DE112021000878T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Tomoyuki Obata
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Abstract

Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen aktiven Abschnitt, der auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist; eine Vielzahl von Grabenabschnitten, die jeweils einen Gatter-Leitungsabschnitt umfassen und in einer vorgegebenen Anordnungsrichtung angeordnet sind, während sie sich in einer vorgegebenen Erstreckungsrichtung im aktiven Abschnitt erstrecken, wobei ein Formverhältnis des Leitungsabschnitts einer Grabenlänge in Erstreckungsrichtung zu einer Breite des Gatter-Leitungsabschnitts in Anordnungsrichtung 1.000 oder mehr beträgt; ein erstes Steuerfeld, das in Draufsicht von einer vorgegebenen ersten äußeren Randseite des Halbleitersubstrats zu einer Innenseite des Halbleitersubstrats absteht; und einen ersten Senkenbereich, der unter dem ersten Steuerfeld angeordnet ist, wobei der erste Senkenbereich so angeordnet ist, dass er das erste Steuerfeld in Draufsicht bedeckt, bei dem ein kürzester Abstand zwischen dem ersten Senkenbereich und einer Graben-Mittenposition als Mitte einer Länge der Vielzahl von Grabenabschnitten in Erstreckungsrichtung in Draufsicht 1.000 µm oder mehr beträgt.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • Üblicherweise ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, die eine Vielzahl von Grabenabschnitten umfasst, und in der Halbleitervorrichtung ist ein Senkenbereich unter einem Steuerfeld angeordnet.
  • STAND DER TECHNIK DOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichung Nr. 2019/078166
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung Nr. 2020-077674
    • Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldung Nr. 2019-186510
    • Patentdokument 4: Internationale Veröffentlichung Nr. 2018/154963
  • TECHNISCHE AUFGABE
  • Es wird bevorzugt, eine Beschädigung einer Halbleitervorrichtung zu vermeiden.
  • ALLGEMEINE OFFENBARUNG
  • Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, umfassend: einen aktiven Abschnitt, der auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist; eine Vielzahl von Grabenabschnitten, die jeweils einen Gatter-Leitungsabschnitt umfassen und in einer vorgegebenen Anordnungsrichtung angeordnet sind, während sie sich in einer vorgegebenen Erstreckungsrichtung im aktiven Abschnitt erstrecken, wobei ein Formverhältnis des Leitungsabschnitts einer Grabenlänge in Erstreckungsrichtung zu einer Breite des Gatter-Leitungsabschnitts in Anordnungsrichtung 1.000 oder mehr beträgt; ein erstes Steuerfeld, das in Draufsicht von einer vorgegebenen ersten äußeren umfänglichen Seite des Halbleitersubstrats zu einer Innenseite des Halbleitersubstrats absteht; und einen ersten Senkenbereich, der unter dem ersten Steuerfeld angeordnet ist, wobei der erste Senkenbereich so angeordnet ist, dass er das erste Steuerfeld in Draufsicht bedeckt, bei dem ein kürzester Abstand zwischen dem ersten Senkenbereich und einer Graben-Mittenposition als Mitte einer Länge der Vielzahl von Grabenabschnitten in Erstreckungsrichtung in Draufsicht 1.000 µm oder mehr beträgt.
  • Der kürzeste Abstand kann 1.500 µm oder mehr betragen.
  • Der kürzeste Abstand kann 2.000 µm oder mehr betragen.
  • Das Formverhältnis des Leitungsabschnitts der Vielzahl von Grabenabschnitten kann 3.000 oder mehr und 1 × 106 oder weniger betragen.
  • Die Vielzahl von Grabenabschnitten kann einen Gatter-Grabenabschnitt umfassen, der auf ein Gatterpotenzial eingestellt ist. Das Formverhältnis des Leitungsabschnitts des Gatter-Grabenabschnitts kann 5.000 oder mehr und 3 × 105 oder weniger betragen.
  • Das erste Steuerfeld kann ein Anodenfeld, ein Kathodenfeld und ein Messfeld umfassen.
  • Der erste Senkenbereich kann in Draufsicht rechteckig sein und drei Seiten des ersten Senkenbereichs können dem aktiven Abschnitt gegenüberliegen.
  • Der erste Senkenbereich kann einen Eckenabschnitt umfassen, der von der ersten äußeren Randseite absteht. Der kürzeste Abstand kann ein Abstand zwischen dem Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs und der Graben-Mittenposition sein.
  • Ein Abstand L1a von einer virtuellen Mittellinie zum Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs, wobei die virtuelle Mittellinie senkrecht zur erste äußeren Randseite steht und durch eine Mitte der ersten äußeren Randseite verläuft, kann 40% oder mehr einer Länge von der virtuellen Mittellinie zu einer äußeren Randkante des Halbleitersubstrats in einer Richtung senkrecht zur virtuellen Mittellinie betragen.
  • Der erste Senkenbereich kann symmetrisch in Bezug auf die virtuelle Mittellinie sein, wobei die virtuelle Mittellinie senkrecht zur ersten äußeren Randseite steht und durch die Mitte der ersten äußeren Randseite verläuft.
  • Der erste Senkenbereich kann asymmetrisch in Bezug auf die virtuelle Mittellinie sein, wobei die virtuelle Mittellinie senkrecht zur ersten äußeren Randseite steht und durch die Mitte der ersten äußeren Randseite verläuft.
  • Der erste Senkenbereich kann eine Kerbe aufweisen, die durch teilweises Ausschneiden einer Ecke des ersten Senkenbereichs in Draufsicht entsteht.
  • Die Halbleitervorrichtung kann umfassen: ein zweites Steuerfeld, das in Draufsicht von einer zweiten äußeren Randseite, die der ersten äußeren Randseite gegenüberliegt, zur Innenseite des Halbleitersubstrats absteht; und einen zweiten Senkenbereich, der unter dem zweiten Steuerfeld angeordnet ist, wobei der zweite Senkenbereich so angeordnet ist, dass er das zweite Steuerfeld in Draufsicht bedeckt. Der zweite Senkenbereich kann einen Eckenabschnitt umfassen, der von der zweiten äußeren Randseite absteht. Der Abstand L1a kann länger als ein Abstand L2a von der virtuellen Mittellinie zum Eckenabschnitt des zweiten Senkenbereichs in Erstreckungsrichtung sein.
  • Das zweite Steuerfeld kann ein Gatterfeld zum Einstellen der Vielzahl von Grabenabschnitten auf ein Gatterpotenzial umfassen.
  • Der aktive Abschnitt kann einen Transistorabschnitt und einen Diodenabschnitt aufweisen. Der Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs kann in Draufsicht am Transistorabschnitt angeordnet sein.
  • Die Vielzahl von Grabenabschnitten kann einen Dummy-Grabenbereich umfassen, der auf ein Emitterpotenzial eingestellt ist. Der Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs kann in Draufsicht am Dummy-Grabenbereich angeordnet sein.
  • Der aktive Abschnitt kann einen Transistorabschnitt und einen Diodenabschnitt aufweisen. Der Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs kann in Draufsicht am Diodenabschnitt angeordnet sein.
  • Die Halbleitervorrichtung kann einen über dem Halbleitersubstrat angeordneten Schutzfilm aufweisen. Der Diodenabschnitt kann einen Lebensdauersteuerbereich auf einer Frontflächenseite des Halbleitersubstrats umfassen. Der Schutzfilm kann so angeordnet sein, dass er den Diodenabschnitt in Draufsicht vermeidet.
  • Die Erstreckungsrichtung kann in Draufsicht parallel zur ersten Randseite sein.
  • Die Erstreckungsrichtung kann in Draufsicht senkrecht zur ersten Randseite sein.
  • Man beachte, dass die Zusammenfassung nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreibt. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt ein Beispiel einer Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Beispiel.
    • 1B zeigt eine vergrößerte Ansicht einer oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100.
    • 1C illustriert ein Beispiel eines Querschnitts a-a' in 1B.
    • 1D ist ein Schaubild zum Erklären einer Anordnung der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100.
    • 2A zeigt eine vergrößerte Ansicht der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100.
    • 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100.
    • 2C zeigt eine vergrößerte Ansicht der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100.
    • 2D zeigt ein Beispiel einer Ausgestaltung der Halbleitervorrichtung 100 mit einer Kerbe 118.
    • 2E zeigt ein Beispiel der Ausgestaltung der Halbleitervorrichtung 100 mit der Kerbe 118.
    • 3 zeigt ein Beispiel der Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100, die einen Schutzfilm 180 aufweist.
    • 4A zeigt ein Beispiel der Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Beispiel.
    • 4B zeigt ein Beispiel der Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Beispiel.
    • 5 ist ein schematisches Schaubild, das eine elektrische Feldstärke E(R) zeigt, die sich ergibt, wenn ein Lawinendurchbruch in einer Umgebung eines Eckenabschnitts 111 in einem AUS-Zustand auftritt.
    • 6A illustriert den kürzesten Abstand R in Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke in der Umgebung des Eckenabschnitts 111.
    • 6B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem kürzesten Abstand R1a und einer Fehlerrate einer Abschalt-Durchbruchfestigkeit (%).
    • 6C ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Nennspannung Vrate und einer Nennstromdichte Jrate zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben, wobei die folgenden Ausführungsbeispiel die in den Ansprüchen offenbarte Erfindung nicht einschränken. Außerdem sind nicht alle Kombinationen von Merkmalen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben werden, essenziell für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird eine Seite in Richtung parallel zu einer Tiefenrichtung eines Halbleitersubstrats als „obere“ und die andere Seite als „untere“ bezeichnet. Eine Oberfläche von zwei Hauptflächen eines Substrats, eine Schicht oder ein anderes Element wird als eine obere Oberfläche und die andere Oberfläche als eine untere Oberfläche bezeichnet. Die „untere“ Richtung und „obere“ Richtung sind nicht auf eine Richtung der Schwerkraft oder auf eine Richtung, in der eine Halbleitervorrichtung montiert ist, beschränkt.
  • In der vorliegenden Beschreibung können technische Sachverhalte unter Verwendung orthogonaler Koordinatenachsen X, Y und Z beschrieben werden. Die orthogonalen Koordinatenachsen bezeichnen lediglich relative Positionen von Komponenten und schränken nicht auf eine bestimmte Richtung ein. Beispielsweise ist die Z-Achse nicht ausschließlich auf eine Höhenrichtung relativ zum Boden beschränkt. Eine +Z-Richtung und eine -Z-Richtung sind einander entgegengesetzte Richtungen. Wenn die Z-Achsen-Richtung ohne Vorzeichen beschrieben wird, wird auf eine Richtung parallel zur +Z-Achse und zur -Z-Achse Bezug genommen.
  • In der vorliegenden Beschreibung werden orthogonalen Achsen parallel zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als die X-Achse und die Y-Achse bezeichnet. Außerdem wird eine Achse senkrecht zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als die Z-Achse bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung kann die Richtung der Z-Achse als die Tiefenrichtung bezeichnet werden. Außerdem kann in der vorliegenden Beschreibung eine Richtung parallel zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als eine horizontale Richtung, einschließlich einer X-Achse und einer Y-Achse, bezeichnet werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung können die Begriffe „gleich“ oder „selbe“ einen Fall bezeichnen, bei dem ein Fehler aufgrund eine Abweichung bei der Herstellung oder dergleichen enthalten ist. Der Fehler beträgt beispielsweise bis zu 10%.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird eine Leitfähigkeitsart eines Dotierungsbereichs, wo eine Dotierung mit einer Verunreinigung durchgeführt wurde, als p-artig oder n-artig bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung kann sich die Verunreinigung insbesondere auf einen beliebigen N-artigen Donator oder einen P-artigen Akzeptor beziehen und kann als Dotierstoff beschrieben werden. In der vorliegenden Beschreibung ist mit Dotierung das Einbringen des Donators oder des Akzeptors in ein Halbleitersubstrat zum Bilden eines Halbleiters mit einem N-artigen Leitfähigkeitstyp oder einem P-artigen Leitfähigkeitstyp gemeint.
  • In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet eine Dotierungskonzentration eine Konzentration des Donators oder eine Konzentration des Akzeptors in einem thermisch Gleichgewichtszustand. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet eine Netto-Dotierungskonzentration eine Netto-Konzentration, die durch Hinzufügen der Donatorenkonzentration als Konzentration positiver Ionen zur Akzeptorenkonzentration als Konzentration negativer Ionen erhalten wird, einschließlich der Polaritäten der Ladungen. Wenn beispielsweise ND die Donatorenkonzentration ist und NA die Akzeptorenkonzentration, wird die Netto-Dotierungskonzentration an einer beliebigen Position durch ND - NA angegeben. In der vorliegenden Beschreibung kann die Netto-Dotierungskonzentration einfach als die Dotierungskonzentration bezeichnet werden.
  • Der Donator hat die Funktion, Elektronen an einen Halbleiter bereitzustellen. Der Akzeptor hat die Funktion, Elektronen vom Halbleiter zu empfangen. Der Donator und der Akzeptor sind nicht auf die Verunreinigungen selbst beschränkt. Beispielsweise dient ein VOH-Defekt, der eine Kombination aus einer Leerstelle (V), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) ist, die im Halbleiter vorliegen, als der Donator, der Elektronen bereitstellt. In der vorliegenden Beschreibung kann der VOH-Defekt als ein Wasserstoffdonator bezeichnet werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung bedeuten die Bezeichnungen P+-artig oder N+-artig eine höhere Dotierungskonzentration als die Bezeichnungen P-artig oder N-artig, und die Bezeichnungen P--artig oder N--artig beziehen sich auf eine niedrigere Dotierungskonzentration als die Bezeichnungen P-artig oder N-artig. Außerdem bedeuten in der vorliegenden Beschreibung die Bezeichnungen P++-artig oder N++-artig, dass die Dotierungskonzentration größer ist als die von P+-artig oder N+-artig. Das Einheitensystem der vorliegenden Beschreibung ist, sofern nicht anders angegeben, ein SI-Einheitensystem. Eine Einheit einer Länge kann durch cm oder µm angegeben sein, aber die Berechnungen können nach Konvertieren der Einheiten in Meter (m) durchgeführt werden.
