DE112021007588T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112021007588T5
DE112021007588T5 DE112021007588.8T DE112021007588T DE112021007588T5 DE 112021007588 T5 DE112021007588 T5 DE 112021007588T5 DE 112021007588 T DE112021007588 T DE 112021007588T DE 112021007588 T5 DE112021007588 T5 DE 112021007588T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
region
igbt
diode
measurement
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112021007588.8T
Other languages
English (en)
Inventor
Tsuyoshi OSAGA
Yasuo ATA
Yuki HATA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE112021007588T5 publication Critical patent/DE112021007588T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0641—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region without components of the field effect type
    • H01L27/0647—Bipolar transistors in combination with diodes, or capacitors, or resistors, e.g. vertical bipolar transistor and bipolar lateral transistor and resistor
    • H01L27/0652—Vertical bipolar transistor in combination with diodes, or capacitors, or resistors
    • H01L27/0664—Vertical bipolar transistor in combination with diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/8613—Mesa PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H01L29/407—Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Ein Halbleitersubstrat (1) weist eine Drift-Schicht (8) auf. Eine IGBT-Region (2) und eine Diodenregion (3) sind auf dem Halbleitersubstrat (1) bereitgestellt und weisen eine Emitterelektrode (16) auf einer Fläche des Halbleitersubstrats (1) auf. Eine Mess-IGBT-Region (4) ist auf dem Halbleitersubstrat (1) bereitgestellt, sie verfügt über eine kleinere Fläche als jene der IGBT-Region (2), und sie beinhaltet eine Messemitterelektrode (20), welche auf der Fläche des Halbleitersubstrats (1) bereitgestellt ist und von der Emitterelektrode (16) getrennt ist. Eine Messdiodenregion (3) ist auf dem Halbleitersubstrat (1) bereitgestellt, sie weist eine kleinere Fläche auf als jene der Diodenregion (3), und sie enthält eine Messanodenelektrode, welche auf der Fläche des Halbleitersubstrats (1) bereitgestellt ist und von der Emitterelektrode (16) getrennt ist. Die Messdiodenregion (3) ist von der IGBT-Region (2) mit einem Abstand gleich oder größer als jener der Drift-Schicht (8) getrennt.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • Hintergrund
  • Ein rückwärtsleitender Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (RC-IGBT) wird häufig in einer Leistungswandlervorrichtung wie einem Inverter eingesetzt. In den vergangenen Jahren ist eine Bauelementgröße eines zu montierenden RC-IGBT kleiner geworden, um einen Inverter kleiner auszubilden und Kosten zu reduzieren. Falls ein Flächenverhältnis einer IGBT-Region erhöht wird, um einen Leitungsverlust und einen Schaltverlust zu reduzieren, wird eine Diodenregion relativ schmal. Dies resultiert in einer Überschreitung eines Spitzenanstiegs eines Vorwärtsstroms einer Diode während eines Rückflusses, was eine Beschädigung verursachen kann. Daher wurde vorgeschlagen, eine Messdiodenregion bereitzustellen, welche einen Leitungsstrom der Diode überwacht und um eine Anwendung eines Stroms zu detektieren, der zu einer Beschädigung führt (siehe zum Beispiel PTL 1).
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
  • [PTL 1] JP 2009-135414 A
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • Es besteht jedoch ein dahingehendes Problem in einer Halbleitervorrichtung im Stand der Technik, dass eine Stromdetektierungsgenauigkeit in einer Messdiodenregion gering ist.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde getätigt, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe dieser, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, in welcher eine Stromdetektierungsgenauigkeit in einer Messdiodenregion verbessert werden kann.
  • Lösung des Problems
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auf: ein Halbleitersubstrat aufweisend eine Drift-Schicht; eine IGBT-Region und eine Diodenregion, welche auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt sind und eine Emitterelektrode aufweisen, welche auf einer Fläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt ist; eine Mess-IGBT-Region, welche auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, welche eine kleinere Fläche aufweist als eine Fläche der IGBT-Region, und welche eine Messemitterelektrode aufweist, die auf der Fläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt ist und von der Emitterelektrode getrennt ist; und eine Messdiodenregion, welche auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, welche eine kleinere Fläche aufweist als eine Fläche der Diodenregion, und welche eine Messanodenelektrode aufweist, die auf der Fläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt ist und von der Emitterelektrode getrennt ist, wobei die Messdiodenregion von der IGBT-Region mit einem Abstand gleich oder größer als eine Dicke der Drift-Schicht getrennt ist.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • In der vorliegenden Offenbarung ist die Messdiodenregion von der IGBT-Region und der Mess-IGBT-Region mit einem Abstand gleich oder größer als eine Dicke der Drift-Schicht getrennt. Dies kann verhindern, dass ein Strom während eines Rückflussbetriebs durch die IGBT-Region fließt, sodass es möglich ist, eine Stromdetektierungsgenauigkeit in der Messdiodenregion zu verbessern.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
    • 1 ist eine Draufsicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 2 ist ein Querschnittsdiagramm entlang I-II in 1.
