DE112022000136T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Yuki Karamoto
Kaname MITSUZUKA
Yoshihiro Ikura
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Es wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, die ein Halbleitersubstrat umfasst. Das Halbleitersubstrat umfasst: einen aktiven Abschnitt; und eine Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten, die im aktiven Abschnitt auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind und sich entlang einer Erstreckungsrichtung erstrecken. Die Halbleitervorrichtung umfasst ferner: einen Gatterläufer, der zwischen dem aktiven Abschnitt und einer Endseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und eine Vielzahl von Gatter-Polysilizium, die getrennt voneinander entlang der Endseite angeordnet sind, und jeweils die Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten mit dem Gatterläufer verbinden.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • Üblicherweise ist bekannt, dass in einer Halbleitervorrichtung wie z.B. einem Bipolartransistor mit isolierter Gatterelektrode (IGBT), ein dielektrischer Durchbruch aufgrund von Löchern auftritt, die in einem Randabschlussbereich erzeugt werden (siehe z.B. Patentdokument 1). Außerdem ist eine Ausgestaltung bekannt, bei der eine Gatter-Polysiliziumschicht als Gatterläufer vorgesehen ist (siehe z.B. Patentdokument 2). Ferner ist eine Methode zum Verstärken einer Zuverlässigkeit eines Gatterläufers bekannt (siehe z.B. Patentdokument 3).
    • Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2018 - 206873
    • Patentdokument 2: Internationale Veröffentlichung Nr. 2016- 098409
    • Patentdokument 3: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2017 - 135245
  • TECHNISCHE AUFGABE
  • Bei einer Halbleitervorrichtung wie einem IGBT ist es wünschenswert, den Durchbruch zum Zeitpunkt des Abschaltens zu unterdrücken.
  • ALLGEMEINE OFFENBARUNG
  • Um die oben beschriebene technische Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat bereitgestellt. Das Halbleitersubstrat kann einen aktiven Abschnitt aufweisen. Das Halbleitersubstrat kann eine Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten aufweisen. Die Gatter-Grabenabschnitte können im aktiven Abschnitt auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Die Gatter-Grabenabschnitte können sich entlang einer Erstreckungsrichtung erstrecken. Die Halbleitervorrichtung kann einen Gatterläufer aufweisen. Der Gatterläufer kann zwischen dem aktiven Abschnitt und einer Endseite des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Die Halbleitervorrichtung kann eine Vielzahl von Gatter-Polysilizium aufweisen. Das Gatter-Polysilizium kann getrennt voneinander entlang der Endseite angeordnet sein. Das Gatter-Polysilizium kann jeweils die Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten mit dem Gatterläufer verbinden.
  • Mindestens ein Gatter-Grabenabschnitt unter der Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten kann mit einem Gatter-Polysilizium unter der Vielzahl von Gatter-Polysilizium verbunden sein.
  • Mindestens einer der Gatter-Grabenabschnitte kann zwei gerade Abschnitte umfassen, die sich entlang der Erstreckungsrichtung erstrecken. Mindestens einer der Gatter-Grabenabschnitte kann einen Randabschnitt aufweisen, der die beiden geraden Abschnitte verbindet. Eine Breite des Gatter-Grabenabschnitts einschließlich der beiden geraden Abschnitte in einer Anordnungsrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung kann größer als eine Breite des mit dem Gatter-Grabenabschnitt verbundenen Gatter-Polysiliziums in Anordnungsrichtung sein.
  • Mindestens einer der Gatter-Grabenabschnitte kann einen geraden Abschnitt umfassen, der sich entlang der Erstreckungsrichtung erstreckt. Eine Breite des Gatter-Grabenabschnitts in einer Anordnungsrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung kann größer als eine Breite des mit dem Gatter-Grabenabschnitt verbundenen Gatter-Polysiliziums in Anordnungsrichtung sein.
  • Das Gatter-Polysilizium kann einzeln entlang einer Richtung angeordnet sein, in der sich der Gatterläufer erstreckt.
  • Das Halbleitersubstrat kann zweite erste Endseiten senkrecht zur Erstreckungsrichtung aufweisen. Das Halbleitersubstrat kann zwei zweite Endseiten parallel zur Erstreckungsrichtung aufweisen. Der Gatterläufer kann eine erste Verdrahtung aufweisen, die zwischen der ersten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist. Der Gatterläufer kann eine zweite Verdrahtung aufweisen, die zwischen der zweiten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist. Das Gatter-Polysilizium kann unter der ersten Verdrahtung angeordnet sein. Das Gatter-Polysilizium kann nicht unter der zweiten Verdrahtung angeordnet sein.
  • Das Gatter-Polysilizium kann eine lange Seite in einer Richtung vom Gatterläufer zum Gatter-Grabenabschnitt aufweisen. Das Gatter-Polysilizium eine lange Seite in Erstreckungsrichtung aufweisen.
  • Mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts kann so angeordnet sein, dass er sich zu einer unteren Seite des Gatterläufers erstreckt. Das Gatter-Polysilizium kann in Tiefenrichtung zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt und dem Gatterläufer angeordnet sein.
  • Winkel zwischen Längsrichtungen mindestens zweier Gatter-Polysilizium zur Erstreckungsrichtung können voneinander verschieden sein.
  • Der Gatterläufer kann einen gebogenen Abschnitt aufweisen, der die erste Verdrahtung und die zweite Verdrahtung verbindet. Eine Längsrichtung des mit der ersten Verdrahtung verbundenen Gatter-Polysiliziums kann sich von einer Längsrichtung des mit dem gebogenen Abschnitt verbundenen Gatter-Polysiliziums unterscheiden.
  • Mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts kann so angeordnet sein, dass er sich zu einer unteren Seite des gebogenen Abschnitts des Gatterläufers erstreckt. Mindestens ein Gatter-Polysilizium kann in Tiefenrichtung zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt und dem gebogenen Abschnitt angeordnet sein. Mindestens ein Gatter-Polysilizium kann eine lange Seite in einer Richtung von der ersten Verdrahtung des Gatterläufers zum Gatter-Grabenabschnitt aufweisen.
