DE112013001487T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Trench-Gate-MOS-Struktur ist auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats vorgesehen, das ein n–-Driftbereich (1a) sein wird. Ein n-Schalenbereich (13) ist in dem n–-Driftbereich (1a) derart vorgesehen, dass er in Kontakt mit einer Oberfläche eines p-Basisbereichs (2a) in der Nähe des die Trench-Gate-MOS-Struktur bildenden n–-Driftbereichs (1a) kommt. Der n-Schalenbereich (13) hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der n–-Driftbereich (1a). Die wirksame Dosis von Dotierstoffen vom n-Typ in dem n-Schalenbereich (13) ist gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2. Der n–-Driftbereich (1a) hat eine Widerstandsfähigkeit, die verhindert, dass eine Verarmungsschicht, die sich von einem p-Kollektorbereich (10a) auf der anderen Hauptoberfläche ausbreitet, wenn eine Sperr-Nennspannung mit einem Emitter als eine positive Elektrode angelegt wird, entweder den n-Schalenbereich (13) oder die Sohle eines ersten Grabens (5) erreicht, je nachdem, welche/r dem p-Kollektorbereich (10a) näher ist als der/die andere.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, die eine in Sperrrichtung blockierende Halbleitervorrichtung und eine bidirektionale Halbleitervorrichtung aufweisen, und insbesondere Trench-Gate-Halbleitervorrichtungen.
  • STAND DER TECHNIK
  • In letzten Jahren ist in einem Leistungsumrichter, der zum Beispiel Wechselstrom/Wechselstrom-Umrichtung, Wechselstrom/Gleichstrom-Umrichtung oder Gleichstrom/Wechselstrom-Umrichtung unter Verwendung eines Halbleiterelements ausführt, ein Matrix-Wandler als eine Direktumrichtungsschaltung, die ohne Verwendung einer Gleichstromglättungsschaltung konfiguriert sein kann, welche zum Beispiel einen elektrolytischen Kondensator oder eine Gleichstromdrossel umfasst, bekannt geworden. Da der Matrix-Wandler bei einer Wechselstromspannung verwendet wird, müssen eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, die den Matrix-Wandler bilden, bidirektionale Schaltvorrichtungen mit einer Bidirektionalität sein, die einen Strom in die Durchlassrichtung und die Sperrrichtung steuern kann. Als dieser Typ von bidirektionaler Schaltvorrichtung wurde eine bidirektionale Schaltvorrichtung verwendet, die durch Verbindung von zwei Vorrichtungen gebildet wird, von denen jede eine Diode für eine Sperrdurchbruchspannung umfasst, die invers in Reihe mit einem allgemeinen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (nachstehend als IGBT bezeichnet von englisch insulated-gate bipolar transistor) geschaltet ist und einen Strom in zwei Richtungen steuern kann.
  • In den letzten Jahren wurde ein in Sperrrichtung blockierender IGBT (RB-IGBT) als die oben erwähnte bidirektionale Schaltvorrichtung verwendet, um die Größe und das Gewicht einer Schaltung zu reduzieren, um dadurch die Effizienz und Reaktion der Schaltung zu erhöhen und die Herstellungskosten zu reduzieren. Der Grund dafür ist, dass es, wenn zwei in Sperrrichtung blockierende IGBT invers parallel verbunden sind, möglich ist, die bidirektionale Schaltvorrichtung zu bilden, ohne die Diode für eine Sperrdurchbruchspannung zu verwenden. Ein bidirektionaler IGBT hat die bidirektionale Schaltvorrichtung, die durch anti-parallele Verbindung von zwei in Sperrrichtung blockierenden IGBT gebildet ist, als einen Leistungschip. Als nächstes wird die Struktur des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik beschrieben.
  • 15 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik schematisch zeigt. In dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT ist im Allgemeinen ein aktiver Bereich 110 in der Mitte vorgesehen und ein Trennungsteil 130 in dem äußeren Umfang des aktiven Bereichs 110 durch einen Randabschlussstrukturbereich 120 vorgesehen. Der Trennungsteil 130 umfasst einen Isolierbereich 31 vom p-Typ. Der aktive Bereich 110 ist der Pfad eines Hauptstroms von einem vertikalen IGBT, der zum Beispiel einen n–-Driftbereich 1, einen p-Basis-Bereich 2, einen n+-Emitterbereich 3, eine Emitter-Elektrode 9, einen p-Kollektorbereich 10 und eine Kollektor-Elektrode 11 umfasst. Der Isolierbereich 31 ist ein Bereich vom p-Typ, der so gebildet ist, dass er sich von der Vorderfläche eines Halbleitersubstrats zu dem auf der Rückfläche vorgesehenen p-Kollektorbereich 10 erstreckt. Die Struktur des aktiven Bereichs 110 wird im Detail mit Bezug auf 16 beschrieben.
  • 16 ist eine Schnittansicht, die die detaillierte Struktur des aktiven Bereichs in dem in 15 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik zeigt. Der n–-Driftbereich 1 ist ein Siliziumsubstrat, das durch ein Fließzonen(FZ von englisch floating zone)-Verfahren hergestellt wird (nachstehend als FZ-Siliziumsubstrat bezeichnet). In dem IGBT, der das FZ-Siliziumsubstrat verwendet, wird im Gegensatz zu einem IGBT, der ein epitaktisches Siliziumsubstrat gemäß der verwandten Technik verwendet, kein Halbleitersubstrat mit hoher Konzentration verwendet. Deshalb kann die Dicke des Siliziumsubstrats zum Beispiel auf etwa 100 μm reduziert werden, wenn die Nennspannung des IGBTs 600 V ist, und auf etwa 180 μm reduziert werden, wenn die Nennspannung des IGBTs 1200 V ist.
  • Der p-Basis-Bereich 2 ist selektiv in einer Oberflächenschicht der Vorderfläche des FZ-Siliziumsubstrats vorgesehen, das der n–-Driftbereich 1 sein wird. Der n+-Emitterbereich 3 und der p+-Body-Bereich 4 werden selektiv in einer Oberflächenschicht des p-Basis-Bereichs 2 vorgesehen, der in der Nähe der Vorderfläche des Substrats angeordnet ist. Eine Gate-Elektrode 7, die aus Polysilizium hergestellt ist, ist auf der Oberfläche eines Teils des p-Basis-Bereichs 2 vorgesehen, der zwischen dem n+-Emitterbereich 3 und dem n–-Driftbereich mit einer Gate-Isolierfolie 6 dazwischen angeordnet ist. Die Emitter-Elektrode 9 kommt in Ohmschen Kontakt mit sowohl der Oberfläche des n+-Emitterbereichs 3 als auch der Oberfläche des p+-Body-Bereichs 4. Die Zwischenisolierfolie 8 wird zwischen der Gate-Elektrode 7 und der Emitter-Elektrode 9 vorgesehen und isoliert die Gate-Elektrode 7 elektrisch von der Emitter-Elektrode 9.
  • Der p-Kollektorbereich 10 und die Kollektor-Elektrode 11, die in Ohmschen Kontakt mit dem p-Kollektorbereich 10 kommt, werden auf der Rückflächenseite des FZ-Siliziumsubstrats vorgesehen, das der n–-Driftbereich 1 sein wird. Wenn die Rückflächenstruktur des FZ-Siliziumsubstrats auf diese Weise gebildet wird, wird die Dicke des p-Kollektorbereichs 10 reduziert und der p-Kollektorbereich 10 auf die erforderliche niedrige Dotierstoffkonzentration gesteuert. Deshalb ist es möglich, die Injektionseffizienz eines Minoritätsladungsträgers von dem p-Kollektorbereich 10 zu reduzieren und die Transporteffizienz zu verbessern. Folglich wird in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT mit der oben erwähnten Struktur die kompromisshafte Beziehung zwischen Einschaltspannungscharakteristik und Ausschaltverlust verbessert und ist es möglich, sowohl die Einschalt-Spannung als auch den Ausschaltverlust zu reduzieren.
  • Als diese Art von in Sperrrichtung blockierendem IGBT wurde ein in Sperrrichtung blockierender IGBT vorgeschlagen, in dem ein p-Basis-Bereich in der Vorderfläche eines Halbleitersubstrats gebildet ist, ein n+-Emitterbereich in dem p-Basis-Bereich gebildet ist, ein p+– Isolierbereich bzw. ein p+-Kollektorbereich in einem äußeren Umfangsbereich (der Seitenfläche des Substrats) und der Rückfläche des Halbleitersubstrats gebildet sind, so dass sie den p-Basis-Bereich umgeben, und die Dicke des p+ Kollektorbereichs in der Rückfläche etwa 1 μm ist (siehe zum Beispiel das folgende Patentdokument 1).
  • Außerdem wurde als weiterer in Sperrrichtung blockierender IGBT eine Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung vorgeschlagen, in der ein einschichtiges Halbleitersubstrat wenigstens pn-Übergänge für Durchlass- und Sperrdurchbruchspannungen hat, die an beiden Seiten davon gebildet sind, und die Durchbruchspannungsübergangsabschlussstruktur der zwei pn-Übergänge auf der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats durch einen trennenden Diffusionsbereich vorgesehen ist. Das einschichtige Halbleitersubstrat umfasst einen Bereich, in dem eine Dotierstoffkonzentrationsverteilung von der ersten Hauptoberfläche nach innen hin im Wesentlichen konstant ist oder die Dotierstoffkonzentration von der ersten Hauptoberfläche nach innen hin reduziert ist. Deshalb ist es in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT möglich, einen Sperrleckstrom zu reduzieren, ohne eine Sperrdurchbruchspannung zu reduzieren (siehe z. B. das folgende Patentdokument 2).
  • Als ein in Sperrrichtung blockierender IGBT mit verbesserten elektrischen Eigenschaften ist die folgende Vorrichtung bekannt. 17 ist ein Diagramm, das die Verteilungen der elektrischen Feldstärke des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik zeigt, wenn eine Durchlassspannung angelegt wird und wenn eine Sperrspannung angelegt wird. 17(a) zeigt die Schnittstruktur eines Hauptteils des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik. In 17(b) zeigt die Y-Achse die Dicke des in 17(a) gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT an und zeigt die X-Achse die Verteilungen der elektrischen Feldstärke an, wenn die Durchlassspannung angelegt wird und wenn die Sperrspannung angelegt wird. Der Abstand von der Y-Achse bedeutet den Abstand in eine Emitterrichtung, wenn die Rückfläche des Substrats (die Grenzfläche zwischen einem p-Kollektorbereich 10 und einer Kollektor-Elektrode 11) 0 (null) ist. In dem in 17(a) gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT sind Pufferschichten 201 und 202 mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp und einer hohen Dotierstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen einem n–-Driftbereich 1 und einem p-Basis-Bereich 2 bzw. der Grenzfläche zwischen dem n–-Driftbereich 1 und dem p-Kollektorbereich 10 vorgesehen. Deshalb ist es möglich, einen IGBT mit einem Durchlassdurchbruchspannungswert und einem Sperrdurchbruchspannungswert, die gleich sind zu erreichen (siehe zum Beispiel das folgende Patentdokument 3).
  • Als IGBT mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, in der ein Bereich mit hoher Dotierstoffkonzentration mit dem gleichen Typ von Leitfähigkeit wie ein n–-Driftbereich an wenigstens einem Teil der Grenze zwischen einem p-Basis-Bereich und dem n–-Driftbereich vorgesehen ist. Entsprechend dieser Struktur ist eine Kanallänge reduziert und ein Spannungsabfall in einem Ein-Zustand reduziert (siehe zum Beispiel das folgende Patentdokument 4).
  • Als ein weiterer IGBT mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wurde folgende Vorrichtung vorgeschlagen. Ein Bereich mit kurzer Lebenszeit ist in einem Teil eines n-Driftbereichs in der Nähe eines p-Kollektorbereichs vorgesehen. Der Bereich mit kurzer Lebenszeit ist ein Bereich vom n-Typ und hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als eine n-Basis-Schicht. Entsprechend dieser Struktur ist es möglich, den Leckstrom eines Non-Punch-Through(NPT)-IGBT zu reduzieren (siehe zum Beispiel das folgende Patentdokument 5).
  • Als weiterer IGBT mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Kollektorbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp und einen Feldstoppbereich von einem ersten Leitfähigkeitstyp hat, der in einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist, eine höhere Dotierstoffkonzentration als das Halbleitersubstrat vom ersten Leitfähigkeitstyp hat und von dem Kollektorbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp getrennt ist (siehe zum Beispiel Patentdokument 6). In dem oben erwähnten Patentdokument 6 wird, sogar wenn ein Teilmangel in dem Kollektorbereich auftritt, eine Steigerung in der Spannungsabfallcharakteristik in einem Ein-Zustand oder die Verschlechterung der Durchbruchspannungscharakteristik unterdrückt.
  • Als ein bidirektionaler IGBT mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wurde die folgende Vorrichtung vorgeschlagen. Gate-Elektroden sind in Gräben vorgesehen, die in zwei Hauptoberflächen eines Halbleitersubstrats durch Gate-Oxid-Dünnschichten und Trench-MOS-Gate(Metalloxidhalbleiter mit isoliertem Gate)-Strukturen (nachstehend als Trench-Gate-MOS-Strukturen bezeichnet) auf den zwei Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats gebildet werden. Eine Pufferschicht mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie ein Driftbereich und einer höheren Konzentration als der Driftschicht ist an der Grenzfläche zwischen dem Driftbereich und einer Basisschicht auf den zwei Hauptoberflächenseiten des Halbleitersubstrats vorgesehen. Außerdem erstreckt sich eine Verarmungsschicht, die sich zu dem Driftbereich ausbreitet, wenn eine AUS-Spannung angelegt wird, ausreichend weit, um die Pufferschicht mit hoher Konzentration zu erreichen. Diese Struktur ist eine Punch-Through-Struktur. Entsprechend dieser Struktur ist es möglich, die Durchbruchspannungen in zwei Richtungen auf den gleichen Pegel zu verbessern und eine Oszillationswellenform zu entfernen, wenn die Vorrichtung ausgeschaltet ist. Außerdem ist es möglich, das Gate in zwei Richtungen zu steuern (siehe zum Beispiel das folgende Patentdokument 7).
  • Als ein in Sperrrichtung blockierender IGBT mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, in der eine zweite Grabennut auf der Kollektor-Elektrodenseite gebildet ist, eine Oxidschicht auf der Oberfläche der zweiten Grabennut aufgebracht ist, die zweite Grabennut mit Polysilizium gefüllt ist, ein zweiter n-Pufferbereich in einem zwischen den zweiten Grabennuten angeordneten Teil gebildet ist und eine Verarmungsschicht sich zu einem n–-Driftbereich ausbreitet über den zweiten n-Pufferbereich, wenn eine Sperrvorspannung angelegt wird, wodurch eine Sperrdurchbruchspannung erreicht wird, die gleich einer Durchlassdurchbruchspannung ist, unter Verwendung einer PT-Struktur (siehe zum Beispiel das folgende Patentdokument 8).
  • LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTDOKUMENT
    • Patentdokument 1: JP 2002-319676 A
    • Patentdokument 2: JP 2006-080269 A
    • Patentdokument 3: JP 2002-532885 W
    • Patentdokument 4: JP 09-326486 A
    • Patentdokument 5: JP 09-260662 A
    • Patentdokument 6: JP 2002-246597 A
    • Patentdokument 7: JP 2001-320049 A
    • Patentdokument 8: JP 2003-318399 A
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Die Sperrdurchbruchspannung wird in dem in Patentdokument 1 offenbarten in Sperrrichtung blockierenden IGBT jedoch wahrscheinlich niedriger als die Durchlassdurchbruchspannung sein. Nachstehend wird der Grund beschrieben. Der planare in Sperrrichtung blockierende IGBT benötigt den p+-Isolierbereich, der sich von der Vorderfläche des Halbleitersubstrats zu dem p+-Kollektorbereich auf der Rückflächenseite erstreckt, um die Fähigkeit zur Blockierung in Sperrrichtung sicherzustellen. Eine Treibdiffusion (Wärmebehandlung), die benötigt wird, um den p+-Isolierbereich zu bilden, wird für lange Zeit bei einer hohen Temperatur in einer Sauerstoffatmosphäre ausgeführt, um die Oberflächenrauheit des Siliziumsubstrats vom n-Typ zu verhindern. Zum Beispiel beträgt die Diffusionszeit der Wärmebehandlung etwa 100 Stunden bei einer Temperatur von 1300°C in einer Vorrichtung für eine Durchbruchspannung von 600 V und etwa 200 Stunden bei einer Temperatur von 1300°C in einer Vorrichtung für eine Durchbruchspannung von 1200 V.
  • Wenn die Wärmebehandlung für das Siliziumsubstrat in der Sauerstoffatmosphäre lange Zeit bei einer hohen Temperatur ausgeführt wird, wird das dotierte Sauerstoffatom zu einem Donator verändert. Insbesondere erhöht sich, wenn das Siliziumsubstrat eine niedrige Dotierstoffkonzentration hat, die Sauerstoffkonzentration des Siliziumsubstrats durch den Einfluss der Veränderung des Sauerstoffatoms in den Donator. Da die Sauerstoffkonzentration in der Nachbarschaft der Oberfläche des Siliziumsubstrats durch Auswärtsdiffusion reduziert wird, ist die Dotierstoffkonzentrationsverteilung des Siliziumsubstrats in dem Breiten-(Tiefen)-Bereich einiger Mikrometer bis zu Zehnfachen von Mikrometern von zwei Hauptoberflächen des Substrats in der Tiefenrichtung niedrig und in der Mitte des Substrats ist sie hoch. Die Herstellungsprozesse des in Sperrrichtung blockierenden IGBT beinhalten einen Prozess des Bildens einer vorbestimmten MOS-Gate-Struktur und einer Aluminiumelektrodenschicht auf der Vorderfläche, einen Rückseiten-Schleifprozess zum Reduzieren der Dicke des n-Driftbereichs auf einen Wert, der für eine Durchbruchspannung erforderlich ist, während die EIN-Spannung reduziert wird, und einen Prozess des Bildens des p+-Kollektorbereichs und der Kollektor-Elektrode. Das Ausmaß des Schleifens der Rückfläche des Siliziumsubstrats in dem Rückseitenschleifprozess ist sehr groß, das heißt, gleich oder mehr als die Hälfte der ursprünglichen Dicke des Siliziumsubstrats. Deshalb hat, wie oben beschrieben, das Siliziumsubstrat, das von der Veränderung des Sauerstoffatoms in den Donator beeinflusst wird, eine Dotierstoffkonzentrationsverteilung, in der nach dem Rückseitenschleifprozess die Dotierstoffkonzentration auf der Kollektorseite, für die das Rückseitenschleifen ausgeführt wird, hoch ist und auf der Emitterseite durch den Einfluss von Auswärtsdiffusion in dem Breiten(Tiefen)-Bereich einiger Mikrometer bis zu Zehnfachen von Mikrometern von der Vorderseite des Substrats in die Tiefenrichtung schräg reduziert ist.
  • Folglich, da die Dotierstoffkonzentration eines Kollektorseitenteils des n-Driftbereichs höher ist als die Dotierstoffkonzentration eines Emitterseitenteils des n-Driftbereichs, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorübergang ausbreitet (der pn-Übergang zwischen dem p+ Kollektorbereich und dem n-Driftbereich), erweitert, kleiner als bei der Verarmungsschicht, die sich von dem p-Basisübergang (der pn-Übergang zwischen dem p-Basis-Bereich und dem n-Driftbereich) auf der Emitterseite des in Sperrrichtung blockierenden IGBT ausbreitet. Deshalb ist, da das elektrische Feld durch die Anlegung einer niedrigen Spannung wahrscheinlich zunimmt, die Sperrdurchbruchspannung niedriger als die Durchlassdurchbruchspannung. Der Einfluss des Sauerstoffdonators auf die Durchbruchspannung wird wahrscheinlich Probleme verursachen, wenn die Widerstandsfähigkeit des Siliziumsubstrats groß ist, zum Beispiel wenn die Durchbruchspannung gleich oder höher als 600 V ist. Für den Krümmungsradius des Umfangs des ursprünglichen pn-Übergangs ist die in dem Kollektorübergang erlangte Durchbruchspannung (Sperrdurchbruchspannungsübergang) wahrscheinlich höher als in dem p-Basisübergang (Durchlassdurchbruchspannungsübergang). In der Vorrichtung mit einer Durchbruchspannung von weniger als 600 V wird die Sperrdurchbruchspannung wahrscheinlich höher sein als die Durchlassdurchbruchspannung, sogar wenn der Einfluss des Sauerstoffdonators auf die Sperrdurchbruchspannung berücksichtigt wird.
  • Die in Patentdokument 3 oder Patentdokument 4 offenbarte Technik weist folgende Probleme auf. Wenn zum Beispiel, wie durch eine gestrichelte Linie in 17(b) dargestellt, die Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorübergang 21 ausbreitet wenn die Sperrspannung angelegt wird (Sperrvorspannung), eine Emitterseitenpufferschicht (nachstehend als Schalenbereich bezeichnet) 201 erreicht, ist es weniger wahrscheinlich, dass sie sich erweitert und das elektrische Feld nimmt schnell zu. Folglich erscheint eine Spitze des elektrischen Felds (kritische elektrische Feldstärke) 212 in der Nachbarschaft des Kollektorübergangs 21. Im Gegensatz dazu nimmt, wie von einer durchgezogenen Linie in 17(b) dargestellt, wenn die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Basisübergang 20 ausbreitet, wenn die Durchlassspannung angelegt wird, (Durchlassvorspannung) den p-Kollektorbereich 10 erreicht, das elektrische Feld auf ähnliche Weise schnell zu und es erscheint eine Spitze des elektrischen Felds 211 in der Nachbarschaft der Grenzfläche des p-Basis-Übergangs 20. Deshalb werden sowohl die Durchlassdurchbruchspannung als auch die Sperrdurchbruchspannung wahrscheinlich reduziert. Das heißt, wenn der Schalenbereich 201 und der Pufferbereich (Kollektorseitenpufferschicht) 202 vorgesehen sind, ist es schwierig, die Durchlassdurchbruchspannung und die Sperrdurchbruchspannung zu erreichen, die erreicht werden, wenn diese Bereiche nicht vorgesehen sind. Als ein Verfahren zum Lösen des Problems der Reduzierung der Durchbruchspannung ist ein Verfahren bekannt, das die Dotierstoffkonzentration des n–-Driftbereichs 1 reduziert, um die auslegungsmäßige Durchbruchspannung zu erhöhen.
  • Jedoch ist es wahrscheinlich, dass sich, wenn die Dotierstoffkonzentration des n–-Driftbereichs 1 reduziert wird, die Verarmungsschicht ausbreitet, aber das Punch-Through-Phänomen, dass die Verarmungsschicht den Pufferbereich 202 erreicht, während die Halbleitervorrichtung in Betrieb ist, wird wahrscheinlich auftreten. Demzufolge ergibt sich ein neues Problem darin, dass die Spannungswellenform und die Stromwellenform in einem Ausschaltzustand (nachstehend als eine Ausschaltwellenform bezeichnet) oszillieren. Außerdem hat der in Sperrrichtung blockierende IGBT die Eigenschaft, dass eine große Strommenge transient während der Sperrerholung fließt, für die der in Sperrrichtung blockierende IGBT von einem Ein-Zustand in einen in Sperrrichtung blockierenden Zustand (Sperrerholungseigenschaft) geändert wird. Daraus ergibt sich auch das Problem, dass die Spannungswellenform und die Stromwellenform während der Sperrerholung (nachstehend als Sperrerholungswellenform bezeichnet) oszillieren. Wenn die Ausschaltwellenform und die Sperrerholungswellenform oszillieren, besteht das Risiko, dass Rauschen erzeugt wird. Wenn die Oszillation der Spannungswellenform sehr groß ist, besteht das Risiko, dass die Halbleitervorrichtung beschädigt wird.
  • Die Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme der verwandten Technik zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, die eine Sperrdurchbruchspannung und eine Durchlassdurchbruchspannung verbessern kann, die Oszillation einer Spannungswellenform und einer Stromwellenform unterdrücken kann, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet ist, und die Oszillation der Spannungswellenform und der Stromwellenform während der Sperrerholung unterdrücken kann.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Um die oben erwähnten Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, hat eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung die folgenden Eigenschaften. Ein Basisbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in einer Oberflächenschicht einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats von einem ersten Leitfähigkeitstyp vorgesehen, das ein Driftbereich sein wird. Ein Emitterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in dem Basisbereich vorgesehen. Ein Graben, der sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den Emitterbereich und den Basisbereich zu dem Driftbereich erstreckt, ist vorgesehen. Eine Isolierfolie ist entlang einer Innenwand des Grabens vorgesehen. Eine Gate-Elektrode in dem Graben ist durch die Isolierfolie vorgesehen. Eine Emitter-Elektrode kommt in Kontakt mit dem Emitterbereich und dem Basisbereich. Ein Schalenbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist derart in dem Driftbereich vorgesehen, dass er in Kontakt mit einer Oberfläche des Basisbereichs in der Nähe des Driftbereichs kommt. Ein Kollektorbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Der Schalenbereich hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich. Eine wirksame Dosis des Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Schalenbereich ist gleich oder kleiner als 5.0 × 1012 cm–2. Der Driftbereich hat eine ausreichende Widerstandsfähigkeit, um eine Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorbereich ausbreitet, wenn eine Sperr-Nennspannung unter Verwendung der Emitter-Elektrode als eine positive Elektrode angelegt wird, daran zu hindern, denjenigen von dem Schalenbereich und der Grabensohle zu erreichen, der dem Kollektorbereich näher ist als der andere.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann die wirksame Dosis des Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Schalenbereich gleich oder kleiner 4.0 × 1012 cm–2 sein.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann ein Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich, um einen Leckstrom zu reduzieren, zwischen dem Driftbereich und dem Kollektorbereich vorgesehen sein.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann ferner einen Isolierbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, der in einem äußeren Umfangsendteil des Driftbereichs vorgesehen ist und sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zum Kollektorbereich erstreckt.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann der Driftbereich eine ausreichende Widerstandsfähigkeit haben, um die Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorbereich zu dem Basisbereich erstreckt, wenn die Sperr-Nennspannung unter Verwendung der Emitter-Elektrode als die positive Elektrode angelegt wird, daran zu hindern, denjenigen eines Basisbereichs und der Grabensohle zu erreichen, der dem Kollektorbereich näher ist als der andere.
  • Um die oben erwähnten Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, hat eine Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung die folgenden Eigenschaften. Ein erster Basisbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in einer Oberflächenschicht der einen Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats von einem ersten Leitfähigkeitstyp vorgesehen, das ein Driftbereich sein wird. Ein erster Emitterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in dem ersten Basisbereich vorgesehen. Ein erster Graben erstreckt sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den ersten Emitterbereich und den ersten Basisbereich zu dem Driftbereich. Eine erste Isolierfolie ist entlang einer Innenwand des ersten Grabens vorgesehen. Eine erste Gate-Elektrode in dem ersten Graben ist durch die erste Isolierfolie vorgesehen. Eine Emitter-Elektrode kommt in Kontakt mit dem ersten Emitterbereich und dem ersten Basisbereich. Ein erster Schalenbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist derart in dem Driftbereich vorgesehen, dass er in Kontakt mit einer Oberfläche des ersten Basisbereichs in der Nähe des Driftbereichs kommt. Ein zweiter Basisbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Ein zweiter Emitterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in dem zweiten Basisbereich vorgesehen. Ein zweiter Graben erstreckt sich von der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den zweiten Emitterbereich und den zweiten Basisbereich zu dem Driftbereich. Eine zweite Isolierfolie ist entlang einer Innenwand des zweiten Grabens vorgesehen. Eine zweite Gate-Elektrode in dem zweiten Graben ist durch die zweite Isolierfolie vorgesehen. Eine Elektrode auf der Rückfläche kommt in Kontakt mit dem zweiten Emitterbereich und dem zweiten Basisbereich. Ein zweiter Schalenbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist in dem Driftbereich vorgesehen, um in Kontakt mit einer Oberfläche des zweiten Basisbereichs in der Nähe des Driftbereichs zu kommen. Der erste Schalenbereich und der zweite Schalenbereich haben eine höhere Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich. Eine wirksame Dosis eines Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem ersten Schalenbereich und dem zweiten Schalenbereich ist gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2. Der Driftbereich hat eine ausreichende Widerstandsfähigkeit, um eine Verarmungsschicht, die sich von dem zweiten Basisbereich ausbreitet, wenn eine Sperr-Nennspannung unter Verwendung der Emitter-Elektrode als eine positive Elektrode angelegt wird, daran zu hindern, einen von dem ersten Schalenbereich und der Sohle des ersten Grabens zu erreichen, der dem zweiten Schalenbereich näher ist als der andere.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann die wirksame Dosis des Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem zweiten Schalenbereich gleich oder kleiner 4,0 × 1012 cm–2 sein.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann der Driftbereich eine ausreichende Widerstandsfähigkeit haben, um die Verarmungsschicht, die sich von dem zweiten Basisbereich zu dem ersten Basisbereich ausbreitet, wenn die Sperr-Nennspannung unter Verwendung der Emitter-Elektrode als die positive Elektrode angelegt wird, daran zu hindern, einen von dem ersten Basisbereich und der Sohle des ersten Grabens zu erreichen, der dem zweiten Schalenbereich näher ist als der andere.
  • Gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung ist es, da der Schalenbereich in dem Driftbereich derart vorgesehen ist, dass er in Kontakt mit dem Basisbereich kommt, möglich, das elektrische Feld in dem Halbleitersubstrat im Vergleich zu der verwandten Technik zu reduzieren. Deshalb ist es möglich, die Durchlassdurchbruchspannung und die Sperrdurchbruchspannung zu verbessern. Außerdem ist es gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung, da die wirksame Dosis des Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Schalenbereich gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 ist, möglich, die Periode, bis der Sperrerholungsstrom der Sperrerholungswellenform von einem negativen Wert zu Null konvergiert, im Vergleich zur verwandten Technik zu verkürzen. Das heißt, es ist möglich, dass sich die Sperrspannung schneller als in der verwandten Technik erholt.
  • Um die oben erwähnten Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, hat eine Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung die folgenden Eigenschaften. Ein zweiter Halbleiterbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in einer Oberflächenschicht der einen Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats von einem ersten Leitfähigkeitstyp vorgesehen, das ein erster Halbleiterbereich sein wird. Ein dritter Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der eine höhere Dotierstoffkonzentration hat als der erste Halbleiterbereich, ist selektiv in dem zweiten Halbleiterbereich vorgesehen. Eine erste Elektrode ist auf einer Oberfläche eines Teils vorgesehen, der zwischen dem dritten Halbleiterbereich und dem ersten Halbleiterbereich in dem zweiten Halbleiterbereich mit einer dazwischen eingefügten Isolierfolie eingefügt ist. Eine zweite Elektrode kommt in Kontakt mit dem dritten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich. Ein vierter Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Eine dritte Elektrode kommt in Kontakt mit dem vierten Halbleiterbereich. Ein fünfter Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist in dem ersten Halbleiterbereich vorgesehen, der sich in der Nähe des vierten Halbleiterbereichs befindet, und ist wenigstens einem Teil einer ersten Halbleiterbereichsseitenfläche des vierten Halbleiterbereichs zugewandt angeordnet. Der fünfte Halbleiterbereich hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der erste Halbleiterbereich. Ein sechster Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in einem äußeren Umfangsbereich des Halbleitersubstrats vorgesehen. Der sechste Halbleiterbereich erstreckt sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zu dem vierten Halbleiterbereich durch den ersten Halbleiterbereich. Eine Gesamtdosis von Dotierstoff von einem ersten Leitfähigkeitstyp in dem fünften Halbleiterbereich ist gleich oder kleiner 2,0 × 1012 cm–2.
  • Um die oben erwähnten Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, hat eine Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung die folgenden Eigenschaften. Ein zweiter Halbleiterbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist selektiv in einer Oberflächenschicht einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats von einem ersten Leitfähigkeitstyp vorgesehen, das ein erster Halbleiterbereich sein wird. Ein dritter Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der eine höhere Dotierstoffkonzentration hat als der erste Halbleiterbereich, ist selektiv in dem zweiten Halbleiterbereich vorgesehen. Ein Graben erstreckt sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zu dem ersten Halbleiterbereich durch den dritten Halbleiterbereich und den zweiten Halbleiterbereich. Eine Isolierfolie ist entlang einer Innenwand des Grabens vorgesehen. Eine erste Elektrode in dem Graben ist durch die Isolierfolie vorgesehen. Eine zweite Elektrode kommt in Kontakt mit dem dritten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich. Ein vierter Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Eine dritte Elektrode kommt in Kontakt mit dem vierten Halbleiterbereich. Ein fünfter Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist in dem ersten Halbleiterbereich vorgesehen, der sich in der Nähe des vierten Halbleiterbereichs befindet, und ist wenigstens einem Teil einer ersten Halbleiterbereichsseitenfläche des vierten Halbleiterbereichs zugewandt angeordnet. Der fünfte Halbleiterbereich hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der erste Halbleiterbereich. Ein sechster Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in einem äußeren Umfangsbereich des Halbleitersubstrats vorgesehen. Der sechste Halbleiterbereich erstreckt sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zu dem vierten Halbleiterbereich durch den ersten Halbleiterbereich. Eine Gesamtdosis eines Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem fünften Halbleiterbereich ist gleich oder kleiner 2,0 × 1012 cm–2.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann der fünfte Halbleiterbereich der gesamten ersten Halbleiterbereichsseitenfläche des vierten Halbleiterbereichs zugewandt angeordnet sein.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung ist ein aktiver Bereich, der den zweiten Halbleiterbereich, den dritten Halbleiterbereich, den vierten Halbleiterbereich, die erste Elektrode, die zweite Elektrode und die dritte Elektrode umfasst, vorgesehen. Ein Randabschlussstrukturbereich ist in der Oberflächenschicht der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats derart vorgesehen, dass er den aktiven Bereich umgibt. Der Randabschlussstrukturbereich kann eine Mehrzahl von siebten Halbleiterbereichen vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung kann der erste Halbleiterbereich eine ausreichende Widerstandsfähigkeit haben, um eine Verarmungsschicht, die sich von dem zweiten Halbleiterbereich zu dem fünften Halbleiterbereich ausbreitet, wenn eine Sperr-Nennspannung unter Verwendung der zweiten Elektrode als eine positive Elektrode angelegt wird, daran zu hindern, den fünften Halbleiterbereich zu erreichen.
  • Gemäß der Erfindung ist es, da der fünfte Halbleiterbereich vorgesehen ist, möglich, die elektrische Feldstärke des Halbleitersubstrats zu vereinheitlichen, wenn die Sperrspannung angelegt wird. Deshalb ist es möglich, die Sperrdurchbruchspannung zu verbessern. Außerdem bleibt gemäß der Erfindung, da der fünfte Halbleiterbereich in dem ersten Halbleiterbereich derart vorgesehen ist, dass er in der Nähe des vierten Halbleiterbereichs ist, ein neutraler Bereich zwischen dem fünften Halbleiterbereich und dem vierten Halbleiterbereich, wenn die Durchlassspannung angelegt wird, was es möglich macht, die Oszillation der Spannungswellenform und der Stromwellenform zu unterdrücken, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung der Erfindung ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung vorzusehen, die eine Sperrdurchbruchspannung und eine Durchlassdurchbruchspannung verbessern kann, die Oszillation einer Spannungswellenform und einer Stromwellenform unterdrücken kann, wenn die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird, und die Oszillation der Spannungswellenform und der Stromwellenform während einer Sperrerholung unterdrücken kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines aktiven Bereichs des in 1 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt;
  • 3 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Randabschlussstrukturbereichs des in 1 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt;
  • 4 ist ein Kennfeld, das eine Verteilung der elektrischen Feldstärke in dem aktiven Bereich des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
  • 5 ist ein Kennfeld, das die Verteilung einer wirksamen Dosis entlang der Schnittlinie A-A' aus 2 zeigt;
  • 6 ist ein Kennfeld, das die Verteilung der wirksamen Dosis entlang der Schnittlinie B-B' aus 2 zeigt;
  • 7 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen einem Sperr-Leckstrom und der wirksamen Dosis eines n-Schalenbereichs in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 8 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der Summe von Ausschaltverlust und Einschaltverlust und der wirksamen Dosis des n-Schalenbereichs in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 9 ist ein Kennfeld, das eine Spannungswellenform und eine Stromwellenform während der Sperrerholung des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 10 ist ein Kennfeld, das eine Spannungswellenform und eine Stromwellenform während einer Sperrerholung eines in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik zeigt;
  • 11 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 12 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 13 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 14 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
  • 15 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik schematisch zeigt;
  • 16 ist eine Schnittansicht, die die detaillierte Struktur eines aktiven Bereichs des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der in 15 gezeigten verwandten Technik zeigt;
  • 17 ist ein Diagramm, das die Verteilungen der elektrischen Feldstärke des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik, wenn eine Durchlassspannung angelegt wird und wenn eine Sperrspannung angelegt wird, zeigt;
  • 18 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt;
  • 19 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines aktiven Bereichs des in 18 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt;
  • 20 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Randabschlussstrukturbereichs des in 18 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt;
  • 21 ist ein Diagramm, das die Verteilungen der elektrischen Feldstärke des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2, wenn eine Durchlassspannung angelegt wird und wenn eine Sperrspannung angelegt wird, zeigt;
  • 22 ist ein Kennfeld, das eine Dotierstoffkonzentrationsverteilung entlang der Schnittlinie C-C' aus 19 zeigt;
  • 23 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen einer Sperrdurchbruchspannung und der wirksamen Gesamtmenge von Dotierstoff in einem Bereich vom n-Typ mit einer hohen Konzentration des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
  • 24 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen einem Durchlassleckstrom und der wirksamen Gesamtmenge von Dotierstoff in dem Bereich vom n-Typ mit einer hohen Konzentration des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 zeigt; und
  • 25 ist ein Kennfeld, das den Ladungswiderstand des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
  • AUSFÜHRUNGSART/EN DER ERFINDUNG
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen einer Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird ein in Sperrrichtung blockierender IGBT als Beispiel für eine in Sperrrichtung blockierende Halbleitervorrichtung gezeigt, ist ein erster Leitfähigkeitstyp ein n-Typ, und ist ein zweiter Leitfähigkeitstyp ein p-Typ. In der Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen bedeutet ein Elektron oder ein Loch in den Schichten oder Bereichen mit hinzugefügtem ”n” oder ”p” ein Majoritätsladungsträger. Außerdem bedeuten die Symbole ”+” und ”–” zu n oder p hinzugefügt, dass die Dotierstoffkonzentration höher bzw. niedriger als die der Schicht ohne diese Symbole ist. In der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen und den begleitenden Zeichnungen werden die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Außerdem sind Skalen und Dimensionen in den begleitenden Zeichnungen, die in den folgenden Ausführungsformen beschrieben sind, der Einfachheit der Abbildung oder des Verständnisses halber anders als die tatsächlichen Skalen und Dimensionen. Die Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, solange sie nicht vom Geltungsbereich und Erfindungsgedanken abweichen.
  • (Ausführungsform 1)
  • Ein in Sperrrichtung blockierender IGBT wird als Beispiel für eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst der in Sperrrichtung blockierende IGBT einen aktiven Bereich 200, einen Randabschlussstrukturbereich 100, der außerhalb des aktiven Bereichs 200 vorgesehen ist, und einen Trennungsteil 130, der außerhalb des Randabschlussstrukturbereichs 100 vorgesehen ist, die auf einem FZ-Siliziumsubstrat (Halbleitersubstrat) vorgesehen sind, das ein n–-Driftbereich 1a sein wird. Die Dicke des Halbleitersubstrats kann zum Beispiel gleich oder größer 90 μm sein, um eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften des in Sperrrichtung blockierenden IGBT mit einer Durchbruchspannung von 600 V zu verhindern, und die Dicke des n–-Driftbereichs 1 kann gleich oder größer als 80 μm sein. Ein vertikaler in Sperrrichtung blockierender IGBT, der eine Trench-Gate-MOS-Struktur aufweist, die in einem Teil des n–-Driftbereichs 1a in der Nähe der Vorderfläche des Substrats vorgesehen ist, ist vorgesehen, und ein p-Kollektorbereich 10a und eine Kollektor-Elektrode 11a, die in einem Teil des n–-Driftbereichs 1a in der Nähe der Rückfläche des Substrats vorgesehen sind, sind in dem aktiven Bereich 200 vorgesehen. Die Trench-Gate-MOS-Struktur wird nachstehend im Detail beschrieben.
  • Eine Randabschlussstruktur, die in einem Teil des Randabschlussstrukturbereichs 100 in der Nähe der Vorderfläche des Substrats vorgesehen ist, umfasst ein vorherbestimmtes Muster, das zwischen dem aktiven Bereich 200 und dem Trennungsteil 130 derart vorgesehen ist, dass es den aktiven Bereich 200 umgibt. Der Randabschlussstrukturbereich 100 hat eine Funktion der Reduzierung der elektrischen Feldstärke einer Haupt-pn-Übergangsanschlusssoberfläche, die den IGBT bildet, um die gewünschte Durchbruchspannung und Durchbruchspannungszuverlässigkeit zu erlangen. Der Haupt-pn-Übergang bedeutet einen pn-Übergang (P-Basis-Übergang) zwischen einem p-Basis-Bereich 2a und dem n–-Driftbereich 1a. Die Randabschlussstruktur des Randabschlussstrukturbereichs 100 ist nachstehend beschrieben. Der Trennungsteil 130 hat eine Schnittfläche, die eine Seitenfläche des Halbleitersubstrats ist, wenn eine Halbleiterscheibe in einzelne Chips geschnitten wird, und wird entlang der Schnittfläche gebildet. Deshalb muss der Trennungsteil 130 eine ausreichende Breite haben, um zu verhindern, dass ein Kristallgitterdefekt in der Schnittfläche eine nachteilige Wirkung auf wenigstens den Randabschlussstrukturbereich 100 hat. Der Trennungsteil 130 umfasst einen Isolierbereich 31a, der ein Endteil ist, der auf der Außenumfangsseite des n–-Driftbereichs 1a vorgesehen ist, und hat eine Tiefe, die sich von der Vorderfläche des Substrats zu dem p-Kollektorbereich 10a erstreckt, der auf der Rückfläche des Substrats in dem n–-Driftbereich 1a vorgesehen ist. Wenn eine Sperrspannung angelegt wird, breitet sich eine Verarmungsschicht von einem Kollektorübergang (einem pn-Übergang zwischen dem p-Kollektorbereich 10a und dem n–-Driftbereich 1a) 21 auf der Rückseite des Halbleitersubstrats und einem pn-Übergang (nachstehend als Isolierbereichsübergang bezeichnet) 21a zwischen dem Isolierbereich 31a und dem n–-Driftbereich 1a zu dem p-Basis-Bereich 2a aus. Deshalb wird, wenn die Sperrspannung angelegt wird, die Verarmungsschicht daran gehindert, die Seitenfläche des Halbleitersubstrats zu erreichen, und wird die Erzeugung eines Leckstroms verhindert. Demzufolge ist es möglich, eine Sperrdurchbruchspannung zu erhalten.
  • Als Nächstes wird die Struktur des aktiven Bereichs200 im Detail beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des aktiven Bereichs 200 des in 1 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt. In dem aktiven Bereich 200 ist eine Mehrzahl von ersten Gräben 5 in vorherbestimmten Intervallen in der Vorderfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen, das der n–-Driftbereich 1a sein wird. Der p-Basis-Bereich 2a ist in einer Oberflächenschicht der Vorderfläche des Halbleitersubstrats derart vorgesehen, dass er zwischen den ersten Gräben 5 angeordnet ist. Der p-Basis-Bereich 2a hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der n–-Driftbereich 1a. In einem Teil zwischen benachbarten ersten Gräben 5 sind ein n+-Emitterbereich 3a und ein p+-Body-Bereich 4a selektiv in einer Oberflächenschicht des p-Basis-Bereichs 2a in der Nähe der Vorderfläche des Substrats vorgesehen. Der p+-Body-Bereich 4a hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der p-Basis-Bereich 2a. In einem Teil des p-Basis-Bereichs 2a, der zwischen benachbarten ersten Gräben 5 angeordnet ist, sind ein Strukturteil, in dem der n+-Emitterbereich 3a und der p+-Body-Bereich 4a vorgesehen sind, und ein Strukturteil, in dem der n+-Emitterbereich 3a nicht vorgesehen ist, abwechselnd angeordnet.
  • Ein n-Schalenbereich 13 ist zwischen dem n–-Driftbereich 1a und dem p-Basis-Bereich 2a derart vorgesehen, dass er zwischen den ersten Gräben 5 angeordnet ist. Der n-Schalenbereich 13 kann derart vorgesehen sein, dass er den gesamten Bereich unter wenigstens dem p-Basis-Bereich 2a (die Seite des n–-Driftbereichs 1a) bedeckt. In diesem Fall ist es möglich, die Injektion eines Minoritätsladungsträgers von dem p-Kollektorbereich 10a zu dem p-Basis-Bereich 2a zu unterdrücken und die Transporteffizienz zu reduzieren. Vorzugsweise kann der n-Schalenbereich 13 derart vorgesehen sein, dass der den gesamten Bereich unter dem p-Basis-Bereich 2a in dem aktiven Bereich 200 umgibt. Das heißt, ein Kontaktbereich zwischen dem p-Basis-Bereich 2a und dem n–-Driftbereich 1a wird vollständig entfernt, was es möglich macht, die Injektion des Minoritätsladungsträgers von dem p-Kollektorbereich 10a zu dem p-Basis-Bereich 2a zuverlässig zu unterdrücken und die Transporteffizienz zu reduzieren. In 2 ist der gesamte n-Schalenbereich 13 zwischen den ersten Gräben 5 eingefügt. Ein Teil des n-Schalenbereichs 13 kann jedoch zwischen den ersten Gräben 5 eingefügt werden und ein anderer Teil davon kann eine Tiefe (eine Tiefe, die die Sohle des ersten Grabens 5 bedeckt) haben, die eine niedrigere Schicht des ersten Grabens 5 erreicht. Die Emitter-Elektrode 9a kommt in gemeinsamen Kontakt mit der Oberfläche des n+-Emitterbereichs 3a und der Oberfläche des p+-Body-Bereichs 4a. Außerdem ist die Emitter-Elektrode 9a elektrisch von einer Gate-Elektrode 7a durch eine Zwischenschicht 8a isoliert.
  • Die Struktur des ersten Grabens 5 wird weiter beschrieben. Der erste Graben 5 muss eine ausreichende Tiefe haben, um durch den n+-Emitterbereich 3a und den p-Basis-Bereich 2a passieren. Der erste Graben 5 kann eine Tiefe haben, die die Mitte des n-Schalenbereichs 13 erreicht, oder eine Tiefe haben, die durch den n-Schalenbereich 13 passiert. Ähnlich wie in der verwandten Technik kann in der MOS-Gate-Struktur (Graben-MOS-Gate-Struktur), die in dem ersten Graben 5 gebildet ist, eine Gate-Isolierfolie 6a entlang der Innenwand des ersten Grabens 5 vorgesehen sein und die Gate-Elektrode 7a, die aus Polysilizium hergestellt ist, kann in dem ersten Graben 5 durch die Gate-Isolierfolie 6a vorgesehen sein.
  • Der n-Schalenbereich 13 hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der n–-Driftbereich 1a. Vorzugsweise hat der n–-Driftbereich 1a eine Widerstandsfähigkeit, die die Bedingung erfüllt, dass die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Kollektorbereich 10a zu dem n-Schalenbereich 13 ausbreitet, den n-Schalenbereich 13 nicht erreicht. Der n–-Driftbereich 1a benötigt wenigstens eine Widerstandsfähigkeit, die verhindert, dass die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Kollektorbereich 10a zu dem n-Schalenbereich 13 ausbreitet, wenn eine der Sperr-Nennspannung gleiche Sperrspannung angelegt wird, den n-Schalenbereich 13 erreicht. Die Widerstandsfähigkeit des n–-Driftbereichs 1a kann im Bereich von zum Beispiel 22 Ωcm bis 35 Ωcm liegen und die Breite (Dicke) des n–-Driftbereichs 1a kann im Bereich von zum Beispiel 80 μm bis 100 μm liegen, um die Durchbruchspannung eines in Sperrrichtung blockierenden IGBT mit einer Nennspannung von 600 V unter Verwendung der niedrigsten EIN-Spannung zu erreichen. In diesem Fall ist es möglich, zu verhindern, dass die Verarmungsschicht den n-Schalenbereich 13 erreicht, wenn sich die Sperrspannung erholt.
  • Auf der Rückseite des Halbleitersubstrats ist ein n-Leckstromstop(LCS)-Bereich 12, der in Kontakt mit dem p-Kollektorbereich 10a kommt, zwischen dem n–-Driftbereich 1a und dem p-Kollektorbereich 10a vorgesehen. Der n-LCS-Bereich 12 ist vorgesehen, um die Injektion des Minoritätsladungsträgers von dem p-Kollektorbereich 10a zu dem n-LCS-Bereich 12 zu unterdrücken und die Transporteffizienz zu reduzieren. Der n-LCS-Bereich 12 hat eine Funktion der Reduzierung eines Leckstroms.
  • Der n-LCS-Bereich 12 hat eine höhere Dotierstoffkonzentration als der n–-Driftbereich 1a. Der n–-Driftbereich 1a hat eine ausreichende Widerstandsfähigkeit, um zu verhindern, dass die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Basis-Bereich 2a zu dem n-LCS-Bereich 12 ausbreitet, wenn eine Durchlassspannung, vorzugsweise eine der Nennspannung gleiche Durchlassspannung, angelegt wird, den n-LCS-Bereich 12 erreicht. Der n-LCS-Bereich 12 hat eine Dotierstoffkonzentration, bei der die wirksame Dosis von Dotierstoffen vom n-Typ (nachstehend als die wirksame Dosis des n-LCS-Bereichs 12 bezeichnet) in dem n-LCS-Bereich 12 gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 ist. Die Dotierstoffkonzentration des n-LCS-Bereich 12 kann derart eingestellt werden, dass der Durchschnitt der wirksamen Dosis der n-Dotierstoffe in dem gesamten n-LCS-Bereich 12 gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 ist, sogar wenn die wirksame Dosis des n-LCS-Bereichs 12 in dem n-LCS-Bereich 12 ungleich verteilt ist. Der n-LCS-Bereich 12 braucht keine festgelegte Dotierstoffkonzentrationsverteilung zu haben. Es ist vorzuziehen, dass der n-LCS-Bereich 12 eine Dotierstoffkonzentration hat, bei der die wirksame Dosis des n-LCS-Bereichs 12 gleich oder kleiner 4,0 × 1012 cm–2 ist. In diesem Fall ist es möglich, die Summe des Sperrerholungsverlustes (der Schaltverlust, wenn sich die Sperrspannung erholt) und des Einschaltverlustes zu reduzieren, die einmalig bei dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT sind.
  • Als Nächstes wird die Struktur des Randabschlussstrukturbereichs 100 beschrieben. 3 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des Randabschlusssbereichs 100 in dem in 1 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt. Der Randabschlussstrukturbereich 100 ist in einem ringförmigen ebenen Muster in dem Umfang des aktiven Bereichs 200 gebildet. Insbesondere ist eine Feldisolierfolie 8b, die den n–- Driftbereich 1a bedeckt, als eine Durchbruchspannungsschutzfolie auf einer Oberfläche des Randabschlussstrukturbereichs 100 vorgesehen, die sich in der Nähe der Vorderfläche des Substrats in dem n–-Driftbereich 1a befindet. Eine Mehrzahl von Feldbegrenzungsringen (nachstehend als FLRs (field limiting rings) bezeichnet) 101, die elektrische Bereiche vom Floating-p-Typ sind, sind in einem ringförmigen ebenen Muster in der Oberflächenschicht der Vorderfläche des Substrats derart gebildet, dass sie die Oberflächenschicht des aktiven Bereichs 200 in dem n–-Driftbereich 1a, der eine niedrigere Schicht der Feldisolierfolie 8b ist, umgeben. Öffnungsteile 8c, durch die die Oberflächen der FLRs 101 in dem ringförmigen ebenen Muster freiliegen, sind in der Feldisolierfolie 8b vorgesehen. Feldplatten (nachstehend als FPS bezeichnet) 14, die Floating-Leiterschichten sind, sind auf einer Mehrzahl von FLRs 101 durch die Öffnungsteile 8c in der Feldisolierfolie 8b entlang der Oberflächenform der FLRs 101 vorgesehen.
  • Als Nächstes wird die Verteilung der elektrischen Feldstärke des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. 4 ist ein Kennfeld, das die Verteilung der elektrischen Feldstärke in dem aktiven Bereich des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt. 14 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel für den in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. 4 zeigt die Verteilung der elektrischen Feldstärke (4(a)), des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform 1 und der Verteilung der elektrischen Feldstärke (4(b) und 4(c)) des in Patentdokument 6 offenbarten in 14 gezeigten bidirektionalen IGBT. 4(a) und 4(b) sind Kennfelder der Verteilung der elektrischen Feldstärke, die die Beziehung zwischen einem Abstand y von der Oberfläche des p-Kollektorbereichs 10a (die Grenzfläche zwischen dem p-Kollektorbereich 10a und der Kollektor-Elektrode 11a) und der elektrischen Feldstärke E (die für 4(c) gilt), zeigen.
  • Wie in 4(a) gezeigt, ist in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform 1, da der erste Graben 5 durch den n-Schalenbereich 13 passiert, die Spitze des elektrischen Felds (kritische elektrische Feldstärke), wenn eine Durchlassvorspannung angelegt wird (eine Durchlassspannung wird angelegt: eine durchgezogene Linie in 4(a)), im Gegensatz zu einer Spitze 211 des elektrischen Felds in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der in 17(b) gezeigten verwandten Technik nicht in der Nachbarschaft des p-Basisübergangs 20 angeordnet, sondern ist an der Sohle des ersten Grabens 5 (einer gestrichelten Linie zu dem Schalenbereich parallel) in der Nachbarschaft der Grenze zwischen dem n-Schalenbereich 13 und dem n–-Driftbereich 1a in dem n–-Driftbereich 1a angeordnet. Außerdem ist der in Sperrrichtung blockierende IGBT gemäß Ausführungsform 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der elektrischen Feldstärke vor und nach der Spitze des elektrischen Felds geringer ist als die Neigung der elektrischen Feldstärke vor und nach der Spitze 211 des elektrischen Felds in der in 17(b) gezeigten Struktur gemäß der verwandten Technik.
  • In dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 ist die Neigung der elektrischen Feldstärke vor und nach der Spitze des elektrischen Felds, das in der Nachbarschaft der Grenze zwischen dem p-Kollektorbereich 10a und dem n-LCS-Bereich 12 erzeugt wird, wenn eine Sperrvorspannung angelegt wird (eine Sperrspannung wird angelegt: eine schräge gestrichelte Linie in 4(a)) geringer als die Neigung der elektrischen Feldstärke vor und nach einer Spitze 212 des elektrischen Felds in der in 17(b) gezeigten Struktur gemäß der verwandten Technik, ähnlich der Situation, wenn die Durchlassvorspannung angelegt wird (die Richtung, in der die Spitze des elektrischen Felds erzeugt wird, ist entgegengesetzt der, wenn die Durchlassvorspannung angelegt wird). Wenn die Sperrvorspannung angelegt wird, erreicht die Emitterseite der Verteilung der elektrischen Feldstärke nicht den n-Schalenbereich 13, sondern ist in dem n–-Driftbereich 1a. Dies zeigt, dass die elektrische Feldstärke ein zu Lawinendurchbruch führendes elektrisches Feld erreicht, bevor die Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorübergang 21 in die Emitterrichtung ausbreitet, den n-Schalenbereich 13 erreicht.
  • In dem bidirektionalen IGBT mit der Trench-Gate-MOS-Struktur auf zwei Hauptoberflächen des in 14 gezeigten Substrats sind ein erster und ein zweiter Schalenbereich (n-Schalenbereiche) 13 und 13a in einem zwischen den ersten Gräben 5 eingefügten schmalen Bereich bzw. einem zwischen den zweiten Gräben 5a eingefügten schmalen Bereich auf den zwei Hauptoberflächen des Substrats vorgesehen. Deshalb wird, wie in 4(b) gezeigt, sowohl wenn die Durchlassspannung angelegt wird als auch wenn die Sperrspannung angelegt wird, die Position der Spitze des elektrischen Felds in die Position der Sohlen der ersten und zweiten Gräben 5 und 5a in der Nachbarschaft der Grenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Schalenbereich 13 und 13a und dem n–-Driftbereich 1a (gestrichelte Linien parallel zu den Schalenbereichen) bewegt und ist die Neigung der elektrischen Feldstärke geringer als die in der in 17 gezeigten Struktur gemäß der verwandten Technik. Es wurde verifiziert, dass die Verarmungsschicht (schräge durchgezogene Linie), die sich von dem p-Basisübergang 20 zu dem p-Kollektorbereich 10a erstreckte, (entsprechend einem in 14 gezeigten p-Basis-Bereich 2b) die kritische elektrische Feldstärke erreichte, die einen Lawinendurchbruch verursachte, bevor sie den zweiten Schalenbereich 13a erreichte. Außerdem wurde verifiziert, dass die Verarmungsschicht (schräge gestrichelte Linie), die sich von dem Kollektorübergang 21 zu dem ersten Schalenbereich 13 ausbreitete, die kritische elektrische Feldstärke erreichte, die den Lawinendurchbruch verursachte, bevor sie den erste Schalenbereich 13 erreichte. In 14 ist der n-Schalenbereich 13 auf der Vorderflächenseite des Substrats der erste Schalenbereich und ist der n-Schalenbereich auf der Rückflächenseite des Substrats der zweite Schalenbereich 13a. Der Graben 5a, der die Trench-Gate-MOS-Struktur auf der Rückflächenseite des Substrats bildet, ist der zweite Graben. Die Struktur eines anderen Beispiels des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der in 14 gezeigten Ausführungsform 1 wird unten beschrieben.
  • Wie oben beschrieben, wird, wenn der n-Schalenbereich 13 zwischen dem p-Basis-Bereich 2a und dem n–-Driftbereich 1a vorgesehen ist, so dass er zwischen den ersten Gräben 5 angeordnet ist, die Neigung der elektrischen Feldstärke vor und nach der Spitze des elektrischen Felds reduziert. Der Grund ist folgender. Wenn die Sperrvorspannung an den p-Basisübergang 20 angelegt wird, wird der n-Schalenbereich 13 zwischen den ersten schmalen Gräben 5 nicht nur von dem pn-Übergang mit dem p-Basis-Bereich 2 verarmt, sondern auch von den Grenzen zwischen den Gate-Isolierfolien 6a in den ersten Gräben 5 verarmt, die den dazwischen angeordneten n-Schalenbereich 13 haben. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass, sogar wenn die Dotierstoffkonzentration des n-Schalenbereichs 13 hoch ist, der n-Schalenbereich 13 vollständig bei einer niedrigen Durchlassvorspannung verarmt. Dann nimmt ein Äquipotentialintervall zu und wird die Zunahmerate der elektrischen Feldstärke reduziert. Demzufolge wird die Neigung der elektrischen Feldstärke vor und nach der Spitze des elektrischen Felds reduziert. Die ersten schmalen Gräben 5 sind in einem Grabenintervall von zum Beispiel 4 μm bis 5 μm angeordnet.
  • In dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der Erfindung ist der n-Schalenbereich 13 unter den oben erwähnten Bedingungen vorgesehen, so dass die oben erwähnte Verteilung der elektrischen Feldstärke erlangt wird. In dem bidirektionalen IGBT gemäß der Erfindung ist der erste Schalenbereich 13 oder der zweite Schalenbereich 13a unter den oben erwähnten Bedingungen vorgesehen, so dass die oben erwähnte Verteilung der elektrischen Feldstärke erlangt wird. Außerdem ist in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT und dem bidirektionalen IGBT gemäß der Erfindung der n–-Bereich 1a unter der Bedingung vorgesehen, dass die Verarmungsschicht nicht vollständig in dem n–-Driftbereich 1a verarmt, wenn die Nennspannung angelegt wird, wie oben beschrieben.
  • Dann wurde die Stromcharakteristik des in Sperrrichtung blockierenden IGBT (nachstehend als erstes Beispiel bezeichnet) gemäß der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform 1 verifiziert. In dem ersten Beispiel war die Nennspannung 600 V. Die Widerstandsfähigkeit und Dicke des Halbleitersubstrats waren 28 Ωcm bzw. 80 μm. Das heißt, die Widerstandsfähigkeit des n–-Driftbereichs 1a ist 28 Ωcm. Der erste Graben 5 hatte eine Breite von 1,5 μm und eine Tiefe von 5,0 μm und die ersten Gräben 5 wurden in einem Intervall von 4,5 μm angeordnet. Als nächstes wird die Stromcharakteristik des ersten Beispiels mit Bezug auf 5 bis 10 beschrieben. 5 ist ein Kennfeld, das eine wirksame Dosisverteilung entlang der Schnittlinie A-A' aus 2 zeigt. In 5 ist die vertikale Achse die Dotierstoffkonzentration (cm–3) und die horizontale Achse ist der Abstand (μm) von der Oberfläche des Emitters (was für 6 und 22 gilt). Die Oberfläche des Emitters bedeutet die Grenze zwischen dem n+-Emitterbereich 3a und der Emitter-Elektrode 9a, das heißt, die Vorderfläche des Halbleitersubstrats. 6 ist ein Kennfeld, das eine wirksame Dosisverteilung entlang der Schnittlinie B-B' aus 2 zeigt. Die von der vertikalen Achse aus 5 angegebene Dotierstoffkonzentration zeigt die wirksame Dosis eines Bereichs pro Einheitsvolumen bei einer gegebenen Tiefe (Schnittlinie A-A') von der Vorderfläche des Halbleitersubstrats. Die von der vertikalen Achse von 6 angegebene Dotierstoffkonzentration zeigt die wirksame Dosis eines Bereichs pro Einheitsbereich bei einem gegebenen Abstand in der Richtung von dem n–-Driftbereich 1a zu dem p+-Body-Bereich 4a an. Die wirksame Dosis des Bereichs, der dem n-Schalenbereich 13 bei jeder Tiefe entspricht, wurde integriert, um die wirksame Dotierstoffkonzentration des n-Schalenbereichs 13 zu berechnen. Das heißt, ein Bereich in der Form der Verteilung der wirksamen Dosis des in 5 gezeigten n-Schalenbereichs 13 ist die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13.
  • Die wirksame Dosis des n–-Driftbereichs 1a pro Flächeneinheit bedeutet die wirksame Dosis des n–-Driftbereichs 1a pro Flächeneinheit in einem Teil des n–-Driftbereichs 1a, in dem der n-Schalenbereich 13 vorgesehen ist. Die wirksame Dosis des n–-Driftbereichs 1a pro Flächeneinheit wird durch das gleiche Verfahren wie das berechnet, das verwendet wird, um die wirksame Dosis für den n-Schalenbereich 13 zu berechnen. 7 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der wirksamen Dosis des n-Schalenbereichs 13 und einem Sperrleckstrom in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Eine Mehrzahl von ersten Beispielen mit verschiedenen wirksamen Dosen (N-Schalendosis) des n-Schalenbereichs 13 wurden produziert (hergestellt). Die wirksamen Dosen des n-Schalenbereichs 13 waren in dem Bereich von 1 × 1011 cm–2 bis 6,8 × 1012 cm–2. Dann wurde der Sperr-Leckstrom in den ersten Beispielen gemessen. Zum Vergleich wurde ein in Sperrrichtung blockierender IGBT ohne den n-Schalenbereich (nachstehend als ein Vergleichsbeispiel bezeichnet) vorbereitet und der Sperr-Leckstrom gemessen.
  • In 7 ist die horizontale Achse die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13, um den Sperr-Leckstrom gemäß dem Vergleichsbeispiel zu zeigen, in dem die wirksame Dosis null ist, und um den Sperr-Leckstrom (die vertikale Achse) gemäß der Mehrzahl von ersten Beispielen mit verschiedenen wirksamen Dosen des n-Schalenbereichs 13 zu zeigen. Die Dicke des n–-Driftbereichs 1a ist 80 μm. Das in 7 gezeigte Ergebnis hat bewiesen, dass der Leckstrom des Vergleichsbeispiels 6,0 × 10–5 A (0,06 mA) bei 600 V war. Im Gegensatz dazu wurde in dem ersten Beispiel mit dem n-Schalenbereich 13 mit einer Oberflächendotierstoffkonzentration von 1,8 × 1012 cm–3 oder mehr verifiziert, dass es, sogar wenn die Dicke des n–-Driftbereichs 1a klein (80 μm) war, möglich war, den Sperr-Leckstrom im Wesentlichen auf etwa null zu reduzieren. Außerdem wurde in dem ersten Beispiel verifiziert, dass der Sperr-Leckstrom, wenn die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13 zugenommen hat, reduziert werden konnte. Der Grund dafür ist, dass, da der n-Schalenbereich 13 zwischen dem n–-Driftbereich 1a und dem p-Basis-Bereich 2a vorgesehen ist, die Stromverstärkung des pnp-Transistors, der den p-Kollektorbereich 10a, den n–-Driftbereich 1a und den p-Basis-Bereich 2a (p+-Body-Bereich 4a) umfasst, reduziert wird. In dem Vergleichsbeispiel, in dem die Dicke des n–-Driftbereichs 1a 100 μm war und die wirksame Dosis null war, wurde verifiziert, dass der Leckstrom 1,1 × 10–5 A (0,011 mA) bei 600 V war.
  • Als Nächstes wird die Beziehung zwischen der wirksamen Dosis (N-Schalendosis) des n-Schalenbereichs 13 und der Summe des Ausschaltverlusts (Eoff: Sperrerholungsverlust) und Einschaltverlusts (Eon) beschrieben. 8 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der wirksamen Dosis des n-Schalenbereichs 13 und der Summe des Ausschaltverlusts und des Einschaltverlusts in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Wenn der in Sperrrichtung blockierende IGBT anti-parallel verbunden ist und als eine bidirektionale Schaltvorrichtung eines Matrix-Wandlers verwendet wird, ist es vorzuziehen, dass der Sperrerholungsverlust oder der Einschaltverlust gering ist, da eine Stufe, die als Diode (Freilaufdiode) für eine Sperrdurchbruchspannung dient, in einer bidirektionalen Schaltvorrichtung, die den IGBTs gemäß der verwandten Technik verwendet, in Reihe mit dem IGBT geschaltet ist. 8 zeigt die Messergebnisse des Sperrerholungsverlusts und des Einschaltverlusts in dem ersten Beispiel und dem Vergleichsbeispiel.
  • In 8 entspricht die (nicht gezeigte) Summe des Sperrerholungsverlusts und des Einschaltverlusts des in Sperrrichtung blockierenden IGBT ohne den n-Schalenbereich gemäß dem Vergleichsbeispiel einer wirksamen null N-Schalendotierstoffdosis. Außerdem wurden der Sperrerholungsverlust (Ausschaltverlust) und der Einschaltverlust, wenn eine Busspannung 300 V war und ein Sperrerholungsstrom 180 A/cm2 war, gemessen. Die in 8 gezeigten Ergebnisse haben bewiesen, dass der n-Schalenbereich 13 bewirkte, dass die Summe des Ausschaltverlusts und des Einschaltverlusts schnell zugenommen hat, wenn die Dotierstoffdosis zugenommen hat. Es wird angenommen, dass dies dadurch bedingt ist, dass der Sperrerholungsstrom zunimmt, wenn die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13 zunimmt, was zu einer Zunahme des Sperrerholungsverlusts führt. Deshalb ist es, wenn der in Sperrrichtung blockierende IGBT als ein Schaltelement verwendet wird, vorzuziehen, die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13 zu reduzieren, um den Schaltverlust zu reduzieren. Wie aus den Ergebnissen in 8 zu ersehen ist, ist, wenn die wirksame Dotierstoffdosis des n-Schalenbereichs 13 gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 (vorzugsweise gleich oder kleiner 4,0 × 1012 cm–2) ist, die Summe des Sperrerholungsverlusts und des Einschaltverlusts im Bereich von etwa 8 mJ bis 9 mJ und ist eine Zunahme der Summe des Sperrerholungsverlusts und des Einschaltverlusts relativ klein. Im Gegensatz dazu ist die Summe des Ausschaltverlusts und des Einschaltverlusts in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß dem Vergleichsbeispiel etwa 13,5 mJ (nicht gezeigt). Deshalb kann in dem ersten Beispiel, in dem die wirksame Dotierstoffdosis des n-Schalenbereichs 13 gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 (vorzugsweise, gleich oder kleiner 4,0 × 1012 cm–2) ist, die Summe des Ausschaltverlusts und des Einschaltverlusts etwa 35% bis 40% geringer sein als in dem Vergleichsbeispiel.
  • Außerdem nimmt, wie aus 8 zu ersehen ist, wenn die wirksame Dotierstoffdosis des n-Schalenbereichs 13 größer als 5,0 × 1012 cm–2 ist, die Summe des Sperrerholungsverlusts und des Einschaltverlusts schnell zu. Zum Beispiel ist, wenn die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13 6,8 × 1012 cm–2 ist, die Summe des Sperrerholungsverlusts und des Einschaltverlusts etwa 11,7 mJ. In diesem Fall ist die Summe des Sperrerholungsverlusts und des Einschaltverlusts geringer als in dem Vergleichsbeispiel (13,5 mJ) und ist etwa 30% bis 46% mehr als in dem ersten Beispiel (etwa 8 mJ bis 9 mJ), in dem die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13 gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 ist. In der Erfindung bewiesen die Ergebnisse, dass die bevorzugte wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13 gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 war und vorzugsweise gleich oder kleiner 4,0 × 1012 cm–2 war.
  • 9 ist ein Kennfeld, das eine Spannungswellenform und eine Stromwellenform während der Sperrerholung des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigt. 10 ist ein Kennfeld, das eine Spannungswellenform und eine Stromwellenform während der Sperrerholung des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik zeigt. In 9 und 10 zeigt die horizontale Achse Zeit an und zeigt die vertikale Achse einen Anodenstrom und eine Anodenspannung an. 9 zeigt einen Fall, in dem die wirksame Dosis des n-Schalenbereichs 13 gemäß dem ersten Beispiel 3,2 × 1012 cm–2 ist. 9 und 10 zeigen eine Sperrerholungswellenform, wenn die Busspannung 300 V ist und der Sperrerholungsstrom 180 A/cm2 ist. Wie aus diesen Ergebnissen zu ersehen ist, ist in dem ersten in 9 gezeigten Beispiel eine Periode T1 (nachstehend als Konvergenzperiode bezeichnet), für die der Sperrerholungsstrom der Sperrerholungswellenform von einem negativen Wert zu Null konvergiert, kürzer als eine Konvergenzperiode T2 in dem in 10 gezeigten Vergleichsbeispiel. Mit anderen Worten ist die Erholung der Sperrspannung in dem ersten Beispiel schneller als in dem Vergleichsbeispiel. Außerdem hat, wie aus dem ersten Beispiel zu ersehen ist, die Sperrerholungswellenform nicht oszilliert.
  • Es wird angenommen, dass die Oszillation der Sperrerholungswellenform in dem ersten Beispiel nicht auftritt, weil die Minoritätsladungsträger in dem n-Schalenbereich 13 einer Diode, die den p-Basis-Bereich 2a und den n-Schalenbereich 13 umfasst, gespeichert werden, wenn die Diode eingeschaltet ist, was eine Zunahme der Sperrerholungsstrommenge verhindert. Außerdem ist der Grund dafür, dass die Substratkonzentration des n–-Driftbereichs 1a so eingestellt wird, dass ein Raumladungsbereich (Verarmungsschicht), der sich von dem p-Kollektorbereich 10a zu dem p-Basis-Bereich 2a erstreckt, den n-Schalenbereich 13 oder die Sohle des ersten Grabens 5 nicht erreicht. Weiterhin wird angenommen, dass die Konvergenzperiode T1, für die der Sperrerholungsstrom null ist, kurz ist und die Erholung der Sperrspannung in dem ersten Beispiel schnell ist, weil die wirksame Diffusionstiefe des p-Basis-Bereichs 2a durch den Einfluss des n-Schalenbereichs 13 reduziert wird, was zu einer Reduktion der Kanallänge und einer Reduktion der Gate-Kapazität CGE führt.
  • Wie oben beschrieben, ist in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 der n-Schalenbereich 13 mit der Dotierstoffkonzentration, in der die wirksame Dosis von n-Typ-Dotierstoffen gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 ist, zwischen dem n–-Driftbereich 1a und dem p-Basis-Bereich 2a vorgesehen. Außerdem umfasst der in Sperrrichtung blockierende IGBT gemäß Ausführungsform 1 den n–-Driftbereich 1a mit einer ausreichenden Widerstandsfähigkeit, um zu verhindern, dass die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Kollektorbereich 10a erstreckt, den n-Schalenbereich 13 erreicht. Deshalb kann die elektrische Feldstärke in dem Substrat in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 geringer sein als in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik. Demzufolge ist es möglich, eine Durchlassdurchbruchspannung und eine Sperrdurchbruchspannung zu erhöhen. Außerdem ist es gemäß Ausführungsform 1 möglich, die Oszillation der Spannungswellenform und der Stromwellenform (Sperrerholungswellenform) während der Sperrerholung zu unterdrücken. Deshalb ist es möglich, die Entstehung von Rauschen und Schäden an der Vorrichtung zu verhindern.
  • Als Nächstes wird die Struktur eines anderen Beispiels des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. 11 bis 14 sind Schnittansichten, die ein anderes Beispiel des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 zeigen. Wie in 11 gezeigt, kann in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 ein Bereich ohne den n+-Emitterbereich 3a zwischen einigen der ersten Gräben 5 vorgesehen sein und kann die Gate-Elektrode 7a in dem ersten Graben 5 zwischen den Bereichen ohne den n+-Emitterbereich 3a Gate-Potential oder Emitter-Potential haben. Alternativ kann, wie in 12 gezeigt, ein Bereich zwischen einigen der ersten Gräben 5 mit der Zwischenisolierfolie 8a bedeckt sein und eine größere Breite haben als ein Bereich zwischen den ersten Gräben 5, in denen der n+-Emitterbereich 3a vorgesehen ist. Ein EIN-Strom fließt nicht durch den mit der Zwischenisolierfolie 8a bedeckten Bereich. Alternativ kann in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1, wie in 13 gezeigt, in einem Bereich zwischen den ersten Gräben 5, in denen der n+-Emitterbereich 3a vorgesehen ist, der n+-Emitterbereich 3a so vorgesehen sein, dass er in Kontakt mit einem der ersten Gräben 5 kommt. In allen in 11, 12 und 13 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT, nimmt die Lochdichte in der Nachbarschaft des wirksamen ersten Grabens 5 zu und wird eine Leitfähigkeitsmodulationswirkung verbessert. Folglich wird die EIN-Spannung reduziert. Außerdem kann der in Sperrrichtung blockierende IGBT gemäß Ausführungsform 1 eine Struktur haben (nicht gezeigt), in der der n-LCS-Bereich 12 durch Einstellen der Dicke des n–-Driftbereichs 1a weggelassen ist. Der Ausdruck ”Bereich zwischen den wirksamen ersten Gräben 5” bedeutet einen Bereich zwischen benachbarten ersten Gräben 5, in denen der n+-Emitterbereich 3a vorgesehen ist.
  • 14 zeigt die Struktur eines aktiven Bereichs des bidirektionalen IGBTs, der das Gate in beide Richtungen, das heißt, in die Durchlassrichtung und die Sperrrichtung, steuern kann. Der in 14 gezeigte bidirektionale IGBT hat die Trench-Gate-MOS-Strukturen, die auf zwei Hauptoberflächen, das heißt, der vorderen Fläche und der hinteren Fläche, des Halbleitersubstrats vorgesehen sind und unabhängig als eine bidirektionale Schaltvorrichtung fungieren. Die Trench-Gate-MOS-Strukturen an der vorderen und hinteren Fläche des Halbleitersubstrats sind die gleichen wie die Trench-Gate-MOS-Struktur des in 1, 2 und 11 bis 13 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT. Der zweite Graben auf der Rückflächenseite des Substrats ist durch die Bezugszahl 5a gekennzeichnet, der n-Schalenbereich (zweiter Schalenbereich) auf der Rückflächenseite des Substrats durch Bezugszahl 13 gekennzeichnet, der p-Basis-Bereich auf der Rückflächenseite des Substrats durch Bezugszahl 2b gekennzeichnet und eine Elektrode auf der Rückfläche ist durch die Bezugszahl 15 gekennzeichnet. In dem bidirektionalen IGBT ist es vorzuziehen, dass die Dotierstoffkonzentration des ersten Schalenbereichs 13 und des zweiten Schalenbereichs 13a, die jeweils in der Nähe der zwei Hauptoberflächen vorgesehen sind, gleich der oben erwähnten Dotierstoffkonzentration sind. Außerdem kann für die Dotierstoffkonzentration des n–-Drift-Bereichs 1a der n–-Driftbereich 1a eine ausreichende Widerstandsfähigkeit haben, um zu verhindern, dass die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Basis-Bereich 2a zu dem zweiten Schalenbereich 13a in dem n–-Driftbereich 1a ausbreitet, wenn eine Sperrspannung gleich der Nennspannung angelegt wird, den zweiten Schalenbereich 13a erreicht. Der in 11 bis 13 gezeigte in Sperrrichtung blockierende IGBT und der in 14 gezeigte bidirektionale IGBT haben die gleiche Wirkung wie der in 1 und 2 gezeigte in Sperrrichtung blockierende IGBT.
  • (Ausführungsform 2)
  • Ein in Sperrrichtung blockierender IGBT wird als ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. 18 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt. 19 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines aktiven Bereichs des in 18 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt. 20 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Randabschlussstrukturbereichs des in 18 gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT zeigt. Der in Sperrrichtung blockierende IGBT gemäß Ausführungsform 2 unterscheidet sich von dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 1 darin, dass ein Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration in der Nachbarschaft des p-Kollektorbereichs 10a in dem n–-Driftbereich 1a vorgesehen ist statt in dem n-Schalenbereich.
  • Wie in 18 und 19 gezeigt, sind in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 eine Emitter-Elektrode 49 und ein planare MOS-Gate-Struktur, die einen p-Basis-Bereich 42, einen n+-Emitterbereich 43, einen p+-Body-Bereich 44, eine Gate-Isolierfolie 46 und eine Gate-Elektrode 47 umfasst, auf der Vorderflächenseite eines FZ-Siliziumsubstrats (Halbleitersubstrats), das ein n–-Driftbereich 1a sein wird, in dem aktiven Bereich 220 vorgesehen. Insbesondere muss der n–-Driftbereich 1a eine ausreichende Widerstandsfähigkeit haben, um zu verhindern, dass eine Verarmungsschicht, die sich von einem pn-Übergang (p-Basis-Übergang) zwischen dem p-Basis-Bereich 42 und dem n–-Driftbereich 1a zu dem p-Kollektorbereich 10a ausbreitet, wenn eine Sperrspannung gleich einer Nennspannung angelegt wird, den Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration erreicht.
  • Der p-Basis-Bereich 42 ist selektiv in einer Oberflächenschicht der Vorderfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Der n+-Emitterbereich 43 und der p+-Body-Bereich 44 sind selektiv in dem p-Basis-Bereich 42 vorgesehen. Die Gate-Elektrode 47 ist auf der Oberfläche eines Teils des p-Basis-Bereichs 42 vorgesehen, der zwischen dem n+-Emitterbereich 43 und dem n–-Driftbereich 1a mit einer Gate-Isolierfolie dazwischen eingefügt ist. Die Emitter-Elektrode 49 ist elektrisch mit dem n+-Emitterbereich 43 und dem p+-Body-Bereich 44 verbunden. Außerdem ist die Emitter-Elektrode 49 durch eine Zwischenisolierfolie 48 von der Gate-Elektrode 47 elektrisch isoliert.
  • Ähnlich wie in Ausführungsform 1 sind der p-Kollektorbereich 10a und eine Kollektor-Elektrode 11a auf der Rückflächenseite des Halbleitersubstrats vorgesehen, das der n–-Driftbereich 1a sein wird. Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration ist in der Nähe des p-Kollektorbereichs 10a in dem n–-Driftbereich 1a vorgesehen. Die Bereitstellung des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration macht es möglich, die Injektion eines Minoritätsladungsträgers von dem p-Kollektorbereich 10a in den n–-Driftbereich 1a zu unterdrücken und die Transporteffizienz zu reduzieren, wenn die Verarmungsschicht sich zu der Zeit, zu der die Durchlassspannung angelegt wird, von einem p-Basisübergang zu dem p-Kollektorbereich 10a ausbreitet.
  • Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration ist so vorgesehen, dass er von dem p-Kollektorbereich 10a getrennt ist. Somit bleibt, wenn die Verarmungsschicht sich von dem p-Basisübergang zu dem p-Kollektorbereich 10a zu der Zeit ausbreitet, zu der die Durchlassspannung angelegt wird, ein neutraler Bereich zwischen dem Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration und dem p-Kollektorbereich 10a, was es möglich macht, die Oszillation einer Spannungswellenform und einer Stromwellenform zu der Zeit, zu der die Halbleitervorrichtung ausgeschaltet wird, zu unterdrücken.
  • Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration ist wenigstens einem Teil der Oberfläche des p-Kollektorbereichs 10a zugewandt angeordnet, der sich in der Nähe des p-Basis-Bereichs 42 befindet, wobei der n–-Driftbereich 1a dazwischen eingefügt ist. Deshalb wird die Erstreckung der Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorübergang zu dem p-Basis-Bereich 42 ausbreitet, reduziert und ist es möglich, eine Sperrdurchbruchspannung so einzustellen, dass sie nahe an einer vorbestimmten Durchbruchspannung (Nennspannung) ist. Demzufolge ist es möglich, die Länge des Randabschlussstrukturbereichs (die Breite des Randabschlussstrukturbereichs in der Richtung von dem aktiven Bereich 220 zu dem äußeren Umfang des Substrats) im Vergleich zu dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT ohne den Bereich vom n-Typ mit hoher Konzentration gemäß der verwandten Technik zu reduzieren.
  • Es ist vorzuziehen, dass der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration so vorgesehen ist, dass er der gesamten Oberfläche des p-Kollektorbereichs 10a zugewandt angeordnet ist, der sich in der Nähe des p-Basis-Bereichs 42 befindet, wobei der n–-Driftbereich 1a dazwischen eingefügt ist. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration derart vorgesehen ist, dass er der Verarmungsschicht zugewandt angeordnet ist, die sich von dem p-Kollektorbereich 10a und dem pn-Übergang (Kollektorübergang) zwischen dem Isolierbereich 31a und dem n–-Driftbereich 1a zu dem p-Basis-Bereich 42 erstreckt, wenn die Sperrspannung angelegt wird. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Verarmungsschicht sich zu der Zeit, zu der die Sperrspannung angelegt wird, von dem Kollektorübergang zu dem p-Basis-Bereich 42 ausbreitet, die elektrische Feldstärke in dem Halbleitersubstrat vereinheitlicht werden kann. Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration kann in Kontakt mit dem Isolierbereich 31a kommen.
  • Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration hat eine ausreichende Dotierstoffkonzentration, um den Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration vollständig zu verarmen, wenn sich die Verarmungsschicht zu der Zeit, zu der die Sperrspannung angelegt wird, von dem Kollektorübergang zu dem p-Basis-Bereich 42 erstreckt. Insbesondere wird das Gesamtausmaß von Dotierstoff (Gesamtdosis) NDx des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration durch die folgenden Ausdrücke (1) und (2) auf der Grundlage einer eindimensionalen Poisson-Gleichung dargestellt. [Ausdruck 1]
    Figure DE112013001487T5_0002
    [Ausdruck 2]
    Figure DE112013001487T5_0003
  • In den oben dargestellten Ausdrücken ist E die elektrische Feldstärke, Ecrit die kritische elektrische Feldstärke, q eine Elementarladung, ND die Donatorkonzentration, x der Abstand der Verarmungsschicht, εSi die relative Permittivität des Siliziums und ε0 die Permittivität eines Vakuums. Ein vorbestimmter physischer Eigenschaftswert wird in Ausdruck (2) ersetzt, um den Grenzwert der Gesamtmenge von Dotierstoff NDx des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration zu erlangen. Insbesondere kann die Gesamtmenge von Dotierstoff NDx des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration gleich oder weniger als etwa 2,0 × 1012 cm–2 sein. Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration kann Dotierstoffe vom n-Typ aufweisen, um die Gesamtmenge von Dotierstoff NDx zu erfüllen, und die Dotierstoffe vom n-Typ können ungleich verteilt sein, so dass eine große Menge von Dotierstoffen vom n-Typ in einem Teil des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration enthalten ist. Das heißt, die Wirkung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration ungeachtet der Dotierstoffkonzentrationsverteilung des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration vorgesehen ist. Der Randabschlussstrukturbereich 100 und der Trennbereich 130 (Isolierbereich 31a) haben die gleichen Strukturen wie diejenigen gemäß Ausführungsform 1.
  • Als Nächstes wird die Verteilung der elektrischen Feldstärke des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2, wenn die Durchlassspannung und die Sperrspannung angelegt wird, beschrieben. 21 ist ein Diagramm, das die Verteilungen der elektrischen Feldstärke des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2, wenn die Durchlassspannung angelegt wird und wenn die Sperrspannung angelegt wird, zeigt. 21(a) zeigt die Schnittstruktur eines Hauptteils des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2. In 21(b) ist die horizontale Achse die Tiefe (Abstand y) von der Rückfläche des Substrats in dem in 21(a) gezeigten in Sperrrichtung blockierenden IGBT und ist die vertikale Achse die Verteilung der elektrischen Feldstärke E, wenn die Durchlassspannung angelegt wird (durchgezogene Linie) und wenn die Sperrspannung angelegt wird (gestichelte Linie).
  • Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration ist unter den oben erwähnten Bedingungen vorgesehen, um die in 21(b) gezeigte Verteilung der elektrischen Feldstärke zu erlangen. Insbesondere kann, wie von der durchgezogenen Linie in 21(b) dargestellt, die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Basisübergang zu dem p-Kollektorbereich 10a erstreckt, wenn die Durchlassspannung angelegt wird, in der Nachbarschaft des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration gestoppt werden. Deshalb ist es möglich, den Einfluss des elektrischen Felds auf den p-Kollektorbereich 10a zu verhindern. Die Verarmungsschicht, die sich von dem p-Basisübergang zu dem p-Kollektorbereich 10a erstreckt, wenn die Durchlassspannung angelegt wird, kann den p-Kollektorbereich 10a nicht erreichen oder die Verarmungsschicht kann an dem n–-Driftbereich 1a zwischen dem Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration und dem p-Kollektorbereich 10a gestoppt werden. In diesem Fall wird die gleiche Wirkung wie oben beschrieben erlangt. Im Gegensatz dazu kann, wie von der gestrichelten Linie in 21(b) dargestellt, die Erstreckung der Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorübergang zu dem p-Basis-Bereich 42 ausbreitet, wenn die Sperrspannung angelegt wird, geringer sein als in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß der verwandten Technik.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren dafür beschrieben, die wirksame Gesamtmenge des Dotierstoffs des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration zu berechnen. 22 ist ein Kennfeld, das eine Dotierstoffkonzentrationsverteilung entlang der Schnittlinie C-C' aus 19 zeigt. Ein in Sperrrichtung blockierender IGBT wurde gemäß Ausführungsform 2 produziert (hergestellt). Die Nennspannung war 600 V und die Widerstandsfähigkeit und Dicke des Halbleitersubstrats waren 28 Ωcm bzw. 100 μm. Das heißt, die Widerstandsfähigkeit des n–-Driftbereichs 1a ist 28 Ωcm. Zuerst wurde in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT, wie in dem ersten bis vierten Messergebnis 51 bis 54 aus 22 gezeigt, die Menge an Dotierstoff jedes Bereichs in dem Halbleitersubstrat gemessen.
  • Das erste Messergebnis 51 ist die Dotierstoffkonzentrationsverteilung des n–-Driftbereichs 1a. Das zweite Messergebnis 52 ist die Dotierstoffkonzentrationsverteilung des p-Basis-Bereichs 42. Das dritte Messergebnis 53 ist die Dotierstoffkonzentrationsverteilung des p-Kollektorbereichs 10a. Das vierte Messergebnis 54 ist die Dotierstoffkonzentrationsverteilung des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration. Das heißt, 22 zeigt die Menge an Leitfähigkeitsdotierstoff in jedem Bereich des Halbleitersubstrats in der Tiefenrichtung. Das vierte Messergebnis 54 zeigt, dass die Dotierstoffkonzentrationsverteilung des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration die Dotierstoffkonzentrationsverteilung anzeigt, in der die Dotierstoffkonzentration eine Spitze bei einer vorbestimmten Tiefe hat und in Richtung zweier Hauptoberflächen des Substrats, das heißt, der Vorderfläche und der Rückfläche, reduziert ist.
  • Die Menge an Dotierstoff bei jeder Tiefe in dem vierten Messergebnis 54 wurde integriert, um die Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration zu berechnen. Gemäß diesem Verfahren des Berechnens der Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration ist es möglich, die Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration zu berechnen, obwohl die Dotierstoffkonzentrationsverteilung des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration nicht einheitlich ist. Dann ist ein Wert, der durch Subtrahieren der Menge an Dotierstoff eines Teils des n–-Driftbereichs 1a, in dem der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration vorgesehen ist, von der Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration erlangt wird, die wirksame Gesamtmenge des Dotierstoffs des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration.
  • Das heißt, ein schraffierter Teil, der durch die Bezugszahl 50 gekennzeichnet wird, ist die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration. Die Menge an Dotierstoff des Teils des n–-Driftbereichs 1a, in dem der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration vorgesehen ist, bedeutet die Gesamtmenge von Dotierstoff des n–-Driftbereichs 1a in dem Teil des n–-Driftbereichs 1a, in dem der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration vorgesehen ist. Die Gesamtmenge von Dotierstoff des n–-Driftbereichs 1a wird durch Integrieren der Menge an Dotierstoff in die Tiefenrichtung ähnlich der Berechnung der Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration berechnet.
  • Als Nächstes wurde die Beziehung zwischen der Sperrrichtungsdurchbruchspannung und der wirksamen Gesamtmenge des Dotierstoffs des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration verifiziert. 23 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der Sperrrichtungsdurchbruchspannung und der wirksamen Gesamtmenge des Dotierstoffs des Bereichs vom n-Typ mit hoher Konzentration in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 zeigt. Eine Mehrzahl von (nachstehend als zweite Beispiele bezeichnet) in Sperrrichtung blockierenden IGBT, in denen der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration verschiedene wirksame Gesamtmengen von Dotierstoff hatte, wurde hergestellt. In jedem der zweiten Beispiele war die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration im Bereich von 1,0 × 1011 cm–2 bis 8,0 × 1011 cm–2 (was für 24 gilt). Der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration wurde an einer Position angeordnet, die 10 μm von dem p-Kollektorbereich 10a entfernt war. Für den Vergleich wurde der in Sperrrichtung blockierende IGBT ohne den Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration gemäß der verwandten Technik (dem oben erwähnten Vergleichsbeispiel) vorbereitet.
  • In den zweiten Beispielen und dem oben erwähnten Vergleichsbeispiel wurde die Sperrdurchbruchspannung mit einer Kollektor-Emitter-Spannung von 600 V (das Emitterpotential in Bezug auf das Kollektor-Potential ist negativ) gemessen und wurde das Gate mit dem Emitter kurzgeschlossen. Das Messergebnis ist in 23 gezeigt. In 23 ist ein Fall, in dem die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration null ist, als das Vergleichsbeispiel gezeigt. Das in 23 gezeigte Ergebnis bewies, dass es, wenn der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration vorgesehen war, möglich war, die Sperrdurchbruchspannung zu reduzieren. Außerdem wurde verifiziert, dass, wenn die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration zugenommen hat, die Sperrdurchbruchspannung reduziert werden konnte. Deshalb wurde verifiziert, dass es, wenn die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration passend eingestellt wurde, möglich war, die Sperrdurchbruchspannung so einzustellen, dass sie nahe einer vorbestimmten Durchbruchspannung (Nennspannung) ist.
  • Als Nächstes wurde die Beziehung zwischen der wirksamen Gesamtmenge des Dotierstoffs des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration und einem Durchlassleckstrom verifiziert. 24 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der wirksamen Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs vom n-Typ mit hoher Konzentration und dem Durchlassleckstrom in dem in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 zeigt. In den zweiten Beispielen und dem Vergleichsbeispiel wurde der Durchlassleckstrom mit einer Kollektor-Emitter-Spannung von 600 V gemessen und wurde das Gate mit dem Emitter kurzgeschlossen. Das Messergebnis ist in 24 gezeigt. In 24 ist ein Fall, in dem die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration null ist, als das Vergleichsbeispiel gezeigt. Das in 24 gezeigte Ergebnis bewies, dass es, wenn der Bereich 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration vorgesehen war, möglich war, den Durchlassleckstrom zu reduzieren. Außerdem wurde verifiziert, dass, wenn die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration zugenommen hat, der Durchlassleckstrom reduziert werden konnte. Wie aus 23 und 24 zu ersehen ist, konnte, wenn die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration etwa 3,0 × 1011 cm–2 war, der Durchlassleckstrom auf etwa 0,7 (A.U) bei einer Sperrdurchbruchspannung von mehr als etwa 600 V eingestellt werden. Deshalb ist es, wenn die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration gleich oder größer null und gleich oder kleiner 3,0 1011 cm–2, möglich, die Sperrdurchbruchspannung auf die Nennspannung oder mehr zu erhöhen, die Durchbruchspannung zu reduzieren und den Durchlassleckstrom zu reduzieren.
  • Als Nächstes wurde der Ladungswiderstand des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 verifiziert. 25 ist ein Kennfeld, das den Ladungswiderstand des in Sperrrichtung blockierenden IGBT gemäß Ausführungsform 2 zeigt. In 25 zeigt die horizontale Achse die Ladungsmenge, die in der Zwischenisolierfolie 48 gespeichert ist, die die Vorderfläche des Substrats in dem Randabschlussstrukturbereich 100 selektiv bedeckt, und zeigt die vertikale Achse eine Sperrdurchbruchspannung, wenn eine Sperrspannung angelegt wird. In den zweiten Beispielen (die wirksame Gesamtmenge von Dotierstoff des Bereichs 45 vom n-Typ mit hoher Konzentration war 1,0 1011 cm–2) und dem Vergleichsbeispiel wurde die Sperrdurchbruchspannung von einer Vorrichtungssimulation gemessen, während die Ladungsmenge in der Zwischenisolierfolie 48 geändert wurde. Das Berechnungsergebnis ist in 25 gezeigt. Die Länge des Randabschlussstrukturbereichs 100 in dem zweiten Beispiel war im Wesentlichen gleich der Länge des Randabschlussstrukturbereichs in dem Vergleichsbeispiel.
  • Das in 25 gezeigte Ergebnis zeigte, dass in dem Vergleichsbeispiel eine ausreichend hohe Durchbruchspannung erlangt wurde, wenn die Ladungsmenge etwa null war, und die Durchbruchspannung schnell reduziert wurde, wenn die Menge der in der Zwischenisolierfolie des Randabschlussstrukturbereichs gespeicherten positiven Ladung oder negativen Ladung größer war als ein vorbestimmter Wert. Im Gegensatz dazu bewies das Ergebnis, dass es in den zweiten Beispielen, sogar wenn die positive Ladung oder negative Ladung in der Zwischenisolierfolie 48 des Randabschlussstrukturbereichs 100 gespeichert wurde, möglich war, die Durchbruchspannung, die im Wesentlichen gleich derjenigen war, wenn die Ladungsmenge null war, aufrechtzuerhalten. Deshalb ist in den zweiten Beispielen, wenn die Randabschlussstrukturbereiche im Wesentlichen die gleiche Länge haben, die Flexibilität in der Konstruktion höher als in dem Vergleichsbeispiel. Der in Sperrrichtung blockierende IGBT kann einen Ladungswiderstand haben, der gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, um die langfristige Zuverlässigkeit des Randabschlussstrukturbereichs sicherzustellen. In den zweiten Beispielen ist die Struktur des Randabschlussstrukturbereichs 100 deshalb vereinfacht und kann die Länge des Randabschlussstrukturbereichs 100 kürzer sein als in dem Vergleichsbeispiel.
  • Wie oben gemäß Ausführungsform 2 beschrieben, ist es, sogar wenn der Bereich vom n-Typ mit hoher Konzentration in der Nachbarschaft des p-Kollektorbereichs in dem n–-Driftbereich statt in dem n-Schalenbereich vorgesehen ist, möglich, die gleiche Wirkung wie in Ausführungsform 1 zu erlangen. Außerdem ist es, da der Bereich vom n-Typ mit hoher Konzentration in der Nachbarschaft des p-Kollektorbereichs in dem n–-Driftbereich vorgesehen ist, gemäß Ausführungsform 2 möglich, die Sperrdurchbruchspannung derart einzustellen, dass sie nah an der Nennspannung ist. Deshalb ist es möglich, die Länge des Randabschlussstrukturbereichs zu reduzieren. Gemäß Ausführungsform 2 macht es die Bereitstellung des Bereichs vom n-Typ mit hoher Konzentration möglich, den Ladungswiderstand zu verbessern, während die Länge des Randabschlussstrukturbereichs reduziert wird.
  • Gemäß Ausführungsform 2 macht es die Bereitstellung des Bereichs vom n-Typ mit hoher Konzentration möglich, das Ausmaß an Durchlassleckstrom zu reduzieren. Weiterhin ist es, da der Bereich vom n-Typ mit hoher Konzentration in der Nachbarschaft des p-Kollektorbereichs in dem n-Driftbereich vorgesehen ist, gemäß Ausführungsform 2 möglich, einen in Sperrrichtung blockierenden Non-Punch-Through-IGBT zu bilden. Deshalb oszillieren die Spannungswellenform und die Stromwellenform nicht, wenn der in Sperrrichtung blockierende IGBT ausgeschaltet wird. Außerdem ist es gemäß Ausführungsform 2 nicht notwendig, einen Graben in der Rückfläche des Substrats vorzusehen. Deshalb ist es möglich, einen Herstellungsprozess zu vereinfachen und einen in Sperrrichtung blockierenden IGBT kostengünstig herzustellen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können verschiedene Modifikationen und Änderungen der Erfindung gemacht werden, ohne von dem Anwendungsbereich und dem Erfindungsgedanken der Erfindung anzuweichen. Zum Beispiel können in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen die Dimensionen oder die Oberflächenkonzentration jedes Teils je nach erforderlichen Vorgaben geändert werden. Außerdem kann in Ausführungsform 2 eine Trench-Gate-MOS-Struktur anstatt der planaren Gate-MOS-Struktur vorgesehen sein. Weiterhin können der n-Typ und der P-Typ in jeder Ausführungsform umgedreht werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie oben beschrieben, ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung nützlich für eine Leistungshalbleitervorrichtung, die als eine Schaltvorrichtung einer Leistungsumrichtungsschaltung, wie z. B. eines Matrix-Wandlers, verwendet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a
    n–-Driftbereich
    2, 2a
    p-Basisbereich
    2b
    p-Basisbereich auf Rückflächenseite des Substrats
    3, 3a
    n+-Emitterbereich
    4, 4a
    p+-Body-Bereich
    5
    erster Graben
    5a
    zweiter Graben
    6, 6a
    Gate-Isolierfolie
    7, 7a
    Gate-Elektrode
    8, 8a
    Isolierfolie, Zwischenisolierfolie
    8b
    Feldisolierfolie
    9, 9a
    Emitter-Elektrode
    10, 10a
    p-Kollektorbereich
    11, 11a
    Kollektor-Elektrode
    12
    n-LCS-Bereich
    13
    n-Schalenbereich (erster Schalenbereich)
    13a
    n-Schalenbereich (zweiter Schalenbereich)
    14
    Feldplatte
    15
    Elektrode auf Rückflächenseite
    20
    p-Basisübergang
    21
    Kollektorübergang
    21a
    Isolierbereichsübergang
    31a
    Isolierbereich
    100
    Randabschlussstrukturbereich
    101
    Feldbegrenzungsring
    200
    Aktiver Bereich

Claims (13)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Driftbereich, der ein Halbleitersubstrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist; einen Basisbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; einen Emitterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in dem Basisbereich vorgesehen ist; einen Graben, der sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den Emitterbereich und den Basisbereich zu dem Driftbereich erstreckt; eine Isolierfolie, die entlang einer Innenwand des Grabens vorgesehen ist; eine Gate-Elektrode, die in dem Graben durch die Isolierfolie eingebettet ist; eine Emitter-Elektrode, die in Kontakt mit dem Emitterbereich und dem Basisbereich kommt; einen Schalenbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der derart in dem Driftbereich vorgesehen ist, dass er in Kontakt mit einer Oberfläche des Basisbereichs in der Nähe des Driftbereichs kommt; und einen Kollektorbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, wobei der Schalenbereich eine höhere Dotierstoffkonzentration hat als der Driftbereich, eine wirksame Dosis eines Dotierstoffs von einem ersten Leitfähigkeitstyp in dem Schalenbereich gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 ist, und der Driftbereich eine Widerstandsfähigkeit hat, um zu verhindern, dass eine Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorbereich ausbreitet, wenn eine Sperrspannung mit der Emitter-Elektrode als eine positive Elektrode angelegt wird, entweder den Schalenbereich oder die Grabensohle erreicht, je nachdem, welche/r dem Kollektorbereich näher ist als der/die andere.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wirksame Dosis des Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Schalenbereich gleich oder kleiner 4,0 × 1012 cm–2 ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der eine höhere Dotierstoffkonzentration als der Driftbereich hat, um einen Leckstrom zu reduzieren, zwischen dem Driftbereich und dem Kollektorbereich vorgesehen ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Isolierbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einem äußeren Umfangsendbereich des Driftbereichs vorgesehen ist und sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zum Kollektorbereich erstreckt.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Driftbereich eine Widerstandsfähigkeit hat, um zu verhindern, dass die Verarmungsschicht, die sich von dem Kollektorbereich zu dem Basisbereich erstreckt, wenn die Sperr-Nennspannung mit der Emitter-Elektrode als die positive Elektrode angelegt wird, entweder den Basisbereich oder die Grabensohle erreicht, je nachdem, welche/r dem Kollektorbereich näher ist als der/die andere.
  6. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Driftbereich, der ein Halbleitersubstrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist; einen ersten Basisbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; einen ersten Emitterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in dem ersten Basisbereich vorgesehen ist; einen ersten Graben, der sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den ersten Emitterbereich und den ersten Basisbereich zu dem Driftbereich erstreckt; eine erste Isolierfolie, die entlang einer Innenwand des ersten Grabens vorgesehen ist; eine erste Gate-Elektrode, die in dem ersten Graben durch die erste Isolierfolie eingebettet ist; eine Emitter-Elektrode, die in Kontakt mit dem ersten Emitterbereich und dem ersten Basisbereich kommt; einen ersten Schalenbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der derart in dem Driftbereich vorgesehen ist, dass er in Kontakt mit einer Oberfläche des ersten Basisbereichs in der Nähe des Driftbereichs kommt; einen zweiten Basisbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; einen zweiten Emitterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in dem zweiten Basisbereich vorgesehen ist; einen zweiten Graben, der sich von der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den zweiten Emitterbereich und den zweiten Basisbereich zu dem Driftbereich erstreckt; eine zweite Isolierfolie, die entlang einer Innenwand des zweiten Grabens vorgesehen ist; eine zweite Gate-Elektrode, die in dem zweiten Graben durch die zweite Isolierfolie eingebettet ist; eine Rückflächenelektrode, die in Kontakt mit dem zweiten Emitterbereich und dem zweiten Basisbereich kommt; und einen zweiten Schalenbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der derart in dem Driftbereich vorgesehen ist, dass er in Kontakt mit einer Oberfläche des zweiten Basisbereichs in der Nähe des Driftbereichs kommt; wobei der erste Schalenbereich und der zweite Schalenbereich eine höhere Dotierstoffkonzentration hat als der Driftbereich, eine wirksame Dosis eines Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem ersten Schalenbereich und dem zweiten Schalenbereich gleich oder kleiner 5,0 × 1012 cm–2 ist, und der Driftbereich eine Widerstandsfähigkeit hat, um zu verhindern, dass eine Verarmungsschicht, die sich von dem zweiten Basisbereich ausbreitet, wenn eine Sperrnennspannung mit der Emitter-Elektrode als eine positive Elektrode angelegt wird, entweder den ersten Schalenbereich oder die erste Grabensohle erreicht, je nachdem, welche/r dem zweiten Schalenbereich näher ist als der/die andere.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die wirksame Dosis des Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem zweiten Schalenbereich gleich oder kleiner 4,0 × 1012 cm–2 ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Driftbereich eine Widerstandsfähigkeit hat, um zu verhindern, dass die Verarmungsschicht, die sich von dem zweiten Basisbereich zu dem ersten Basisbereich erstreckt, wenn die Sperr-Nennspannung mit der Emitter-Elektrode als die positive Elektrode angelegt wird, entweder den ersten Basisbereich oder die erste Grabensohle erreicht, je nachdem, welche/r dem zweiten Schalenbereich näher ist als der/die andere.
  9. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen ersten Halbleiterbereich, der ein Halbleitersubstrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist; einen zweiten Halbleiterbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; einen dritten Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in dem zweiten Halbleiterbereich vorgesehen ist und eine höhere Dotierstoffkonzentration als der erste Halbleiterbereich hat; eine erste Elektrode, die auf einer Oberfläche eines Teils vorgesehen ist, der zwischen dem dritten Halbleiterbereich und dem ersten Halbleiterbereich in dem zweiten Halbleiterbereich mit einer Isolierfolie dazwischen angeordnet ist; eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit dem dritten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich kommt; einen vierten Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; eine dritte Elektrode, die in Kontakt mit dem vierten Halbleiterbereich kommt; einen fünften Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der in dem ersten Halbleiterbereich vorgesehen ist, der in der Nähe des vierten Halbleiterbereichs ist, und wenigstens einem Teil einer ersten Halbleiterbereichsseitenfläche des vierten Halbleiterbereichs zugewandt angeordnet ist und eine höhere Dotierstoffkonzentration als der erste Halbleiterbereich hat; und einen sechsten Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einem äußeren Umfangsbereich des Halbleitersubstrats vorgesehen ist und sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den ersten Halbleiterbereich zu dem vierten Halbleiterbereich erstreckt, wobei eine Gesamtdosis eines Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem fünften Halbleiterbereich gleich oder kleiner 2,0 × 1012 cm–2 ist.
  10. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen ersten Halbleiterbereich, der ein Halbleitersubstrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist; einen zweiten Halbleiterbereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in einer Oberflächenschicht einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; einen dritten Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der selektiv in dem zweiten Halbleiterbereich vorgesehen ist und eine höhere Dotierstoffkonzentration als der erste Halbleiterbereich hat; einen Graben, der sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den dritten Halbleiterbereich und den zweiten Halbleiterbereich zu dem ersten Halbleiterbereich erstreckt; eine Isolierfolie, die entlang einer Innenwand des Grabens vorgesehen ist; eine erste Elektrode, die in dem Graben durch die Isolierfolie eingebettet ist; eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit dem dritten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich kommt; einen vierten Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der anderen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; eine dritte Elektrode, die in Kontakt mit dem vierten Halbleiterbereich kommt; einen fünften Halbleiterbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der in dem ersten Halbleiterbereich vorgesehen ist, der in der Nähe des vierten Halbleiterbereichs ist, und wenigstens einem Teil einer ersten Halbleiterbereichsseitenfläche des vierten Halbleiterbereichs zugewandt angeordnet ist und eine höhere Dotierstoffkonzentration hat als der erste Halbleiterbereich; und einen sechsten Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einem äußeren Umfangsbereich des Halbleitersubstrats vorgesehen ist und sich von der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats durch den ersten Halbleiterbereich zu dem vierten Halbleiterbereich erstreckt, wobei eine Gesamtdosis eines Dotierstoffs vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem fünften Halbleiterbereich gleich oder kleiner 2,0 × 1012 cm–2 ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der fünfte Halbleiterbereich der gesamten ersten Halbleiterbereichsseitenfläche des vierten Halbleiterbereichs zugewandt angeordnet ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend: einen aktiven Bereich, der den zweiten Halbleiterbereich, den dritten Halbleiterbereich, den vierten Halbleiterbereich, die erste Elektrode, die zweite Elektrode und die dritte Elektrode aufweist; und einen Randabschlussstrukturbereich, der eine Mehrzahl von siebten Halbleiterbereichen vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die in der Oberflächenschicht der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats derart vorgesehen sind, dass sie den aktiven Bereich umgeben.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste Halbleiterbereich eine ausreichende Widerstandsfähigkeit hat, um zu verhindern, dass eine Verarmungsschicht, die sich von dem zweiten Halbleiterbereich zu dem fünften Halbleiterbereich ausbreitet, wenn eine Sperr-Nennspannung unter Verwendung der zweiten Elektrode als eine positive Elektrode angelegt wird, den fünften Halbleiterbereich erreicht.
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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2506075B (en) * 2011-07-07 2015-09-23 Abb Technology Ag Insulated gate bipolar transistor
GB2506314B (en) 2011-07-14 2015-09-09 Abb Technology Ag Insulated gate bipolar transistor
DE112013002031T5 (de) 2012-08-22 2015-03-12 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren
GB2527225B (en) * 2013-03-28 2017-03-01 Abb Technology Ag Method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor
AU2014302625B2 (en) 2013-06-24 2017-05-11 Ideal Power Inc. Systems, circuits, devices, and methods with bidirectional bipolar transistors
US9742385B2 (en) 2013-06-24 2017-08-22 Ideal Power, Inc. Bidirectional semiconductor switch with passive turnoff
US9799731B2 (en) 2013-06-24 2017-10-24 Ideal Power, Inc. Multi-level inverters using sequenced drive of double-base bidirectional bipolar transistors
US11637016B2 (en) 2013-12-11 2023-04-25 Ideal Power Inc. Systems and methods for bidirectional device fabrication
US9355853B2 (en) 2013-12-11 2016-05-31 Ideal Power Inc. Systems and methods for bidirectional device fabrication
JP6109098B2 (ja) * 2014-02-18 2017-04-05 三菱電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置
JP6231422B2 (ja) * 2014-04-09 2017-11-15 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
KR102450784B1 (ko) 2014-11-06 2022-10-05 아이디얼 파워 인크. 이중-베이스 양극성 접합 트랜지스터의 최적화된 동작을 갖는 회로, 방법 및 시스템
JP6606819B2 (ja) * 2014-11-10 2019-11-20 富士電機株式会社 半導体装置
JP6353804B2 (ja) * 2015-03-27 2018-07-04 株式会社 日立パワーデバイス 半導体装置及びそれを用いた電力変換装置
CN106449741B (zh) * 2015-08-06 2019-04-05 常州中明半导体技术有限公司 一种绝缘栅双极型晶体管器件结构
JP2017045874A (ja) 2015-08-27 2017-03-02 株式会社東芝 半導体装置
DE112017000063T5 (de) * 2016-02-15 2018-03-22 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung
JP6701789B2 (ja) * 2016-02-19 2020-05-27 富士電機株式会社 Ｒｂ‐ｉｇｂｔ
DE112017000079T5 (de) 2016-03-10 2018-05-17 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung
DE102016112721B4 (de) 2016-07-12 2022-02-03 Infineon Technologies Ag n-Kanal-Leistungshalbleitervorrichtung mit p-Schicht im Driftvolumen
CN108321188B (zh) * 2017-01-18 2021-02-09 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 绝缘栅双极型晶体管及其形成方法
JP6972691B2 (ja) * 2017-06-19 2021-11-24 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP7143575B2 (ja) * 2017-07-18 2022-09-29 富士電機株式会社 半導体装置
CN107731901B (zh) * 2017-11-20 2024-02-23 电子科技大学 一种逆阻型igbt
JP7068981B2 (ja) * 2018-09-25 2022-05-17 三菱電機株式会社 半導体装置
US11069770B2 (en) * 2018-10-01 2021-07-20 Ipower Semiconductor Carrier injection control fast recovery diode structures
CN111261710A (zh) * 2018-12-03 2020-06-09 珠海格力电器股份有限公司 一种绝缘栅双极型晶体管及其制备方法
CN113519062A (zh) * 2019-09-13 2021-10-19 富士电机株式会社 半导体装置
CN110534582B (zh) * 2019-09-28 2023-02-28 上海芯石微电子有限公司 一种具有复合结构的快恢复二极管及其制造方法
CN114023814B (zh) * 2021-09-24 2023-09-29 西安电子科技大学 一种半垂直GaN基场截止型IGBT器件及其制备方法
CN114388613B (zh) * 2021-12-30 2023-09-01 电子科技大学 一种双向阻断功率mos器件及其制造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3458590B2 (ja) 1996-03-27 2003-10-20 富士電機株式会社 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP3395520B2 (ja) 1996-06-04 2003-04-14 富士電機株式会社 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP2002532885A (ja) 1998-12-04 2002-10-02 インフィネオン テクノロジース アクチエンゲゼルシャフト 出力半導体回路
JP4479052B2 (ja) * 2000-05-09 2010-06-09 富士電機システムズ株式会社 半導体装置
JP4967200B2 (ja) 2000-08-09 2012-07-04 富士電機株式会社 逆阻止型ｉｇｂｔを逆並列に接続した双方向ｉｇｂｔ
JP4904625B2 (ja) 2001-02-14 2012-03-28 富士電機株式会社 半導体装置
JP3918625B2 (ja) 2002-04-25 2007-05-23 富士電機デバイステクノロジー株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP4843923B2 (ja) 2004-09-09 2011-12-21 富士電機株式会社 高耐圧半導体装置およびその製造方法
JP2008277352A (ja) * 2007-04-25 2008-11-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置
DE102009005914B4 (de) * 2008-01-28 2014-02-13 Denso Corporation Halbleitervorrichtung mit Halbleiterelement mit isoliertem Gate und bipolarer Transistor mit isoliertem Gate
JP2010219361A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
DE102010063728B4 (de) 2009-12-28 2016-04-14 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung mit verbesserter Sperrspannungsfestigkeit

Also Published As

Publication number Publication date
US9184268B2 (en) 2015-11-10
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CN104145342B (zh) 2017-05-24

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