    • 3 ist ein Querschnittsdiagramm entlang III-IV in 1.
    • 4 ist ein Querschnittsdiagramm entlang V-Vl in 1.
    • 5 ist eine Ansicht, welche eine Diodenstromdetektierungseinheit veranschaulicht.
    • 6 ist eine Draufsicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 7 ist ein Querschnittsdiagramm entlang I-II in 6.
    • 8 ist eine Draufsicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist ein Querschnittsdiagramm entlang I-II in 8.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Identische Komponenten sind mittels identischer Bezugszeichen gekennzeichnet, und deren wiederholte Beschreibung kann ausgelassen sein.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Draufsicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Die Halbleitervorrichtung ist ein RC-IGBT, in welchem eine IGBT-Region 2 und eine Diodenregion 3 auf einem Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt sind. Eine Mess-IGBT-Region 4, eine Messdiodenregion 5 und ein Gate-Pad 6 sind auf dem Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt. Eine Abschlussregion 7 ist an einer äußeren Peripherie des Halbleitersubstrats 1 bereitgestellt, um diese Regionen zu umschließen.
  • 2 ist ein Querschnittsdiagramm entlang I-II in 1. Das Halbleitersubstrat 1 weist eine N-Typ Drift-Schicht 8 auf. Eine P-Typ Körperschicht 9 ist auf der Drift-Schicht 8 bereitgestellt. Eine N-Typ Pufferschicht 10 ist unter der Drift-Schicht 8 bereitgestellt.
  • In der IGBT-Region 2 ist eine N-Typ Emitterschicht 11 auf einer Oberflächenschicht der P-Typ Körperschicht 9 bereitgestellt. Graben-Gates 12 sind über eine Gate-Isolierschicht innerhalb von Gräben bereitgestellt, welche durch die N-Typ Emitterschicht 11 und die P-Typ Körperschicht 9 verlaufen. Eine P-Typ Kollektorschicht 13 ist unter der N-Typ Pufferschicht 10 bereitgestellt. Die Graben-Gates 12 sind mit dem Gate-Pad 6 verbunden, um mit einer Gate-Spannungsversorgung verbunden zu werden.
  • In der Diodenregion 3 ist eine P-Typ Anodenschicht 14 in einer Oberflächenschicht der P-Typ Körperschicht 9 bereitgestellt. Die Graben-Gates 12 sind über die Gate-Isolierschicht innerhalb der Gräben bereitgestellt, welche durch die P-Typ Körperschicht 9 verlaufen. Eine N-Typ Kathodenschicht 15 ist unter der N-Typ Pufferschicht 10 bereitgestellt.
  • Sowohl in der IGBT-Region 2 und der Diodenregion 3 ist eine Emitterelektrode 16 auf einer Fläche des Halbleitersubstrats 1 bereitgestellt. Die Emitterelektrode 16 ist mit der P-Typ Körperschicht 9, der N-Typ Emitterschicht 11 und der P-Typ Anodenschicht 14 verbunden. Eine isolierende Schicht 17 ist auf den Graben-Gates 12 bereitgestellt, um eine Isolation zwischen den Graben-Gates 12 und der Emitterelektrode 16 zu erreichen. Sowohl in der IGBT-Region 2 als auch in der Diodenregion 3 ist eine Kollektorelektrode 18 auf einer rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats 1 bereitgestellt. Die Kollektorelektrode 18 ist mit der P-Typ Kollektorschicht 13 und der N-Typ Kathodenschicht 15 verbunden.