  • Die Zusammenfassung beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
    • 2 ist eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiels eines Bereichs D in 1 illustriert.
    • 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts g-g in 2 illustriert.
    • 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts a-a in 2 illustriert.
    • 5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts b-b in 2 illustriert.
    • 6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts c-c in 2 illustriert.
    • 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform des Bereichs D in 1 illustriert.
    • 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts d-d in 7 illustriert.
    • 9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 7 illustriert.
    • 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts f-f in 7 illustriert.
    • 11 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs D in 1 illustriert.
    • 12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts h-h in 11 illustriert.
    • 13 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs D in 1 illustriert.
    • 14 ist eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiels eines Bereichs E in 1 illustriert.
    • 15 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform des Bereichs E in 1 illustriert.
    • 16 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs E in 1 illustriert.
    • 17 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs E in 1 illustriert.
    • 18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Randabschlussstrukturabschnitts 90 illustriert.
    • 19 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts i-i in 1 illustriert.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird die vorliegende 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 von zwei Hauptflächen eines Substrats, eine Schicht oder andere Elemente werden 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.
  • Wie hierin verwendet, können technische Sachverhalte mit orthogonalen Koordinatenachsen, die aus einer X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bestehen, 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 eine Richtung als „Z-Achsenrichtung“ bezeichnet wird, ohne dass diese „+“ und „-“ Zeichen verwendet werden, bedeutet dies, dass die Z-Achsenrichtung parallel zu den +Z- und -Z-Achsen ist.
  • 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. Eine Richtung der hier verwendeten Z-Achse kann als eine 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.
  • Außerdem kann ein Bereich von der Mitte des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats als die obere Oberflächenseite bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein Bereich von der Mitte des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als die untere Oberflächenseite bezeichnet werden.
  • Bezeichnungen wie z.B. „identisch“ oder „gleich“ können hier selbst dann verwendet werden, wenn es eine Abweichung aufgrund einer Schwankung in einem Herstellungsschritt oder dergleichen gibt. Dieser Fehler liegt beispielsweise in einem Bereich von 10% oder weniger.
  • 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, wobei die Polaritäten der Ladungen beachtet werden. Wenn beispielsweise die Donatorenkonzentration mit ND bezeichnet wird und die Akzeptorenkonzentration mit NA bezeichnet wird, 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.
  • P+-artig oder N+-artig bedeutet in der vorliegenden Beschreibung, dass eine Dotierungskonzentration höher ist als die von P-artig oder N-artig, und P-artig oder N-artig bedeuten hier, dass eine Dotierungskonzentration niedriger ist als die von P-artig oder N-artig. In der Beschreibung wird sofern nicht anders angegeben das SI-Basiseinheitensystem verwendet. Obwohl eine Einheit der Länge mit cm dargestellt wird, kann sie vor Berechnungen in Meter (m) umgerechnet werden.
  • Eine chemische Konzentration in der vorliegenden Beschreibung bezieht sich auf atomare Dichte einer Verunreinigung, die unabhängig von einem elektrischen Aktivierungszustand gemessen wird. Die chemische Konzentration (eine atomare Dichte) kann beispielsweise durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen werden. Die oben beschriebene Netto-Dotierungskonzentration kann durch ein Kapazitäts-Spannungs-Profilierungsverfahren (CV-Verfahren) gemessen werden. Außerdem kann eine durch ein Ausbreitungswiderstands-Verfahren („Spreading Resistance“, SR-Verfahren) gemessene Ladungsträgerdichte als die Netto-Dotierungskonzentration festgelegt werden. Die durch das CV-Verfahren oder das SR-Verfahren gemessene Ladungsträgerdichte kann als ein Wert im thermischen Gleichgewichtszustand festgelegt werden. Ferner ist die Donatorenkonzentration in einem N-artigen Bereich ausreichend höher als die Akzeptorenkonzentration, so dass die Ladungsträgerdichte im Bereich als die Donatorenkonzentration festgelegt werden kann. In ähnlicher Weise kann die Ladungsträgerdichte in einem P-artigen Bereich als die Akzeptorenkonzentration festgelegt sein. In der vorliegenden Beschreibung kann die Dotierungskonzentration des N-artigen Bereichs als die Donatorenkonzentration bezeichnet werden und die Dotierungskonzentration des P-artigen Bereichs kann als die Akzeptorenkonzentration bezeichnet werden.
  • Wenn zudem eine Konzentrationsverteilung des Donators, des Akzeptors oder der Nettodotierung einen Peak aufweist, kann ein Wert des Peaks als die Konzentration des Donators, des Akzeptors oder der Nettodotierung in dem Bereich verwendet werden. Wenn die Konzentration des Donators, Akzeptors oder Nettodotierung in einem Bereich ungefähr gleichförmig oder dergleichen ist, kann ein Mittelwert der Konzentration des Donators, Akzeptors oder Nettodotierung im Bereich als die Konzentration des Donators, Akzeptors oder Nettodotierung verwendet werden. In der vorliegenden Beschreibung wird Atome/cm3 oder /cm3 zur Angabe von Konzentrationen pro Einheitsvolumen verwendet. Die Einheit wird für eine Konzentration eines Donators oder eines Akzeptors in einem Halbleitersubstrat oder eine chemische Konzentration verwendet. Eine Bezeichnung von Atomen kann weggelassen werden.
  • Die durch das SR-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration kann kleiner als die Konzentration des Donators oder des Akzeptors sein. In einem Bereich, wo ein Strom beim Messen eines Ausbreitungswiderstands fließt, kann die Ladungsträgermobilität des Halbleitersubstrats niedriger sein als ein Wert in einem Kristallzustand. Die Reduzierung der Ladungsträgermobilität tritt auf, wenn Ladungsträger aufgrund von Unordnung (Unordnung) einer Kristallstruktur aufgrund von Gitterdefekten oder dergleichen gestreut werden.
  • Die aus der mittels CV-Verfahren oder SR-Verfahren gemessenen Ladungsträgerdichte berechnete Konzentration des Donators oder des Akzeptors kann niedriger als eine chemische Konzentration eines Elements sein, welches den Donator oder den Akzeptor bildet. Beispielsweise beträgt eine Donatorenkonzentration von Phosphor oder Arsen, die als Donator dienen, oder eine Akzeptorenkonzentration von Bor (Bor), der als Akzeptor dient, in einem Silizium-Halbleiter im Wesentlichen 99% von deren chemischen Konzentration. Andererseits beträgt eine Donatorenkonzentration von Wasserstoff, der als Donator dient, im Silizium-Halbleiter ungefähr 0,1% bis 10% der chemischen Konzentration von Wasserstoff. Jede Konzentration in der vorliegenden Beschreibung kann ein Wert bei Raumtemperatur sein. Beispielsweise kann ein Wert von 300 K (Kelvin) (im Wesentlichen 26,9 Grad C) für einen Wert bei Raumtemperatur verwendet werden.
  • 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 illustriert. 1 illustriert eine Position, an der jedes Bauteil auf eine obere Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 projiziert ist. In 1 sind nur einige Elemente der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt, auf die Darstellung anderer Elemente wurden verzichtet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst das Halbleitersubstrat 10. Das Halbleitersubstrat 10 ist ein Substrat, das aus einem Halbleitermaterial gebildet ist. Obwohl das Halbleitersubstrat 10 beispielsweise ein Siliziumsubstrat ist, ist das Material des Halbleitersubstrats 10 nicht auf Silizium beschränkt.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist in Draufsicht eine erste Endseite 161 und eine zweite Endseite 162 auf. Wenn in der vorliegenden Beschreibung lediglich auf die Draufsicht Bezug genommen wird, so bedeutet dies, dass das Halbleitersubstrat 10 von einer oberen Oberflächenseite betrachtet wird. Das Halbleitersubstrat 10 des vorliegenden Beispiels umfasst zwei Sätze erster Endseiten 161, die einander in Draufsicht gegenüberliegen. Außerdem umfasst das Halbleitersubstrat 10 des vorliegenden Beispiels zwei Sätze zweiter Endseiten 162, die einander in Draufsicht gegenüberliegen. In 1 ist die erste Endseite 161 parallel zur X-Achsenrichtung. Die zweite Endseite 162 ist parallel zur Y-Achsenrichtung. Ferner ist die Z-Achse senkrecht zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. Ferner ist die erste Endseite 161 senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung eines Gatter-Grabenabschnitts, der später beschrieben wird. Die zweite Endseite 162 ist parallel zur Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts, der später beschrieben wird.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist einen aktiven Abschnitt 160 auf. Der aktive Abschnitt 160 ist ein Bereich, in dem ein Hauptstrom in Tiefenrichtung zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 fließt, wenn die Halbleitervorrichtung 100 betrieben wird. Eine Emitterelektrode ist über dem aktiven Abschnitt 160 angeordnet, wurde aber in 1 weggelassen.
  • Im vorliegenden Beispiel weist der aktive Abschnitt 160 einen Transistorabschnitt 70 mit einem Transistorelement wie zum Beispiel einem IGBT auf. In einem anderen Beispiel können der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt, der das Diodenelement wie z.B. eine Freilaufdiode (FWD) umfasst, abwechselnd entlang einer vorgegebenen Anordnungsrichtung auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein. Das Transistorabschnitt 70 kann einen rückwärts sperrenden IGBT aufweisen. Im vorliegenden Beispiel sind drei Transistorabschnitte 70 (Transistorabschnitt 70-1, Transistorabschnitt 70-2 und Transistorabschnitt 70-3) entlang der X-Achsenrichtung angeordnet. Ein später beschriebener P+-artiger Senkenbereich oder Gatter-Polysilizium kann zwischen den jeweiligen Transistorabschnitten 70 angeordnet sein.
  • Der Transistorabschnitt 70 umfasst den P+-artigen Kollektorbereich 82 in einem Bereich, der mit der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 verbunden ist. Außerdem sind im Transistorabschnitt 70 ein N+-artiger Emitterbereich, ein P-artiger Basisbereich und eine Gatterstruktur mit einem Gatter-Leitungsabschnitt und einem dielektrischen Gatterfilm periodisch auf oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 kann ein oder mehr Felder über dem Halbleitersubstrat 10 aufweisen. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst ein Gatterfeld 164. Die Halbleitervorrichtung 100 kann ein Feld, wie z.B. ein Anodenfeld, ein Kathodenfeld und ein Strommessfeld aufweisen. Jede Anschlussfläche ist in der Nähe der ersten Endseite 161 angeordnet. Die Umgebung der ersten Endseite 161 bezieht sich auf einen Bereich, der sich in Draufsicht zwischen der ersten Endseite 161 und der Emitterelektrode befindet. Wenn die Halbleitervorrichtung 100 montiert ist, kann jedes Feld über eine Verdrahtung wie zum Beispiel einen Draht mit einem externen Schaltkreis verbunden sein.
  • Ein Gatterpotenzial wird an das Gatterfeld 164 angelegt. Das Gatterfeld 164 ist elektrisch mit einem Leitungsabschnitt eines Gatter-Grabenabschnitts des aktiven Abschnitts 160 verbunden. Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst einen Gatterläufer 130, der das Gatterfeld 164 und den Gatter-Grabenabschnitt verbindet. In 1 ist der Gatterläufer 130 mit diagonalen Linien schraffiert.
  • Der Gatterläufer 130 ist in Draufsicht zwischen dem aktiven Abschnitt 160 und der ersten Endseite 161 oder der zweiten Endseite 162 angeordnet. Der Gatterläufer 130 des vorliegenden Beispiels umgibt den aktiven Abschnitt 160 in Draufsicht. Ein vom Gatterläufer 130 in Draufsicht umgebener Bereich kann der aktive Abschnitt 160 sein. Der Gatterläufer 130 ist mit dem Gatterfeld 164 verbunden. Der Gatterläufer 130 ist über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Der Gatterläufer 130 kann eine Metallverdrahtung sein, die Aluminium oder dergleichen enthält.