  • 1A zeigt ein Beispiel einer Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Beispiel. Die Halbleitervorrichtung 100 ist ein Halbleiterchip, der einen Transistorabschnitt 70 und einen Diodenabschnitt 80 aufweist. Die Halbleitervorrichtung 100 kann auf einem Modul, wie z.B. einem IPM („Intelligent Power Module“, intelligentes Leistungsmodul) montiert sein.
  • Der Transistorabschnitt 70 ist ein Bereich zum Durchführen eines Transistorvorgangs in der Halbleitervorrichtung 100. Der Transistorabschnitt 70 umfasst einen Transistor, wie z.B. einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gatterelektrode). Der Diodenabschnitt 80 ist ein Bereich zum Durchführen eines Diodenvorgangs, um Schaltkreisströme oder dergleichen in der Halbleitervorrichtung 100 gleichzurichten. Der Diodenabschnitt 80 umfasst eine Diode, wie z.B. eine Freilaufdiode (FWD). Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels ist ein rückwärtsleitender IGBT (RC-IGBT) mit dem Transistorabschnitt 70 und dem Diodenabschnitt 80 auf demselben Chip. Man beachte, dass in den jeweiligen Figuren der Bereich des Transistorabschnitts 70 durch ein Bezugszeichen I angegeben sein kann und der Bereich des Diodenabschnitts 80 durch ein Bezugszeichen F angegeben sein kann.
  • Ein Halbleitersubstrat 10 kann ein Siliziumsubstrat, ein Siliziumkarbidsubstrat, oder ein Nitrid-Halbleitersubstrat, wie z.B. Galliumnitrid oder dergleichen sein. Das Halbleitersubstrat 10 gemäß dem vorliegenden Beispiel ist ein Siliziumsubstrat. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst einen aktiven Abschnitt 102 und einen äußeren Randbereich 104. In der vorliegenden Beschreibung wird der Endabschnitt des Außenumfangs des Halbleitersubstrats 10 in Draufsicht als eine äußere Randkante 150 bezeichnet. In Draufsicht bezieht sich auf einen Fall, dass das Halbleitersubstrat 10 von einer Frontflächenseite in einer Richtung senkrecht zur Frontfläche (Z-Achsenrichtung) betrachtet wird.
  • Der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt 80 können abwechselnd nebeneinander in der XY-Ebene angeordnet sein. In Bereichen unter den Transistorabschnitten 70 und den Diodenabschnitten 80 kann eine Gatter-Metallschicht 50 über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sein. Man beachte, dass die Transistorabschnitte 70 und die Diodenabschnitte 80 des vorliegenden Beispiels Grabenabschnitte aufweisen, die in X-Achsenrichtung angeordnet sind, während sie sich in Y-Achsenrichtung erstrecken. Man beachte, dass die Transistorabschnitte 70 und die Diodenabschnitte 80 Grabenabschnitte aufweisen können, die in Y-Achsenrichtung angeordnet sind, während sie sich in X-Achsenrichtung erstrecken. Man beachte, dass die unten beschriebenen Grenzabschnitte 90 und Grenzabschnitt 92 in Bereichen neben den Transistorabschnitten 70 oder Diodenabschnitten 80 angeordnet sein können. Vom aktiven Abschnitt 102 können die Grenzabschnitte 92 in Draufsicht Bereiche zwischen den Diodenabschnitten 80 und der Gatter-Metallschicht 50 sein. Die Grenzabschnitte 92 des vorliegenden Beispiels sind in Bereichen zwischen den Diodenabschnitten 80 und der Gatter-Metallschicht 50 in Y-Achsenrichtung angeordnet und zwischen den Transistorabschnitten 70 in X-Achsenrichtung angeordnet. An den Grenzabschnitten 92 kann ein unten beschriebener Kollektorbereich 22 auf einer Rückenfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein.
  • Der aktive Abschnitt 102 umfasst die Transistorabschnitte 70 und die Diodenabschnitte 80. Der aktive Abschnitt 102 ist ein Bereich, wo ein Hauptstrom zwischen der Frontfläche und der Rückenfläche des Halbleitersubstrats 10 fließt, in einem Fall, dass die Halbleitervorrichtung 100 in einen EIN-Zustand versetzt wird. Das heißt, es ist ein Bereich, in dem der Strom durch das Innere des Halbleitersubstrats 10 von der Frontfläche zur Rückfläche oder von der Rückfläche zur Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 in Tiefenrichtung fließt. In der vorliegenden Beschreibung können die Transistorabschnitte 70 und die Diodenabschnitte 80 jeweils als ein Vorrichtungsabschnitt oder ein Vorrichtungsbereich bezeichnet werden.
  • Man beachte, dass ein durch die zwei Vorrichtungsabschnitte eingefasster Bereich in Draufsicht auch der aktive Abschnitt 102 sein kann. Im vorliegenden Beispiel sind Bereiche, wo die Gatter-Metallschicht 50 angeordnet ist, die durch die Vorrichtungsabschnitte eingefasst sind, auch im aktiven Abschnitt 102 enthalten.
  • Die Gatter-Metallschicht 50 ist aus einem Material gebildet, das Metall enthält. Beispielsweise ist die Gatter-Metallschicht 50 aus Aluminium, einer Aluminium-Silizium-Legierung oder einer Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierung ausgebildet. Die Gatter-Metallschicht 50 ist elektrisch mit einem Gatter-Leitungsabschnitt des Transistorabschnitts 70 verbunden und liefert eine Gatterspannung an den Transistorabschnitt 70. In Draufsicht umgibt die Gatter-Metallschicht 50 einen Außenumfang des aktiven Abschnitts 102. Die Gatter-Metallschicht 50 ist elektrisch mit einem im äußeren Randabschnitt 104 angeordneten Gatterfeld 122 verbunden. Die Gatter-Metallschicht 50 kann entlang der äußeren Randkante 150 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein. Die Gatter-Metallschicht 50 kann auch um einen Temperaturmessabschnitt 140 herum oder unter den Transistorabschnitten 70 und den Diodenabschnitten 80 in Draufsicht angeordnet sein. Die Gatter-Metallschicht 50 des vorliegenden Beispiels wird durch eine dicke Linie angezeigt.
  • Der äußere Randabschnitt 104 ist ein Bereich, der sich in Draufsicht zwischen dem aktiven Bereich 102 und der äußeren Randkante 150 des Halbleitersubstrats 10 befindet. In Draufsicht umgibt der äußere Randabschnitt 104 den aktiven Abschnitt 102. Im äußeren Randabschnitt 104 können eine oder mehrere Metallfelder zum Verbinden der Halbleitervorrichtung 100 und einer externen Vorrichtung über Drähte oder dergleichen angeordnet sein. Man beachte, dass der äußere Randabschnitt 104 einen Randabschlussstrukturabschnitt aufweisen kann. Der Randabschlussstrukturabschnitt reduziert die elektrische Feldstärke auf der Frontflächenseite des Halbleitersubstrats 10. Beispielsweise hat der Randabschlussstrukturabschnitt eine Struktur eines Schutzrings, einer Feldplatte, eines RESURF und einer Kombination davon.
  • Frontflächenelektroden sind über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Die Frontflächenelektroden umfassen eine unten beschriebene Emitterelektrode 52. Die Frontflächenelektroden können ein erstes Steuerfeld 110 und ein zweites Steuerfeld 120 umfassen. Die Frontflächenelektroden können durch Drahtbondieren oder dergleichen mit einer externen Elektrode der Halbleitervorrichtung 100 verbunden sein. Man beachte, dass die Anzahl und Position der Frontflächenelektroden nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt sind.
  • Das erste Steuerfeld 110 steht in Draufsicht von einer vorgegebenen ersten äußeren Randseite 151 des Halbleitersubstrats 10 zu einer Innenseite des Halbleitersubstrats 10 ab. Dass das erste Steuerfeld 110 von der ersten äußeren Randseite 151 zur Innenseite des Halbleitersubstrats 10 absteht, bedeutet, dass sich der äußere Randabschnitt 104 zu einer Innenseite des aktiven Abschnitts 102 erstreckt. Das heißt, der aktive Abschnitt 102 ist auf einer positiven Seite oder einer negativen Seite des ersten Steuerfelds 110 in Y-Achsenrichtung angeordnet. Das erste Steuerfeld 110 des vorliegenden Beispiels umfasst ein Anodenfeld 112, ein Kathodenfeld 114 und ein Messfeld 116.
  • Das zweite Steuerfeld 120 steht in Draufsicht von einer zweiten äußeren Randseite 152 zur Innenseite des Halbleitersubstrats 10 ab. Die zweite äußere Randseite 152 ist eine Seite der äußeren Randkante 150, die der ersten äußeren Randseite 151 gegenüberliegt. Man beachte, dass die erste äußere Randseite 151 und die zweite äußere Randseite 152 des vorliegenden Beispiels in Draufsicht parallel zur Erstreckungsrichtung der Grabenabschnitte (Y-Achsenrichtung im vorliegenden Beispiel) sind. Das zweite Steuerfeld 120 des vorliegenden Beispiels umfasst das Gatterfeld 122.
  • Ein Senkenbereich 115 ist unter dem ersten Steuerfeld 110 angeordnet und bedeckt das erste Steuerfeld 110 in Draufsicht. Der Senkenbereich 115 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht rechteckig und drei Seiten des Senkenbereichs 115 liegen dem aktiven Abschnitt 102 gegenüber. Der Senkenbereich 115 umfasst einen Eckenabschnitt 111, der von der ersten äußeren Randseite 151 absteht.
  • Ein Senkenbereich 125 ist unter dem zweiten Steuerfeld 120 angeordnet und bedeckt das zweite Steuerfeld 120 in Draufsicht. Der Senkenbereich 125 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht rechteckig und drei Seiten des Senkenbereichs 125 liegen dem aktiven Abschnitt 102 gegenüber. Der Senkenbereich 125 umfasst einen Eckenabschnitt 121, der von der zweiten äußeren Randseite 152 absteht.
  • Ein Senkenbereich 135 bedeckt die Gatter-Metallschicht 50 in Draufsicht. Der Senkenbereich 135 des vorliegenden Beispiels bedeckt die Gatter-Metallschicht 50 entlang dem äußeren Randabschnitt 104. Der Senkenbereich 135 kann mit dem Senkenbereich 115 verbunden sein.
  • Ein Senkenbereich 145 bedeckt die Gatter-Metallschicht 50 in Draufsicht. Der Senkenbereich 145 des vorliegenden Beispiels kann ferner einen Temperaturmessabschnitt 140 und eine Temperaturmessverdrahtung 142 bedecken. Der Senkenbereich 145 kann mit dem Senkenbereich 115 und dem Senkenbereich 125 verbunden sein.
  • Die Senkenbereiche 115, 125, 135 und 145 sind Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Frontflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Beispielsweise sind die Leitfähigkeitstypen der Senkenbereiche 115, 125, 135 und 145 P+-artig. Durch Vorsehen der Senkenbereiche 115, 125, 135 und 145 wird es leichter, Löcher in das Halbleitersubstrat 10 zu extrahieren, was zu weniger Einrasten führt. Entsprechend kann eine Durchbruchfestigkeit der Halbleitervorrichtung 100 verbessert werden.
  • Das Gatterfeld 122 ist elektrisch mit der Gatter-Metallschicht 50 verbunden. Das Gatterfeld 122 ist über die Gatter-Metallschicht 50 elektrisch mit dem Gatter-Leitungsabschnitt des Transistorabschnitts 70 verbunden. Das Gatterfeld 122 wird auf ein Gatterpotenzial gesetzt. Das Gatterfeld 122 des vorliegenden Beispiels weist in Draufsicht eine rechteckige Form auf. Beispielsweise kann eine Seite des Gatterfelds 1.000 µm oder mehr und 1.500 µm oder weniger sein, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Das Anodenfeld 112 ist elektrisch mit einem Anodenbereich des Temperaturmessabschnitts 140 verbunden. Das Anodenfeld 112 ist durch die Temperaturmessverdrahtung 142 elektrisch mit dem Anodenbereich des Temperaturmessabschnitts 140 verbunden. Das Anodenfeld 112 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht rechteckig. Als Beispiel kann das Anodenfeld 112 kurze Seiten aufweisen, die 500 µm oder mehr und 900 µm oder weniger betragen, und lange Seiten, die 1.000 µm oder mehr und 1.500 µm oder weniger betragen, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Das Kathodenfeld 114 ist elektrisch mit einem Kathodenbereich des Temperaturmessabschnitts 140 verbunden. Das Kathodenfeld 114 ist durch die Temperaturmessverdrahtung 142 elektrisch mit dem Kathodenbereich des Temperaturmessabschnitts 140 verbunden. Das Kathodenfeld 114 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht rechteckig. Das Kathodenfeld 114 kann in Draufsicht dieselbe Form wie das Anodenfeld 112 aufweisen.
