten 162a und 162c und zweite N⁺-Schichten 172a bis 172d sind auf oberen Oberflächen der P^–-Schichten 142a und 142c angebracht. Zweite P⁺-Schichten 163a und 163c und zweite N⁺-Schichten 173a bis 173d sind auf oberen Oberflächen der P^–-Schichten 143a und 143c angebracht. Darüber hinaus haben die P^–-Schichten 141a, 141c, 142a, 142c, 143a und 143c eine ähnliche Struktur. Die zweiten P⁺-Schichten 161a, 161c, 162a, 162c, 163a und 163c haben eine ähnliche Struktur. Die zweiten N⁺-Schichten 171a bis 171d, 172a bis 172d und 173a bis 173d haben eine ähnliche Struktur. Die Bezugszeichen 141, 161 und 171 sind den Schichten zugeordnet, die zum Hauptdiodenbereich 1 gehören. Die Bezugszeichen 142, 162 und 172 sind den Schichten zugeordnet, die dem Haupt-IGBT-Bereich 2 angehören. Die Bezugszeichen 143, 163 und 173 sind zu den Schichten zugeordnet, die zum Abtastbereich 3 gehören. Die P-Schichten 151, 152 und 153 sind bis in tiefere Stellen im Halbleitersubstrat 10 ausgedehnt, als die P^–-Schichten 141a, 141c, 142a, 142c, 143a und 143c. Die P-Schichten 151, 152 und 153 sind Diffusionsschichten, die nicht zur elektrischen Leitung beitragen. Der Abtastbereich 3 wird durch die P-Schicht 152 und der Hauptbereich 5 durch die P-Schicht 153 eingeschlossen. Die P-Schichten 152 und 153 unterdrücken eine Ladungsträgermigration zwischen dem Abtastbereich 3 und dem Hauptbereich 5. Mit anderen Worten, die P-Schichten 152 und 153 sind Elementisolationsschichten.
Von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates 10 ragt eine Vielzahl an Grabengates 18 in Richtung der N^–-Schicht 13. Die Tiefe der Grabengates 18 ist größer als die der P^–-Schichten 141a, 141c, 142a, 142c, 143a und 143c und die Grabengates 18 sind weniger tief als die P-Schichten 151, 152 und 153. Jedes Grabengate 18 umfasst eine Gateisolationsschicht 192, die in einen Graben 191 eingeformt ist, sowie eine Gateelektrode 193, die den Graben 191 ausfüllt. Die zweiten N⁺-Schichten 171a bis 171d, 172a bis 172d und 173a bis 173d stehen jeweils mit den Grabengates 18 in Kontakt. Die longitudinale Richtung der Grabengates 18 verläuft parallel zur Richtung der x-Achse in 2.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist der Hauptdiodenbereich 1, der sich innerhalb des Hauptbereichs 5 befindet, ein Bereich, in dem die erste N⁺-Schicht auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 10 ausgebildet ist. Der Hauptdiodenbereich 1 umfasst die erste N⁺-Schicht 11 als Hauptkatodenbereich, die N^–-Schicht 13 als Hauptdiodendriftbereich, und die P^–-Schichten 141a und 141c und die zweiten P⁺-Schichten 163a und 163c als Hauptanodenbereich.
Der Haupt-IGBT-Bereich 2 ist ein Bereich, in dem die erste P⁺-Schicht 12 auf einer unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 10 und innerhalb des Hauptbereichs 5 ausgebildet ist. Der Haupt-IGBT-Bereich 2 umfasst die erste P⁺-Schicht 12 als Hauptkollektorbereich, die N^–-Schicht 13 als Haupt-IGBT-Driftbereich, die P^–-Schichten 142a und 142c als Haupt-IGBT-Körperbereich, die zweiten N⁺-Schichten 172a bis 172d als Hauptemitterbereich, die zweiten P⁺-Schichten 162a und 162c als Hauptkörperkontaktbereich, und die Grabengates 18 als das isolierende Hauptgate.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Grenze zwischen dem Hauptdiodenbereich 1 und dem Haupt-IGBT-Bereich 2 eine Grenze zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12, die auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 10 ausgebildet sind. Die Grenze zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12 ist als Liniensegment AB in den 2 und 3 dargestellt. Die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12 ist parallel zur Längsrichtung der Grabengates 18. Mit anderen Worten, die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12 ist parallel zur x-Achse in 2. Wie in den 2 und 3 dargestellt, weisen der Hauptdiodenbereich 1 und der Haupt-IGBT-Bereich 2 denselben Aufbau aus der N^–-Schicht 13 auf dem Halbleitersubstrat 10 und einer Schicht auf, die auf der oberen Oberfläche der N^–-Schicht 13 (eine Schicht auf einer oberen Oberflächenseite der N^–-Schicht 13) ausgebildet ist, und unterscheiden sich voneinander nur in einer Schicht auf einer unteren Oberflächenseite der N^–-Schicht 13 (die erste N⁺-Schicht 11 oder die erste P⁺-Schicht 12). Mit anderen Worten ergibt in dem Hauptbereich 5 der Halbleitervorrichtung 100 das Einstellen der ersten N⁺-Schicht 11 als der Schicht auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 10 den Hauptdiodenbereich 1, und das Einstellen der ersten P⁺-Schicht 12 als der Schicht auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 10 den Haupt-IGBT-Bereich 2.
Der Abtastbereich 3 ist auf einer oberen Oberflächenseite der ersten P⁺-Schicht 12 auf eine ähnliche Weise angeordnet wie der Haupt-IGBT-Bereich 2. Wie in 2 dargestellt, hat der Abtastbereich 3 in der x-Achsenrichtung eine längere Ausdehnung als in der y-Achsenrichtung. Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist der Abtastbereich 3 an den Haupt-IGBT-Bereich 2 angrenzend angeordnet. Ein Hauptkollektorbereich des Haupt-IGBT-Bereichs 2 und ein Abtastkollektorbereich des Abtastbereichs 3 sind als eine zusammenhängende Schicht ausgebildet (die erste P⁺-Schicht 12). Der Aufbau der Schicht des Abtastbereichs 3 auf einer oberen Oberflächenseite der N^–-Schicht 13 ist ähnlich zu jener im Hauptdiodenbereich 1 und dem Haupt-IGBT-Bereich 2. Mit anderen Worten wird im Abtastbereich 3 die erste P⁺-Schicht 12 als Abtastkollektorbereich 3, die N^–-Schicht 13 als Abtastdriftbereich, die P^–-Schichten 143a und 143c als Abtastkörperbereich, die zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173d als Abtastemitterbereich, die zweiten P⁺-Schichten 163a und 163c als Abtastkörperkontaktbereich und das Grabengate 18 als isolierendes Abtastgate verwendet.
Die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 befindet sich außerhalb der P-Schicht 152, die den Abtastbereich 3 umgibt, nämlich zwischen dem Hauptdiodenbereich 1 und dem Haupt-IGBT-Bereich 2. Die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 ist nicht zwischen dem Abtastbereich 3 und dem Haupt-IGBT-Bereich 2 vorhanden. In 3 ist ein Anstand D₁₁ gezeigt, die sich vom Liniensegment AB bis zum Ende der zweiten N⁺-Schicht 173d erstreckt und einen Abtastemitterbereich auf einer Seite des Hauptbereichs 5 darstellt, mit D₁₁ ≥ 615 μm. Der Abstand D₁₁ entspricht einem Abstand von einem Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺-Schicht 11) auf einer Seite des Abtastbereichs 3 bis zum Ende der zweiten N⁺-Schicht 173d, die einen Abtastemitterbereich auf der Seite des Hauptbereichs 5 darstellt.