  • 3 ist ein Querschnittsdiagramm entlang III-IV in 1. Eine Struktur der Mess-IGBT-Region 4 ist ähnlich einer Struktur der IGBT-Region 2. In der Mess-IGBT-Region 4 ist eine Messemitterelektrode 20, die auf der Fläche des Halbleitersubstrats 1 bereitgestellt ist, mit der P-Typ Körperschicht 9 und der N-Typ Emitterschicht 11 verbunden und von der Emitterelektrode 16 getrennt. Eine Separierungsregion 19 liegt zwischen der IGBT-Region 2 und der Mess-IGBT-Region 4 vor. Die Separierungsregion 19 ist eine Region, in welcher weder die N-Typ Emitterschicht 11, noch die P-Typ Anodenschicht 14 und das Graben-Gate 12 vorhanden sind. Die Mess-IGBT-Region 4 ist nur direkt unterhalb der Messemitterelektrode 20 bereitgestellt.
  • 4 ist ein Querschnittsdiagramm entlang V-Vl in 1. Eine Struktur der Messdiodenregion 5 ist ähnlich einer Struktur der Diodenregion 3. In der Messdiodenregion 5 ist eine Messanodenelektrode 21, die auf der Fläche des Halbleitersubstrats 1 bereitgestellt ist, mit der P-Typ Körperschicht 9 und der P-Typ Anodenschicht 14 verbunden und von der Emitterelektrode 16 getrennt. Die Messdiodenregion 5 ist nur direkt unterhalb der Messanodenelektrode 21 bereitgestellt.
  • Eine Summe SI einer Fläche der IGBT-Region 2 ist größer als eine Summe SD einer Fläche der Diodenregion 3 (SI > SD). Eine Fläche der Mess-IGBT-Region 4 ist kleiner als die Summe SI der Fläche der IGBT-Region 2 (SI > SSI). Eine Fläche SSD der Messdiodenregion 5 ist kleiner als die Summe SD der Fläche der Diodenregion 3 (SD > SSD).
  • 5 ist eine Ansicht, welche eine Diodenstromdetektierungseinheit veranschaulicht. Die Messemitterelektrode 20 in der Mess-IGBT-Region 4 ist mit der Emitterelektrode 16 in einem Hauptteil umfassend die IGBT-Region 2 und die Diodenregion 3 über einen Messwiderstand Ra verbunden. Die Messanodenelektrode 21 in der Messdiodenregion 5 ist mit der Emitterelektrode 16 in dem Hauptteil über einen Messwiderstand Rb verbunden.
  • Ein Strom, welcher mit einem Flächenverhältnis des IGBT-Region 2 und der Mess-IGBT-Region 4 korrespondiert, fließt durch den Widerstand Ra. Durch Messen einer Spannung zwischen Anschlüssen der Messemitterelektrode 20 in der Mess-IGBT-Region 4 und der Emitterelektrode 16 in der IGBT-Region 2, kann somit ein durch die IGBT-Region 2 fließender Strom detektiert werden.
  • Ein Strom, welcher mit einem Flächenverhältnis der Diodenregion 3 und der Messdiodenregion 5 korrespondiert, fließt durch den Widerstand Rb. Durch Messen einer Spannung Vb zwischen Anschlüssen der Messanodenelektrode 21 in der Messdiodenregion 5 und der Emitterelektrode 16 in der IGBT-Region 2, kann somit ein durch die Diodenregion 3 fließender Strom ID detektiert werden. Zum Beispiel wird der Strom ID wie folgt unter Verwendung von Vb, SD, SSD und Rb ausgedrückt. ID = ( Vb / Rb ) * ( SD / SSD )
    Figure DE112021007588T5_0001
  • Auf ähnliche Weise wird Vb wie folgt ausgedrückt. Vb = Rb * ID * ( SSD / SD )
    Figure DE112021007588T5_0002
  • Durch eine Spannungsmessungsschaltung, welche Vb misst, kann somit ID detektiert werden.
  • Durch Überwachen eines Stroms in der Diodenregion 3 unter Verwendung der Messdiodenregion 5, kann ein Überstrom in der Diodenregion 3 detektiert werden und in eine Schutzfunktion rückgekoppelt werden. Ein Strom fließt durch die Drift-Schicht 8 innerhalb eines Bereichs, der mit 45° geneigt ist ausgehend von der rückwärtigen Fläche des Substrats bei einem Rückflussbetrieb. Falls dieser Strom durch die IGBT-Region 2 und die Mess-IGBT-Region 4 fließt, vermindert sich eine Stromdetektierungsgenauigkeit in der Messdiodenregion 5. Daher ist in der vorliegenden Ausführungsform die Messdiodenregion 5 von der IGBT-Region 2 und der Mess-IGBT-Region 4 mit einem Abstand gleich oder größer als eine Dicke der Drift-Schicht 8 getrennt. Dies kann verhindern, dass ein Strom durch die IGBT-Region 2 in einem Rückflussbetrieb fließt, sodass es möglich ist, die Stromdetektierungsgenauigkeit in der Messdiodenregion 5 zu verbessern.