  • Der Temperaturmessabschnitt 140 ist über dem aktiven Abschnitt 102 angeordnet und detektiert eine Temperatur des Halbleitersubstrats 10. Der Temperaturmessabschnitt 140 des vorliegenden Beispiels misst eine Temperatur des aktiven Abschnitts 102. Der Temperaturmessabschnitt 140 kann Dioden aufweisen, die aus einem Halbleitermaterial wie z.B. Polysilizium ausgebildet sein. Der Temperaturmessabschnitt 140 wird zum Detektieren der Temperatur der Halbleitervorrichtung 100 verwendet und schützt einen Halbleiterchip vorm Überhitzen. Der Temperaturmessabschnitt 140 umfasst lange Seite in X-Achsenrichtung und kurze Seiten in Y-Achsenrichtung, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Der Temperaturmessabschnitt 140 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht in der Nähe einer Mitte des aktiven Abschnitts 102 angeordnet. Der Temperaturmessabschnitt 40 kann entweder im Bereich des Transistorabschnitts 70 oder des Diodenabschnitts 80 angeordnet sein. Das heißt, ein Kollektorbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps oder ein Kathodenbereich des ersten Leitfähigkeitstyps können auf der Rückenflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein, wo der Temperaturmessabschnitt 140 angeordnet ist.
  • Die Temperaturmessverdrahtung 142 verbindet das Anodenfeld 112 und das Kathodenfeld 114 elektrisch mit dem Temperaturmessabschnitt 140. Über dem aktiven Abschnitt 102 erstreckt sich die Temperaturmessverdrahtung 142 vom Temperaturmessabschnitt 140 zum äußeren Randabschnitt 104. Die Temperaturmessverdrahtung 142 kann aus demselben Material wie die Frontflächenelektroden ausgebildet sein. Ein P+-artiger Senkenbereich kann in einem Bereich des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein, der mit dem Temperaturmessabschnitt 140 und der Temperaturmessverdrahtung 142 in Draufsicht überlappt.
  • 1B zeigt eine vergrößerte Ansicht der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100. Im vorliegenden Beispiel wird eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A in 1A gezeigt.
  • Der Transistorabschnitt 70 kann ein Bereich sein, der sich durch Projizieren des auf der Rückflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordneten Kollektorbereichs 22 auf die Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 ergibt. Der Kollektorbereich 22 ist von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Der Kollektorbereich 22 des vorliegenden Beispiels ist beispielsweise P+-artig. Der Transistorabschnitt 70 umfasst einen Grenzabschnitt 90, der an einer Grenze zwischen Transistorabschnitt 70 und Diodenabschnitt 80 angeordnet ist.
  • Der Diodenabschnitt 80 kann ein Bereich sein, der sich durch Projizieren des auf der Rückflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordneten Kathodenbereichs 82 auf die Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 ergibt. Der Kathodenbereich 82 hat einen ersten Leitfähigkeitstyp. Der Kathodenbereich 82 des vorliegenden Beispiels ist beispielsweise N+-artig.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst in der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 einen Gatter-Grabenabschnitt 40, einen Dummy-Grabenabschnitt 30, einen Emitterbereich 12, einen Basisbereich 14, einen Kontaktbereich 15 und den Senkenbereich 145. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst die Emitterelektrode 52 und die Gatter-Metallschicht 50, die über der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind.
  • Die Emitterelektrode 52 ist oberhalb des Gatter-Grabenabschnitts 40, des Dummy-Grabenabschnitts 30, des Emitterbereichs 12, des Basisbereichs 14, des Kontaktbereichs 15 und des Senkenbereichs 145 angeordnet. Außerdem ist die Gatter-Metallschicht 50 oberhalb des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Senkenbereichs 145 angeordnet.
  • Die Emitterelektrode 52 und die Gatter-Metallschicht 50 sind aus einem Material ausgebildet, das Metall enthält. Beispielsweise kann zumindest ein Teilbereich der Emitterelektrode 52 aus Aluminium, einer Aluminium-Silizium-Legierung oder einer Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierung gebildet sein. Die Emitterelektrode 52 kann eine Metallbarriere aus Titan, einem Titanverbundstoff oder dergleichen aufweisen, die unter dem Bereich aus Aluminium und dergleichen ausgebildet ist. Die Emitterelektrode 52 und die Gatter-Metallschicht 50 sind voneinander beabstandet angeordnet.
  • Die Emitterelektrode 52 und die Gatter-Metallschicht 50 sind oberhalb des Halbleitersubstrats 10 angeordnet mit einem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 dazwischen. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 wurde in 1A weggelassen. Kontaktlöcher 54, 55 und 56 sind durch den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 gehend angeordnet.
  • Die Kontaktlöcher 55 verbinden die Gatter-Metallschicht 50 und den Gatter-Leitungsabschnitt in den Transistorabschnitten 70. Im Kontaktloch 55 kann ein Stecker aus Wolfram oder dergleichen ausgebildet sein. Die Kontaktlöcher 56 verbinden die Emitterelektrode 52 und die Dummy-Leitungsabschnitte in den Dummy-Grabenabschnitten 30. Im Kontaktloch 56 kann ein Stecker aus Wolfram oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Verbindungsabschnitte 25 verbinden die Frontflächenelektroden, wie z.B. die Emitterelektrode 52 und die Gatter-Metallschicht 50 elektrisch mit den Leitungsabschnitten, die in den Grabenabschnitt ausgebildet sind. In einem Beispiel ist der Verbindungsabschnitt 25 zwischen der Gatter-Metallschicht 50 und dem Gatter-Leitungsabschnitt angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 25 ist auch zwischen der Emitterelektrode 52 und dem Dummy-Leitungsabschnitt angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 25 umfasst ein leitendes Material wie z.B. Polysilizium, das mit einer Verunreinigung dotiert ist. Der Verbindungsabschnitt 25 des vorliegenden Beispiels ist eine Polysilizium, das mit einer N-artigen Verunreinigung (N+) dotiert ist. Der Verbindungsabschnitt 25 ist über einen dielektrischen Film wie z.B. einen Oxidfilm oder dergleichen oberhalb der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 ist an einem vorgegebenen Intervall entlang einer vorgegebenen Anordnungsrichtung (im vorliegenden Beispiel die X-Achsenrichtung) angeordnet. Der Gatter-Grabenabschnitt 40 kann im vorliegenden Beispiel zwei Erstreckungsabschnitte 41 aufweisen, die sich entlang der Erstreckungsrichtung (im vorliegenden Beispiel die Y-Achsenrichtung) erstrecken, die parallel zur Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 und senkrecht zur Anordnungsrichtung verläuft, sowie einen Verbindungsabschnitt 43, der die beiden Erstreckungsabschnitte 41 verbindet. Der Gatter-Grabenabschnitt 40 ist auf ein Gatterpotenzial eingestellt.
  • Zumindest ein Teil des Verbindungsabschnitts 43 ist vorzugsweise in einer gebogenen Form ausgebildet. Durch Verbinden von Endabschnitten der zwei Erstreckungsabschnitte 41 der Gatter-Grabenabschnitte 40, kann eine elektrische Feldstärke an den Endabschnitten der Erstreckungsabschnitte 41 reduziert werden. Am Verbindungsabschnitt 43 des Gatter-Grabenabschnitts 40 kann die Gatter-Metallschicht 50 mit dem Gatter-Leitungsabschnitt verbunden sein.
  • Der Dummy-Grabenabschnitt 30 ist ein Grabenabschnitt, der elektrisch mit der Emitterelektrode 52 verbunden ist. Ähnlich zum Gatter-Grabenabschnitt 40 ist der Dummy-Grabenabschnitt 30 an einem vorgegebenen Intervall entlang einer vorgegebenen Anordnungsrichtung (im vorliegenden Beispiel die X-Achsenrichtung) angeordnet. Ähnlich wie der Gatter-Grabenabschnitt 40 kann der Dummy-Grabenabschnitt 30 des vorliegenden Beispiels eine U-Form auf der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 haben. Das heißt, der Dummy-Grabenabschnitt 30 kann zwei Erstreckungsabschnitte 31 aufweisen, die sich entlang der Erstreckungsrichtung erstrecken, und einen Verbindungsabschnitt, der die zwei Erstreckungsabschnitte 31 verbindet.
  • Der Transistorabschnitt 70 des vorliegenden Beispiels weist einen Aufbau auf, bei dem zwei Gatter-Grabenabschnitte 40 und drei Dummy-Grabenabschnitte 30 sich wiederholend angeordnet sind. Das heißt, der Transistorabschnitt 70 des vorliegenden Beispiels umfasst die Gatter-Grabenabschnitte 40 und die Dummy-Grabenabschnitte 30 im Verhältnis von 2:3. Beispielsweise umfasst der Transistorabschnitt 70 einen Erstreckungsabschnitt 31 zwischen zwei Erstreckungsabschnitten 41. Außerdem umfasst der Transistorabschnitt 70 zwei Erstreckungsabschnitte 31 neben dem Gatter-Grabenabschnitt 40.
  • Man beachte, dass das Verhältnis der Gatter-Grabenabschnitte 40 und der Dummy-Grabenabschnitte 30 nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt ist. Das Verhältnis der Gatter-Grabenabschnitte 40 zu den Dummy-Grabenabschnitten 30 kann 1:1 oder 2:4 sein. Ferner kann eine sogenannte Voll-Gatter-Grabenstruktur (All-Gatter-Grabenstruktur) verwendet werden, bei der die Dummy-Grabenabschnitte 30 nicht im Transistorabschnitt 70 angeordnet sind und alle Grabenabschnitte die Gatter-Grabenabschnitte 40 sind.
  • Der Senkenbereich 145 ist ein Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der näher an der Frontflächenseite des Halbleitersubstrats 10 als der Driftbereich 18 angeordnet ist, was im Folgenden beschrieben wird. Der Senkenbereich 145 ist ein Beispiel des Senkenbereichs, der auf der Kantenseite der Halbleitervorrichtung 100 angeordnet ist. Der Senkenbereich 145 ist beispielsweise P+-artig. Der Senkenbereich 145 ist innerhalb eines vorgegebenen Bereichs vom Endabschnitt des aktiven Bereichs ausgebildet, auf der Seite, wo die Gatter-Metallschicht 50 angeordnet ist. Eine Diffusionstiefe des Senkenbereichs 145 kann tiefer sein als Tiefen des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30. Teilbereiche des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30 auf der Seite der Gatter-Metallschicht 50 sind im Senkenbereich 145 ausgebildet. Die Böden von Enden des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30 in Erstreckungsrichtung können vom Senkenbereich 145 bedeckt sein. Der Senkenbereich 145 kann gleichzeitig mit dem Senkenbereich 115 und dem Senkenbereich 125 ausgebildet werden. Die Diffusionstiefe der Senkenbereiche 115, 125, 135 und 145 kann dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe sein. Der Senkenbereich 145 kann so angeordnet sein, dass er in Draufsicht die Gatter-Metallschicht 50 bedeckt. Die Senkenbereiche 145 können an Positionen, die näher am äußere Randabschnitt 104 an einer äußere Randseite als der Transistorabschnitt 70 oder der Diodenabschnitt 80 liegen, elektrisch mit der Emitterelektrode 52 verbunden sein.
  • Die Kontaktlöcher 52 sind Abschnitte, wo Öffnungen im dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 ausgebildet sind, so dass sie die Frontfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 freilegen. Die Kontaktlöcher 54 sind über den jeweiligen Bereichen der Emitterbereiche 12 und der Kontaktbereiche 17 im Transistorabschnitt 70 ausgebildet. Die Emitterbereiche 12 oder Kontaktbereiche 15 berühren die Emitterelektrode 52 und sind mit dieser über die Kontaktlöcher 54 elektrisch verbunden.
  • Im Diodenabschnitt 80 sind die Kontaktlöcher 54 über den Basisbereichen 14 ausgebildet. Die Basisbereiche 14 im Diodenabschnitt 80 können die Emitterelektrode 52 über die Kontaktlöcher 54 berühren. Auf der Frontfläche 21, auf der die Kontaktlöcher 54 ausgebildet sind, kann eine Hochkonzentrationsschicht mit demselben Leitfähigkeitstyp wie die Basisbereiche 14 zwischen den Basisbereichen 14 und der Emitterelektrode 52 ausgebildet sind, um einen Kontaktwiderstand zu reduzieren.
  • Am Grenzabschnitt 90 sind die Kontaktlöcher 54 über den Kontaktbereichen 15 angeordnet. Das Kontaktloch 54 muss nicht über den Senkenbereichen 145 angeordnet sein, die an beiden Enden in Y-Achsenrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise werden ein oder mehr Kontaktlöcher 54 im dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 ausgebildet. Das eine oder die mehreren Kontaktlöcher 54 können so angeordnet sein, dass sie sich in Erstreckungsrichtung erstrecken.
  • Der Grenzabschnitt 90 ist ein Bereich, der im Transistorabschnitt 70 und neben dem Diodenabschnitt 80 angeordnet ist. Der Grenzabschnitt 90 kann den Kontaktbereich 15 umfassen. Der Grenzabschnitt 90 des vorliegenden Beispiels weist keinen Emitterbereich 12 auf. In einem Beispiel sind die Grabenabschnitte im Grenzabschnitt 90 die Dummy-Grabenabschnitte 30. Der Grenzabschnitt 90 des vorliegenden Beispiels umfasst die Grabenabschnitte, von denen die Dummy-Grabenabschnitte 30 an beiden Enden in X-Achsenrichtung angeordnet sind.
  • Der Mesaabschnitt 71, der Mesaabschnitt 91 und der Mesaabschnitt 81 sind Mesaabschnitte, die neben den Grabenabschnitten in einer Ebene parallel zur Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Der Mesaabschnitt kann ein Abschnitt des Halbleitersubstrats 10 sein, der zwischen zwei benachbarten Grabenabschnitten eingeschlossen ist, der sich von der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 bis in die Tiefe des tiefsten Bodenabschnitts jedes Grabenabschnitts befindet. Die Erstreckungsabschnitte jedes Grabenabschnitts können als ein Grabenabschnitt angesehen werden. Das heißt, ein Bereich, der zwischen den beiden Erstreckungsabschnitten eingeschlossen ist, kann ein Mesaabschnitt sein.
  • Der Mesaabschnitt 71 ist neben mindestens einem Dummy-Grabenabschnitt 90 oder Gatter-Grabenabschnitt 40 im Transistorabschnitt 70 angeordnet. Der Mesaabschnitt 71 kann die Emitterbereiche 12, den Basisbereich 14, die Kontaktbereiche 15 und den Senkenbereich 145 auf der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 umfassen. Im Mesaabschnitt 71 können die Emitterbereiche 12 und die Kontaktbereiche 15 abwechselnd in Erstreckungsrichtung angeordnet sein.
  • Der Mesaabschnitt 91 ist im Grenzabschnitt 90 angeordnet. Der Mesaabschnitt 91 kann den Kontaktbereich 15 oder den Senkenbereich 145 auf der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 umfassen.
  • Der Mesaabschnitt 81 ist in einem Bereich angeordnet, der zwischen den nebeneinander im Diodenabschnitt 80 angeordneten Dummy-Grabenabschnitten 30 eingeschlossen ist. Der Mesaabschnitt 81 kann den Basisbereich 14 und den Kontaktbereich 15 oder den Senkenbereich 145 auf der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 umfassen.
  • Der Basisbereich 14 ist ein Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der im Transistorabschnitt 70 und im Diodenabschnitt 80 auf der Frontflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist. Der Basisbereich 14 ist beispielsweise P--artig. Der Basisbereich 14 kann an beiden Endabschnitten des Mesaabschnitts 71 und des Mesaabschnitts 91 in Y-Achsenrichtung an der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein. Man beachte, dass 1A nur einen Endabschnitt des Basisbereichs 14 in Y-Achsenrichtung illustriert. Der Basisbereich 14 kann eine niedrigere Dotierungskonzentration als der Senkenbereich 145 aufweisen.
  • Der Emitterbereich 12 ist ein Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als der Driftbereich 18. Der Emitterbereich 12 des vorliegenden Beispiels ist beispielsweise N+-artig. Ein Beispiel für einen Dotierstoff des Emitterbereichs 12 ist Arsen (As). Der Emitterbereich 12 ist in Kontakt mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 auf der Frontfläche des Mesaabschnitts 71 angeordnet. Der Emitterbereich 12 kann so angeordnet sein, dass er sich in X-Achsenrichtung von einem von zwei Grabenabschnitten, die den Mesaabschnitt 71 einschließen, zum anderen der zwei Grabenabschnitte erstreckt. Der Emitterbereich 12 ist auch unter dem Kontaktloch 54 angeordnet.
  • Außerdem kann der Emitterbereich 12 mit dem Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden sein oder nicht. Der Emitterbereich 12 des vorliegenden Beispiels ist mit dem Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden. Der Emitterbereich 12 muss nicht im Mesaabschnitt 91 des Grenzabschnitts 90 angeordnet sein.
  • Der Kontaktbereich 15 ist ein Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als der Basisbereich 14. Der Kontaktbereich 15 des vorliegenden Beispiels ist beispielsweise P+-artig. Eine Dicke des Kontaktbereichs 15 in Tiefenrichtung kann kleiner als eine Dicke des Basisbereichs 14 in Tiefenrichtung sein. Der Kontaktbereich 15 des vorliegenden Beispiels ist an den Frontflächen der Mesaabschnitte 71 und 91 angeordnet. Der Kontaktbereich 15 kann sich von einem Grabenabschnitt zum anderen Grabenabschnitt von zwei Grabenabschnitten, die den Mesaabschnitt 71 oder den Mesaabschnitt 91 dazwischen in X-Achsenrichtung teilen, erstrecken. Der Kontaktbereich 15 kann mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbunden sein oder nicht. Außerdem kann der Kontaktbereich 15 mit dem Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden sein oder nicht. Im vorliegenden Beispiel ist der Kontaktbereich 15 mit dem Dummy-Grabenabschnitt 30 und dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbunden. Der Kontaktbereich 15 ist auch unter dem Kontaktloch 54 angeordnet. Man beachte, dass der Kontaktbereich 15 auch im Mesaabschnitt 81 angeordnet sein kann.
  • Eine Grabenlänge Lt ist eine Länge der Vielzahl von Grabenabschnitt in Erstreckungsrichtung. Die Grabenlänge Lt des vorliegenden Beispiels entspricht einem Abstand zwischen der auf einer in Y-Achsenrichtung positiven Seite der Grabenabschnitte angeordneten Gatter-Metallschicht 50 und der auf einer in Y-Achsenrichtung negativen Seite der Grabenabschnitte angeordneten Gatter-Metallschicht 50. Die Grabenlänge Lt kann 2.000 µm oder mehr, 3.000 µm oder mehr, 4.000 µm oder mehr, 4.600 µm oder mehr oder 6.000 µm oder mehr betragen. Außerdem kann die Grabenlänge Lt 50.000 µm oder weniger, 30.000 µm oder weniger oder 20.000 µm oder weniger betragen.
  • 1C illustriert ein Beispiel eines Querschnitts a-a' in 1B. Der Querschnitt a-a' ist eine XZ-Ebene, die durch den Emitterbereich 12 im Transistorabschnitt 70 verläuft. Im Querschnitt a-a' weist die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels das Halbleitersubstrat 10, den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 auf. Die Emitterelektrode 52 ist oberhalb des Halbleitersubstrats 10 und des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 ausgebildet.
  • Der Driftbereich 18 ist ein Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der im Halbleitersubstrat 10 angeordnet ist. Der Driftbereich 18 des vorliegenden Beispiels ist beispielsweise N--artig. Der Driftbereich 18 kann ein verbleibender Bereich sein, wo kein anderer Dotierungsbereich im Halbleitersubstrat 10 ausgebildet ist. Das heißt, die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 kann eine Dotierungskonzentration des Halbleitersubstrats 10 sein.
  • Ein Pufferbereich 20 ist ein Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der unter dem Driftbereich 18 angeordnet ist. Der Pufferbereich 20 des vorliegenden Beispiels ist beispielsweise N-artig. Eine Dotierungskonzentration des Pufferbereichs 20 ist höher als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18. Der Pufferbereich 20 kann als eine Feldstoppschicht dienen, die verhindert, dass eine sich von der Rückseite des Basisbereichs 14 ausbreitende Verarmungsschicht den Kollektorbereich 22 des zweiten Leitfähigkeitstyps und den Kathodenbereich 82 des ersten Leitfähigkeitstyps erreicht.
  • Der Kollektorbereich 22 ist unter dem Pufferbereich 20 im Transistorabschnitt 70 angeordnet. Der Kathodenbereich 82 ist unter dem Pufferbereich 20 im Diodenabschnitt 80 angeordnet. Eine Grenze zwischen dem Kollektorbereich 22 und dem Kathodenbereich 82 kann eine Grenze zwischen dem Transistorabschnitt 70 und dem Diodenabschnitt 80 sein.
  • Die Kollektorelektrode 24 ist auf der Rückfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Die Kollektorelektrode 24 ist aus einem leitenden Material wie beispielsweise Metall ausgebildet.
  • Der Basisbereich 14 ist ein Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der über dem Driftbereich 18 im Mesaabschnitt 71, im Mesaabschnitt 91 und im Mesaabschnitt 81 angeordnet ist. Der Basisbereich 14 ist mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbunden. Der Basisbereich 14 ist mit dem Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden.
  • Der Emitterbereich 12 ist zwischen dem Basisbereich 14 und der Frontfläche 21 im Mesaabschnitt 71 angeordnet. Der Emitterbereich 12 kann mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbunden sein. Der Emitterbereich 12 kann mit dem Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden sein oder nicht. Man beachte, dass der Emitterbereich 12 nicht im Mesaabschnitt 91 angeordnet sein muss.
  • Der Kontaktbereich 15 ist über dem Basisbereich 14 im Mesaabschnitt 91 angeordnet. Der Kontaktbereich 15 ist mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 im Mesaabschnitt 91 verbunden. In einem anderen Querschnitt kann der Kontaktbereich 15 auf der Frontfläche 21 im Mesaabschnitt 71 angeordnet sein.
  • Ein Sammelbereich 16 ist ein Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der näher an der Frontfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 als der Driftbereich 18 angeordnet ist. Der Sammelbereich 16 des vorliegenden Beispiels ist beispielsweise N+-artig. Eine Donatorenkonzentration des Sammelbereichs 16 ist größer als die Donatorenkonzentration des Driftbereichs 18. Der Sammelbereich 16 ist im Transistorabschnitt 70 und im Diodenabschnitt 80 angeordnet. Der Sammelbereich 16 des vorliegenden Beispiels ist auch im Grenzabschnitt 90 angeordnet. Dies erlaubt es der Halbleitervorrichtung 100 eine Abweichung der Maske im Sammelbereich 16 zu vermeiden.
  • Außerdem ist der Sammelbereich 16 verbunden mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet. Der Sammelbereich 16 kann mit dem Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden sein oder nicht. Die Dotierungskonzentration des Sammelbereichs 16 ist höher als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18. Anordnen des Sammelbereichs 16 kann einen Verstärkungseffekt der Ladungsträgerinjektion („Injection Enhancement“, IE-Effekt) erhöhen, um eine EIN-Spannung des Transistorabschnitts 70 zu verringern.
  • Ein oder mehrere Gatter-Grabenabschnitte 40 und ein oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 sind auf der Frontfläche 21 angeordnet. Jeder Grabenabschnitt ist von der Frontfläche 21 zum Driftbereich 18 angeordnet. In dem Bereich, wo mindestens einer des Emitterbereichs 12, des Basisbereichs 14, des Kontaktbereichs 15 oder des Sammelbereichs 16 angeordnet ist, durchdringt jeder Grabenabschnitt auch diese Bereiche, um den Driftbereich 18 zu erreichen. Der Aufbau des in den Dotierungsbereich eindringenden Grabenabschnitts ist nicht darauf beschränkt, dass die Herstellung in der Reihenfolge des Bildens des Dotierungsbereichs und dann Bilden des Grabenabschnitts erfolgt. Der Aufbau des in den Dotierungsbereich eindringenden Grabenabschnitts umfasst auch einen Aufbau des Dotierungsbereichs, der nach dem Ausbilden des Grabenabschnitts zwischen den Grabenabschnitten ausgebildet wird.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 weist einen Gattergraben, einen dielektrischen Gatterfilm 42 und einen Gatter-Leitungsabschnitt 44 auf, die auf der Frontfläche 21 ausgebildet sind. Der dielektrische Gatterfilm 42 ist ausgebildet, eine innere Wand des Gattergrabens zu bedecken. Der dielektrische Gatterfilm 42 kann durch Oxidieren oder Nitrieren eines Halbleiters auf der inneren Wand des Gattergrabens ausgebildet werden. Der leitende Gatterabschnitt 44 ist auf der Innenseite, weiter im Inneren des Gattergrabens als der dielektrische Gatterfilm 42 ausgebildet. Der dielektrische Gatterfilm 42 isoliert den Gatter-Leitungsabschnitt 44 vom Halbleitersubstrat 10. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist aus einem leitenden Material wie beispielsweise Polysilizium ausgebildet. Der Gatter-Grabenabschnitt 40 wird auf der Frontfläche 21 vom dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 bedeckt.
  • Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 umfasst einen Bereich, der dem benachbarten Basisbereich 14 auf der Seite des Mesaabschnitt 71 gegenüberliegt, durch Einschließen des dielektrischen Gatterfilms 42 in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10. Wenn eine vorgegebene Spannung an den Gatter-Leitungsabschnitt 44 angelegt wird, bildet sich ein Kanal auf einer Oberflächenschicht im Basisbereich 14, der aufgrund einer Elektroneninversionsschicht mit dem Gattergraben direkt verbunden ist.
  • Eine Breite des Gatter-Grabenabschnitts 40 kann größer als 0,5 µm und kleiner als 2,0 µm sein. Eine Breite des Gatter-Grabenabschnitts 40 des vorliegenden Beispiels beträgt 1,0 µm. Eine Dicke des dielektrischen Gatterfilms 42 kann größer als 0,05 um und kleiner als 0,2 µm sein. Eine Dicke des dielektrischen Gatterfilms 42 des vorliegenden Beispiels beträgt 0,1 µm.
  • Eine Breite Wg des Gatter-Leitungsabschnitts 44 muss nur durch Subtrahieren der Dicke des dielektrischen Gatterfilms 42 (d.h. der Dicke, die zwei Schichten des dielektrischen Gatterfilms 42 entspricht) von der Breite des Gatter-Grabenabschnitts 40 ermittelt werden. Die Breite des Gatter-Grabenabschnitts 40 kann in Tiefenrichtung konstant sein oder kann in Tiefenrichtung zunehmen oder abnehmen. Die Breite Wg des Gatter-Leitungsabschnitts 44 kann eine Breite des Gatter-Leitungsabschnitts 44 an einer Tiefenposition sein, welche dieselbe wie eine Tiefenposition des Basisbereichs 14 ist, wo ein Spitzenwert der Dotierungskonzentration erzielt wird. Ersatzweise kann die Breite Wg des Gatter-Leitungsabschnitts 44 eine Breite des Gatter-Leitungsabschnitts 44 an einer Tiefe sein, wo der Basisbereich 14 den Emitterbereich 12 berührt, d.h. eine Tiefe eines pn-Übergangs.