An den Abtastbereich 3 grenzt ein Diffusionsschichtbereich 4 an, der an einer umlaufenden Seitenkante des Halbleitersubstrates angeordnet ist. Der Diffusionsschichtbereich 4 umfasst die P-Schicht 151, die eine tiefe Diffusionsschicht ist. Die P-Schicht 151 ist eine Diffusionsschicht, die nicht zur elektrischen Leitung beiträgt.
Die erste N⁺-Schicht 11 und die erste P⁺-Schicht 12 der Halbleitervorrichtung 100 sind mit einer (nicht gezeigten) Elektrode auf der unteren Oberfläche verbunden. Die zweiten N⁺-Schichten 171a bis 171d und 172a bis 172d, und die zweiten P⁺-Schichten 161a, 161c, 162a und 162c sind mit einer (nicht gezeigten) Hauptelektrode auf der oberen Oberfläche verbunden. Die zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173d und die zweiten P⁺-Schichten 163a und 163c sind mit einer (nicht gezeigten) Abtastelektrode auf der oberen Oberfläche verbunden.
Wenn das Potenzial V_a der Elektrode auf der unteren Oberfläche größer als das Potenzial V_b der Hauptelektrode auf der oberen Oberfläche und das Potenzial V_c der Abtastelektrode auf der oberen Oberfläche eingestellt wird (V_a > V_b, V_c), und an die Gateelektrode 193 eine positive Spannung (positive Vorspannung) angelegt wird, dann wird im Haupt-IGBT-Bereich 2 in den P^–-Schichten 142a und 142c (dem Hauptkörperbereich) in der Umgebung der Grabengates 18 ein Kanal ausgebildet. Folglich fließt von der ersten P⁺-Schicht 12 (dem Hauptkollektorbereich) aus ein Haupt-IGBT-Strom I₂ zu den zweiten N⁺-Schichten 172a bis 172d (dem Hauptemitterbereich). In den Hauptdiodenbereich 1 fließt kein Strom.
Indes, wenn das Potenzial V_a der Elektrode auf der unteren Oberfläche niedriger gewählt wird als das Potenzial V_b der Hauptelektrode auf der oberen Oberfläche und das Potenzial V_c der Abtastelektrode auf der oberen Oberfläche (V_a < V_b, V_c), fließt ein Hauptdiodenstrom I₁ in den Hauptdiodenbereich 1 von den zweiten P⁺-Schichten 161a und 161c, und den P^–-Schichten 141a und 141c (dem Hauptanodenbereich) zur ersten N⁺-Schicht 11 (dem Hauptkatodenbereich), über die N^–-Schicht 13. In den Haupt-IGBT-Bereich 2 fließt kein Strom.
Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass es in Abhängigkeit des Abstands zwischen dem Abtastbereich und dem Hauptkatodenbereich auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates Fälle gibt, bei denen der Abtastbereich einen Hauptdiodenstrom I₁ abtastet, und Fälle, bei denen der Abtastbereich einen Haupt-IGBT-Strom I₂ abtastet.
4 und 5 zeigen Ergebnisse von Untersuchungen bezüglich der Änderung des Stroms durch den Abtastbereich in Abhängigkeit des Abstands zwischen dem Abtastbereich 3 und dem Hauptkatodenbereich (der ersten N⁺-Schicht 11) auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates 10. Wie in 6 gezeigt, wurde der Strom durch den Abtastbereich 3 anhand einer Messschaltung gemessen, mit der die Halbleitervorrichtung 100m verbunden wurde. Dies Halbleitervorrichtung 100m unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 in einem Muster der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12 auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 10m. Da andere Bestandteile der Halbleitervorrichtung 100m zu jenen der Halbleitervorrichtung 100 ähnlich sind, sind sich deckende Beschreibungen ausgelassen.
Die Halbleitervorrichtung 100m, bei der der Abstand D zwischen dem Abtastbereich 3 und dem Hauptkatodenbereich (der ersten N⁺-Schicht 11) auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates 10 geändert worden ist, wurde durch ein Verschieben der Position des Endes des Hauptkatodenbereichs an einer Seite des Abtastbereichs auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 10m (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechend einer Grenze (einem Liniensegment AB) zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12) in eine Richtung parallel zur Längsrichtung eines Grabens (der Richtung der y-Achse in 2) hergestellt. Darüber hinaus wurde für das Halbleitersubstrat 10m eine Dicke von 160 μm gewählt. Auf jeder der Halbleitervorrichtungen 100m, bei der die Position des Endes des Hauptkatodenbereichs an einer Seite des Abtastbereichs verändert wurde, wurden Elektroden 91, 93 und 95 angebracht. Insbesondere wurde auf einer oberen Oberflächenseite des Abtastbereichs 3 eine Abtastelektrode 93 ausgebildet, eine Hauptelektrode 95 wurde auf der oberen Oberfläche des Hauptbereichs 5 ausgebildet, und eine Elektrode 91 wurde auf der unteren Oberflächenseite ausgebildet. Die mit den Elektroden 91, 93 und 95 versehene Halbleitervorrichtung 100m wurde mit der in 6 dargestellten Messschaltung 90 verbunden. Insbesondere wurde ein Abtastemitteranschluss SE einer Messvorrichtung 92 an die Abtastelektrode 93 der oberen Oberfläche angeschlossen, ein Hauptemitteranschluss ME wurde an die Hauptelektrode 95 der oberen Oberfläche angeschlossen, ein Hauptkollektoranschluss MC und ein Abtastkollektoranschluss SC wurden an die Elektrode 91 der Unterseite angeschlossen, und ein Gateanschluss G wurde an einen Grabengateanschluss angeschlossen. Des Weiteren wurde zwischen dem Abtastemitteranschluss SE und dem Abtastkollektoranschluss SC ein Querwiderstand R geschaltet. Es wurden jeweils Querwiderstände R mit einem Wert von 5 Ω, 10 Ω und 15 Ω verwendet. Der Abtastemitteranschluss SE und der Hauptemitteranschluss ME wurden geerdet, und der Hauptkollektoranschluss MC und der Abtastkollektoranschluss SC wurden auf ein gemeinsames Potenzial gelegt, so dass der Kollektorstrom einem Nennstrom gleicht. An dem Gateanschluss G wurde eine Gatespannung von 15 V angelegt. Für jede der Halbleitervorrichtungen 100m, bei der die Position des Endes des Hauptkatodenbereichs auf einer Seite des Abtastbereichs geändert wurde, wurde der Strom durch den Abtastbereich mittels der Messschaltung 90 gemessen. Die Ströme durch die Querwiderstände wurden anhand des Spannungsabfalls an beiden Enden der 5 Ω-, 10 Ω- und 15 Ω-Querwiderstände R gemessen und anschließend in einem xy-Koordinatensystem graphisch dargestellt, wobei die x-Achse die Widerstandswerte der Querwiderstände R darstellt und die y-Achse die Ströme, die durch die Querwiderstände fließen. Die Datenpunkte der graphisch dargestellten Werte wurden mit einer Geraden extrapoliert, wobei sich ein Wert für einen y-Achsenabschnitt (ein Stromwert bei einem Querwiderstand von 0) ergab und wobei der Wert des y-Achsenabschnittes als Abtaststromwert verwendet wurde.