  • Indem die Messdiodenregion 5 von der Mess-IGBT-Region 4 mit einem Abstand gleich oder größer als die Dicke der Drift-Schicht 8 getrennt ist, kann ferner die Stromdetektierungsgenauigkeit in der Messdiodenregion 5 weiter verbessert werden.
  • Ferner ist eine Breite d1 der Separierungsregion 19, welche die IGBT-Region 2 von der Mess-IGBT-Region 4 trennt, größer als eine Dicke d2 der Drift-Schicht 8 (d1 > d2). Mit anderen Worten ist die Mess-IGBT-Region 4 von der IGBT-Region 2 mit einem Abstand gleich oder größer als die Dicke der Drift-Schicht 8 getrennt. Dies verhindert, dass ein Strom durch die IGBT-Region 2 fließt und verbessert eine Stromdetektierungsgenauigkeit in der Mess-IGBT-Region 4.
  • Zweite Ausführungsform
  • 6 ist eine Draufsicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. 7 ist ein Querschnittsdiagramm entlang I-II in 6. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Diodenregion 3 um die Messdiodenregion 5 herum positioniert. Falls ein Abstand von einem äußeren Endteil der Messdiodenregion 5 zu einer Grenze der Diodenregion 3, welche die Messdiodenregion 5 einschließt, und der IGBT-Region 2 auf d3 festgelegt ist, d3 > d1.
  • Während es notwendig ist, die Messdiodenregion 5 von der IGBT-Region 2 zu trennen, verringert sich, falls die Separierungsregion 19 als eine Region zur Trennung verwendet wird, eine Region, die zur Bestromung der Halbleitervorrichtung beiträgt. Daher ist in der vorliegenden Ausführungsform die Diodenregion 3 in einer Region innerhalb der Dicke der Drift-Schicht 8 ausgehend von der Messdiodenregion 5 positioniert. Bei einem Rückflussbetrieb wird ein Rückflussbetrieb auch in der Diodenregion 3 um die Messdiodenregion 5 herum ausgeführt. Daher kann ein Strom, welcher durch die Messdiodenregion 5 fließt, sichergestellt werden, ohne dass eine breite Separierungsregion 19 bereitgestellt wird, welche nicht zur Bestromung beiträgt. Es ist daher möglich, die Stromdetektierungsgenauigkeit in der Messdiodenregion 5 zu verbessern, sodass es möglich ist, die Halbleitervorrichtung kleiner auszubilden, indem die Separierungsregion 19 verschmälert wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Separierungsregion 19 eine Region ohne eine P-Typ Anodenschicht 14 oder dergleichen ist, sodass es notwendig ist, eine Anode in der Diodenregion 3 von einer Anode in der Messdiodenregion 5 hinsichtlich eines Potentials zu trennen. Es wird angenommen, dass ein Potentialunterschied zwischen der Diodenregion 3 und der Messdiodenregion 5 um mehrere V zunimmt durch das Hinzufügen eines Messwiderstandes, und daher wird eine Breite der Separierungsregion 19 mit gleich oder größer als 20 µm festgelegt.
  • Dritte Ausführungsform
  • 8 ist eine Draufsicht, welche eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. 9 ist ein Querschnittsdiagramm entlang I-II in 8. Die IGBT-Region 2 und die Diodenregion 3 sind in einer Draufsicht abwechselnd in einer Streifenform entlang der Graben-Gates 12 angeordnet. Das Halbleitersubstrat 1 ist in zwei oder mehr Region aufgeteilt umfassend eine ersten Region 22 und eine zweite Region 23. Die erste Region 22 und die zweite Region 23 liegen nebeneinander in einer Erstreckungsrichtung der Graben-Gates 12. Die Graben-Gates 12 und eine Diffusionsschicht oder dergleichen sind zwischen den benachbarten Regionen aufgeteilt. Eine Wiederholung der IGBT-Region 2 und der Diodenregion 3 ist zwischen der ersten Region 22 und der zweiten Region 23 umgekehrt. Auf diese Weise werden die IGBT-Regionen 2, welche hauptsächlich Wärme durch einen Inverterbetrieb erzeugen, voneinander entfernt positioniert, was eine Wärmeerzeugung in der gesamten Halbleitervorrichtung verhindert, sodass es möglich ist, die Bestromungsfähigkeit zu verbessern.