  • Im vorliegenden Beispiel umfasst der Gatterläufer 130 eine erste Verdrahtung 131, eine zweite Verdrahtung 132 und einen gebogenen Abschnitt 133. Die erste Verdrahtung 131 ist zwischen der ersten Endseite 161 und dem aktiven Abschnitt 160 angeordnet. Die zweite Verdrahtung 132 ist zwischen der zweiten Endseite 162 und dem aktiven Abschnitt 160 angeordnet. Der gebogene Abschnitt 133 verbindet die erste Verdrahtung 131 und die zweite Verdrahtung 132. Der gebogene Abschnitt Peak 133 kann in der Umgebung von vier Ecken des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein. Der gebogene Abschnitt 133 kann ein Abschnitt mit einer Biegung sein. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Gatterläufer 130 zwei erste Verdrahtungen 131, zwei zweite Verdrahtungen 132 und vier gebogene Abschnitte 133.
  • Ein umfänglicher Senkenbereich 11 ist überlappend mit dem Gatterläufer 130 angeordnet. Das heißt, ähnlich wie der Gatterläufer 130 umgibt der umfängliche Senkenbereich 11 den aktiven Abschnitt 160 in Draufsicht. Der umfängliche Senkenbereich 11 dehnt sich mit einer vorgegebenen Breite auch in einem Bereich aus, der nicht mit dem Gatterläufer 130 überlappt. Der umfängliche Senkenbereich 11 ist ein Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps. Der umfängliche Senkenbereich 11 des vorliegenden Beispiels ist P+-artig (siehe 2). Eine Verunreinigungskonzentration des umfänglichen Senkenbereichs 11 kann 5,0×1017Atome/cm3 oder mehr und 5,0×1019 Atome/cm3 oder weniger betragen. Eine Verunreinigungskonzentration des umfänglichen Senkenbereichs 11 kann 2,0×1018Atome/cm3 oder mehr und 2,0×1019 Atome/cm3 oder weniger betragen.
  • Ferner kann die Halbleitervorrichtung 100 einen Temperaturmessabschnitt (nicht dargestellt), der eine PN-Übergangsdiode ist, die aus Polysilizium oder dergleichen gebildet ist, und einen Strommessabschnitt (nicht dargestellt) aufweisen, der einen Vorgang des im aktiven Abschnitt 160 angeordneten Transistorabschnitt 70 simuliert. Der Temperaturmessabschnitt kann über eine Verdrahtung mit dem Anodenfeld und dem Kathodenfeld verbunden sein. Wenn der Temperaturmessabschnitt vorgesehen ist, ist der Temperaturmessabschnitt vorzugsweise in der Mitte des Halbleitersubstrats 10 in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung angeordnet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst einen Randabschlussstrukturabschnitt 90 zwischen dem aktiven Abschnitt 160 und der ersten Endseite 161 oder der zweiten Endseite 162 in Draufsicht. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 des vorliegenden Beispiels ist zwischen dem äußeren umfänglichen Gatterläufer 130 und der ersten Endseite 161 oder der zweiten Endseite 162 angeordnet. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 reduziert eine elektrische Feldstärke auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 kann zumindest einen Schutzring, eine Feldplatte, und ein den aktiven Abschnitt 160 kreisförmig umgebendes RESURF aufweisen. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 wird unter Bezugnahme auf 18 im Einzelnen beschrieben.
  • 2 ist eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiels eines Bereichs D in 1 illustriert. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs D in 1. Der Bereich D ist ein Bereich, der den Transistorabschnitt 70 in der Umgebung der ersten Verdrahtung 131 des Gatterläufers 130 enthält. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst einen Gatter-Grabenabschnitt 40, einen Dummy-Grabenabschnitt 30, den umfänglichen Senkenbereich 11, einen Emitterbereich 12 und einen Kontaktbereich 15, der in der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist. Der Gatter-Grabenabschnitt 40 und der Dummy-Grabenabschnitt 30 sind jeweils Beispiele des Grabenabschnitts.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst eine Emitterelektrode 52 und den Gatterläufer 130 (erste Verdrahtung 131), die über der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Die Emitterelektrode 52 und der Gatterläufer 130 sind voneinander isoliert angeordnet. Zusätzlich ist ein dielektrischer Zwischenschichtfilm zwischen der Emitterelektrode 52 und dem Gatterläufer 130 und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. In 2 wurde der dielektrischen Zwischenschichtfilm weggelassen.
  • Die Emitterelektrode 52 ist über dem Gatter-Grabenabschnitt 40, dem Dummy-Grabenabschnitt 30, dem umfänglichen Senkenbereich 11, dem Emitterbereich 12 und dem Kontaktbereich 15 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 ist durch ein Kontaktloch 54 mit dem Emitterbereich 12 und dem Kontaktbereich 15 auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 verbunden. Ferner ist die Emitterelektrode 52 durch ein im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnetes Kontaktloch 56 mit einem Dummy-Leitungsabschnitt im Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden. Im vorliegenden Beispiel ist die Emitterelektrode 52 über ein Dummy-Polysilizium 36 mit dem Dummy-Leitungsabschnitt im Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden. Die Emitterelektrode 52 kann mit dem Dummy-Leitungsabschnitt des Dummy-Grabenabschnitts 30 an einem Rand des Dummy-Grabenabschnitts 30 in Y-Achsenrichtung verbunden sein. Das Dummy-Polysilizium 36 ist aus Polysilizium als leitendes Material ausgebildet. Das Dummy-Polysilizium 36 kann über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sein.
  • Der Gatterläufer 130 ist durch ein im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnetes Kontaktloch 46 mit dem Gatter-Polysilizium 46 verbunden. Das Gatter-Polysilizium 46 ist mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbunden. Das heißt, der Gatterläufer 130 ist über das Gatter-Polysilizium46 mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbunden. Der Gatterläufer 130 kann mit einem Gatter-Leitungsabschnitt des Gatter-Grabenabschnitts 40 an einem Randabschnitt 41 des Gatter-Grabenabschnitts 40 in Y-Achsenrichtung verbunden sein. Der Gatterläufer 130 ist nicht mit dem Dummy-Leitungsabschnitt im Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden. Das Gatter-Polysilizium 46 ist aus Polysilizium als leitendes Material ausgebildet. Das Gatter-Polysilizium 46 kann über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sein. Das Gatter-Polysilizium 46 ist entlang der Erstreckungsrichtung (X-Achsenrichtung) des Gatterläufers 130 angeordnet. Die Gatter-Polysilizium 46 ist entlang einer Endseite (die erste Endseite 161 in 1) angeordnet. Im Vergleichsbeispiel ist das Gatter-Polysilizium 46 kontinuierlich in X-Achsenrichtung angeordnet.
  • Die Emitterelektrode 52 ist aus einem Material gebildet, das Metall enthält. Beispielsweise ist zumindest ein Teil eines Bereichs der Emitterelektrode 52 aus Aluminium oder einer Aluminium-Silizium-Legierung, z.B. einer Metalllegierung wie AlSi oder AlSiCu gebildet. Die Emitterelektrode 52 kann in der unteren Schicht des aus Aluminium oder dergleichen gebildeten Bereichs eine Metallbarriere aus Titan oder einem Titanverbundstoff oder dergleichen aufweisen. Ferner kann im Kontaktloch ein Stecker mit darin eingegrabenem Wolfram oder dergleichen enthalten sein, der mit der Metallbarriere, Aluminium oder dergleichen verbunden ist.
  • Der Transistorabschnitt 70 umfasst eine Vielzahl von Grabenabschnitten, die in der Anordnungsrichtung angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel ist der Grabenabschnitt im aktiven Abschnitt 160 und im umfänglichen Senkenbereich 11 auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der Grabenabschnitt ist in Draufsicht in einem Streifenmuster im Transistorabschnitt 70 angeordnet. Im Transistorabschnitt 70 sind ein oder mehrere Gatter-Grabenabschnitte 40 und ein oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 abwechselnd entlang der Anordnungsrichtung angeordnet. Im vorliegenden Beispiel sind ein Gatter-Grabenabschnitt 40 und ein Dummy-Grabenabschnitt 30 abwechselnd angeordnet. In 2 ist die Anordnungsrichtung die X-Achsenrichtung.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 des vorliegenden Beispiels kann zwei gerade Abschnitte 39, die sich entlang der Erstreckungsrichtung senkrecht zur Anordnungsrichtung (Abschnitte eines Grabens die in Erstreckungsrichtung gerade sind) erstrecken, und den Randabschnitt 41, der die zwei geraden Abschnitte 30 verbindet, aufweisen. Die Erstreckungsrichtung in 2 ist die Y-Achsenrichtung.
  • Mindestens ein Teil des Randabschnitts 41 ist vorzugsweise in gebogener Form in Draufsicht angeordnet. Durch Verbinden zwischen Endabschnitten der zwei geraden Abschnitte 39 in Y-Achsenrichtung verbindet, ist es möglich, die elektrische Feldstärke an den Endabschnitten der geraden Abschnitte 39 zu verringern.
  • Im Transistorabschnitt 70 sind die Dummy-Grabenabschnitte 30 zwischen den jeweiligen geraden Abschnitten 39 des Gatter-Grabenabschnitts 40 angeordnet. Zwischen den jeweiligen geraden Abschnitten 39 kann ein Dummy-Grabenabschnitt 30 oder eine Vielzahl von Dummy-Grabenabschnitten 30 angeordnet sein. Im vorliegenden Beispiel ist ein Dummy-Grabenabschnitt 30 zwischen den jeweiligen geraden Abschnitten 39 angeordnet.
  • Eine Diffusionstiefe des umfänglichen Senkenbereichs 11 kann tiefer sein als Tiefen des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30. Die Enden des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30 in Y-Achsenrichtung weisen in Draufsicht den umfänglichen Senkenbereich 11 auf. Das heißt, am Ende jedes Grabenabschnitts in Y-Achsenrichtung ist ein Boden eines jeden Grabenabschnitts in Tiefenrichtung mit dem umfänglichen Senkenbereich 11 bedeckt. Mit diesem Aufbau kann die elektrische Feldstärke auf dem Boden jedes Grabenabschnitts reduziert werden. Die Halbleitervorrichtung 100 kann den Gatter-Grabenabschnitt 40 oder den Dummy-Grabenabschnitt 40 aufweisen, die in Draufsicht komplett im umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet sind.
  • Ein Mesaabschnitt ist in Anordnungsrichtung zwischen den jeweiligen Grabenabschnitten angeordnet. Der Mesaabschnitt bezieht sich auf einen Bereich, der zwischen den Grabenabschnitten im Halbleitersubstrat 10 eingeschlossen ist. Zum Beispiel ist ein oberes Ende des Mesaabschnitts die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. Die Tiefenposition des unteren Endes des Mesaabschnitts ist dieselbe wie die Tiefenposition des unteren Endes des Grabenabschnitts. Der Mesaabschnitt des vorliegenden Beispiels ist so angeordnet, dass er sich in Ausdehnungsrichtung (Y-Achsenrichtung) entlang des Grabens auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstreckt. Im vorliegenden Beispiel ist ein Mesaabschnitt 60 im Transistorabschnitt 70 angeordnet.
  • Jeder Mesaabschnitt 60 kann mindestens einen Emitterbereichs 12 des ersten Leitfähigkeitstyps und/oder einen Kontaktbereich 15 des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen. Der Emitterbereich 12 des vorliegenden Beispiels ist N+-artig und der Kontaktbereich 15 ist P+-artig. Der Emitterbereich 12 und der Kontaktbereich 15 können zwischen dem Basisbereich und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in Tiefenrichtung angeordnet sein.
  • Der Mesaabschnitt 60 des Transistorabschnitts 70 enthält den Emitterbereich 12, der zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegt. Der Emitterbereich 12 ist verbunden mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet. Der mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbundene Mesaabschnitt 60 kann den Kontaktbereich 15, der auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegt, aufweisen. Im vorliegenden Beispiel ist der Bereich im Mesaabschnitt 60, der auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegt und am nächsten in der Umgebung des Gatterläufers 130 angeordnet ist, der Kontaktbereich 15.
  • Der Kontaktbereich 15 und der Emitterbereich 12 im Mesaabschnitt 60 sind jeweils von einem Grabenabschnitt in X-Achsenrichtung bis zum anderen Grabenabschnitt angeordnet. Zum Beispiel sind der Kontaktbereich 15 und der Emitterbereich 12 des Mesaabschnitts 60 abwechselnd entlang der Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Grabenabschnitts angeordnet.
  • In einem anderen Beispiel können der Kontaktbereich 15 und der Emitterbereich 12 des Mesaabschnitts 60 in Streifenform entlang der Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Grabenabschnitts angeordnet sein. Beispielsweise ist der Emitterbereich 12 in einem Bereich angeordnet, der mit dem Grabenabschnitt verbunden ist, und der Kontaktbereich 15 ist in einem Bereich angeordnet, der zwischen den Emitterbereichen 12 eingeschlossen ist.
  • 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts g-g in 2 illustriert. Der Querschnitt g-g ist eine XZ-Ebene, die durch den Emitterbereich 12 geht. Man beachte, dass die Dimensionen in 3 nicht unbedingt den Dimensionen in 2 entsprechen. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst im Querschnitt das Halbleitersubstrat 10, einen dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, die Emitterelektrode 52 und eine Kollektorelektrode 24 und einen Schutzfilm 150.
  • Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist in einer oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist ein Film, der mindestens eine Schicht eines dielektrischen Films, wie z.B. Silikatglas, dem eine Verunreinigung wie Bor oder Phosphor zugefügt wird, eines thermischen Oxidfilms und andere dielektrische Filme enthält. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist in Kontakt mit dem in 2 beschriebenen Kontaktloch 54 angeordnet.
  • Die Emitterelektrode 52 ist oberhalb des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 ist durch das Kontaktloch 54 des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 mit einer oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 verbunden. Man beachte, dass die Emitterelektrode 52 über dem umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet sein kann. Der Gatterläufer 130 kann über dem umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet sein. Im vorliegenden Beispiel ist das Gatter-Polysilizium 46 unterm Gatterläufer 130 angeordnet.
  • Die Kollektorelektrode 24 ist auf der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 sind aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium gebildet. In der Beschreibung wird die Richtung, in der die Emitterelektrode 52 mit der Kollektorelektrode 24 verbunden ist (die Z-Achsenrichtung), auch als Tiefenrichtung bezeichnet.
  • Jeder Mesaabschnitt 60 umfasst einen Basisbereich 14 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Der Emitterbereich 12 und der Kontaktbereich 15 sind zwischen der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 und dem Basisbereich 14 angeordnet. Der Basisbereich 14 des vorliegenden Beispiels ist P-artig.
  • Das Halbleitersubstrat 10 umfasst einen Driftbereich 18 des ersten Leitfähigkeitstyps. Der Driftbereich 18 des vorliegenden Beispiels ist N--artig.
  • Im Mesaabschnitt 60 sind der N+-artige Emitterbereich 12 und der P-artige Basisbereich 14 der Reihe nach von der Seite der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der Driftbereich 18 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet. Der Mesaabschnitt 60 kann auch einen N+-artigen Sammelbereich (nicht dargestellt) aufweisen.
  • Der Emitterbereich 12 liegt auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 frei und ist verbunden mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet. Der Emitterbereich 12 kann verbunden mit den Grabenabschnitten auf beiden Seiten des Mesaabschnitts 60 angeordnet sein. Der Emitterbereich 12 hat eine höhere Dotierungskonzentration als der Driftbereich 18.
  • Der Basisbereich 14 ist unter dem Emitterbereich 12 angeordnet. Der Basisbereich 14 des vorliegenden Beispiels ist verbunden mit dem Emitterbereich 12 angeordnet. Der Basisbereich 14 kann verbunden mit den Grabenabschnitten auf beiden Seiten des Mesaabschnitts 60 angeordnet sein. Beispielsweise beträgt eine Verunreinigungskonzentration des Basisbereichs 14 2,5 × 1017 Atome/cm3. Die Verunreinigungskonzentration des Basisbereichs 14 kann 5,0×1016Atome/cm3 oder mehr und 1,0×1018 Atome/cm3 oder weniger betragen.
  • Außerdem sind in einem anderen Querschnitt der P+-artige Kontaktbereich 15 und der P-artige Basisbereich 14 der Reihe nach von der Seite der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 im Mesaabschnitt 60 angeordnet. Der Driftbereich 18 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet.
  • Ein N+-artiger Pufferbereich 20 kann unter dem Driftbereich 18 angeordnet sein. Die Dotierungskonzentration des Pufferbereichs 20 ist höher als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18. Der Pufferbereich 20 kann einen Konzentrationspeak 25 mit einer höheren Dotierungskonzentration als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 aufweisen. Die Dotierungskonzentration des Konzentrationspeaks gibt eine Dotierungskonzentration am lokalen Maximum des Konzentrationspeaks an. Ferner kann als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 ein Mittelwert der Dotierungskonzentrationen in dem Bereich verwendet werden, wo die Verteilung der Dotierungskonzentration im Wesentlichen flach ist.
  • Der Pufferbereich 20 kann durch Ionenimplantation des N-artigen Dotierstoffs wie z.B. Wasserstoff (Proton) oder Phosphor ausgebildet werden. Der Pufferbereich 20 des vorliegenden Beispiels wird durch die Ionenimplantation von Wasserstoff ausgebildet. Der Pufferbereich 20 kann als eine Feldstoppschicht dienen, um zu verhindern, dass eine sich von einem unteren Ende des Basisbereichs 14 ausbreitende Verarmungsschicht den P+-artigen Kollektorbereich 22 erreicht.
  • Der P+-artige Kollektorbereich 22 ist unter dem Pufferbereich 20 angeordnet. Eine Akzeptorenkonzentration des Kollektorbereichs 22 ist höher als eine Akzeptorenkonzentration des Basisbereichs 14. Der Kollektorbereich 22 kann einen Akzeptor aufweisen, welcher derselbe oder ein anderer ist wie ein Akzeptor des Basisbereichs 14. Der Akzeptor des Kollektorbereichs 22 ist beispielsweise Bor. Das als Akzeptor dienende Element ist nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt.
  • Der Kollektorbereich 22 liegt auf der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 frei und ist mit der Kollektorelektrode 24 verbunden. Die Kollektorelektrode 24 kann in Kontakt mit der gesamten unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 stehen. Die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 sind aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium gebildet.
  • Ein oder mehrere Gatter-Grabenabschnitte 40 und ein oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 sind auf der oberen Oberflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel sind eine Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten 40 und eine Vielzahl von Dummy-Grabenabschnitten 30 auf der Seite der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Jeder der Grabenabschnitte dringt von der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 in den Basisbereich 14 ein und erreicht den Driftbereich 18. In einem Bereich, wo zumindest einer des Emitterbereichs 12 und des Kontaktbereichs 15 angeordnet ist, dringt jeder Grabenabschnitt auch in deren Dotierungsbereiche ein und erreicht den Driftbereich 18. Die Ausgestaltung 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 einen Aufbau des Dotierungsbereichs, der nach dem Ausbilden der Grabenabschnitte zwischen den Grabenabschnitten ausgebildet wird.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 umfasst einen Gattergraben in der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10, einen dielektrischen Gatterfilm 42 und einen Gatter-Leitungsabschnitt 44. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist aus Polysilizium als leitendes Material ausgebildet. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 kann aus demselben Material wie das Gatter-Polysilizium 46 ausgebildet sein. Der dielektrische Gatterfilm 42 ist eine innere Wand des Gattergrabens bedeckend angeordnet. Der dielektrische Gatterfilm 42 kann durch Oxidieren oder Nitrieren eines Halbleiters auf der inneren Wand des Gattergrabens ausgebildet werden. In 3 ist der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist im dielektrischen Gatterfilm 42 im Gattergraben ausgebildet. Das heißt, dass der dielektrische Gatterfilm 42 den Gatter-Leitungsabschnitt 44 vom Halbleitersubstrat 10 isoliert.
  • Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 im Gatter-Grabenabschnitt 40 kann in Tiefenrichtung länger ausgebildet sein als der Basisbereich 14. Der Gatter-Grabenabschnitt 40 im Querschnitt wird auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 vom dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 bedeckt. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist elektrisch mit dem Gatterläufer 130 verbunden. Wenn eine vorgegebene Gatterspannung an den Gatter-Leitungsabschnitt 44 angelegt wird, wird durch eine Elektroneninversionsschicht in einer Oberflächenschicht des Basisbereichs 14 an einer Schnittstelle, die den Gatter-Grabenabschnitt 40 berührt, ein Kanal ausgebildet.
  • Die Dummy-Grabenabschnitte 30 können im Querschnitt denselben Aufbau wie die Gatter-Grabenabschnitte 40 haben. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 umfasst einen Dummygraben in der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10, einen dielektrischen Dummyfilm 32 und einen Dummy-Leitungsabschnitt 34. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 ist aus Polysilizium als leitendes Material ausgebildet. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 kann aus demselben Material wie das Dummy-Polysilizium 36 ausgebildet sein. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 ist elektrisch mit der Emitterelektrode 52 verbunden. Der dielektrische Dummy-Film 32 ist eine innere Wand des Dummy-Grabens bedeckend angeordnet. In 3 ist der Dummy-Leitungsabschnitt 34 im Dummygraben und innerhalb des dielektrischen Dummyfilms 32 angeordnet. Der dielektrische Dummyfilm 32 isoliert den Dummy-Leitungsabschnitt 34 vom Halbleitersubstrat 10. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 kann in Tiefenrichtung dieselbe Länge wie der Gatter-Leitungsabschnitt 44 haben.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 und der Dummy-Grabenabschnitt 30 des vorliegenden Beispiels werden auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 vom dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 bedeckt. Es ist zu beachten, dass die Böden des Dummy-Grabenabschnitts 30 und des Gatter-Grabenabschnitts 40 mit einer Form mit gekrümmter Oberfläche (eine Form mit gekrümmter Linie im Querschnitt) konvex nach unten ausgebildet sein können.
  • Der Schutzfilm 150 ist auf der oberen Oberfläche der Emitterelektrode 52 angeordnet. Durch Anordnen des Schutzfilms 150 auf der oberen Oberfläche der Emitterelektrode 52 kann die Emitterelektrode 52 geschützt werden. Der Schutzfilm 150 gemustert ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Schutzfilm 150 ein Polyimidfilm.
  • 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts a-a in 2 illustriert. Der Querschnitt a-a ist eine YZ-Ebene, die durch das Kontaktloch 56 geht. Man beachte, dass die Dimensionen in 4 nicht unbedingt den Dimensionen in 2 entsprechen. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst im Querschnitt das Halbleitersubstrat 10, den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 und den Schutzfilm 150. In 4 wurde die Darstellung der Umgebung der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 weggelassen. Im Querschnitt ist der Dummy-Leitungsabschnitt 34 im Dummy-Grabenabschnitt 30 über das Kontaktloch 56 mit der Emitterelektrode 52 verbunden. Ferner ist der Gatterläufer 130 mit dem Gatter-Leitungsabschnitt 44 verbunden.
  • 5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts b-b in 2 illustriert. Der Querschnitt b-b ist eine YZ-Ebene, die durch das Kontaktloch 54 geht. Man beachte, dass die Dimensionen in 5 nicht unbedingt den Dimensionen in 2 entsprechen. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst im Querschnitt das Halbleitersubstrat 10, den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 und den Schutzfilm 150. In 5 wurde die Darstellung der Umgebung der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 weggelassen. Im Querschnitt ist die obere Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 über das Kontaktloch 54 mit der Emitterelektrode 52 verbunden.