4 zeigt einen Wert eines Abtaststromes (in anderen Worten eines Abtast-IGBT-Stroms), der durch den Abtastbereich 3 fließt und mit der Messschaltung 90 gemessen wird, bei V_a > V_b, V_c und einer positiven Spannung an der Gateelektrode (wenn der Haupt-IGBT-Strom I₂ fließt). 5 zeigt den Wert eines Abtaststroms (in anderen Worten eines Abtastdiodenstroms), der durch den Abtastbereich 3 fließt und durch die Messschaltung 90 gemessen wird, bei V_a < V_b, V_c (wenn ein Hauptdiodenstrom I₁ fließt). Die Datenpunkte in 4 und 5 repräsentieren gemessene Daten, die unten in Tabelle 1 angegeben sind, und die Kurven repräsentieren Ausgleichsrechnungen, denen die experimentellen Daten aus Tabelle 1 zugrunde liegen. Die Kurve in 4 wird durch untenstehende Gleichung (1) beschrieben und die Kurve in 5 durch die untenstehende Gleichung (2). [Tabelle 1]

Abstand D [μm] Abtast-IGBT-Strom [mA] Abtastdiodenstrom [mA]

1324,5 25,7 9,63

626,5 23,9 9,35

87,0 2,6 74,2

–195,0 1,3 64,5

[Gleichung 1]
Wie in 4 dargestellt, fließt bei dem Abstand D ≤ 132 μm kaum ein Abtast-IGBT-Strom durch den Abtastbereich 3, wobei der Abtast-IGBT-Strom nahezu einen konstanten Wert hat. Wenn jedoch der Abstand D 132 μm überschreitet, steigt der Abtast-IGBT-Strom mit steigendem Abstand D an. Wenn der Abstand D einen Wert D ≥ 615 μm annimmt, nimmt die Änderung des Abtast-IGBT-Stroms mit dem Abstand D ab und der Abtast-IGBT-Strom nähert sich wieder einem konstanten Wert an (26 mA). Dieser konstante Wert ist der maximale Wert des Abtast-IGBT-Stroms, der mittels des Abtastbereichs 3 gelesen werden kann. Wenn ein Wert für den Abtast-IGBT-Strom gelesen werden kann, der 90% (23,4 mA oder größer) des Maximalwertes (26 mA) des Abtast-IGBT-Stroms gleicht oder überschreitet, so kann, basierend auf dem Messwert des Abtast-IGBT-Stroms, genau ein Haupt-IGBT-Strom gelesen werden. Entsprechend Gleichung (1) kann bei einem Abstand D ≥ 615 μm der Abtast-IGBT-Strom gelesen werden, mit einem Wert, der 90% des Maximalwertes des Abtast-IGBT-Stroms gleicht oder überschreitet.
Indessen, bezüglich des Abtastdiodenstroms, der durch den Abtastbereich 3 fließt, wie in 5 dargestellt, fließt bei einem Abstand D ≥ 605 μm nur wenig Abtastdiodenstrom durch den Abtastbereich 3, wobei der Abtastdiodenstrom annähernd einen konstanten Wert annimmt. Wenn der Abstand D jedoch auf weniger als 605 μm abnimmt, steigt der Abtastdiodenstrom mit abnehmendem Abstand D. Wenn der Abstand D einen Wert D ≤ 298 μm annimmt, nimmt eine Änderung des Abtastdiodenstroms mit dem Abstand D ab und der Abtastdiodenstrom nähert sich wieder einem konstanten Wert an (70 mA). Dieser konstante Wert ist der Maximalwert des Abtastdiodenstroms, der durch den Abtastbereich 3 abgetastet werden kann. Falls für den Abtastdiodenstrom ein Wert abgetastet werden kann, der 90% (63 mA oder höher) des Maximalwertes (70 mA) des Abtastdiodenstroms entspricht oder übersteigt, kann der Hauptdiodenstrom genau abgetastet werden, basierend auf dem Messwert des Abtastdiodenstroms. Gemäß Gleichung (2) kann bei einem Abstand D ≤ 298 μm der Abtastdiodenstrom abgetastet werden, mit einem Wert, der 90% des Maximalwertes des Abtastdiodenstroms entspricht oder übersteigt.
In den 4 und 5 repräsentiert die Abszisse D einen Abstand von einem Ende des Hauptkatodenbereichs an einer Seite des Abtastbereichs zu einem Ende des Abtastemitterbereichs an einer Seite des Hauptbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 10. Zum Beispiel entspricht ein Abstand D₁₁ von einem Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺-Schicht 11) an einer Seite des Abtastbereichs 3, oder in anderen Worten, von dem Liniensegment AB, das eine Grenze zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 darstellt, zu einem Ende der N⁺-Schicht 173d, die einen Abtastemitterbereich an einer Seite des Hauptbereichs in den 2 und 3 darstellt, einem Abstand, der durch die Abszisse D in den 4 und 5 dargestellt ist.
In der Halbleitervorrichtung 100 ist der Abtastbereich 3 an der Oberfläche der ersten P⁺-Schicht 12 eingerichtet, in einer ähnlichen Art und Weise wie der Haupt-IGBT-Bereich 2. Da der Abstand D₁₁ vom Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺-Schicht 11), an der Seite des Abtastbereichs 3 (in anderen Worten des Liniensegments AB), bis zu dem Ende der zweiten N⁺-Schicht 173d, die den Abtastemitterbereich an der Seite des Hauptbereichs 5 darstellt, größer oder gleich 615 μm ist, liegen die zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173d, die der Abtastemitterbereich des Abtastbereichs 3 werden, alle im ersten Bereich, der vom Ende des Hauptkatodenbereichs 615 μm oder mehr entfernt ist, an der Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat, und der Abtastbereich erfüllt die Bedingungen als erster Bereich. Deshalb fließt der Strom durch den Abtastbereich in einer ähnlichen Weise wie durch den Haupt-IGBT-Bereich 2. Insbesondere fließt durch den Abtastbereich 3 nur wenig Strom, wenn V_a < V_b, V_c. Auf der anderen Seite, wenn V_a > V_b, V_c und eine positive Spannung an der Basiselektrode anliegt, fließt ein Abtast-IGBT-Strom I₁₂ von der ersten P⁺-Schicht 12 (dem Abtastkollektorbereich) zu den zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173d (dem Abtastemitterbereich), und der Wert dieses Abtast-IGBT-Stroms ist größer oder gleich 90% des Maximalwertes des Abtast-IGBT-Stroms. Entsprechend der Halbleitervorrichtung 100 kann die Abtastgenauigkeit des Haupt-IGBT-Stroms durch den Abtastbereich 3 erhöht werden, da ein hinreichend großer Abtast-IGBT-Strom I₁₂ in stabilem Zustand erreicht werden kann.