  • Es ist wünschenswert, dass die IGBT-Region 2 um die Mess-IGBT-Region 4 herum positioniert ist, und dass die Diodenregion 3 um die Messdiodenregion 5 herum positioniert ist. In einem Fall jedoch, in dem die Mess-IGBT-Region 4 und die Messdiodenregion 5 in derselben Region positioniert sind, ist ein Graben-Gate 12 sowohl in der IGBT-Region 2 als auch in der Diodenregion 3 in einer Region um die Mess-IGBT-Region 4 und die Messdiodenregion 5 herum bereitgestellt. In diesem Fall kann das Graben-Gate 12 nicht auf dem Emitter geerdet werden. Daher wird die Kapazität in der Diodenregion 3 gehalten, was eine Eingangskapazität und eine Rückkopplungskapazität der Halbleitervorrichtung erhöht.
  • Daher ist die Mess-IGBT-Region 4 in der IGBT-Region 2 der ersten Region 22 positioniert, und die Messdiodenregion 5 ist in der Diodenregion 3 der zweiten Region 23 positioniert. Die IGBT-Region 2 der ersten Region 22, in welcher die Mess-IGBT-Region 4 positioniert ist, liegt neben der Diodenregion 3 der zweiten Region 23, in welcher die Messdiodenregion 5 positioniert ist. Die Graben-Gates 12, welche jeweils in der IGBT-Region 2 der ersten Region 22 und der Diodenregion 3 der zweiten Region 23 bereitgestellt sind, welche nebeneinander liegen, sind nicht miteinander verbunden. Es ist daher möglich, eine Zunahme hinsichtlich einer Kapazität zu verhindern, indem des Graben-Gate 12, welches in der Diodenregion 3 bereitgestellt ist, auf dem Emitter geerdet wird. Infolgedessen werden die Eingangskapazität und die Rückkopplungskapazität der Halbleitervorrichtung nur in der IGBT-Region gehalten, sodass es möglich ist, einen Schaltverlust zu reduzieren und die Halbleitervorrichtung kleiner auszubilden.
  • Falls ferner ein Abstand von dem äußeren Endteil der Messdiodenregion 5 zu einer Grenze der Diodenregion 3, welche die Messdiodenregion 5 einschließt, und der IGBT-Region 2 auf d4 festgelegt ist, d4 > d1. Dies kann die Stromdetektierungsgenauigkeit der Messdiodenregion 5 verbessern und kann die Halbleitervorrichtung kleiner machen, indem die Separierungsregion 19 auf ähnliche Weise wie in der zweiten Ausführungsform verschmälert wird.
  • Das Halbleitersubstrat 1 ist nicht auf ein aus Silizium ausgebildetes Halbleitersubstrat beschränkt, sondern kann stattdessen aus einem Halbleiter mit einem breiteren Bandabstand wie der von Silizium ausgebildet sein. Der Halbleiter mit breitem Bandabstand ist zum Beispiel Siliziumkarbid, ein Galliumnitrid-basiertes Material, oder Diamant. Ein Halbleiter-Chip, welcher aus einem solchen Halbleiter mit breitem Bandabstand ausgebildet ist, weist eine hohe Spannungsfestigkeit und eine hohe zulässige Stromdichte auf, und kann folglich miniaturisiert werden. Die Verwendung eines solchen miniaturisierten Chips ermöglicht die Miniaturisierung und Hochintegration der Halbleitervorrichtung, in welche der Halbleiter-Chip integriert ist. Da der Halbleiter-Chip ferner eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, kann eine Abstrahllamelle eines Kühlkörpers miniaturisiert werden und ein wassergekühlter Teil kann luftgekühlt werden, was zu einer weiteren Miniaturisierung der Halbleitervorrichtung führt. Da der Halbleiter-Chip darüber hinaus einen geringen Leistungsverlust und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, kann eine hocheffiziente Halbleitervorrichtung erzielt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1 Halbleitersubstrat; 2 IGBT-Region; 3 Diodenregion; 4 Mess-IGBT-Region; 8 Drift-Schicht; 16 Emitterelektrode; 20 Messemitterelektrode; 22 erste Region; 23 zweite Region
  • 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 2009135414 A [0003]

Claims (6)

  1. Halbleitervorrichtung aufweisend: • ein Halbleitersubstrat aufweisend eine Drift-Schicht; • eine IGBT-Region und eine Diodenregion, welche auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt sind und eine Emitterelektrode aufweisen, welche auf einer Fläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt ist; • eine Mess-IGBT-Region, welche auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, welche eine kleinere Fläche aufweist als eine Fläche der IGBT-Region, und welche eine Messemitterelektrode aufweist, die auf der Fläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt ist und von der Emitterelektrode getrennt ist; und • eine Messdiodenregion, welche auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, und welche eine kleinere Fläche aufweist als eine Fläche der Diodenregion, und welche eine Messanodenelektrode aufweist, die auf der Fläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt ist und von der Emitterelektrode