  • Der Dummy-Grabenabschnitt 30 kann denselben Aufbau wie der Gatter-Grabenabschnitt 40 haben. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 weist einen Dummygraben, einen dielektrischen Dummyfilm 32 und einen Dummy-Leitungsabschnitt 34 auf, die auf der Frontflächenseite 21 ausgebildet sind. Der dielektrische Dummyfilm 32 ist eine innere Wand des Dummygrabens bedeckend ausgebildet. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 ist weiter auf der Innenseite als der dielektrische Dummyfilm 32 und im Dummygraben ausgebildet. Der dielektrische Dummyfilm 32 isoliert den Dummy-Leitungsabschnitt 34 vom Halbleitersubstrat 10. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 wird auf der Frontfläche 21 vom dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 bedeckt.
  • Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist auf der Frontfläche 21 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 ist oberhalb des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 angeordnet. Im dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 sind ein oder mehrere Kontaktlöcher 54 angeordnet, um die Emitterelektrode 52 elektrisch mit dem Halbleitersubstrat 10 zu verbinden. In ähnlicher Weise können das Kontaktloch 55 und das Kontaktloch 56 durch den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 gehend angeordnet sein.
  • Ein Lebensdauersteuerbereich 130 kann an der Frontflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 im Diodenabschnitt 80 angeordnet sein. Die Frontflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 kann einen Bereich bezeichnen, der in Tiefenrichtung weiter auf der Seite der Frontfläche 21 angeordnet ist als eine Mitte des Halbleitersubstrats 10. Wenn außerdem die Lebensdauer-Steuerbereiche an unterschiedlichen Tiefenpositionen im Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind, kann ein der Frontfläche 21 nächstgelegener Lebensdauer-Steuerbereich als der Lebensdauer-Steuerbereich 130 festgelegt sein.
  • Der Lebensdauersteuerbereich 130 kann ein Bereich sein, wo ein Lebensdauerkiller durch Einspeisen einer Verunreinigung in das Halbleitersubstrat 10 oder dergleichen beabsichtigt eingebracht wird. Ein Wert der Lebensdauer von Elektronen oder Löchern in dem Bereich, in den der Lebensdauerkiller absichtlich eingebracht wurde, ist kleiner als der der Träger in dem Bereich, in den der Lebensdauerkiller nicht absichtlich eingebracht wurde. Der Lebensdauerkiller ist ein Rekombinationszentrum von Ladungsträgern und kann ein Gitterdefekt, eine Leerstelle, eine Divakanz, eine durch eine Leerstelle oder ähnliches gebildete Baumelbindung oder ein komplexer Defekt mit Elementen, die das Halbleitersubstrat 10 bilden, oder eine Versetzung sein. Außerdem kann der Lebensdauerkiller ein Edelgaselement wie Helium und Neon, ein Wasserstoffelement oder ähnliches sein oder aus einem Übergangsmetall wie Platin und Gold bestehen.
  • Durch Vorsehen des Lebensdauer-Steuerbereichs 130 im Diodenabschnitt 80 wird es möglich, eine Ladungsträgerlebensdauer im Diodenabschnitt 80 einzustellen und Verluste während der Sperrverzögerung zu reduzieren. Der Lebensdauer-Steuerbereich 130 kann durch Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl ausgebildet werden. Da eine Durchdringungskraft im Fall der Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl stark ist, wird die Verteilung des Lebensdauerkillers sowohl im Falle einer Bestrahlung von der Frontfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 als auch im Falle einer Bestrahlung von der Rückenfläche 23 im Wesentlichen gleichmäßig von der Frontfläche 21 zur Rückenfläche 23. Wenn jedoch eine beliebige Position auf der Frontflächenseite 21 als der Lebensdauer-Steuerbereich 130 angenommen wird, wird eine ähnliche Diskussion wie bei anderen Lebensdauerkillern etabliert.
  • Der Lebensdauer-Steuerbereich 130 des vorliegenden Beispiels ist auch im Grenzabschnitt 90 angeordnet. Dementsprechend wird es möglich, während der Sperrverzögerung des Diodenabschnitts 80 einen Fluss von Löchern von den Basisbereichen 14 des Transistorabschnitts 70 zum Kathodenbereich 82 des Diodenabschnitts 80 zu unterdrücken und somit die Sperrverzögerungsverluste zu verringern. Der Lebensdauer-Steuerbereich 130 kann in der Mitte des Grenzabschnitts 90 aufhören und muss nicht im gesamten Grenzabschnitt 90 vorgesehen sein.
  • 1D ist ein Schaubild zum Erklären einer Anordnung der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100. In 1D wurde zum Erklären der Struktur der Halbleitervorrichtung 100 ein Teil der Ausgestaltung weggelassen.
  • Eine virtuelle Mittellinie VL steht senkrecht zur ersten äußeren Randseite 151 und verläuft durch eine Mitte der ersten äußeren Randseite 151. Die virtuelle Mittellinie VL des vorliegenden Beispiels ist eine virtuelle Linie, die in Y-Achsenrichtung durch die Mitte des Halbleitersubstrats 10 geht und sich in X-Achsenrichtung erstreckt. Ein Abstand Ha ist eine Länge des Halbleitersubstrats 10 in einer Richtung senkrecht zur virtuellen Mittellinie VL und entspricht den Längen der ersten äußeren Randseite 151 und der zweiten äußeren Randseite 152. Ein Abstand Hb ist eine Länge des Halbleitersubstrats 10 in einer Richtung parallel zur virtuellen Mittellinie VL. Der Abstand Hb des vorliegenden Beispiels ist länger als der Abstand Ha, aber der Abstand Hb kann gleich groß wie oder kleiner als der Abstand Ha sein. Ein Abstand Hc ist ein Abstand von der virtuellen Mittellinie VL zur äußeren Randkante 150 des Halbleitersubstrats 10 in der Richtung senkrecht zur virtuellen Mittellinie VL. Das heißt, der Abstand Hc ist die halbe Länge des Abstands Ha.
  • Der Senkenbereich 115 umfasst zwei Eckenabschnitte 111a und 111b. Die Eckenabschnitte 111a und 111b sind ineinander über die virtuelle Mittellinie VL gegenüberliegenden Bereichen angeordnet. Ein weiter von der virtuellen Mittellinie VL entfernter Eckenabschnitt ist der Eckenabschnitt 111a und ein näher bei der virtuellen Mittellinie VL gelegener Eckenabschnitt ist der Eckenabschnitt 111b.
  • Ein Abstand L1a ist ein Abstand von der virtuellen Mittellinie VL zum Eckenabschnitt 111a in Erstreckungsrichtung. Der Abstand L1a des vorliegenden Beispiels ist ein Abstand von der virtuellen Mittellinie VL zum entfernteren Eckenabschnitt 111a im asymmetrisch angeordneten Senkenbereich 115. Ein Abstand L1b ist ein Abstand von der virtuellen Mittellinie VL zum Eckenabschnitt 111b in Erstreckungsrichtung. Der Abstand L1a kann gleich oder unterschiedlich zum Abstand L1b sein. Der Abstand L1a des vorliegenden Beispiels ist größer als der Abstand L1b. Das heißt, der Senkenbereich 115 des vorliegenden Beispiels ist asymmetrisch in Bezug auf die virtuelle Mittellinie VL angeordnet. Der Abstand L1a kann 30% oder mehr oder 40% oder mehr des Abstands Hc betragen. Der Abstand L1a kann 90% oder weniger oder 80% oder weniger des Abstands Hc betragen.
  • Der Senkenbereich 125 umfasst zwei Eckenabschnitte 121a und 121b. Ein Eckenabschnitt auf einer Seite, wo der Eckenabschnitt 111a in der Erstreckungsrichtung angeordnet ist, ist der Eckenabschnitt 121a und ein Eckenabschnitt auf einer Seite, wo der Eckenabschnitt 111b angeordnet ist, ist der Eckenabschnitt 121b. Das heißt, der Eckenabschnitt 121b ist an einer gegenüberliegenden Seite des Eckenabschnitts 121a in Bezug auf die virtuelle Mittellinie VL angeordnet. Man beachte, dass obwohl die Eckenabschnitte 111a, 111b, 121a und 121b in rechten Winkeln in 1D dargestellt sind, können Spitzenenden der Eckenabschnitte abgerundet sein. Ersatzweise können die Spitzenenden der Eckenabschnitte abgeschnitten werden, so dass sie mehreckig werden. Entsprechend kann ein Anstieg der elektrischen Feldstärke an den Eckenabschnitten unterdrückt werden. Dasselbe gilt für andere Eckenabschnitte des Senkenbereichs 125. Dasselbe gilt für den Eckenabschnitt 111 des vorliegenden Beispiels und folgende Beispiele.
  • Ein Abstand L2a ist ein Abstand von der virtuellen Mittellinie VL zum Eckenabschnitt 121a in Erstreckungsrichtung. Ein Abstand L2b ist ein Abstand von der virtuellen Mittellinie VL zum Eckenabschnitt 121b in Erstreckungsrichtung. Der Abstand L2a des vorliegenden Beispiels ist gleich dem Abstand L2b. Das heißt, der Senkenbereich 125 ist symmetrisch in Bezug auf die virtuelle Mittellinie VL angeordnet. Der Abstand L1a kann länger als oder kürzer als der Abstand L2a sein.
  • Ein kürzester Abstand R1a ist ein kürzester Abstand zwischen dem Senkenbereich 115 und einer Graben-Mittenposition TP in Draufsicht. Die Graben-Mittenposition TP ist eine Mittenposition der Grabenlänge Lt der Vielzahl von Grabenabschnitten. Der kürzeste Abstand R1a kann ein kürzester Abstand zwischen dem Eckenabschnitt 111a und der Graben-Mittenposition TP sein. Eine Zunahme des Abstands L1a führt zu einer Reduktion des kürzesten Abstands R1a, wodurch sich der Eckenabschnitt 111a der Graben-Mittenposition TP annähert. Der kürzeste Abstand R1a kann 1.000 um oder mehr, 1.500 µm oder mehr oder 2.000 µm oder mehr betragen.
  • Durch Erhöhen der Grabenlänge Lt wird ein Stromfaden aufgrund eines Gatterverzögerung mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Nähe der Graben-Mittenposition TP erzeugt. Andererseits kann ein Betriebsbereich mit größer werdender Grabenlänge Lt vergrößert werden, so dass ein großer Strom geregelt werden kann. Somit kann ein zerstörerisches Versagen durch Einstellen des kürzesten Abstands R1a innerhalb eines angemessenen Bereichs selbst mit einer großen Grabenlänge Lt verhindert werden.
  • Durch Berücksichtigen der Breite Wg des Gatter-Leitungsabschnitts kann ein Verhältnis, das sich durch Teilen der Grabenlänge Lt durch die Breite Wg ergibt, als Formverhältnis α des Leitungsabschnitts erhalten werden. Der Betriebsbereich kann mit größer werdenden Formverhältnis α des Leitungsabschnitts erhöht werden, so dass ein großer Strom geregelt werden kann. Das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts kann 1.000 oder mehr, 3.000 oder mehr, 5.000 oder mehr oder 6.000 oder mehr betragen. Das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts kann 1 × 106 oder weniger, 3 × 105 oder weniger, 1 × 105 oder weniger oder 50,000 oder weniger betragen. Mit dem in diesen Bereichen eingestellten Formverhältnis α des Leitungsabschnitts kann die Grabenlänge Lt innerhalb oder außerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegen. Eine Mesabreite in Anordnungsrichtung kann kleiner als eine Breite des Gatter-Grabenabschnitts 40 in Anordnungsrichtung sein. Das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts kann bestimmt werden, indem eine Verzögerungszeit aufgrund des Ladens/Entladens des Gatters zusätzlich zu den Stromeigenschaften umfassend berücksichtigt. Da bei der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels ein zerstörerisches Versagen der Vorrichtung auch bei einer großen Grabenlänge Lt durch geeignetes Einstellen des kürzesten Abstands R1a vermieden werden kann, kann das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts in einem größeren Bereich übernommen werden. Ein Wert des Formverhältnisses α des Leitungsabschnitts kann in Verbindung mit einem beliebigen der Werte der kürzesten Abstände R1a, R1b, R2a und R2b, die im vorliegenden Beispiel offenbart werden, verwendet werden.
  • Der kürzeste Abstand R1b ist ein kürzester Abstand zwischen dem Senkenbereich 115 und der Graben-Mittenposition TP des aktiven Abschnitts 102 neben dem Senkenbereich 115 in Erstreckungsrichtung. Der kürzeste Abstand R1b des vorliegenden Beispiels ist länger als der kürzeste Abstand R1a. Der kürzeste Abstand R1b kann 1.000 um oder mehr, 1.500 µm oder mehr oder 2.000 µm oder mehr betragen.
  • Der kürzeste Abstand R2a ist ein kürzester Abstand zwischen dem Senkenbereich 125 und der Graben-Mittenposition TP des aktiven Abschnitts 102 neben dem Senkenbereich 125 in Erstreckungsrichtung in Draufsicht. Der kürzeste Abstand R2a kann ein kürzester Abstand zwischen dem Eckenabschnitt 121a und der Graben-Mittenposition TP sein. Der kürzeste Abstand R2a kann 1.000 um oder mehr, 1.500 µm oder mehr oder 2.000 µm oder mehr betragen.
  • Der kürzeste Abstand R2b ist ein kürzester Abstand zwischen dem Senkenbereich 125 und der Graben-Mittenposition TP des aktiven Abschnitts 102 neben dem Senkenbereich 125 in Erstreckungsrichtung. Der kürzeste Abstand R2b des vorliegenden Beispiels ist länger als der kürzeste Abstand R2a. Der kürzeste Abstand R2b kann 1.000 um oder mehr, 1.500 µm oder mehr oder 2.000 µm oder mehr betragen.
  • Wenn in der Nähe des P-artigen Senkenbereichs eine Stromverdichtung entsteht, können Ströme in den Senkenbereich fließen und ein zerstörerisches Versagen einer Vorrichtung verursachen. Wenn Gattersignale während eines Abschaltvorgangs unausgewogen werden, drängen sich die Ströme in die Mittenabschnitte der Gräben und verursachen so einen Stromfaden. Wenn ein Stromfaden in den P-artigen Senkenbereich fließt, der ein starkes elektrisches Feld aufweist, kann ein elektrisches Feld an die Oxidschicht angelegt werden, um einen Isolationsdurchbruch zu verursachen, und es kann ein Kurzschluss zwischen dem Kollektor und dem Emitter entstehen, der zu einem zerstörerischen Versagen einer Vorrichtung führt.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels kann durch Einstellen der kürzesten Abstände R1a und R2a auf 1.500 µm oder mehr, ein Zufließen eines Stromfadens in den P-artigen Senkenbereich unterdrückt werden. Da somit ein zerstörerisches Versagen einer Vorrichtung in der Umgebung des P-artigen Senkenbereichs verhindert werden kann, kann eine Abschalt-Durchbruchfestigkeit verbessert werden.
  • 2A zeigt eine vergrößerte Ansicht der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100. Im vorliegenden Beispiel wird eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs B in 1A gezeigt. Der Eckenabschnitt 111 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht am Transistorabschnitt 70 angeordnet. Am Transistorabschnitt 70 angeordnet kann bedeuten, dass der Eckenabschnitt 111 im Mesaabschnitt 71, der durch die Gatter-Grabenabschnitte 40 eingefasst ist, angeordnet ist. Die Gatter-Grabenabschnitte 40 können über dem Senkenbereich 115 angeordnet sein. Der Eckenabschnitt 111 des vorliegenden Beispiels ist neben den Basisbereichen 14 des Transistorabschnitts 70 angeordnet. Die Gatter-Grabenabschnitte 40 erstrecken sich zur Gatter-Metallschicht 50. Die Gatter-Metallschicht 50 ist entlang des äußeren Umfangs des Senkenbereichs 115 angeordnet, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels ist ein Beispiel eines Falls, bei dem der Eckenabschnitt 111 in einem Dummy-Grabenbereich 172 angeordnet ist.
  • Der Dummy-Grabenbereich 172 ist ein Bereich, wo ein Emitterpotenzial an die Vielzahl von Grabenabschnitten angelegt ist. Der Dummy-Grabenbereich 172 des vorliegenden Beispiels umfasst die Dummy-Grabenabschnitte 30, an die das Emitterpotenzial angelegt ist. Der Dummy-Grabenbereich 172 des vorliegenden Beispiels umfasst die Mesaabschnitte 71, in denen die Emitterbereiche 12 und die Kontaktbereiche 15 abwechselnd angeordnet sind. Die Emitterbereiche 12 können im Dummy-Grabenbereich 172 angeordnet sein oder müssen nicht im Dummy-Grabenbereich angeordnet sein. Da Ströme nicht durch die Gatter-Grabenabschnitte 40 ein- oder ausgeschaltet werden, fließt kein Hauptstrom im Dummy-Grabenbereich 172. Somit hat der Dummy-Grabenbereich 172 weniger Hauptstromverdichtung auf der Frontfläche 21.
  • Der Eckenabschnitt 111 ist in Draufsicht am Dummy-Grabenbereich 172 angeordnet. Dass der Eckenabschnitt 111 am Dummy-Grabenbereich 172 angeordnet ist, kann bedeuten, dass ein am nächsten am Eckenabschnitt 111 gelegener Grabenabschnitt der Dummy-Grabenabschnitt 30 ist. Dass der Eckenabschnitt 111 am Dummy-Grabenbereich 172 angeordnet ist, kann zudem bedeuten, dass mindestens ein Dummy-Grabenabschnitt 30 zwischen dem Eckenabschnitt 111 und dem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet ist. Der Eckenabschnitt 111 des vorliegenden Beispiels ist neben dem Basisbereich 14 zwischen den beiden benachbarten Dummy-Grabenabschnitten 30 angeordnet.
  • Durch Bedecken der Umgebung des Eckenabschnitts 111 durch den Dummy-Grabenbereich 172 in der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels, kann eine Stromverdichtung in der Umgebung des Eckenabschnitts 111 unterdrückt werden.
  • 2C zeigt eine vergrößerte Ansicht der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels ist ein Beispiel eines Falls, bei dem der Eckenabschnitt 111 im Diodenabschnitt 80 angeordnet ist. Die Dummy-Grabenabschnitte 30 erstrecken sich zur Innenseite des Senkenbereichs 115. Das heißt, Endabschnitte der Dummy-Grabenabschnitte 30 auf der negativen Seite in Y-Achsenrichtung sind im Senkenbereich 115 angeordnet.
  • Der Eckenabschnitt 111 ist in Draufsicht am Diodenabschnitt 80 angeordnet. Der Eckenabschnitt 111 des vorliegenden Beispiels ist neben dem Basisbereich 14 zwischen den beiden benachbarten Dummy-Grabenabschnitten 30 angeordnet. Durch Bedecken der Umgebung des Eckenabschnitts 111 durch den Diodenabschnitt 80 in der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels, kann eine Stromverdichtung in der Umgebung des Eckenabschnitts 111 unterdrückt werden.
  • 2D zeigt ein Beispiel der Ausgestaltung der Halbleitervorrichtung 100 mit einer Kerbe 118. Die Kerbe 118 des vorliegenden Beispiels ist im Senkenbereich 115 angeordnet. Der Eckenabschnitt 111 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht am Transistorabschnitt 70 angeordnet.
  • Die Kerbe 118 ist ein Bereich, der sich durch teilweises ausschneiden der Ecke des Senkenbereichs 115 in Draufsicht ergibt. Die Kerbe 118 des vorliegenden Beispiels wird durch Ausschneiden der Ecke des Senkenbereichs 115 in einem Bogen geformt, aber die Form der Kerbe 118 ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt. Wenn der Senkenbereich 115 die Kerbe 118 umfasst, kann eine Position, die im Bogen der Kerbe 118 am weitesten nach außen absteht als der Eckenabschnitt 111 festgelegt werden. Durch Vorsehen der Kerbe 118 kann der Abstand zwischen dem Senkenbereich 115 und der Graben-Mittenposition TP groß eingestellt werden. Entsprechend wird es leichter ein zerstörerisches Versagen der Halbleitervorrichtung 100 zu verhindern.
  • Eine Kerbenlänge N1 ist ein Abstand zwischen Endabschnitten eines Bereichs, wo die Kerbe 118 im Senkenbereich 115 ausgebildet ist. Die Kerbenlänge N1 kann 10 µm oder mehr, 30 µm oder mehr, 50 µm oder mehr oder 100 µm oder mehr betragen. Die Kerbenlänge N1 kann 1.000 µm oder weniger, 500 µm oder weniger oder 200 µm oder weniger betragen. Beispielsweise beträgt die Kerbenlänge N1100 µm. Durch Erhöhen der Kerbenlänge N1 kann ein Anstieg der elektrischen Feldstärke in der Umgebung des Eckenabschnitts 111 unterdrückt werden. Entsprechend kann eine Verstärkung eines Lawinendurchbruchs aufgrund eines Stromfadens unterdrückt werden. Ein Krümmungsradius der Kerbe 118 kann 10 µm oder mehr, 20 µm oder mehr, 50 µm oder mehr oder 100 µm oder mehr betragen. Der Krümmungsradius der Kerbe 118 kann 1.000 µm oder weniger, 500 µm oder weniger oder 200 µm oder weniger betragen.
  • 2E zeigt ein Beispiel der Ausgestaltung der Halbleitervorrichtung 100 mit der Kerbe 118. Die Kerbe 118 des vorliegenden Beispiels ist im Senkenbereich 115 angeordnet. Der Eckenabschnitt 111 des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht am Diodenabschnitt 80 angeordnet. Die Form der Kerbe 118 kann ähnlich wie die des in 2D gezeigten Beispiels sein. Da die Kerbe 118 des vorliegenden Beispiels am Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, wird es einfacher, den Abstand zwischen dem Senkenbereich 115 und der Graben-Mittenposition TP zu vergrößern und so ein zerstörerisches Versagen der Halbleitervorrichtung 100 zu vermeiden.
  • Man beachte, dass obwohl die Struktur in der Umgebung des Eckenabschnitts 111 des Senkenbereichs 115 unter Bezugnahme auf 2A bis 2E beschrieben wurde, kann eine ähnliche Struktur auch für den Eckenabschnitt 121 des Senkenbereichs 125 vorgesehen sein. Das heißt, der Eckenabschnitt 121 kann am Transistorabschnitt 70, am Dummy-Grabenbereich 172 oder am Diodenabschnitt 80 angeordnet sein. Ferner kann der in 2A bis 2E gezeigte Eckenabschnitt 111 entweder der Eckenabschnitt 111a oder der Eckenabschnitt 111b sein.
  • 3 ist ein Beispiel einer Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100, die einen Schutzfilm 180 aufweist. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst ungültige Bereiche 170.
  • Die ungültigen Bereiche 170 sind Bereiche, die nicht als der Transistorabschnitt 70 funktionieren. Der ungültige Bereich 170 kann der Dummy-Grabenbereich 172 oder der Diodenabschnitt 80 sein. Durch Anordnen der ungültigen Bereiche 170 in einer Umgebung des Eckenabschnitts 111 kann ein Einströmen eines Stromfadens in den Senkenbereich 115 unterdrückt werden. Der ungültige Bereiche 170 des vorliegenden Beispiels ist auch in einer Umgebung des Eckenabschnitts 121 angeordnet, wodurch ein Einströmen des Stromfadens in den Senkenbereich 125 unterdrückt werden kann.
  • Der Schutzfilm 180 ist über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Beispielsweise ist der Schutzfilm 180 ein isolierender Schutzfilm aus Polyimid oder dergleichen. Der Schutzfilm 180 verhindert, dass Lot auf einem Feld in andere Felder oder dergleichen fließt. Der Schutzfilm 180 ist in Bereichen angeordnet, wo die Transistorabschnitte 70 in Draufsicht ausgebildet sind. Mit anderen Worten, der Schutzfilm 180 kann unter Vermeiden der ungültigen Bereiche 170 angeordnet sein. Beispielsweise ist der Schutzfilm so angeordnet ist, dass er die Diodenabschnitte 90 in Draufsicht vermeidet. Im vorliegenden Beispiel sind die Bereiche, wo der Schutzfilm 180 angeordnet ist, schraffiert.
  • Ungeschützte Bereiche 185 sind Bereiche, wo der Schutzfilm 180 in Draufsicht nicht vorgesehen ist. In den ungeschützten Bereichen 185 können die Frontflächenelektroden, wie z.B. die Emitterelektrode 52, freiliegen. Der Transistorabschnitt 70, der Diodenabschnitt 80 und/oder der Dummy-Grabenbereich 172 können im ungeschützten Bereich 185 ausgebildet sein. Man beachte, dass die ungeschützten Bereiche 185 nicht schraffiert sind.
  • Hier kann der Lebensdauer-Steuerbereich 130 des Diodenabschnitts 80 nach dem Ausbilden des Schutzfilms 180 ausgebildet werden. Wenn der Schutzfilm 180 jedoch über dem Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, kann es aufgrund des Schutzfilms 180 schwierig werden, die Position des Lebensdauer-Steuerbereichs 130 in Tiefenrichtung zu regeln. Durch Vorsehen des Schutzfilms 180 des vorliegenden Beispiels unter Vermeiden des Diodenabschnitts 80, kann die Position des Lebensdauer-Steuerbereichs 130 genau in Tiefenrichtung geregelt werden.
  • 4A ist ein Beispiel einer Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Beispiel. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels unterscheidet sich von der in 1A gezeigten Halbleitervorrichtung 100 dadurch, dass sie den Senkenbereich 115 umfasst, der symmetrisch in Bezug auf die virtuelle Mittellinie VL angeordnet ist. Der Senkenbereich 115 ist in Bezug auf die virtuelle Mittellinie VL in Erstreckungsrichtung symmetrisch. Entsprechend kann der kürzeste Abstand R1 zwischen dem Senkenbereich 115 und der Graben-Mittenposition TP groß eingestellt werden.
  • 4B ist ein Beispiel einer Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Beispiel. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels unterscheidet sich von der des in 1A gezeigten Beispiels dadurch, dass sich eine Positionsbeziehung zwischen einer Position, an der das Steuerfeld angeordnet ist, und der Erstreckungsrichtung der Grabenabschnitte unterscheidet.
  • Das erste Steuerfeld 110 steht von der ersten äußeren Randseite 151, die sich in X-Achsenrichtung erstreckt, zur Innenseite des Halbleitersubstrats 10 ab. Das zweite Steuerfeld 120 steht von der zweiten äußeren Randseite 152, die sich in X-Achsenrichtung erstreckt, zur Innenseite des Halbleitersubstrats 10 ab.
  • In Draufsicht erstreckt sich die Vielzahl von Grabenabschnitten in Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung). Das heißt, die Erstreckungsrichtung des vorliegenden Beispiels ist in Draufsicht senkrecht zur ersten äußeren Randseite 151. Somit liegt die Erstreckungsrichtung der Vielzahl von Grabenabschnitten in einer Richtung, die mit einer Auskragungsrichtung des ersten Steuerfelds 110 und des zweiten Steuerfelds 120 (Y-Achsenrichtung) übereinstimmt. Auch in diesem Fall erfüllt der kürzeste Abstand R1a zwischen dem Eckenabschnitt 111 und der Graben-Mittenposition TP eine ähnliche Bedingung wie bei den anderen Beispielen, so dass eine Stromverdichtung im Eckenabschnitt 111 vermieden werden kann. Ebenso erfüllt der kürzeste Abstand R2a zwischen dem Eckenabschnitt 121 und der Graben-Mittenposition TP eine ähnliche Bedingung wie bei den anderen Beispielen, so dass eine Stromverdichtung im Eckenabschnitt 121 vermieden werden kann.
  • 5 ist ein schematisches Schaubild, das eine elektrische Feldstärke E(R) zeigt, wenn ein Lawinendurchbruch in der Umgebung des Eckenabschnitts 111 in einem AUS-Zustand verursacht wird. E(R) bezeichnet eine elektrische Feldstärke an einer durch einen Abstand R vom Eckenabschnitt 111 entfernten Position. R ist nicht auf die Richtung gemäß 5 beschränkt und kann eine beliebige Richtung innerhalb einer Ebene (x-y-Ebene in der Figur) in Draufsicht sein. R des vorliegenden Beispiels bezeichnet einen Abstand vom Eckenabschnitt 111 in der Graben-Erstreckungsrichtung. An einer Position, die weit genug vom Eckenabschnitt 111 entfernt ist, konvergiert die elektrische Feldstärke E(R) zu einer maximalen elektrischen Feldstärke Em, die durch eine Näherung für einen ebenen Übergang berechnet wird, unabhängig von der Wirkung des Eckenabschnitts 111 des Senkenbereichs. Wenn sich der Abstand R dem Eckenabschnitt 111 nähert, nimmt die elektrische Feldstärke gemäß einer Poisson-Gleichung, die durch Ausdruck (1) ausgedrückt wird, durch die Wirkung des Eckenabschnitts 111 des Senkenbereichs 115 zu. divE = ( q / ( ε 0 ε r ) ) ( p + N D )
    Figure DE112021000878T5_0001
  • Hierbei bezeichnet q eine Elementarladung, ε0 bezeichnet die Permittivität des Vakuums, εr bezeichnet eine relative Permittivität, p bezeichnet eine Lochkonzentration und ND bezeichnet eine Donatorenkonzentration. E ist ein elektrisches Feld (Vektor) und es ergibt sich | E | = E. Im Fall des Ausschaltens werden eine Elektronenkonzentration und eine Akzeptorenkonzentration in einer Verarmungsschicht des Driftbereichs 18 vernachlässigt, da sie ausreichend klein sind. Das heißt, in der Umgebung des Eckenabschnitts 111 nimmt ein Gradient der elektrischen Feldstärke E (div E) um eine Kurve des elektrischen Feldes in der x-y-Ebene auf der oberen Oberfläche zu. Somit nimmt die elektrische Feldstärke E selbst auch zu. Somit nimmt E(R) von Em zu, wenn es sich dem Eckenabschnitt 111 nähert.
  • Durch die obigen Ausführungen wird davon ausgegangen, dass die elektrische Feldstärke E(R) einer Exponentialfunktion folgt. Wenn ein Spitzenwert der elektrischen Feldstärke Ep im Eckenabschnitt 11 erreicht wird, wird die elektrische Feldstärke E(R) durch den folgenden Ausdruck beschrieben. E ( R ) = Ep × exp ( − R / Δ R ) + Em
    Figure DE112021000878T5_0002
  • Ep bezeichnet einen Spitzenwert der elektrischen Feldstärke im Eckenabschnitt 111 und ΔR bezeichnet eine charakteristische Länge, mit der die elektrisch Feldstärke abfällt. Beispielsweise kann Ep eine kritische elektrische Feldstärke sein. Im vorliegenden Beispiel beträgt Ep 6 × 105 (V/cm). Beispielsweise beträgt ΔR ungefähr 200 µm bis 400 µm. ΔR des vorliegenden Beispiels beträgt 300 µm. Man beachte, dass ΔR nicht auf diesen Bereich beschränkt ist.
  • Wenn es keine Verzerrung des elektrischen Feldes in der x-y-Ebene gibt, wird E(R) zu einem Näherungswert Em eines ebenen Übergangs. Wenn die durchschnittliche Donatorkonzentration einer Driftschicht durch ND0 und die angelegte Spannung durch V angegeben wird, wird Em durch den folgenden Ausdruck gemäß der Poisson-Gleichung ausgedrückt. Em = [ 2 V ( q / ε 0 ε r ) ( p+N D0 ) ] 0.5
    Figure DE112021000878T5_0003
  • Für die Lochkonzentration p wird z.B. der Fall eines Abschaltens des Transistorabschnitts 70 angenommen, und hier wird ein Fall angenommen, in dem ein Strom von ungefähr einem Nennstrom Jrate fließt. Da beim Ausschalten eine Spannung angelegt wird, kann davon ausgegangen werden, dass die Geschwindigkeit der Löcher in der Verarmungsschicht (d.h. in der Raumladungszone) bei vsat gesättigt ist, und die Lochkonzentration p erfüllt die folgende Gleichung (4). p = J rate / ( qv sat )
    Figure DE112021000878T5_0004
  • vsat beträgt beispielsweise 8 × 106 (cm/s) für Löcher in Silizium. Im vorliegenden Beispiel ist ND0 = 5 × 1013/cm3, die Anwendungsspannung V = 600 V, die Nennstromdichte Jrate = 500 A/cm2 und Em = 2,83 × 105 (V/cm).
  • 6A illustriert eine Abhängigkeit vom Abstand R der elektrischen Feldstärke E(R) an der Position, die um den Abstand R vom Eckenabschnitt 111 entfernt ist. Eine Längsachse bezeichnet ein Verhältnis E(R)/Em, das durch die elektrische Feldstärke E(R) (V/vm) und die maximale elektrische Feldstärke Em normalisiert ist, und eine horizontale Abstand bezeichnet den Abstand R (µm) vom Eckenabschnitt 111.
  • Die elektrische Feldstärke E(R) zeigt eine elektrische Feldstärke von ungefähr der maximalen elektrischen Feldstärke Em in einem Bereich, in dem der Abstand R 1.500 µm oder mehr beträgt. Andererseits nimmt die elektrische Feldstärke E(R) steil zu, wenn der Abstand R kleiner als 1.500 µm wird. Wenn der Abstand R kleiner als 1.500 µm wird, wird das Verhältnis der elektrischen Feldstärke E(R)/Em 1,1 oder mehr. Der Lawinendurchbruch ist ein kritisches Phänomen und ein Stoßionisationskoeffizient hängt stark von der elektrischen Feldstärke ab. Wenn somit das Verhältnis der elektrischen Feldstärke E(R)/Em das 1,1-fache oder mehr beträgt, verdoppelt sich der Stoßionisationskoeffizient, so dass die Stoßionisationsrate ansteigt und ein starker Lawinendurchbruch auftritt. Das Verhältnis der elektrischen Feldstärke E(R)/Em wird 1,1 oder mehr, wenn der Abstand R kleiner als 1.000 µm ist. Das heißt, in einem Bereich, wo der Abstand R kleiner als 1.000 µm ist, tritt der Lawinendurchbruch mit hoher Wahrscheinlichkeit auf im Vergleich mit einem Bereich, wo der Abstand R 1.000 µm oder mehr beträgt. Wenn außerdem der Abstand R 1.500 µm oder mehr beträgt, wird das Verhältnis der elektrischen Feldstärke E(R)/Em 1,01 oder weniger. Das heißt, in einem Bereich, wo der Abstand R 1.500 µm oder mehr beträgt, wird ein Anstieg der elektrischen Feldstärke aufgrund einer räumlichen Verzerrung (Kurve) des elektrischen Feldes als ausreichend klein betrachtet. Nach der obigen Beschreibung wird die Stoßionisationsrate des Lawinendurchbruchs in einem Bereich hoch, wo der Abstand R kleiner als 1.000 µm. Im vorliegenden Beispiel wird ein höchster Wert im Eckenabschnitt 111 (R = 0) erzielt.
  • Hier kann der Abstand R durch den kürzesten Abstand R1a vom Eckenabschnitt 111 zur Graben-Mittenposition TP ersetzt werden. Das heißt, der kürzeste Abstand R1a vom Eckenabschnitt 111 zur Graben-Mittenposition TP kann 1.000 µm oder mehr oder 1.500 µm oder mehr betragen. Es ist zu beachten, dass der Abstand R in den Beschreibungen des vorliegenden Beispiels zwar durch den kürzesten Abstand R1a ersetzt wird, der Abstand R aber auch durch den kürzesten Abstand R1b, R2a oder R2b ersetzt werden kann.
  • Wenn die Gatterspannung während dem Abschalten von + nach - abgeschaltet wird, wird das Potenzial von der Gatter-Metallschicht 50 zum Gatter-Leitungsabschnitt 44 übertragen. Wenn der Gatter-Leitungsabschnitt 44 aus Polysilizium ausgebildet ist, ist ein Widerstand niedriger als der einer Aluminiumlegierung oder dergleichen. Andererseits ist ein Laden/Entladen eines MOS-Kondensators zum Eliminieren (oder Erzeugen) einer MOS-Gatter-Inversionsschicht notwendig. Beim Laden/Entladen des MOS-Kondensators wird eine Verzögerungszeit durch eine elektrostatische Kapazität erzeugt, die auf Grundlage der Dicke des dielektrischen Gatterfilms 42 und des Widerstands des Gatter-Leitungsabschnitts 44 bestimmt wird. Während eine Länge von der Position der Gatter-Metallschicht 50 zur Graben-Mittenposition TP zunimmt, steigt der Widerstand des Gatter-Leitungsabschnitt 44 an. Somit wird eine zum Laden des MOS-Kondensators an der Graben-Mittenposition TP benötigte Verzögerungszeit lang. Durch diese Verlängerung der Verzögerungszeit verzögert sich der Zeitpunkt des Abschaltens des Gatters in der Nähe der Graben-Mittenposition TP, so dass sich die Ladungsträger an der Graben-Mittenposition TP konzentrieren und ein Stromfaden entsteht. Andererseits breitet sich die Verarmungsschicht während dem Abschalten im Driftbereich 18 aus und der Stromfaden existiert in der Verarmungsschicht. Da viele Ladungsträger (Löcher) im Stromfaden verbleiben, nimmt der Gradient der elektrischen Feldstärke der Verarmungsschicht zu und die elektrische Feldstärke nimmt zu. Da zudem die Stromdichte (insbesondere der Lochstrom) groß ist, nimmt auch die Stoßionisationsrate zu und der Lawinendurchbruch wird verstärkt.
  • Wenn die Graben-Mittenposition TP in einem durch einen Abstand kleiner als 1.000 µm vom Eckenabschnitt 111 getrennten Bereich angeordnet ist, wird der kürzeste Abstand R1a kleiner als 1.000 µm. In diesem Fall wird die elektrische Feldstärke E (R1a) an der Graben-Mittenposition TP während dem Abschalten größer als das 1,1-fache von Em. An der Graben-Mittenposition TP bewirkt also nicht nur der Stromfaden, sondern auch die räumliche Verzerrung des elektrischen Feldes eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke. Infolgedessen erhöht sich die Stoßionisationsrate nicht nur in der Nähe des Eckenabschnitts 111, sondern auch an der Graben-Mittenposition TP, so dass ein Lawinendurchbruch wahrscheinlich ist. Infolgedessen kommt es zu einer positiven Rückkopplung von Strömen in dem Bereich, der den Eckenabschnitt 111 und die Graben-Mittenposition TP umfasst, und die Wahrscheinlichkeit eines zerstörerischen Versagens wird hoch. Somit wird durch das Einstellen des kürzesten Abstands R1a auf einen Wert größer als 1.000 um der Abstand R der Graben-Mittenposition TP vom Eckenabschnitt 111 1.000 µm oder mehr. Entsprechend wird es möglich, die elektrische Feldstärke E (R1a) kleiner als das 1,1-fache von Em einzustellen, die Verstärkung des Lawinendurchbruchs am Eckenabschnitt 111 und an der Graben-Mittenposition TP zu unterdrücken, und somit ein zerstörerisches Versagen während dem Abschalten zu verhindern. Außerdem kann der kürzeste Abstand R1a auf 1.500 µm oder mehr eingestellt werden.
  • Da die Breite Wg des Gatter-Leitungsabschnitts 44 kleiner wird und die Grabenlänge Lt größer wird, wenn das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts zunimmt, erhöht sich der Widerstand des Gatter-Leitungsabschnitts 44 von der Position der Gatter-Metallschicht 50 zur Grabenmitte TP. Das heißt, dass während des Ladens/Entladens des Gatter-Leitungsabschnitts 44 in der Nähe der Graben-Mittenposition TP eine Verzögerungszeit erzeugt wird, und dass wahrscheinlich ein Stromfaden erzeugt wird. Somit wird der kürzeste Abstand R1a innerhalb des Bereichs des oben beschriebenen Leitungsabschnitt-Formverhältnisses α auf 1.000 µm oder mehr eingestellt. Entsprechend wird es möglich, die Verstärkung des Lawinendurchbruchs am Eckenabschnitt 111 und an der Graben-Mittenposition TP zu unterdrücken, und ein zerstörerisches Versagen während dem Abschalten zu verhindern. Der kürzeste Abstand R1a kann 1.500 µm oder mehr, 2.000 um oder mehr, 3.000 µm oder mehr oder 5.000 µm oder mehr betragen. Der kürzeste Abstand R1a kann 20.000 µm oder weniger, 15.000 µm oder weniger oder 10.000 µm oder mehr betragen.
  • 6B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem kürzesten Abstand R1a und einer Fehlerrate einer Abschalt-Durchbruchfestigkeit (%). Die Fehlerrate der Abschalt-Durchbruchfestigkeit ist ein Prozentsatz eines schadhaften Fehlers der Halbleitervorrichtung durch das Abschalten. Die Abschalt-Stromdichte und Anwendungsspannung können schwanken und die oben beschriebenen Bedingungen können als Beispiel verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Fehlerraten der Abschalt-Durchbruchfestigkeit für den Fall, dass das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts 6.250 beträgt, und für den Fall, dass das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts 8.750 beträgt, dargestellt.
  • Wenn das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts 6.250 beträgt, beträgt die Grabenlänge Lt 5.000 um und die Breite Wg des Gatter-Leitungsabschnitts 44 beträgt 0,8 µm. Wenn der kürzeste Abstand R1a 500 um beträgt, beträgt die Fehlerrate der Abschalt-Durchbruchfestigkeit 50%. Die Fehlerrate nimmt auf 14% ab, wenn der kürzeste Abstand R1a 1.000 µm beträgt, nimmt auf 5% ab, wenn der kürzeste Abstand R1a 1.500 um beträgt und nimmt auf 2% ab, wenn der kürzeste Abstand R1a 2.000 um beträgt.
  • Wenn das Formverhältnis α des Leitungsabschnitts 8.750 beträgt, beträgt die Grabenlänge Lt 7.000 um und die Breite Wg des Gatter-Leitungsabschnitts 44 beträgt 0,8 µm. Wenn der kürzeste Abstand R1a 500 µm beträgt, beträgt die Fehlerrate der Abschalt-Durchbruchfestigkeit 62% und nimmt auf 21% ab, wenn der kürzeste Abstand R1a 1.000 µm beträgt. Ferner nimmt die Fehlerrate weitgehend auf 8% oder weniger ab, wenn der kürzeste Abstand R1a 1.500 µm oder mehr beträgt. Da die Fehlerrate der Abschalt-Durchbruchfestigkeit kleiner als 30% eingestellt werden kann, kann der kürzeste Abstand R1a 1.000 µm oder mehr, 1.500 um oder mehr, 2.000 um oder mehr, 3.000 µm oder mehr oder 5.000 µm oder mehr betragen. Obwohl der kürzeste Abstand R1a im vorliegenden Beispiel beschrieben wurde, gilt dasselbe für den kürzesten Abstand R1b, R2a oder R2b.
  • 6C ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Nennspannung Vrate und der Nennstromdichte Jrate zeigt. Eine Längsachse bezeichnet die Nennstromdichte Jrate (A/cm2) und eine horizontale Achse bezeichnet die Nennspannung (V). Als ein Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 100 so entworfen werden, dass die Nennspannung Vrate und die Nennstromdichte Jrate in einem Bereich erfüllt werden, der durch eine Obergrenze P1 und eine Untergrenze P2 in 6C eingefasst wird.
  • Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 100 so entworfen sein, dass sie die Nennstromdichte von 400 (A/cm2) oder mehr und 800 (A/cm2) oder weniger bei einer Nennspannung von 600 (V) erfüllt. Ferner kann die Halbleitervorrichtung 100 so entworfen sein, dass sie die Nennstromdichte von 300 (A/cm2) oder mehr und 600 (A/cm2) oder weniger bei einer Nennspannung von 1.200 (V) erfüllt. Die Halbleitervorrichtung 100 kann so entworfen sein, dass sie die Nennstromdichte von 200 (A/cm2) oder mehr und 400 (A/cm2) oder weniger bei einer Nennspannung von 1.700 (V) erfüllt.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels kann selbst dann, wenn die Grabenlänge Lt auf 2.000 µm oder mehr eingestellt ist, um solche Eigenschaften zu realisieren, durch geeignetes Einstellen des Abstands zwischen dem P-artigen Senkenbereich und der Graben-Mittenposition TP ein zerstörerisches Versagen einer Vorrichtung aufgrund eines Zuflusses eines Stromfilaments in den P-artigen Senkenbereich vermieden werden.
  • Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass zu den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Änderungen und Verbesserungen hinzugefügt werden können. Aus dem Schutzbereich der Ansprüche ergibt sich auch, dass die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügten Ausführungsformen in den technischen Umfang der Erfindung einbezogen werden können.
  • Die Vorgänge, Prozeduren, Schritte und Stufen jedes Prozesses, die von einer Vorrichtung, einem System, einem Programm und einem Verfahren durchgeführt werden, die in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Zeichnungen dargestellt sind, können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch „vorher“, „vor“ oder ähnlichen Begriffen angegeben ist und solange die Ausgabe eines vorhergehenden Prozesses nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Selbst wenn der Prozessablauf in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Figuren durch Begriffe wie „erste“ oder „nächste“ beschrieben wird, bedeutet dies nicht unbedingt, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleitersubstrat
    12
    Emitterbereich
    14
    Basisbereich
    15
    Kontaktbereich
    16
    Sammelbereich
    18
    Driftbereich
    20
    Pufferbereich
    21
    Frontfläche
    22
    Kollektorbereich
    23
    Rückenfläche
    24
    Kollektorelektrode
    25
    Verbindungsabschnitt
    30
    Dummy-Grabenabschnitt
    31
    Erstreckungsabschnitt
    32
    dielektrischer Dummyfilm
    33
    Verbindungsabschnitt
    34
    Dummy-Leitungsabschnitt
    38
    dielektrischer Zwischenschichtfilm
    40
    Gatter-Grabenabschnitt
    41
    Erstreckungsabschnitt
    42
    dielektrischer Gatterfilm
    43
    Verbindungsabschnitt
    44
    Gatter-Leitungsabschnitt
    50
    Gatter-Metallschicht
    52
    Emitterelektrode
    54
    Kontaktloch
    55
    Kontaktloch
    56
    Kontaktloch
    70
    Transistorabschnitt
    71
    Mesaabschnitt
    80
    Diodenabschnitt
    81
    Mesaabschnitt
    82
    Kathodenbereich
    90
    Grenzabschnitt
    91
    Mesaabschnitt
    92
    Grenzabschnitt
    100
    Halbleitervorrichtung
    102
    aktiver Abschnitt
    104
    äußerer Randabschnitt
    110
    erstes Steuerfeld
    111
    Eckenabschnitt
    112
    Anodenfeld
    114
    Kathodenfeld
    115
    Senkenbereich
    116
    Messfeld
    118
    Kerbe
    120
    zweites Steuerfeld
    121
    Eckenabschnitt
    122
    Gatterfeld
    125
    Senkenbereich
    130
    Lebensdauer-Steuerbereich
    135
    Senkenbereich
    140
    Temperaturmessabschnitt
    142
    Temperaturmessverdrahtung
    145
    Senkenbereich
    150
    äußere Randkante
    151
    erste äußere Randseite
    152
    zweite äußere Randseite
    170
    ungültiger Bereich
    172
    Dummy-Grabenbereich
    180
    Schutzfilm
    185
    ungeschützter Bereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2020077674 [0002]
    • JP 2019186510 [0002]

Claims (20)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen aktiven Abschnitt, der auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist; eine Vielzahl von Grabenabschnitten, die jeweils einen Gatter-Leitungsabschnitt umfassen und in einer vorgegebenen Anordnungsrichtung angeordnet sind, während sie sich in einer vorgegebenen Erstreckungsrichtung im aktiven Abschnitt erstrecken, wobei ein Formverhältnis des Leitungsabschnitts einer Grabenlänge in Erstreckungsrichtung zu einer Breite des Gatter-Leitungsabschnitts in Anordnungsrichtung 1.000 oder mehr beträgt; ein erstes Steuerfeld, das in Draufsicht von einer vorgegebenen ersten äußeren Randseite des Halbleitersubstrats zu einer Innenseite des Halbleitersubstrats absteht; und einen ersten Senkenbereich, der unter dem ersten Steuerfeld angeordnet ist, wobei der erste Senkenbereich so angeordnet ist, dass er das erste Steuerfeld in Draufsicht bedeckt, wobei ein kürzester Abstand zwischen dem ersten Senkenbereich und einer Graben-Mittenposition als Mitte einer Länge der Vielzahl von Grabenabschnitten in Erstreckungsrichtung in Draufsicht 1.000 µm oder mehr beträgt.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der kürzeste Abstand 1.500 µm oder mehr beträgt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der kürzeste Abstand 2.000 µm oder mehr beträgt.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Formverhältnis des Leitungsabschnitts der Vielzahl von Grabenabschnitten 3.000 oder mehr und 1 × 106 oder weniger beträgt.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vielzahl von Grabenabschnitten einen Gatter-Grabenabschnitt umfasst, der auf ein Gatterpotenzial eingestellt ist, und das Formverhältnis des Leitungsabschnitts des Gatter-Grabenabschnitts 5.000 oder mehr und 3 × 105 oder weniger beträgt.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Steuerfeld ein Anodenfeld, ein Kathodenfeld und ein Messfeld umfasst.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Senkenbereich in Draufsicht rechteckig ist und drei Seiten des ersten Senkenbereichs dem aktiven Abschnitt gegenüberliegen.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Senkenbereich einen Eckenabschnitt umfasst, der von der ersten äußeren Randseite absteht, und der kürzeste Abstand ein Abstand zwischen dem Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs und der Graben-Mittenposition ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Abstand L1a von einer virtuellen Mittellinie zum Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs, wobei die virtuelle Mittellinie senkrecht zur ersten äußeren Randseite steht und durch eine Mitte der ersten äußeren Randseite verläuft, 40% oder mehr einer Länge von der virtuellen Mittellinie zu einer äußeren Randkante des Halbleitersubstrats in einer Richtung senkrecht zur virtuellen Mittellinie beträgt.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Senkenbereich symmetrisch in Bezug auf die virtuelle Mittellinie ist, wobei die virtuelle Mittellinie senkrecht zur ersten äußeren Randseite steht und durch die Mitte der ersten äußeren Randseite verläuft.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Senkenbereich asymmetrisch in Bezug auf die virtuelle Mittellinie ist, wobei die virtuelle Mittellinie senkrecht zur ersten äußeren Randseite steht und durch die Mitte der ersten äußeren Randseite verläuft.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Senkenbereich eine Kerbe aufweist, die durch teilweises Ausschneiden einer Ecke des ersten Senkenbereichs in Draufsicht entsteht.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, umfassend: ein zweites Steuerfeld, das in Draufsicht von einer zweiten äußeren Randseite, die der ersten äußeren Randseite gegenüberliegt, zur Innenseite des Halbleitersubstrats absteht; und einen zweiten Senkenbereich, der unter dem zweiten Steuerfeld angeordnet ist, wobei der zweite Senkenbereich so angeordnet ist, dass er das zweite Steuerfeld in Draufsicht bedeckt, wobei der zweite Senkenbereich einen Eckenabschnitt umfasst, der von der zweiten äußeren Randseite absteht, und der Abstand L1a länger als ein Abstand L2a von der virtuellen Mittellinie zum Eckenabschnitt des zweiten Senkenbereichs in Erstreckungsrichtung ist.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, wobei das zweite Steuerfeld ein Gatterfeld zum Einstellen der Vielzahl von Grabenabschnitten auf ein Gatterpotenzial ist.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der aktive Abschnitt einen Transistorabschnitt und einen Diodenabschnitt umfasst, und ein Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs in Draufsicht am Transistorabschnitt angeordnet ist.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Vielzahl von Grabenabschnitten einen Dummy-Grabenbereich umfasst, der auf ein Emitterpotenzial eingestellt ist, und ein Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs in Draufsicht am Dummy-Grabenbereich angeordnet ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der aktive Abschnitt einen Transistorabschnitt und einen Diodenabschnitt umfasst, und ein Eckenabschnitt des ersten Senkenbereichs in Draufsicht am Diodenabschnitt angeordnet ist.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, umfassend: einen Schutzfilm, der über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei der Diodenabschnitt einen Lebensdauersteuerbereich auf einer Frontflächenseite des Halbleitersubstrats umfasst, und der Schutzfilm so angeordnet ist, dass er den Diodenabschnitt in Draufsicht vermeidet.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Erstreckungsrichtung in Draufsicht parallel zur ersten umfänglichen Seite ist.
  20. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Erstreckungsrichtung in Draufsicht senkrecht zur ersten umfänglichen Seite ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019186510A (ja) 2018-03-30 2019-10-24 富士電機株式会社 半導体装置、半導体パッケージ、半導体モジュール、および半導体回路装置
JP2020077674A (ja) 2018-11-05 2020-05-21 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7280666B2 (ja) * 2017-05-17 2023-05-24 ローム株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP7099017B2 (ja) * 2018-04-04 2022-07-12 富士電機株式会社 半導体装置
JP7024891B2 (ja) * 2019-02-07 2022-02-24 富士電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019186510A (ja) 2018-03-30 2019-10-24 富士電機株式会社 半導体装置、半導体パッケージ、半導体モジュール、および半導体回路装置
JP2020077674A (ja) 2018-11-05 2020-05-21 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法

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