Wie oben beschrieben, umfasst das vorliegende Ausführungsbeispiel den ersten Bereich (in anderen Worten, einen Bereich, in dem der Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat größer oder gleich 615 μm ist). Da ein hinreichend großer Abtast-IGBT-Strom I₁₂ (der Strom, der größer oder gleich 90% des Maximalwertes des Abtast-IGBT-Stroms ist) durch den Abtastbereich 3 in stabilem Zustand fließt, wird dementsprechend ein Verhältnis zwischen dem Haupt-IGBT-Strom, der durch den Haupt-IGBT-Bereich fließt, und einem Abtast-IGBT-Strom, der durch den Abtastbereich fließt, hinreichend groß und stabil. Daraus resultierend kann der Haupt-IGBT-Strom mittels des Abtastbereichs genau abgetastet werden.
Darüber hinaus hängt ein Verhältnis I₁₂/I₂ zwischen dem Abtast-IGBT-Strom I₁₂ und dem Haupt-IGBT-Strom I₂ von dem Verhältnis S₁₂/S₂ zwischen einer Fläche S₂ des Haupt-IGBT-Bereichs 2 und einer Fläche S₁₂ des ersten Bereichs des Abtastbereichs 3 an der Oberfläche des Substrates ab. Durch ein Anpassen des Flächenverhältnisses S₁₂/S₂ kann das Verhältnis I₁₂/I₂ zwischen dem Abtast-IGBT-Strom I₁₂ und dem Haupt-IGBT-Strom I₂ angepasst werden. Bei einem bekannten Verhältnis I₁₂/I₂ kann der Haupt-IGBT-Strom I₂ durch ein Abtasten des Abtast-IGBT-Stroms I₁₂ gelesen werden. Beispielsweise kann der Abtast-IGBT-Strom I₁₂ durch einen der Schaltung in Reihe vorgeschalteten Querwiderstand (Widerstandswert R) abgetastet werden, durch den der Abtast-IGBT-Strom fließt, wodurch ein Spannungsabfall RI₁₂ an beiden Enden des Querwiderstandes gemessen wird. Der Haupt-IGBT-Strom I₂ kann basierend auf dem abgetasteten Abtast-IGBT-Strom I₂ und dem Verhältnis I₁₂/I₂ abgetastet werden.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
7 zeigt eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und stellt eine Umgebung eines Randbereiches zwischen einem Hauptbereich 5 und einem Abtastbereich 3 eines Halbleitersubstrates 20 dar. 8 zeigt in Vergrößerung einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7. Überdies ist die Draufsicht, die die gesamte Halbleitervorrichtung 200 zeigt, ähnlich zu der der Halbleitervorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, und auch bei der Halbleitervorrichtung 200 ist der Abtastbereich 3 kleiner als der Abtastbereich 5.
Die Halbleitervorrichtung 200 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 in der Position der Grenze (des Liniensegments AB) zwischen einer ersten P⁺ Schicht 12 und einer ersten N⁺ Schicht 11, die auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 20 ausgebildet sind. Auch bei der Halbleitervorrichtung 200 ist die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 parallel zu der Richtung der x-Achse in 7. In dem Hauptbereich 5 entspricht ein Bereich, in dem die erste N⁺ Schicht 11 ausgebildet ist, einem Hauptdiodenbereich 1, und ein Bereich, in dem die erste P⁺ Schicht 12 ausgebildet ist, entspricht einem IGBT-Bereich 2. In einer ähnlichen Weise zum Hauptdiodenbereich 1 umfasst der Abtastbereich 3 einen Bereich, in dem die erste N⁺-Schicht 11 ausgebildet ist, und einen Bereich, in dem die erste P⁺ Schicht 12 ausgebildet ist. Da andere Bestandteile ähnlich zu denen der Halbleitervorrichtung 100 sind, sind ähnliche Bestandteile mit ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet, um überschneidende Beschreibungen zu vermeiden. Während die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 in dem Hauptbereich 5 nicht in der Querschnittansicht in 8 dargestellt ist, gibt es darüber hinaus in dem Hauptbereich 5 der Halbleitervorrichtung 200, ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, eine Grenze zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12, und eine Grenze zwischen dem Hauptdiodenbereich 1 und dem Haupt-IGBT-Bereich 2 fällt mit der Grenze zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 (Hauptkatodenbereich) und der ersten P⁺-Schicht 12 (Hauptkollektorbereich) zusammen.
Wie in 7 und 8 dargestellt ist, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 unter dem Abtastbereich 3 positioniert. Ein Abstand D₂₁ von einem Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺ Schicht 11) an einer Seite des Abtastbereichs 3 (mit anderen Worten dem Liniensegment AB) bis zu einem Ende der zweiten N⁺-Schicht 173a, das heißt ein Abtastemitterbereich auf der Seite eines Hauptbereichs 5, beträgt D₂₁ ≤ 298 μm. Ein Abstand von den zweiten N⁺-Schichten 173c und 173d, die an der Oberseite der ersten N⁺-Schicht 11 auf eine ähnliche Weise angebracht sind, zur zweiten N⁺-Schicht 171a in dem Hauptkatodenbereich 1, und einem Ende des Hauptkatodenbereichs auf der Seite des Abtastbereichs 3, ist kleiner als 0. Mit anderen Worten haben die zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173d, die als Abtastemitterbereich des Abtastbereichs 3 fungieren, alle einen Abstand kleiner oder gleich 298 μm von einem Ende des Hauptkatodenbereichs aus an einer Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat. Deshalb erfüllt der Abtastbereich 3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Bedingungen als zweiter Bereich.
Auf ähnliche Weise zu dem ersten Ausführungsbeispiel, sind die erste N⁺-Schicht 11 und die erste P⁺-Schicht 12 der Halbleitervorrichtung 200 mit einer (nicht gezeigten) Elektrode der unteren Oberfläche verbunden, die zweiten N⁺-Schichten 171a bis 171d und 172a bis 172d und zweite P⁺-Schichten 161a, 161c, 162a, und 162c sind mit einer (nicht gezeigten) Hauptelektrode der oberen Oberfläche und zweite N⁺-Schichten 173a bis 173d und zweite P⁺-Schichten 163a bis 163c sind mit einer (nicht gezeigten) Abtastelektrode der oberen Oberfläche verbunden.
Wenn ein Potential Va an der Elektrode der unteren Oberfläche angelegt wird, das niedriger als ein Potential Vb an der Hauptelektrode der oberen Oberfläche und als ein Potential Vc an der Abtastelektrode der oberen Oberfläche ist (Va < Vb, Vc), fließt durch den Hauptdiodenbereich 1 ein Hauptdiodenstrom I₁, während durch den Haupt-IGBT-Bereich 2 kein Strom fließt. Wenn andererseits das Potential Va der Elektrode der unteren Oberfläche höher als das Potential Vb der Hauptelektrode der oberen Oberfläche und das Potential Vc der Abtastelektrode der oberen Oberfläche gewählt wird, und wenn eine positive Spannung (eine positive Vorspannung) an die Gateelektrode angelegt wird (Va > Vb, Vc), fließt der Haupt-IGBT-Strom I₂ durch den Haupt-IGBT-Bereich 2, während durch den Hauptdiodenbereich 1 kein Strom fließt.
Da die zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173d, die zum Abtastemitterbereich des Abtastbereichs 3 werden, einen Abstand von 298 μm oder weniger vom Ende des Hauptkatodenbereichs auf einer Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat aufweisen, und da der Abtastbereich 3 ein zweiter Bereich ist, wie in den 4 und 5 gezeigt ist, fließt in ähnlicher Weise ein Strom I₁₁ (ein Abtastdiodenstrom) zum Hauptdiodenbereich 1, falls Va < Vb, Vc, und der Wert des Abtastdiodenstroms beträgt mindestens 90% des Maximalwertes des Abtastdiodenstroms. Falls andererseits Va > Vb, Vc und falls eine positive Spannung an die Gateelektrode angelegt ist, fließt nur wenig Strom durch den Abtastbereich 3. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann durch den Abtastbereich 3 die Abtastgenauigkeit des Hauptdiodenstroms erhöht werden, da ein hinreichend großer Abtastdiodenstrom I₁₂ durch den Abtastbereich 3 in stabiler Weise fließt.
Wie oben beschrieben umfasst das vorliegende Ausführungsbeispiel einen zweiten Bereich (einen Bereich, in dem der Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 298 μm oder weniger beträgt). Da ein hinreichend großer Abtastdiodenstrom I₁₁ (ein Strom, der mindestens 90% des Maximalwertes des Abtastdiodenstroms beträgt) in stabiler Weise verfügbar ist, ist dementsprechend ein Verhältnis zwischen einem Hauptdiodenstrom, der durch den Hauptdiodenbereich fließt, und einem Abtastdiodenstrom, der durch den Abtastbereich fließt, hinreichend groß und stabil. Daraus resultierend kann der Hauptdiodenstrom durch den Abtastbereichs 3 genau abgetastet werden.
Darüber hinaus hängt das Verhältnis I₁₁/I₁ zwischen den Abtastdiodenstrom I₁₁ und dem Hauptdiodenstrom I₁ von einem Verhältnis S₁₁/S₁ zwischen einer Fläche S₁ des Diodenhauptbereichs 1 und einer Fläche S₁₁ des zweiten Bereich des Abtastbereichs auf der oberen Oberfläche des Substrates ab. Durch ein Anpassen des Flächenverhältnisses S₁₁/S₁ kann das Verhältnis I₁₁/I₁ zwischen dem Abtastdiodenstrom I₁₁ und dem Hauptdiodenstrom I₁ angepasst werden. Bei einem bekanntem Verhältnis I₁₁/I₁ kann der Hauptdiodenstrom I₁ abgetastet werden, indem der Abtastdiodenstrom I₁₁ abgetastet wird. Beispielsweise kann der Abtastdiodenstrom I₁₁ durch einen der Schaltung in Reihe vorgeschalteten Querwiderstand (Widerstandswert R) abgetastet werden, durch den der Abtastdiodenstrom fließt, wodurch ein Spannungsabfall RI₁₁ an beiden Enden des Querwiderstandes gemessen wird. Der Hauptdiodenstrom I₁ kann basierend auf dem gelesenen Abtastdiodenstrom I₁₁ und dem Verhältnis I₁₁/I₁ abgetastet werden.
Darüber hinaus ist ersichtlich, dass das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel und das vorstehend beschriebene zweite Ausführungsbeispiel miteinander in Kombination verwendet werden können. Beispielsweise können zwei Abtastbereiche zur Verfügung gestellt werden, weil einer ein Abtastbereich ist, der einen ersten Bereich umfasst, und der andere ein Abtastbereich ist, der einen zweiten Bereich umfasst.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
9 zeigt eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 300 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Darstellung einer Umgebung des Randbereichs zwischen einem Hauptbereich 5 und einem Abtastbereich 3 des Halbleitersubstrates 30. 10 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 9. Darüber hinaus ist die Draufsicht, die eine ganze Halbleitervorrichtung 300 zeigt, ähnlich zu der der Halbleitervorrichtung 100 in 1, und auch in der Halbleitervorrichtung 300 ist der Abtastbereich 3 kleiner als der Hauptbereich 5.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, unterscheidet sich die Halbleitervorrichtung 300 von der Halbleitervorrichtung 100 in der Position der Grenze (des Liniensegments AB) zwischen einer ersten P⁺-Schicht 12 und einer ersten N⁺-Schicht 11, die auf einer unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet sind. Bei der Halbleitervorrichtung 300 ist die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 parallel zur Richtung der x-Achse in 9. Bei dem Hauptbereich 5 stellt ein Bereich, in dem die erste N⁺-Schicht 11 ausgebildet ist, einen Hauptdiodenbereich dar, und ein Bereich, in dem die erste P⁺-Schicht 12 ausgebildet ist, stellt einen IGBT-Bereich 2 dar. Des Weiteren schließt bei der Halbleitervorrichtung 300 der Abtastbereich 3 einen Abtastbereich 31 und einen Abtastbereich 32 ein. Der Abtastbereich 31 und der Abtastbereich 32 sind ähnlich zum Haupt-IGBT-Bereich 2 an der Oberseite der ersten P⁺-Schicht 12 angeordnet (was in 10 nicht gezeigt ist). Da andere Bestandteile zu denen der Halbleitervorrichtung 100 ähnlich sind, sind ähnliche Bestandteile mit ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet, um überlappende Beschreibungen zu vermeiden. Während darüber hinaus die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 in dem Hauptbereich 5 ähnlich wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel nicht in dem Querschnitt in 10 dargestellt ist, gibt es zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12 in dem Hauptbereich 5 der Halbleitervorrichtung 200 eine Grenze, und die Grenze zwischen dem Hauptdiodenbereich 1 und dem Haupt-IGBT-Bereich 2 fällt mit der Grenze zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 (Hauptkatodenbereich) und der ersten P⁺-Schicht 12 (Hauptkollektorbereich) zusammen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in den 9 und 10 dargestellt, sind der Abtastbereich 31 und der Abtastbereich 32 nebeneinander angeordnet. Der Abtastbereich 31 und der Abtastbereich 32 sind jeweils von einer P-Schicht 152, die eine Diffusionsschicht darstellt, in einer ähnlichen Art und Weise wie der Abtastbereich 3 der ersten Ausführungsform umgeben. Ein Hauptkollektorbereich des Haupt-IGBT-Bereichs 2 und ein Abtastkollektorbereich des Abtastbereichs 31 und des Abtastbereichs 32 sind in der gleichen Schicht ausgebildet (die erste P⁺-Schicht 12).
Der Abtastbereich 31 ist neben dem Hauptdiodenbereich 1 angeordnet, und der Abtastbereich 32 ist an einer Stelle angeordnet, die sich von dem Hauptdiodenbereich 1 weiter entfernt befindet als der Abtastbereich 31. Ein Teil der Grenze (des Liniensegments AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 ist in einem Bereich zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Hauptkatodenbereich 1 angeordnet. Ein Bereich zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Abtastbereich 32 ist nur mit einer N^–-Schicht 13 und einer P-Schicht 152 oberhalb der ersten P⁺-Schicht 12 versehen und stellt einen Bereich dar, der nicht zur elektrischen Leitung beiträgt.
Eine zweite N⁺-Schicht 173e, die einen Abtastemitterbereich des Abtastbereichs 31 darstellt, weist einen Abstand D₃₁ von 298 μm oder weniger von einem Ende der ersten N⁺-Schicht 11 als einem Hauptkatodenbereich an der Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Mit anderen Worten weisen die zweiten N⁺-Schichten 173e bis 173h des Abtastbereichs 31 alle einen Abstand von 298 μm oder weniger vom Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺-Schicht 11) an der Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Deshalb erfüllt der Abtastbereich 31 die Bedingungen eines zweiten Bereichs. Eine zweite N⁺-Schicht 173d, die einen Abtastemitterbereich des Abtastbereichs 32 darstellt, weist einen Abstand D₃₂ von 615 μm oder mehr vom Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺-Schicht 11) an der Seite des Abtastbereichs in der Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Mit anderen Worten weisen die N⁺-Schichten 173a bis 173d des Abtastbereichs 32 alle einen Abstand von 615 μm oder mehr vom Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺-Schicht 11) an der Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Deshalb erfüllt der Abtastbereich 32 die Bedingungen als ein erster Bereich.
In einer zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ähnlichen Weise sind die erste N⁺-Schicht 11 und die ersten P⁺-Schicht 12 der Halbleitervorrichtung 300 mit einer Elektrode der unteren Oberfläche verbunden, die zweiten N⁺-Schichten 171a bis 171d und 172a bis 172d und die zweiten P⁺-Schichten 161a, 161c, 162a und 162c (die in 10 nicht gezeigt sind) des Hauptdiodenbereichs 1 und der Haupt-IGBT-Bereichs 2 sind mit einer Hauptelektrode der oberen Oberfläche verbunden, und die zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173h und die zweiten P⁺-Schichten 161a, 161c, 161e und 161g des Abtastbereichs 31 und des Abtastbereichs 32 sind mit einer Abtastelektrode der oberen Oberfläche verbunden. Da die Abtastbereiche 31 und 32 nebeneinander angeordnet sind, können die Abtastbereiche 31 und 32 beispielsweise mit einer einzelnen Elektrodenkontaktfläche verbunden sein.
Wenn ein Potential Va der Elektrode der unteren Oberfläche niedriger gewählt wird als ein Potential Vb der Hauptelektrode der oberen Oberfläche und ein Potential Vc der Abtastelektrode der oberen Oberfläche (Va < Vb, Vc), dann fließt durch den Diodenhauptbereich 1 ein Hauptdiodenstrom I₁, während durch den Haupt-IGBT-Bereich 2 kein Strom fließt.
Da der Abtastbereich 31 die Bedingungen eines zweiten Bereichs erfüllt, wie in den 4 und 5 dargestellt, fließt in einer ähnlichen Weise wie zum Hauptdiodenbereich ein Abtastdiodenstrom I₁₁, falls Va < Vb, Vc. Der Wert des Abtastdiodenstroms I₁₁ beträgt mindestens 90% des Maximalwertes des Abtastdiodenstroms. Auf der anderen Seite, falls Va > Vb, Vc und falls an die Gateelektrode eine positive Spannung angelegt wird, fließt durch den Abtastbereich 31 nur wenig Strom.
Da der Abtastbereich 32 die Bedingungen eines ersten Bereichs erfüllt, wie in den 4 und 5 dargestellt, fließt durch den Abtastbereich 32 nur wenig Strom, falls Va < Vb, Vc. Auf der anderen Seite, falls Va > Vb, Vc und falls eine positive Spannung an der Gateelektrode angelegt ist, fließt ein Abtast-IGBT-Strom I₁₂ durch den Abtastbereich 32 in einer ähnlichen Art wie durch den Haupt-IGBT-Bereich 2. Der Wert des Abtast-IGBT-Stroms I₁₂ beträgt mindestens 90% des Maximalwertes des Abtast-IGBT-Stroms.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann mit Hilfe des Abtastbereichs 31 und des Abtastbereichs 32 ein hinreichend großer Abtastdiodenstrom I₁₁ auf stabile Weise erreicht werden, wenn der Hauptdiodenstrom I₁ durch den Hauptbereich 5 fließt. Wenn der Haupt-IGBT-Strom I₂ durch den Hauptbereich fließt, kann ein hinreichend großer Abtast-IGBT-Strom I₂₁ auf stabile Weise erreicht werden. Deshalb kann die Abtastgenauigkeit sowohl vom Hauptdiodenstrom als auch vom Haupt-IGBT-Strom erhöht werden.
Erfindungsgemäß ist der Abtastbereich 31, der den Hauptdiodenstrom abtastet, neben dem Abtastbereich 32 angeordnet, der den Haupt-IGBT-Strom liest, und die Abtastbereiche 31 und 32 sind an eine einzelne Abtastelektrode auf der oberen Oberfläche angeschlossen. Dementsprechend können die Verbindungen und dergleichen der Abtastbereiche vereinfacht werden.
Des Weiteren ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Bereich, der nicht zur elektrischen Leitung beiträgt, zwischen dem Abtastbereich 31 (dem Abtastbereich, der den Hauptdiodenstrom abtastet) und dem Abtastbereich 32 (dem Abtastbereich, der den Haupt-IGBT-Strom abtastet) ausgebildet. Falls der Abtastbereich 31 und der Abtastbereich 32 nebeneinander angeordnet sind, wie in den 9 und 10 dargestellt ist, weist der Bereich zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Abtastbereich 32 vom Hauptkatodenbereich einen Abstand auf, der verursacht, dass der Abtastdiodenstrom und der Abtast-IGBT-Strom unstabil werden, wie in den 4 und 5 dargestellt ist. Indem der Bereich, in dem der Abtastdiodenstrom und der Abtast-IGBT-Strom instabil werden, als nichtleitender Bereich hergestellt wird, kann die Messgenauigkeit des Abtastdiodenstroms und des Abtast-IGBT-Stroms weiter erhöht werden.
Darüber hinaus kann im Falle der Halbleitervorrichtung 400, die in den 11 und 12 dargestellt ist, eine P-Schicht 152a, die eine Diffusionsschicht darstellt, an der ganzen Oberseite einer N^–-Schicht 13 in einem Bereich zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Abtastbereich 32 ausgebildet werden. Die P-Schicht 152a ist ein Isolierschichtelement. Die Halbleitervorrichtung 400 ist eine Abwandlung der Halbleitervorrichtung 300 und unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 300 dadurch, dass die P-Schicht 152a an der ganzen Oberseite der N^–-Schicht 13 in dem Bereich zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Abtastbereich 32 ausgebildet ist. Da die anderen Bestandteile zu denen der Halbleitervorrichtung 300 ähnlich sind, sind ähnliche Bestandteile mit ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet, um überlappende Beschreibungen zu vermeiden. Bei der Halbleitervorrichtung 400 kann ein Abstand zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Abtastbereich 32 gekürzt werden, da der Abtastbereich 31 und der Abtastbereich 32 durch eine P-Schicht 152a voneinander getrennt sind. Insbesondere kann ein Abstand zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Abtastbereich 32 in Richtung einer y-Achse in 11 kürzer gewählt werden als ein Abstand zwischen dem Abtastbereich 31 und dem Abtastbereich 32 in Richtung einer y-Achse in 9. In diesem Fall ist ein Bereich, der einen solchen Abstand von dem Hauptkatodenbereich aufweist, dass sowohl Abtastdiodenstrom als auch Abtast-IGBT-Strom unstabil werden, wie in den 4 und 5 gezeigt, vorzugsweise so ausgebildet, dass sie unter die P-Schicht 152a passt. Dementsprechend kann die Messgenauigkeit des Abtastdiodenstroms und des Abtast-IGBT-Stroms weiter erhöht werden.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
13 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Darstellung einer Umgebung eines Randbereichs zwischen einem Hauptbereich 5 und einem Abtastbereich 3 eines Halbleitersubstrates 50. 14 zeigt einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie XIV-XIV in 13. Des Weiteren ist die Draufsicht, die die ganze Halbleitervorrichtung 500 zeigt, ähnlich zu der der Halbleitervorrichtung 100, die in 1 dargestellt ist, und auch bei der Halbleitervorrichtung 500 ist der Abtastbereich 3 kleiner als der Hauptbereich 5.
Die Halbleitervorrichtung 500 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 in der Position einer Grenze (eines Liniensegments AB) zwischen einer ersten P⁺-Schicht 12 und einer ersten N⁺-Schicht 11, die auf einer unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrates 50 ausgebildet sind. Auch bei der Halbleitervorrichtung 500 ist die Grenze (das Liniensegment AB) zwischen der ersten P⁺-Schicht 12 und der ersten N⁺-Schicht 11 parallel zur Richtung der x-Achse in 13. Bei dem Hauptbereich 5 stellt ein Bereich, in dem die erste N⁺-Schicht 11 ausgebildet ist, einen Hauptdiodenbereich dar, und ein Bereich, in dem die erste P⁺-Schicht 12 ausgebildet ist, stellt einen Haupt-IGBT-Bereich 2 dar. Ähnlich zum Hauptdiodenbereich 1 umfasst der Abtastbereich 3 einen Bereich, in dem die erste N⁺-Schicht 11 ausgebildet ist, und einen Bereich, in dem die erste P⁺-Schicht 12 ausgebildet ist. Ein anderer Unterschied zur Halbleitervorrichtung 100 besteht darin, dass die Ausdehnung des Abtastbereichs 3 in Draufsicht, in Richtung der x-Achse, kürzer ist, und in Richtung der y-Achse, die in 13 gezeigt ist, länger ist. Mit anderen Worten, der Abtastbereich 3 ist kurz in einer Richtung parallel zu einem Ende des Hauptkatodenbereichs an einer Seite des Abtastbereichs (die x-Achsen-Richtung), und lang in einer Richtung senkrecht zu dem Ende des Hauptkatodenbereichs an einer Seite des Abtastbereichs (die y-Achsen-Richtung). Da andere Bestandteile zu denen der Halbleitervorrichtung 100 ähnlich sind, sind ähnliche Bestandteile mit ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet, um überlappende Beschreibungen zu vermeiden. Während in der Querschnittsansicht gemäß 14 keine Querschnittsstruktur des Hauptbereichs 5 dargestellt ist, gibt es darüber hinaus ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Grenze zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 und der ersten P⁺-Schicht 12 in dem Hauptbereich 5 der Halbleitervorrichtung 500, und eine Grenze zwischen dem Hauptdiodenbereich 1 und dem Haupt-IGBT-Bereich 2 fällt mit der Grenze zwischen der ersten N⁺-Schicht 11 (Hauptkatodenbereich) und der ersten P⁺-Schicht 12 (Hauptkollektorbereich) zusammen. Zusätzlich ist ähnlich zu der Halbleitervorrichtung 100 eine längliche Richtung des Grabengates 18 parallel zur Richtung einer x-Achse.
In den 13 und 14 weist eine zweite N⁺-Schicht 173g eines Bereichs 331 innerhalb des Abtastbereichs 3 einen Abstand D₅₁ von 298 μm oder weniger von einem Ende des Hauptkatodenbereichs (der ersten N⁺-Schicht 11) an der Seite des Abtastbereichs 3 (mit anderen Worten des Liniensegments AB) auf. Mit anderen Worten, die zweiten N⁺-Schichten 173g bis 173l des Bereichs 331 weisen alle einen Abstand von 298 μm oder weniger vom Ende des Hauptkatodenbereichs an der Seite des Abtastbereichs 3 in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Deshalb erfüllt der Bereich 331 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bedingungen eines zweiten Bereichs. Eine zweite N⁺-Schicht 173d eines Bereichs 332 weist eine Entfernung D₅₃ von 615 μm oder mehr vom Ende des Hauptkatodenbereichs an der Seite des Abtastbereichs 3 in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Mit anderen Worten, die zweiten N⁺-Schichten 173a bis 173d des Bereichs 332 weisen alle einen Abstand von 615 μm oder mehr vom Ende des Hauptkatodenbereichs an der Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Deshalb erfüllt der Bereich 332 die Bedingungen eines ersten Bereichs bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die zweiten N⁺-Schichten 173e und 173f eines Bereichs 333 weisen einen zu 298 μm < D₅₂ < 615 μm definierten Abstand D₅₂ vom Ende des Hauptkatodenbereichs an der Seite des Abtastbereichs in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat auf. Mit anderen Worten erfüllen die zweiten N⁺-Schichten 173e und 173f des Bereichs 333 weder die Bedingungen eines ersten noch die Bedingungen eines zweiten Bereichs. Im Vergleich zum Bereich 331 und dem Bereich 332 nimmt der Bereich 333 ein kleineres Flächenelement ein (eine Fläche in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat).
Da der Abtastbereich 3 den Abtastbereich 331 umfasst, kann ein hinreichend großer Abtastdiodenstrom I₁₁ in stabiler Weise erhalten werden, wenn ein Hauptdiodenstrom I₁ durch den Hauptbereich fließt. Da der Abtastbereich 3 den Abtastbereich 332 umfasst, kann zusätzlich ein hinreichend großer Abtast-IGBT-Strom I₂₁ in stabiler Weise erhalten werden, wenn ein Haupt-IGBT-Strom I₂ durch den Hauptbereich fließt. Obwohl im Bereich 333 der Abtastdiodenstrom I₁₁ und der Abtast-IGBT-Strom I₂₁ instabil werden, da der Bereich 333 ein kleineres Flächenelement einnimmt als die Bereiche 331 und 332, kann durch den Bereich 331 eine hinreichende Abtastgenauigkeit des Hauptdiodenstroms und durch der Bereich 332 eine hinreichende Abtastgenauigkeit des Haupt-IGBT-Stroms gewährleistet werden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Verringerung des Raums zum Aufbau des Abtastbereichs im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Hauptdiodenstrom und der Haupt-IGBT-Strom mittels zweier Abtastbereiche abgetastet werden, wie es bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Ferner ist der Abtastbereich 3 der Halbleitervorrichtung 500 so ausgestaltet, dass eine Form des Abtastbereichs 3 in Draufsicht in einer Richtung parallel zu einem Ende des Hauptkatodenbereichs am Ende des Abtastbereichs (einer Richtung parallel zum Grabengate 18) kurz und in einer Richtung senkrecht zum Ende des Hauptkatodenbereichs an der Seite des Abtastbereichs (einer Richtung senkrecht zum Grabengate 18) lang ist. Deshalb wird ein Anteil der Elementfläche des Bereich 333 mit einem zu 298 μm < D₅₂ < 615 μm definierten Abstand D₅₂ vom Ende des Hauptkatodenbereichs an der Seite des Abtastbereichs 3 klein im Vergleich zu der Elementfläche des Abtastbereichs 3. Durch eine Herabsetzung der Elementfläche des Bereichs 333 in Vergleich zur Elementfläche des Bereichs 331 und des Bereichs 332 kann die Abtastgenauigkeit des Hauptdiodenstroms und des Haupt-IGBT-Stroms erhöht werden.
Da die Ausführungsbeispiele und deren Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Erfindung einen stabilen und hinreichend großen Abtastdiodenstrom und Abtast-IGBT-Strom in der Halbleitervorrichtung ermöglichen, in der die Diode und der IGBT in dem Hauptbereich des Halbleitersubstrates ausgebildet sind, kann die Abtastgenauigkeit des IGBT-Hauptstroms und des Hauptdiodenstroms mittels des Abtastbereichs erhöht werden. Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und deren Abwandlungen der Hauptkatodenbereich und der Hauptkollektorbereich in dem Hauptbereich nebeneinander sind, kann darüber hinaus alternativ eine andere Halbleiterschicht zwischen dem Hauptkatodenbereich und dem Hauptkollektorbereich ausgebildet sein.
Darüber hinaus können die bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen und deren Abwandlungen beschriebenen Halbleitervorrichtungen mit Techniken hergestellt werden, die bei einem Herstellungsprozess einer konventionellen Halbleitervorrichtung verwendet werden. Da die Halbleitervorrichtungen ohne eine signifikante Abänderung des Herstellungsprozesses konventioneller Halbleitervorrichtungen hergestellt werden können, können die Halbleitervorrichtungen ohne einen signifikanten Anstieg an Arbeit, Kosten und Zeit hergestellt werden.
Während vorstehend Beispiele im Detail beschrieben sind, dienen solche Beispiele nur der Veranschaulichung und stellen keineswegs eine Eingrenzung des Schutzbereichs der Ansprüche dar. Techniken, die im Rahmen der Ansprüche beschrieben sind, beinhalten verschiedene Abwandlungen und Änderungen der spezifischen Beispiele, die vorstehend dargestellt sind.
Es versteht sich, dass die vorliegend beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten technischen Elemente für sich genommen oder in verschiedenen Verbindungen eine technische Wirkung entfalten, und nicht auf die in den Ansprüchen zum Zeitpunkt der Anmeldung beschriebenen Verbindungen beschränkt sind. Des Weiteren dienen die in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen aufgezeigten Techniken dem Zweck, zugleich eine Vielzahl an Zielen zu erreichen, wobei die technische Wirkung entfaltet wird, indem irgendeines dieser Ziele erreicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 7-245394 A [0002, 0002]

Claims

Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, das einen Hauptbereich und einen Abtastbereich beinhaltet, wobei der Abtastbereich in einer Draufsicht auf das Halbleitersubstrat kleiner als der Hauptbereich ist, wobei der Hauptbereich eine Hauptdiode und einen Haupt-IGBT umfasst, die Hauptdiode umfasst dabei: einen Hauptanodenbereich einer ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Hauptdiodendriftbereich einer zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Unterseite des Hauptanodenbereichs ausgebildet ist, und einen Hauptkatodenbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Unterseite des Hauptdiodendriftbereichs und auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist; der Haupt-IGBT umfasst dabei: einen Hauptkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Hauptdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Hauptkollektorbereichs ausgebildet ist, einen Hauptkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Hauptdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Hauptemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Hauptkörperbereichs ausgebildet ist, und eine isolierte Hauptgateelektrode, die sich von einer oberen Oberfläche des Hauptemitterbereichs bis zu der Tiefe erstreckt, in der der Hauptkörperbereich mit dem Hauptdriftbereich in Kontakt steht; und der Abtastbereich umfasst dabei: einen Abtastkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Abtastdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Abtastkollektorbereichs ausgebildet ist, einen Abtastkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Abtastdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Abtastemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Abtastkörperbereichs ausgebildet ist, und eine isolierte Abtastgateelektrode, die sich von einer oberen Oberfläche des Abtastemitterbereichs bis zu der Tiefe erstreckt, in der der Abtastkörperbereich mit dem Abtastdriftbereich in Kontakt steht, wobei der Abtastbereich einen ersten Bereich beinhaltet, bei dem ein Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 615 μm oder mehr beträgt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem zweiten Bereich, bei dem der Abstand von dem Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 298 μm oder weniger beträgt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Abtastdriftbereich, der Abtastkörperbereich, der Abtastemitterbereich und die isolierte Abtastgateelektrode aufeinander folgend von dem ersten Bereich bis zum zweiten Bereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat ausgebildet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit: einer Diffusionsschicht, die zumindest in einem Teil eines Bereichs zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ausgebildet ist, wobei sich die Diffusionsschicht von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates in Richtung der Tiefe erstreckt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Diffusionsschicht in einem Bereich ausgebildet ist, dessen Abstand von dem Hauptkatodenbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat größer als 298 μm und kürzer als 615 μm ist.
Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, das einen Hauptbereich und einen Abtastbereich beinhaltet, wobei der Abtastbereich kleiner ist als der Hauptbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat ist, wobei der Hauptbereich eine Hauptdiode und einen Haupt-IGBT umfasst, die Hauptdiode umfasst dabei: einen Hauptanodenbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Hauptdiodendriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Unterseite des Hauptanodenbereichs ausgebildet ist, und einen Hauptkatodenbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Unterseite des Hauptdiodendriftbereichs und auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist; der Haupt-IGBT umfasst dabei: einen Hauptkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Hauptdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Hauptkollektorbereichs ausgebildet ist, einen Hauptkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Hauptdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Hauptemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Hauptkörperbereichs ausgebildet ist, und eine isolierte Hauptgateelektrode, die von einer oberen Oberfläche des Hauptemitterbereichs bis in die Tiefe ausgebildet ist, in der der Hauptkörperbereich mit dem Hauptdriftbereich in Kontakt steht; und der Abtastbereich umfasst dabei: einen Abtastkollektorbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Abtastdriftbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Abtastkollektorbereichs ausgebildet ist, einen Abtastkörperbereich der ersten Leitfähigkeitsart, der auf einer Oberseite des Abtastdriftbereichs und auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, einen Abtastemitterbereich der zweiten Leitfähigkeitsart, der auf einem Teil einer oberen Oberfläche des Abtastkörperbereichs ausgebildet ist, und eine isolierte Abtastgateelektrode, die von einer oberen Oberfläche des Abtastemitterbereichs bis zu der Tiefe ausgebildet ist, in der der Abtastkörperbereich mit dem Abtastdriftbereich in Kontakt steht, wobei der Abtastbereich einen zweiten Bereich beinhaltet, in dem ein Abstand vom Hauptkatodenbereich zum Abtastemitterbereich in Draufsicht auf das Halbleitersubstrat 298 μm oder weniger beträgt.