getrennt ist, wobei • die Messdiodenregion von der IGBT-Region unter einem Abstand gleich oder größer als eine Dicke der Drift-Schicht getrennt ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diodenregion in einer Region innerhalb der Dicke der Drift-Schicht ausgehend von der Messdiodenregion positioniert ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei • das Halbleitersubstrat in eine erste Region und eine zweite Region unterteilt ist, • die IGBT-Region und die Diodenregion ein Graben-Gate enthalten, • die IGBT-Region und die Diodenregion in einer Draufsicht abwechselnd in einer Streifenform entlang des Graben-Gates angeordnet sind, • eine Wiederholung der IGBT-Region und der Diodenregion zwischen der ersten Region und der zweiten Region umgekehrt ist, • die Mess-IGBT-Region in der IGBT-Region der ersten Region positioniert ist, und • die Messdiodenregion in der Diodenregion der zweiten Region positioniert ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messdiodenregion von der Mess-IGBT-Region unter einem Abstand gleich oder größer als die Dicke der Drift-Schicht getrennt ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mess-IGBT-Region von der IGBT-Region unter einem Abstand gleich oder größer als die Dicke der Drift-Schicht getrennt ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Halbleitersubstrat aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand ausgebildet ist.
DE112021007588.8T 2021-04-26 2021-04-26 Halbleitervorrichtung Pending DE112021007588T5 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/016615 WO2022230014A1 (ja) 2021-04-26 2021-04-26 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112021007588T5 true DE112021007588T5 (de) 2024-02-15

Family

ID=83846786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112021007588.8T Pending DE112021007588T5 (de) 2021-04-26 2021-04-26 Halbleitervorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240014206A1 (de)
JP (1) JPWO2022230014A1 (de)
CN (1) CN117242580A (de)
DE (1) DE112021007588T5 (de)
WO (1) WO2022230014A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009135414A (ja) 2007-11-07 2009-06-18 Denso Corp 半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5949646B2 (ja) * 2013-04-10 2016-07-13 株式会社デンソー 半導体装置
JP6142813B2 (ja) * 2014-02-10 2017-06-07 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6686398B2 (ja) * 2015-12-03 2020-04-22 富士電機株式会社 半導体装置
JP7225562B2 (ja) * 2017-05-30 2023-02-21 富士電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009135414A (ja) 2007-11-07 2009-06-18 Denso Corp 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN117242580A (zh) 2023-12-15
WO2022230014A1 (ja) 2022-11-03
JPWO2022230014A1 (de) 2022-11-03
US20240014206A1 (en) 2024-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012219645B4 (de) Halbleitervorrichtungen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112016006255T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102014106825B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102005048102A1 (de) Interdigitaler Gleichrichter mit mehrkanaliger Gruppe-III-Nitrit-Heterostruktur
DE112016007257B4 (de) Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung
DE112013007376T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102016218418A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112015006984T5 (de) Halbleitervorrichtung und halbleitermodul, das mit derselben versehen ist
DE102019201284A1 (de) Halbleitervorrichtung, Halbleiterbaugruppe, Halbleitermodul und Halbleiterschaltungsvorrichtung
DE102016214132A1 (de) Transistorelement und Halbleitervorrichtung
DE112019003336T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE112015006812T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102017200252A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112015005384T5 (de) Halbleitervorrichtung und leistungsumsetzungsvorrichtung
DE112013007220B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE2349938A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112021007588T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102020203247B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE112020007221T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102018104060A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102021123446A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102021128828A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102020114480A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102020128768A1 (de) Elektronische schaltung, halbleitermodul und halbleitervorrichtung
DE102020118483A1 (de) Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed