DE112017003314T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Toshiyuki Matsui
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Bereitgestellt wird eine einen Transistorteil und einen Diodenteil enthaltende Halbleitervorrichtung. Der Transistorteil enthält ein in einem Halbleitersubstrat gebildetes Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, ein über dem Driftgebiet in dem Halbleitersubstrat angeordnetes Basisgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp und ein unter dem Driftgebiet in dem Halbleitersubstrat angeordnetes Kollektorgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Der Transistorteil enthält ein in dem Halbleitersubstrat angeordnetes und sich nach unten über das Basisgebiet hinaus erstreckendes Wannengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einen Injektionsmengenbeschränkungsteil, welcher mindestens einen Teil eines Gebiets, welches unter dem Wannengebiet angeordnet ist, einnimmt und eine kleinere Ladungsträgerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp pro Flächeneinheit aufweist als das Kollektorgebiet.

Description

  • HINTERGRUND
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • Ein Leistungs-IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) mit einer Vielzahl von Zellen-Arrays ist bekannt. In einem Zellen-Array-Gebiet mit einer niedrigeren Zellendichte als in anderen Zellen-Array-Gebieten sind die injizierten Löcher über die Source-Elektrode schwer zu entfernen. Dadurch nimmt die Löcherstromdichte zu, was einen Latch-up-Effekt zur Folge haben kann. Demgemäß sind die folgenden Verfahren zum Verhindern des Latch-up-Effekts bekannt: in dem Zellen-Array-Gebiet der niedrigen Dichte wird die P-Dotierungskonzentration in dem Rückseitenteil eines Substrats niedriger gemacht als in anderen Zellen-Array-Gebieten und/oder werden N-Dotierungsstoffe in den Rückseitenteil des Substrats implantiert (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
  • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2012-182470
  • In einer Halbleitervorrichtung mit einem Wannengebiet, welches sich tiefer ausdehnt als ein Basisgebiet eines Transistorteils, ist die Durchbruchspannung in dem von dem tiefen Wannengebiet eingenommenen Teil niedrig. Insbesondere in einer Halbleitervorrichtung mit einem Transistorteil und einem Diodenteil wie einem rückwärtsleitenden Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (RC-IGBT) wird zwischen dem von dem tiefen Wannengebiet eingenommenen Teil und dem Diodenteil hoher Durchbruchspannung ein großer Durchbruchspannungs-Unterschied festgestellt. Demgemäß ist es, um die Durchbruchspannung der gesamten Halbleitervorrichtung zu erhöhen, wünschenswert, dass die Durchbruchspannung in dem mit dem tiefen Wannengebiet versehenen Teil erhöht wird.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine einen Transistorteil und einen Diodenteil enthaltende Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Der Transistorteil kann ein Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, ein Basisgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp und ein Kollektorgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten. Das Driftgebiet kann in einem Halbleitersubstrat gebildet sein. Das Basisgebiet kann über dem Driftgebiet in dem Halbleitersubstrat angeordnet sein. Das Kollektorgebiet kann unter dem Driftgebiet in dem Halbleitersubstrat angeordnet sein. Die Halbleitervorrichtung kann ein Wannengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten. Das Wannengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann sich nach unten über das Basisgebiet in dem Halbleitersubstrat hinaus erstrecken. Die Halbleitervorrichtung kann einen Injektionsmengenbeschränkungsteil enthalten, welcher mindestens einen Teil eines Gebiets, welches unter dem Wannengebiet angeordnet ist, einnimmt. In dem Injektionsmengenbeschränkungsteil kann die Ladungsträgerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp pro Flächeneinheit kleiner sein als in dem Kollektorgebiet.
  • Der Transistorteil kann einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode enthalten. Der Diodenteil kann eine Freilaufdiode enthalten, welche mit einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode elektrisch verbunden ist.
  • Die Halbleitervorrichtung kann ein Signalanschlussfleck-Gebiet enthalten. Das Signalanschlussfleck-Gebiet kann mit dem Transistorteil oder dem Diodenteil in direktem Kontakt stehen. Das Signalanschlussfleck-Gebiet kann einen Isolierfilm enthalten. Der Isolierfilm kann auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet sein. Das Signalanschlussfleck-Gebiet kann einen leitenden Teil enthalten. Der leitende Teil kann auf dem Isolierfilm gebildet sein. Das Wannengebiet kann unter dem leitenden Teil angeordnet sein.
  • Der Injektionsmengenbeschränkungsteil kann eine leitende Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten. Die leitende Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp kann unter dem Wannengebiet in einer gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet angeordnet sein.
  • Die leitende Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp kann eine höhere Dotierungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen als das Driftgebiet.
  • Der Injektionsmengenbeschränkungsteil kann eine leitende Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten. Die leitende Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann unter dem Wannengebiet angeordnet sein. Die leitende Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann eine niedrigere Dotierungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen als das Kollektorgebiet.
  • Der Transistorteil kann eine Rückseitenelektrode enthalten. Die Rückseitenelektrode kann auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet und mit dem Kollektorgebiet elektrisch verbunden sein. Der Injektionsmengenbeschränkungsteil kann einen Isolierfilm enthalten Der Isolierfilm kann zwischen dem Halbleitersubstrat und der Rückseitenelektrode angeordnet sein.
  • Das Wannengebiet kann eine höhere Dotierungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen als das Basisgebiet.
  • Der Injektionsmengenbeschränkungsteil kann das gesamte Gebiet, welches unter dem Wannengebiet angeordnet ist, einnehmen.
  • Der Injektionsmengenbeschränkungsteil kann unter einem Grenzpunkt, an welchem der Transistorteil, der Diodenteil und das Signalanschlussfleck-Gebiet aneinander angrenzen, angeordnet sein.
  • Es ist zu beachten, dass die Kurzbeschreibung der obigen Erfindung nicht alle in der vorliegenden Erfindung erforderlichen Merkmale aufführt. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, welche eine vorderseitige Oberfläche einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
    • 2 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts A-A' in 1 zeigt
    • 3 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts B-B' in 1 zeigt.
    • 4 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in 1 zeigt.
    • 5 ist eine Ansicht, welche ein Querschnittsbeispiel einer Halbleitervorrichtung 300 in einem Vergleichsbeispiel zeigt.
    • 6 ist eine Ansicht, welche ein Simulationsergebnis bezüglich einer Verteilung von Leitungsströmen und einer Verteilung von Stoßionisationsraten in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7 ist eine Ansicht, welche ein Simulationsergebnis bezüglich einer Verteilung von Leitungsströmen und einer Verteilung von Stoßionisationsraten in der Halbleitervorrichtung 300 des Vergleichsbeispiels zeigt
    • 8 ist eine Ansicht, welche eine Lagebeziehung zwischen einem P+-Wannengebiet 110 und einem Kollektorgebiet 22 zeigt.
    • 9 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Breite w eines Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 und einer Temperatur an einem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 zeigt.
    • 10 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 11 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 12 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Ausführungsformen beschränken die den Ansprüchen entsprechende Erfindung nicht, und alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind für Mittel zum Lösen der Erfindung nicht unbedingt notwendig.
  • In dem vorliegenden Beispiel sind die X-Achse und die Y-Achse als die zueinander orthogonalen Achsen in einer zu der Oberseite eines Halbleitersubstrats parallelen Ebene definiert. Außerdem ist die zu der X-Achse und der Y-Achse orthogonale Achse als die Z-Achse definiert. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Beschreibung die zu der Z-Achse parallele Richtung als die Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats bezeichnet sein kann.
  • Darüber hinaus sind in der vorliegenden Beschreibung die Begriffe „oberer“ und „unterer“, „auf“ und „unter“, „über“ und „unter“ nicht darauf beschränkt, die relativen Positionen in der Schwerkraftrichtung zu bezeichnen. Diese Begriffe beziehen sich lediglich auf relative Richtungen bezüglich einer vorbestimmten Achse.
  • In der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen bedeuten die den Schichten und Gebieten vorangestellten Buchstaben „N“ und „P“, dass Elektronen beziehungsweise Löcher die Majoritätsträger in den Schichten und Gebieten sind. Darüber hinaus bedeuten die den Buchstaben „N“ und „P“ nachgestellten Zeichen „+“ und „-“, dass die Schichten und Gebiete eine höhere Dotierungskonzentration beziehungsweise eine niedrigere Dotierungskonzentration als Schichten und Gebiete ohne „+“ und „-“ aufweisen.
  • 1 ist eine Ansicht, welche eine vorderseitige Oberfläche einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Die Halbleitervorrichtung 100 in dem vorliegenden Beispiel ist ein einen Transistorteil 70 und einen Diodenteil 80 enthaltender Halbleiter-Chip. Der Transistorteil 70 kann einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode enthalten. Der Diodenteil 80 kann eine Freilaufdiode (FWD), welche mit einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) elektrisch verbunden ist, enthalten.
  • Der Transistorteil 70 und der Diodenteil 80 können in einem aktiven Gebiet in regelmäßigen Abständen gebildet sein. Der Diodenteil 80 ist in direktem Kontakt mit dem Transistorteil 70 in der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet. Die FWD ist antiparallel zu dem IGBT geschaltet. Die Halbleitervorrichtung 100 kann eine Randabschlussstruktur 50, welche das aktive Gebiet umgibt, enthalten. Die Randabschlussstruktur 50 enthält eine oder mehrere einer Schutzringstruktur, einer Feldplattenstruktur, einer RESURF-Struktur und einer aus diesen kombinierten Struktur Die Halbleitervorrichtung 100 enthält ein Signalanschlussfleck-Gebiet 90, welches mit dem Transistorteil 70 oder dem Diodenteil 80 in direktem Kontakt steht. In der Halbleitervorrichtung 100 kann es einen Grenzpunkt 97 geben, an welchem der Transistorteil 70, der Diodenteil 80 und das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 aneinander angrenzen. 1 zeigt ein Beispiel des Grenzpunkts 97.
  • Das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 enthält einen auf einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildeten Isolierfilm, den auf dem Isolierfilm gebildeten leitenden Teil, ein unter dem leitenden Teil in dem Halbleitersubstrat angeordnetes Wannengebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Als ein Beispiel kann das Halbleitersubstrat ein Si-Substrat sein und ist es ein Verbundhalbleitersubstrat aus Siliciumcarbid SiC, Galliumnitrid GaN oder dergleichen. Als ein Beispiel kann der Isolierfilm ein Oxidfilm wie ein Siliciumoxidfilm oder ein Nitridfilm wie ein Siliciumnitridfilm sein. Als ein Beispiel ist der leitende Teil aus einem Metallwerkstoff gebildet. Solange das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 ein mit dem obigen Isolierfilm, dem obigen leitenden Teil und dem obigen Wannengebiet gebildetes Gebiet ist, enthält es auch ein Gebiet, in welchem eine andere Verdrahtung als der Anschlussfleck als der leitende Teil gebildet ist. Als ein Beispiel kann das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 mindestens eines von Anschlussfleck-Gebieten für Sensor 91, 92 und 93, einem Gate-Anschlussfleck-Gebiet 94, einem Temperatursensorverdrahtungs-Gebiet 95 und einem Gate-Zuleitungsteil-Gebiet 96 umfassen.
  • Die Anschlussfleck-Gebiete für Sensor 91, 92 sind die Gebiete, in welchen ein Anschlussfleck-Abschnitt zur Temperaturerfassung gebildet ist. Das Anschlussfleck-Gebiet für Sensor 93 ist das Gebiet, in welchem ein Anschlussfleck zur Stromerfassung gebildet ist. Das Gate-Anschlussfleck-Gebiet 94 ist das Gebiet, in welchem ein Gate-Anschlussfleck, welcher mit einer Gate-Metallschicht des Transistorteils 70 verbunden ist, gebildet ist. Das Temperatursensorverdrahtungs-Gebiet 95 kann das Gebiet sein, in welchem ein Temperatursensor selbst gebildet ist, und kann das Gebiet sein, in welchem eine mit dem Temperatursensor zu verbindende Verdrahtung gebildet ist. Das Gate-Zuleitungsteil-Gebiet 96 ist das Gebiet, in welchem ein Gate-Verdrahtungsteil, welcher mit der Gate-Metallschicht des Transistorteils 70 verbunden ist, gebildet ist.
  • 2 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel des Querschnitts A-A' in 1 zeigt. 2 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus des Transistorteils 70. Der Transistorteil 70 enthält ein Emittergebiet 12, ein Basisgebiet 14, ein Kontaktgebiet 15, ein Driftgebiet 18, ein Puffergebiet 20, ein Kollektorgebiet 22, eine Rückseitenelektrode 24 und ein Graben-Gate 30. Der Transistorteil 70 ist als ein Teilgebiet des aktiven Gebiets, welches dem durch zu der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 senkrechtes Projizieren des Kollektorgebiets 22 auf die vorderseitige Oberfläche erhaltenen projizierten Gebiet entspricht, definiert. In dem Transistorteil 70 sind vorbestimmte Struktureinheiten, welche jeweils das Emittergebiet 12 und das Kontaktgebiet 15 enthalten, regelmäßig angeordnet.
  • Das Driftgebiet 18 ist in dem Halbleitersubstrat 10 gebildet. Das Driftgebiet 18 ist vom N-Typ. In dem vorliegenden Beispiel ist ein erster Leitfähigkeitstyp als N-Typ definiert, während ein zweiter Leitfähigkeitstyp als P-Typ definiert ist. Jedoch kann in einem weiteren Beispiel auch der erste Leitfähigkeitstyp als P-Typ definiert sein, während der zweite Leitfähigkeitstyp als N-Typ definiert sein kann. Das Kollektorgebiet 22 ist unter dem Driftgebiet 18 in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Das Kollektorgebiet 22 ist vom P-Typ. In dem vorliegenden Beispiel ist ein N-Puffergebiet 20 an der Unterseite des Driftgebiets 18 angeordnet. Eine Dotierungskonzentration des Puffergebiets 20 kann höher sein als diejenige des Driftgebiets 18. Das Puffergebiet 20 kann als eine Feldstoppschicht fungieren. Die Feldstoppschicht verhindert, dass eine Sperrschicht, welche sich von der Unterseite des Basisgebiets 14 her ausdehnt, das Kollektorgebiet 22 erreicht. Das Kollektorgebiet 22 kann an einer Unterseite des Puffergebiets 20 angeordnet sein.
  • Das Basisgebiet 14 kann über dem Driftgebiet 18 in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sein. Das Basisgebiet 14 ist vom P-Typ. Das Emittergebiet 12 kann über dem Basisgebiet 14 in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sein. Das Kontaktgebiet 15 kann auf der vorderseitigen Oberfläche des Basisgebiets 14 gebildet sein. Das Kontaktgebiet 15 kann ein P+-Gebiet mit einer höheren Dotierungskonzentration als derjenigen des Basisgebiets 14 sein. Das Kontaktgebiet 15 verringert einen Übergangswiderstand zwischen dem Basisgebiet 14 und der Emitterelektrode 52.
  • Das Graben-Gate 30 verläuft von der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 durch das Basisgebiet 14 und reicht bis zu dem Driftgebiet 18. In dem Transistorteil 70 ist die Vielzahl von Graben-Gates 30 in vorbestimmten Abständen angeordnet. Das Graben-Gate 30 enthält einen Gate-Graben 33, einen Gate-Isolierfilm 32 und einen Gate-Leitungsteil 34, welche in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind. Der Gate-Isolierfilm 32 ist so angeordnet, dass er die Innenwand des Gate-Grabens 33 bedeckt. Der Gate-Isolierfilm 32 kann durch Oxidieren oder Nitrieren des Halbleiters der Innenwand des Gate-Grabens 33 gebildet sein.
  • Der Gate-Leitungsteil 34 ist innerhalb des Gate-Isolierfilms 32 in dem Gate-Graben 33 angeordnet. Das heißt, der Gate-Isolierfilm 32 isoliert den Gate-Leitungsteil 34 von dem Halbleitersubstrat 10. Der Gate-Leitungsteil 34 ist aus einem leitenden Material wie Polysilicium gebildet. Der Gate-Graben 33 ist mit einem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 an der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 bedeckt. Die Emitterelektrode 52 befindet sich auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 und auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 isoliert elektrisch zwischen der Emitterelektrode 52 und dem Graben-Gate 30. Die Emitterelektrode 52 ist aus einem leitenden Material wie Metall gebildet.
  • Der Gate-Leitungsteil 34 in dem Graben-Gate 30 ist über den Gate-Zuleitungsteil, welcher in dem Gate-Zuleitungsteil-Gebiet 96 gebildet ist, mit der Gate-Metallschicht elektrisch verbunden. Die Rückseitenelektrode 24 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Rückseitenelektrode 24 kann mit dem P+-Kollektorgebiet 22 in Kontakt stehen. Die Rückseitenelektrode 24 ist mit dem P+-Kollektorgebiet 22 elektrisch verbunden, so dass sie als Kollektorelektrode fungiert. Die Rückseitenelektrode 24 ist aus einem leitenden Material wie Metall gebildet.
  • 3 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts B-B' in 1 zeigt. 3 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus des Diodenteils 80. Das P-Basisgebiet 14, das Driftgebiet 18, das Puffergebiet 20, der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 und die Emitterelektrode 52 wie oben erwähnt sind von dem Transistorteil 70 bis zu dem Diodenteil 80 angeordnet. Der Diodenteil 80 enthält einen Grabenteil 40 und ein Katodengebiet 82. Das N+-Emittergebiet 12 und das P+-Kontaktgebiet 15 sind in dem Diodenteil 80 nicht vorgesehen.
  • Es ist zu beachten, dass die Definition, als eine Definition des Diodenteils 80, sich auf ein projiziertes Gebiet bezieht, in welchem, in dem aktiven Gebiet, das Katodengebiet 82 senkrecht zu der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats auf das Rückseitengebiet oder die dem Katodengebiet 82 entsprechende vorderseitige Oberfläche projiziert ist. Das P-Basisgebiet 14 ist über dem Driftgebiet 18 in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. In dem Diodenteil 80 dient das P-Basisgebiet 14 auch als das P-Anodengebiet der FWD. Darüber hinaus dient ein Teil der Emitterelektrode 52 auch als das Katodengebiet 82 und steht er mit dem Basisgebiet 14 in Kontakt
  • Der Grabenteil 40 verläuft von der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 durch das Basisgebiet 14 (Anodengebiet) und reicht bis zu dem Driftgebiet 18. In dem Diodenteil 80 ist die Vielzahl von Grabenteilen 40 in vorbestimmten Abständen angeordnet. Der Grabenteil 40 enthält einen Graben 43, einen Grabenisolierfilm 42 und einen Graben-Leitungsteil 44, welche in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind. Der Grabenisolierfilm 42 ist so angeordnet, dass er die Innenwand des Gate-Grabens 43 bedeckt. Der Grabenisolierfilm 42 kann durch Oxidieren oder Nitrieren des Halbleiters der Innenwand des Grabens 43 gebildet sein.
  • Der Graben-Leitungsteil 44 ist innerhalb des Grabenisolierfilms 42 in dem Gate-Graben 43 angeordnet. Der Grabenisolierfilm 42 isoliert den Graben-Leitungsteil 44 von dem Halbleitersubstrat 10. Der Graben-Leitungsteil 44 ist aus einem leitenden Material wie Polysilicium gebildet. Der Graben-Leitungsteil 44 in dem Grabenteil 40 ist nicht mit der Gate-Zuleitung verbunden. Der Graben-Leitungsteil 44 ist durch ein Kontaktloch und so weiter mit der Emitterelektrode 52, welche als die Anodenelektrode fungiert, elektrisch verbunden. Der Diodenteil 80 enthält das Katodengebiet 82 unter dem Driftgebiet 18 in dem Halbleitersubstrat 10. Das Katodengebiet 82 ist vom N+-Typ. Das Katodengebiet 82 kann an der Unterseite des Puffergebiets 20 angeordnet sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 hat einen Aufbau, bei welchem der Transistorteil 70 und der Diodenteil 80 in regelmäßigen Abständen angeordnet sind wie in 2 und 3 gezeigt. In dem Fall, in welchem der Abstand der Vielzahl von Graben-Gates 30 und so weiter in dem Transistorteil 70 groß ist, hängt die Äquipotentialebene des aktiven Gebiets von den Graben-Gates 30 ab und ändert sie sich in regelmäßigen Abständen, so dass die elektrische Feldstärke in dem unteren Teil des Graben-Gate 30 zunimmt. Demgemäß geht die Durchbruchspannung in dem unteren Teil des Graben-Gate 30 zurück. Deshalb wird die Durchbruchspannung der gesamten Halbleitervorrichtung 100 in vielen Fällen auch durch die Durchbruchspannung in dem aktiven Gebiet bestimmt. Wenn der Abstand der Graben-Gates 30 verringert ist, ändert sich die Äquipotentialebene nicht stark, so dass die Durchbruchspannung in dem aktiven Gebiet ansteigt. Demgemäß kann die Durchbruchspannung in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90 möglicherweise die Durchbruchspannung der gesamten Halbleitervorrichtung 100 bestimmen. In Anbetracht des Obigen wird in der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels die Durchbruchspannung in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90 verbessert, so dass die Durchbruchspannung der gesamten Halbleitervorrichtung 100 erhöht wird.
  • 4 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in 1 zeigt. 4 zeigt vor allem einen Aufbau in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90. Das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 enthält einen Isolierfilm 56, einen leitenden Teil 54 und ein P+-Wannengebiet 110. Das P+-Wannengebiet 110 kann, wenn es mit der Emitterelektrode 52 elektrisch verbunden ist, ein Emitterpotential aufweisen. Darüber hinaus kann das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 das Driftgebiet 18 und die Rückseitenelektrode 24 wie oben beschrieben enthalten. Demgemäß können das Driftgebiet 18 und die Rückseitenelektrode 24 sich sowohl in das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 als auch in den Transistorteil 70 erstrecken.
  • Der Isolierfilm 56 ist auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 gebildet. Der Isolierfilm 56 kann zusammenhängend mit dem in 2 beschriebenen Gate-Isolierfilm 32 gebildet sein. In diesem Fall kann der Isolierfilm 56 aus dem gleichen Material wie der Gate-Isolierfilm 32 bestehen und kann er die gleiche Dicke wie der Gate-Isolierfilm 32 haben. Der Isolierfilm 56 kann durch Oxidieren oder Nitrieren der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 gebildet sein. Der leitende Teil 54 ist über den Isolierfilm 56 auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der leitende Teil 54 kann aus einem leitenden Material wie Metall oder Polysilicium gebildet sein. In dem vorliegenden Beispiel ist der leitende Teil 54 ein Metallfilm wie Aluminium. Der leitende Teil 54 kann eine Anschlussfleck-Schicht sein, kann eine Verdrahtung sein und kann ein Sensorabschnitt sein.
  • Das P+-Wannengebiet 110 kann unter dem leitenden Teil 54 in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sein. Das P+-Wannengebiet 110 kann sich von der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 nach unten erstrecken. Das P+-Wannengebiet 110 erstreckt sich nach unten über das Basisgebiet 14 in dem Transistorteil 70 hinaus. Das heißt, die Tiefe des P+-Wannengebiets 110 in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10 (Z-Achsen-Richtung) kann größer sein als diejenige des Basisgebiets 14 in dem Transistorteil 70. Das P+-Wannengebiet 110 kann eine höhere P+-Dotierungskonzentration aufweisen als das P-Basisgebiet 14 in dem Transistorteil 70.
  • In dem vorliegenden Beispiel enthält die Halbleitervorrichtung 100 einen Injektionsmengenbeschränkungsteil 28, welcher mindestens einen Teil des Gebiets, welches unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist, einnimmt und welcher eine kleinere Ladungsträgerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp pro Flächeneinheit aufweist als das Kollektorgebiet 22. Der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 enthält eine N-leitende Schicht, welche unter dem P+-Wannengebiet 110 in der gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 angeordnet ist. Hier ist, wenn zwei oder mehr Gebiete in der gleichen Tiefe angeordnet sind, mit diesem Satz nicht nur ein Fall gemeint, in welchem deren vorder- und rückseitige Oberflächen an der gleichen Position in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10 (der Z-Achsen-Richtung) angeordnet sind, sondern auch ein Fall, in welchem die Gebiete zusammen an einer beliebigen Position in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10 (der Z-Achsen-Richtung) angeordnet sind.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist das Puffergebiet 20 als die N-leitende Schicht vorgesehen. Das Puffergebiet 20 in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90 kann ein erstes Puffergebiet 21 und ein zweites Puffergebiet 23 enthalten. Das erste Puffergebiet 21 ist in der gleichen Tiefe wie das Puffergebiet 20 in dem Transistorteil 70 angeordnet. Das zweite Puffergebiet 23 ist in der gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 so angeordnet, dass es mit der Rückseitenelektrode 24 in Kontakt steht
  • Die unter dem P+-Wannengebiet 110 in der gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 angeordnete N-leitende Schicht kann eine höhere N-Dotierungskonzentration aufweisen als das Driftgebiet 18. In dem vorliegenden Beispiel kann eine N-Dotierungskonzentration des zweiten Puffergebiets 23 höher als die N-Dotierungskonzentration in dem Driftgebiet 18 sein. Dadurch kann ein Übergangswiderstand zwischen der N-leitenden Schicht und der Rückseitenelektrode 24 verringert werden. Jede der N-Dotierungskonzentrationen des ersten Puffergebiets 21 und des zweiten Puffergebiets 23 kann höher als die N-Dotierungskonzentration in dem Driftgebiet 18 sein
  • Die in der gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 angeordnete N-leitende Schicht ist nicht auf das Puffergebiet 20 beschrankt. Wenn die Halbleitervorrichtung 100 das Puffergebiet 20 nicht enthält, kann das Driftgebiet 18 eine in der gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 angeordnete N-leitende Schicht sein.
  • In dem vorliegenden Beispiel nimmt der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 das gesamte Gebiet, welches unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist, ein. Von oben gesehen, kann der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 so unterteilt sein, dass er mindestens das P+-Wannengebiet 110 enthält. Von oben gesehen, kann eine Position eines Endteils 114 des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 mit derjenigen eines Endteils 112 des P+-Wannengebiets 110 übereinstimmen. Mit „von oben gesehen“ ist eine Ansicht von der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 her gemeint.
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist das P+-Wannengebiet 110 vorgesehen. Ein spezifischer Widerstand desselben kann durch das P+-Wannengebiet 110 verringert werden Die Verringerung des spezifischen Widerstands sorgt auch für einen geringeren Spannungsabfall (eine geringere elektromotorische Kraft) bei Stromfluss. Demgemäß kann, da auch die elektromotorische Kraft, welche erzeugt wird, wenn ein Strom von dem mit dem P+-Wannengebiet 110 in direktem Kontakt stehenden Transistorteil 70 entlang einer zu dem Isolierfilm 56 parallelen Ebene (X-Ebene) fließt, verringert wird, verhindert werden, dass der Isolierfilm 56 des Signalanschlussfleck-Gebiets 90 beschädigt wird.
  • Da das P+-Wannengebiet 110 tiefer als das Basisgebiet 14 in dem Transistorteil 70 gebildet ist, geht eine Durchbruchspannung in dem mit dem P+-Wannengebiet 110 zu versehenden Signalanschlussfleck-Gebiet 90 wahrscheinlich zurück. Jedoch gibt es gemäß der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels kein Kollektorgebiet 22 in einem Gebiet, welches unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist. Anders ausgedrückt, in mindestens einem Teil des Gebiets unter dem P+-Wannengebiet 110 enthält die Halbleitervorrichtung 100 den Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 mit einer kleineren Ladungsträgerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp pro Flächeneinheit als derjenigen des Kollektorgebiets 22.
  • Wenn eine kleinere Menge Ladungsträger vom zweiten Leitfähigkeitstyp von der Rückseitenelektrode 24 her in das unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnete Gebiet injiziert wird, steigt die Durchbruchspannung an. Die Sperrschicht dehnt sich wahrscheinlich in dem Halbleitersubstrat 10 in einen von den Ladungsträgern freien Teil aus. Demgemäß dehnt sich die Sperrschicht, wenn die Ladungsträger vom zweiten Leitfähigkeitstyp von der Rückseitenelektrode 24 her injiziert werden, weniger wahrscheinlich aus, so dass die Durchbruchspannung niedriger wird als wenn keine Ladungsträger injiziert werden. Umgekehrt kann sich die Sperrschicht, wenn ein lokaler Teil ohne von der Rückseitenelektrode 24 her in diesen injizierte Ladungsträger vom zweiten Leitfähigkeitstyp geschaffen wird, ausdehnen, so dass die Durchbruchspannung in diesem Teil ansteigt.
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels wird die Injektion der Ladungsträger vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einem Gebiet, in welchem die Durchbruchspannung infolge des Vorhandenseins des P+-Wannengebiets 110 wahrscheinlich zurückgeht, verringert. Demgemäß kann infolge des Vorhandenseins des P+-Wannengebiets 110 die Durchbruchspannung in dem Gebiet, dessen Durchbruchspannung wahrscheinlich zurückgeht, erhöht werden. Dadurch wird ein Durchbruchspannungs-Unterschied in der Halbleitervorrichtung 100 verringert, so dass die Durchbruchspannung in der Halbleitervorrichtung 100 erhöht werden kann.
  • Der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 braucht nicht unbedingt das gesamte Signalanschlussfleck-Gebiet 90 zu überlappen. Der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 kann mindestens unter dem Grenzpunkt 97, an welchem der Transistorteil 70, der Diodenteil 80 und das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 aneinander angrenzen, angeordnet sein. Insbesondere wenn die Halbleitervorrichtung 100 ein RC-IGBT ist, ist die Durchbruchspannung des Diodenteils 80 ohne Ladungsträgerinjektion von der Seite der Rückseitenelektrode 24 her höher, so dass in dem Grenzpunkt 97 wie in 1 gezeigt ein Durchbruchspannungs-Unterschied wahrscheinlich erzeugt wird. Da der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 unter dem Grenzpunkt 97 angeordnet ist, kann der Durchbruchspannungs-Unterschied in der Halbleitervorrichtung 100 verringert werden.
  • Nun wird ein Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 in dem vorliegenden Beispiel beschrieben. Zuerst werden in der vorderseitigen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100 Fremdatom-Gebiete wie das Emittergebiet 12 und das Basisgebiet 14 gebildet. Darüber hinaus wird auch ein Fremdatom-Gebiet wie das P+-Wannengebiet 110 gebildet. Das Basisgebiet 14 kann durch Implantation von Fremdatomen wie Phosphor gebildet werden Das P+-Wannengebiet 110 kann durch Implantation der Fremdatome wie Bor gebildet werden. Darüber hinaus werden das Graben-Gate 30 und so weiter gebildet, nachdem die Fremdatom-Gebiete gebildet wurden. Dann wird der dielektrische Zwischenschichtfilm 38, welcher jedes Graben-Gate 30 bedeckt, gebildet.
  • Dann wird die Emitterelektrode 52 gebildet. Die Emitterelektrode 52 kann durch Sputtern gebildet werden. Beim Sputtern kann eine Temperatur des Halbleitersubstrats 10 zwischen ungefähr 350 °C und 450 °C eingestellt werden. Dann werden die vorderseitige Oberfläche und die entgegengesetzte Seite des Halbleitersubstrats 10 geschliffen, um eine Dicke des Halbleitersubstrats 10 einzustellen. Die Dicke des Halbleitersubstrats 10 wird entsprechend der Durchbruchspannung der betroffenen Halbleitervorrichtung 100 eingestellt.
  • Dann wird eine Rückseitenstruktur der Halbleitervorrichtung 100 gebildet. Eine Rückseitenstruktur enthält zum Beispiel das Kollektorgebiet 22 und das Katodengebiet 82. Das Kollektorgebiet 22 kann durch Implantation der P-Fremdatome wie Bor gebildet werden. Beim Bilden des Kollektorgebiets 22 kann in einem dem unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordneten Gebiet entsprechenden Gebiet, das heißt, dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90 eine Maske gebildet werden, um zu verhindern, dass die P-Fremdatome wie Bor implantiert werden. Infolgedessen wird das Kollektorgebiet 22 nicht unter dem P+-Wannengebiet 110 gebildet. Dann werden von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 her Protonen injiziert, um das Puffergebiet 20 zu bilden. Das Halbleitersubstrat 10 wird geglüht, um die in das Puffergebiet 20 injizierten Protonen zu aktivieren.
  • Nun wird eine Wirkung der wie oben beschrieben aufgebauten Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels beschrieben. In der Beschreibung der Wirkung der Halbleitervorrichtung 100 in dem vorliegenden Beispiel wird auf ein Vergleichsbeispiel Bezug genommen. 5 ist eine Ansicht, welche ein Querschnittsbeispiel einer Halbleitervorrichtung 300 in dem Vergleichsbeispiel zeigt. In der Halbleitervorrichtung 300 dehnt sich das P-Kollektorgebiet 22 so aus, dass es das unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnete Gebiet einnimmt.
  • 6 ist eine Ansicht, welche ein Simulationsergebnis bezüglich einer Verteilung von Leitungsströmen und einer Verteilung von Stoßionisationsraten in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der obere Teil der 6 zeigt die Verteilung von Leitungsströmen in einem Spannungsklemmungs-Zustand. Der untere Teil der 6 zeigt die Verteilung von Stoßionisationsraten in dem Spannungsklemmungs-Zustand. Entsprechend ist 7 eine Ansicht, welche ein Simulationsergebnis bezüglich einer Verteilung von Leitungsströmen und einer Verteilung von Stoßionisationsraten in der Halbleitervorrichtung 300 des Vergleichsbeispiels zeigt. In 6 und 7 entspricht die vertikale Achse einer Tiefenrichtung (Z-Achsen-Richtung) und entspricht die horizontale Achse einer in der Ebene liegenden Richtung (X-Richtung) in der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10.
  • Eine Fläche 201 weist den geringsten Leitungsstrom auf, und der Leitungsstrom wird von Fläche 201 zu Fläche 202 zu Fläche 203 zu Fläche 204 zu Fläche 205 größer. Die Fläche 205 weist den größten Leitungsstrom auf. Wie in 7 gezeigt, hat in der Halbleitervorrichtung 300 des Vergleichsbeispiels der Leitungsstrom in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist, die Fläche 205 mit dem größten Wert. Andererseits hat, wie in 6 gezeigt, in der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels der Leitungsstrom in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist, die Fläche 201 und die Fläche 202.
  • Bezüglich der als Hinweis für einen Durchbruch wie das Lawinenphänomen dienenden Stoßionisationsrate hat eine Fläche 211 die geringste Fläche, und die Stoßionisationsraten werden von Fläche 211 zu Fläche 212 zu Fläche 213 zu Fläche 214 zu Fläche 215 zu Fläche 216 größer. Die Fläche 216 weist die höchste Stoßionisationsrate auf. Wie in 7 gezeigt, hat in der Halbleitervorrichtung 300 des Vergleichsbeispiels die Stoßionisationsrate in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist, die Fläche 216 mit dem höchsten Wert. Andererseits hat, wie in 6 gezeigt, in der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels die Stoßionisationsrate in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist, die Fläche 211 und die Fläche 212.
  • In der Halbleitervorrichtung 300 des Vergleichsbeispiels wie in 7 gezeigt hat die Stoßionisationsrate in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist, einen höheren Wert, was auf ein Auftreten des Lawinenphänomens hinweist. Infolgedessen verdichtet sich in der Halbleitervorrichtung 300 des Vergleichsbeispiels der Strom in einem Gebiet, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist. Andererseits wird in der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wie in 6 gezeigt das Lawinenphänomen unterbunden, was verhindern kann, dass sich der Strom in dem Gebiet, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist, verdichtet.
  • 8 ist eine Ansicht, welche eine Lagebeziehung zwischen dem P+-Wannengebiet 110 und dem Kollektorgebiet 22 zeigt. In dem vorliegenden Beispiel wird als ein Beispiel ein Fall gezeigt, in welchem das P+-Wannengebiet 110 mittels einer Ionenimplantation unter Verwendung einer Maske von 36,5 µm Breite und einer Glühbehandlung nach der Ionenimplantation gebildet ist Eine Breite d des P+-Wannengebiets 110 ist auf einen vorbestimmten, einen durch die Glühbehandlung diffundierten Teil enthaltenden Wert eingestellt. In dem vorliegenden Beispiel beträgt die Breite d des P+-Wannengebiets 110 43 µm. Die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 entspricht einer Breite eines Teils, in welchem das Kollektorgebiet 22 nicht vorhanden ist.
  • In dem Fall, in welchem die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 kleiner als die Breite d des P+-Wannengebiets 110 ist, dehnt sich das Kollektorgebiet 22 so aus, dass es das unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnete Gebiet einnimmt. Demgemäß überlappt das Kollektorgebiet 22, von oben gesehen, das P+-Wannengebiet 110. Dann, mit zu dem Wert der Breite d des P+-Wannengebiets 110 hin zunehmender Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28, wird ein Überlappungsteil zwischen dem Kollektorgebiet 22 und dem P+-Wannengebiet 110, von oben gesehen, kleiner. In dem Fall, in welchem die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 größer als die oder gleich der Breite d des P+-Wannengebiets 110 ist, ist überhaupt kein Kollektorgebiet 22 in dem unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordneten Gebiet vorgesehen. Anders ausgedrückt, der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 nimmt das gesamte Gebiet, welches unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist, ein. In diesem Fall überlappt das Kollektorgebiet 22, von oben gesehen, das P+-Wannengebiet 110 nicht.
  • 9 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 und einer Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 zeigt. In dem Fall, in welchem die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 gleich null ist, das heißt, in dem Fall, in welchem das P-Kollektorgebiet 22 das gesamte unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnete Gebiet einnimmt, steigt die Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 auf ungefähr 200 °C. Dies entspricht der in 5 gezeigten Halbleitervorrichtung 300 des Vergleichsbeispiels. Da sich der Strom in dem Gebiet, in welchem das P+-Wannengebiet 110 vorhanden ist, verdichtet, kommt es zu dem Temperaturanstieg.
  • Mit zu dem Wert der Breite d des P+-Wannengebiets 110 hin zunehmender Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 geht die Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 zurück. Das heißt, mit, von oben gesehen, kleiner werdendem Überlappungsteil zwischen dem Kollektorgebiet 22 und dem P+-Wannengebiet 110 geht die Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 zurück. Dann, wenn die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 den Wert der Breite d des P+-Wannengebiets 110 erreicht hat, besteht, von oben gesehen, keine Überlappung zwischen dem Kollektorgebiet 22 und dem P+-Wannengebiet 110 und hat die Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 den Minimalwert.
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel kann in dem Fall, in welchem die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 60% der Breite d des P+-Wannengebiets 110 beträgt, das heißt, in dem Fall, in welchem das von dem Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 eingenommene Gebiet 60% des unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordneten Gebiets entspricht, die Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 auf einen Wert kleiner als oder gleich 100 °C reguliert werden. In dem Fall, in welchem die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 90% der Breite d des P+-Wannengebiets 110 beträgt, das heißt, in dem Fall, in welchem das von dem Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 eingenommene Gebiet 90% des unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordneten Gebiets entspricht, kann die Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 auf einen Wert kleiner als oder gleich 50 °C reguliert werden. Ferner kann in dem Fall, in welchem die Breite w des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 größer als die oder gleich der Breite d des P+-Wannengebiets 110 ist, das heißt, in dem Fall, in welchem der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 das gesamte unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnete Gebiet einnimmt, die Temperatur an dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 auf ungefähr Zimmertemperatur reguliert werden. Demgemäß entspricht das von dem Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 eingenommene Gebiet bevorzugt einem Anteil größer als oder gleich 60% des projizierten Gebiets, welches man durch Projizieren des P+-Wannengebiets 110 auf die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erhält, bevorzugter einem Anteil größer als oder gleich 90% des projizierten Gebiets und noch bevorzugter dem gesamten projizierten Gebiet.
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels geht eine Wärmeerzeugung infolge des sich verdichtenden Stroms zurück, so dass verhindert werden kann, dass es zu einer auf die Wärmeerzeugung zurückzuführenden Beschädigung des Signalanschlussfleck-Gebiets 90 kommt. Insbesondere kann verhindert werden, dass es zu einer auf die Wärmeerzeugung infolge des sich verdichtenden Stroms zurückzuführenden Beschädigung des Isolierfilms 56 kommt. Infolgedessen kann die Widerstandsfähigkeit verbessert werden. Darüber hinaus wird, da die Halbleitervorrichtung so konfiguriert ist, dass das Kollektorgebiet 22 nicht nur in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90 vorgesehen ist, eine IGBT-Kennlinie in dem Transistorteil 70 weniger beeinträchtigt.
  • 10 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Halbleitervorrichtung 100 der ersten Ausführungsform ist ein Fall beschrieben, welcher die leitende Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, welche unter dem P+-Wannengebiet 110 in dergleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 angeordnet ist, einschließt. Andererseits enthält in dem vorliegenden Beispiel ein Injektionsmengenbeschränkungsteil eine leitende Schicht 29 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, welche unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist Die leitende Schicht 29 vom zweiten Leitfähigkeitstyp weist eine Dotierungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps auf, welche niedriger ist als eine Dotierungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Kollektorgebiet 22. Die leitende Schicht 29 ist vom P-Typ.
  • In dem vorliegenden Beispiel nimmt die leitende Schicht 29 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, welche als der Injektionsmengenbeschränkungsteil fungiert, das gesamte Gebiet, welches unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist, ein. Von oben gesehen, kann die leitende Schicht 29 vom zweiten Leitfähigkeitstyp so unterteilt sein, dass sie mindestens das P+-Wannengebiet 110 enthält. Von oben gesehen, kann eine Position eines Endteils der leitenden Schicht 29 mit der Position des Endteils 112 des P+-Wannengebiets 110 übereinstimmen. In dem vorliegenden Beispiel ist die leitende Schicht 29 in der gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 angeordnet. Die leitende Schicht 29 kann mit einer Rückseitenelektrode 24 in Kontakt stehen. Abgesehen von dem Aufbau des Injektionsmengenbeschränkungsteils ist der Aufbau der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels der gleiche wie derjenige der Halbleitervorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform Demgemäß wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels kann mittels einer Vielfalt von Herstellungsverfahren hergestellt werden. Zum Beispiel werden beim Bilden der Rückseitenstruktur der Halbleitervorrichtung 100 die P-Fremdatome so implantiert, dass das Kollektorgebiet 22 und ein entsprechendes Gebiet (d.h. Signalanschlussfleck-Gebiet 90) unter dem P+-Wannengebiet 110 eine erste Dotierungskonzentration gemein haben. Dann können, nachdem eine Maske, welche das dem unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordneten Gebiet entsprechende Gebiet bedeckt, das heißt, eine Maske, welche das Signalanschlussfleck-Gebiet 90 bedeckt, gebildet wurde, zusätzlich P-Fremdatome in das Kollektorgebiet 22 implantiert werden, um eine zweite Dotierungskonzentration, welche höher als die erste Dotierungskonzentration ist, zu erzielen. Die Halbleitervorrichtung 100 der zweiten Ausführungsform kann mittels des obigen Herstellungsverfahrens hergestellt werden.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 in dem vorliegenden Beispiel weist die leitende Schicht 29 die Dotierungskonzentration der P-Fremdatome vom zweiten Leitfähigkeitstyp, welche niedriger als diejenige des Kollektorgebiets 22 ist, auf.
  • Wegen unterschiedlicher Dotierungskonzentrationen der P-Fremdatome enthält die leitende Schicht 29 eine Ladungsträgerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp pro Flächeneinheit, welche kleiner als diejenige des Kollektorgebiets 22 ist. Demgemäß fungiert die leitende Schicht 29 als der Injektionsmengenbeschränkungsteil. Außerdem wird durch das vorliegende Beispiel die Ladungsträgerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dem Teil, in welchem das P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist, verringert, so dass die Durchbruchspannung erhöht werden kann.
  • 11 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dem vorliegenden Beispiel enthält der Injektionsmengenbeschränkungsteil einen unter dem P+-Wannengebiet 110 und zwischen dem Halbleitersubstrat 10 und der Rückseitenelektrode 24 angeordneten Isolierfilm 27. Als ein Beispiel ist der Isolierfilm 27 aus einem Oxidfilm wie einem Siliciumoxidfilm oder einem Nitridfilm wie einem Siliciumnitridfilm gebildet.
  • In dem vorliegenden Beispiel nimmt der Isolierfilm 27, welcher als der Injektionsmengenbeschränkungsteil fungiert, das gesamte unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnete Gebiet ein. Von oben gesehen, kann der Isolierfilm 27 so unterteilt sein, dass er mindestens das P+-Wannengebiet 110 enthält. Von oben gesehen, kann eine Position eines Endteils 116 des Isolierfilms 27 mit der Position des Endteils 112 des P+-Wannengebiets 110 übereinstimmen. In dem vorliegenden Beispiel kann sich das P-Kollektorgebiet 22 so ausdehnen, dass es das unter dem P+-Wannengebiet 110 angeordnete Gebiet einnimmt Der Isolierfilm 27 kann so angeordnet sein, dass er mit dem Kollektorgebiet 22 in Kontakt steht. Abgesehen von dem Aufbau des Injektionsmengenbeschränkungsteils ist der Aufbau der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels der gleiche wie derjenige der Halbleitervorrichtung 100 in der ersten und der zweiten Ausführungsform. Demgemäß wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels kann mittels einer Vielfalt von Herstellungsverfahren hergestellt werden. Zum Beispiel wird, nachdem das Kollektorgebiet 22 an der rückseitigen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100 gebildet wurde, ein Isolierfilm auf dem Kollektorgebiet 22 gebildet. Der Isolierfilm 27 bleibt in dem Signalanschlussfleck-Gebiet 90 zurück, indem der Isolierfilm mit einem Muster versehen wird. Dadurch wird das Kollektorgebiet 22 in dem Transistorteil 70 freigelegt. Die Rückseitenelektrode 24 wird so gebildet, dass sie das freigelegte Kollektorgebiet 22 und den Isolierfilm 27 bedeckt. Die Rückseitenelektrode 24 kann nach Bedarf eingeebnet werden. Es besteht keine elektrische Leitung zwischen dem Isolierfilm 27 und der Rückseitenelektrode 24 Demgemäß kann in einem Gebiet, in welchem der Isolierfilm 27 angeordnet ist, beabsichtigt sein, dass die Rückseitenelektrode 24 nicht vorgesehen ist
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels wird die Ladungstragerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp in den Teil, in welchem das P+-Wannengebiet 110 angeordnet ist, durch den Isolierfilm 27 begrenzt. Demgemäß kann die Durchbruchspannung auch durch das vorliegende Beispiel erhöht werden.
  • 12 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Schnitts C-C' in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt In dem vorliegenden Beispiel enthält der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 eine N-leitende Schicht, welche unter dem P+-Wannengebiet 110 in der gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet 22 angeordnet ist. In dem vorliegenden Beispiel ist das Puffergebiet 20 als die N-leitende Schicht vorgesehen. In dem vorliegenden Beispiel ist das Gebiet, in welchem der Injektionsmengenbeschränkungsteil 28 angeordnet ist, breiter als ein projiziertes Gebiet, in welchem das P+-Wannengebiet 110 auf die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 projiziert ist. Infolgedessen befindet sich der Endteil 114 des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 näher an der Seite des Transistorteils 70 als der Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110. Demgemäß enthält der Transistorteil 70 einen Teil, in welchem kein Kollektorgebiet 22 vorgesehen ist. Der Endteil 114 des Injektionsmengenbeschränkungsteils 28 (der Endteil des Kollektorgebiets 22) ist, von oben gesehen, um einen Abstand Q von dem Endteil 112 des P+-Wannengebiets 110 entfernt. Der Abstand Q kann zwischen 0 µm und 50 µm liegen. Wenn der Abstand Q größer als oder gleich 50 µm ist, gibt es einen Fall, in welchem die Kennlinie des Transistorteils 70 beeinträchtigt wird. Somit ist es wünschenswert, dass der Abstand Q kleiner als oder gleich 50 µm ist.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen können kombiniert werden. Für Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Verbesserungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Aus dem Umfang der Ansprüche geht außerdem hervor, dass die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen versehenen Ausführungsformen in dem technischen Umfang der Erfindung enthalten sein können.
  • Die Operationen, Prozeduren, Schritte und Phasen jedes durch eine Apparatur, ein System, ein Programm und ein Verfahren, welche in den Ansprüchen, in der Beschreibung oder in den Zeichnungen gezeigt sind, durchgeführten Prozesses können in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht ausdrücklich durch „vor“, „davor“ oder dergleichen angegeben ist und solange die Ausgabe aus einem vorherigen Prozess nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Auch wenn der Prozessablauf in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Zeichnungen unter Verwendung von Wendungen wie „zuerst“ oder „dann“ beschrieben ist, bedeutet das nicht unbedingt, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleitersubstrat
    12
    Emittergebiet
    14
    Basisgebiet
    15
    Kontaktgebiet
    18
    Driftgebiet
    20
    Puffergebiet
    21
    erstes Puffergebiet
    22
    Kollektorgebiet
    23
    zweites Puffergebiet
    24
    Rückseitenelektrode
    27
    Isolierfilm
    28
    Injektionsmengenbeschränkungsteil
    29
    leitende Schicht
    30
    Gate-Graben
    32
    Gate-Isolierfilm
    33
    Gate-Graben
    34
    Gate-Leitungsteil
    38
    dielektrischer Zwischenschichtfilm
    40
    Grabenteil
    42
    Grabenisolierfilm
    43
    Graben
    44
    Graben-Leitungsteil
    50
    Randabschlussstruktur
    52
    Emitterelektrode
    54
    leitender Teil
    56
    Isolierfilm
    70
    Transistorteil
    80
    Diodenteil
    82
    Kathodengebiet
    90
    Signalanschlussfleck-Gebiet
    92
    Anschlussfleck-Gebiet
    93
    Anschlussfleck-Gebiet
    94
    Gate-Anschlussfleck-Gebiet
    95
    Temperatursensorverdrahtungs-Gebiet
    96
    Gate-Verdrahtungsteil-Gebiet
    97
    Grenzpunkt
    100
    Halbleitervorrichtung
    110
    P+-Wannengebiet
    112
    Endteil
    114
    Endteil
    116
    Endteil
    201
    Fläche
    202
    Fläche
    203
    Fläche
    204
    Fläche
    205
    Fläche
    211
    Fläche
    212
    Fläche
    213
    Fläche
    214
    Fläche
    215
    Fläche
    216
    Fläche
    300
    Halbleitervorrichtung

Claims (10)

  1. Halbleitervorrichtung, enthaltend einen Transistorteil und einen Diodenteil, wobei der Transistorteil enthält: ein in einem Halbleitersubstrat gebildetes Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp; ein über dem Driftgebiet in dem Halbleitersubstrat angeordnetes Basisgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp; und ein unter dem Driftgebiet in dem Halbleitersubstrat angeordnetes Kollektorgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp und wobei der Transistorteil ein in dem Halbleitersubstrat angeordnetes und sich nach unten über das Basisgebiet hinaus erstreckendes Wannengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält und wobei der Transistorteil einen mindestens einen Teil eines Gebiets, welches unter dem Wannengebiet angeordnet ist, einnehmenden Injektionsmengenbeschränkungsteil enthält, wobei der Injektionsmengenbeschränkungsteil eine kleinere Ladungsträgerinjektionsmenge vom zweiten Leitfähigkeitstyp pro Flächeneinheit aufweist als das Kollektorgebiet.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Transistorteil einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode enthält und der Diodenteil eine Freilaufdiode enthält, welche mit dem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode elektrisch verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, enthaltend ein mit dem Transistorteil oder dem Diodenteil in direktem Kontakt stehendes Signalanschlussfleck-Gebiet, wobei das Signalanschlussfleck-Gebiet enthält: einen auf einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildeten Isolierfilm; und einen auf dem Isolierfilm gebildeten leitenden Teil, und wobei das Wannengebiet unter dem leitenden Teil angeordnet ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Injektionsmengenbeschränkungsteil eine leitende Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, welche unter dem Wannengebiet in einer gleichen Tiefe wie das Kollektorgebiet angeordnet ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die leitende Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp eine höhere Dotierungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist als das Driftgebiet.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Injektionsmengenbeschränkungsteil eine leitende Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält, welche unter dem Wannengebiet angeordnet ist, und wobei die leitende Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp eine niedrigere Dotierungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist als das Kollektorgebiet.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Transistorteil ferner eine Rückseitenelektrode enthält, welche auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist und welche mit dem Kollektorgebiet elektrisch verbunden ist, und wobei der Injektionsmengenbeschränkungsteil einen Isolierfilm enthält, welcher zwischen dem Halbleitersubstrat und der Rückseitenelektrode angeordnet ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Wannengebiet eine höhere Dotierungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist als das Basisgebiet.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Injektionsmengenbeschränkungsteil das gesamte Gebiet, welches unter dem Wannengebiet angeordnet ist, einnimmt.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Injektionsmengenbeschränkungsteil unter einem Grenzpunkt, an welchem der Transistorteil, der Diodenteil und das Signalanschlussfleck-Gebiet aneinander angrenzen, angeordnet ist.
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