  • 6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts c-c in 2 illustriert. Der Querschnitt c-c ist eine YZ-Ebene, die durch den geraden Abschnitt 39 des Gatter-Grabenabschnitts 40 geht. Man beachte, dass die Dimensionen in 6 nicht unbedingt den Dimensionen in 2 entsprechen. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst im Querschnitt das Halbleitersubstrat 10, den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 und den Schutzfilm 150. In 6 wurde die Darstellung der Umgebung der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 weggelassen. Im Querschnitt ist der Gatterläufer 130 ist mit dem Gatter-Leitungsabschnitt 44 verbunden.
  • In 5 ist ein dünner dielektrischer Film 43 zwischen dem Gatter-Polysilizium 46 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet. Der dielektrische Film 43 wird angeordnet, wen der dielektrische Gatterfilm 42 und der dielektrische Dummyfilm 32 ausgebildet werden. Beim Ausschalten der Halbleitervorrichtung 100 oder dergleichen wird ein Lochstrom erzeugt, der aus dem Randabschlussstrukturabschnitt 90 zur Emitterelektrode 52 fließt. Das Potenzial des umfänglichen Senkenbereichs 11 steigt aufgrund des Lochstroms an und eine Potenzialdifferenz wird zwischen dem Gatter-Polysilizium 46 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 gebildet. Wenn der dünne dielektrische Film 43 zwischen dem Gatter-Polysilizium 46 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 vorliegt, kann der dielektrische Film 43 aufgrund der Potenzialdifferenz beschädigt werden. Wenn die Potenzialdifferenz beispielsweise 80 V überschreitet, kann der dielektrische Film 43 zwischen dem Gatter-Polysilizium 46 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 einen dielektrischen Durchbruch erleiden, was einen Defekt des Chips verursacht.
  • 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform des D in 1 illustriert. 7 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs D in 1. Die Halbleitervorrichtung 100 von 7 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 von 2 in der Ausgestaltung des Gatter-Polysiliziums 46. Andere Ausgestaltungen der Halbleitervorrichtung 100 in 7 können mit denen der Halbleitervorrichtung 100 in 2 identisch sein.
  • In 7 ist eine Vielzahl des Gatter-Polysiliziums 46 angeordnet. Die Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 ist entlang der Erstreckungsrichtung (X-Achsenrichtung) des Gatterläufers 130 angeordnet. Das Gatter-Polysilizium 46 ist einzeln entlang der Erstreckungsrichtung des Gatterläufers 130 angeordnet. Die Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 ist entlang der Endseite (die erste Endseite 161 in 1) angeordnet. Durch Vorsehen der Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 kann eine Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, reduziert werden.
  • Außerdem verbindet die Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 jeweils die Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten 40 mit dem Gatterläufer. Im vorliegenden Beispiel ist mindestens ein Gatter-Grabenabschnitt 40 unter der Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten 40 mit einem Gatter-Polysilizium 46 unter der Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 verbunden. Das heißt, ein Gatter-Grabenabschnitt 40 ist mit einem Gatter-Polysilizium 46 verbunden. Im vorliegenden Beispiel ist ein Gatter-Grabenabschnitt 40 mit einem Gatter-Polysilizium 46 am Randabschnitt 41 verbunden. Selbst wenn das Gatter-Polysilizium 46 einzeln angeordnet ist, können mit solch einer Ausgestaltung der Gatter-Leitungsabschnitt 44 und der Gatterläufer 130 elektrisch verbunden werden.
  • Im vorliegenden Beispiel kann eine Breite D1 des Gatter-Grabenabschnitts 40 einschließlich zweier gerader Abschnitte 39 in Anordnungsrichtung größer sein als eine Breite D2 des mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbundenen Gatter-Polysiliziums 46 in Anordnungsrichtung. Mit solch einer Ausführung kann das Gatter-Polysilizium 46 nur in einem Bereich angeordnet werden, der mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 in Anordnungsrichtung überlappt und die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, kann reduziert werden.
  • Um eine Kontaktfläche zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt 40 und dem Gatter-Polysilizium 46 zu erhöhen, ist die Breite D2 vorzugsweise groß. Die Breite D2 kann 50% oder mehr der Breite D1 betragen. Die Breite D2 kann 80% oder mehr der Breite D1 betragen.
  • Außerdem umfasst das Gatter-Polysilizium 46 im vorliegenden Beispiel eine lange Seite in einer Richtung vom Gatterläufer 130 zum Gatter-Grabenabschnitt 40. Das Gatter-Polysilizium 46 umfasst eine lange Seite in Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40. Im vorliegenden Beispiel hat das Polysilizium 46 eine lange Seite in Y-Achsenrichtung.
  • 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts d-d in 7 illustriert. Der Querschnitt d-d ist eine YZ-Ebene, die durch das Kontaktloch 56 geht. Im Querschnitt ist das Gatter-Polysilizium 46 unter der ersten Verdrahtung 131 des Gatterläufers 130 angeordnet, was identisch mit 4 ist. Somit ist der Gatterläufer 130 im Querschnitt mit dem Gatter-Leitungsabschnitt 44 verbunden.
  • 9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 7 illustriert. Der Querschnitt e-e ist eine YZ-Ebene, die durch das Kontaktloch 54 geht. Der Querschnitt von 9 unterscheidet sich vom Querschnitt von 5 dadurch, dass das Gatter-Polysilizium 46 nicht vorgesehen ist. Andere Ausgestaltungen des Querschnitts von 9 können mit denen von 5 identisch sein.
  • Wie unter Bezugnahme auf 7 beschrieben wird im vorliegenden Beispiel die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 47 in Draufsicht angeordnet ist, reduziert. Da das Gatter-Polysilizium 46 im Querschnitt von 9 nicht vorgesehen ist, ist der dielektrische Zwischenschichtfilm 38, der dicker als der dielektrische Film 43 ist, zwischen dem Gatterläufer und dem umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet. Selbst wenn das Potenzial des umfänglichen Senkenbereichs 11 aufgrund des Lochstroms ansteigt, kann somit der Durchbruch des dielektrischen Films zwischen dem Gatterläufer 130 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 unterdrückt werden.
  • 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts f-f in 7 illustriert. Der Querschnitt f-f ist eine YZ-Ebene, die durch den geraden Abschnitt 39 des Gatter-Grabenabschnitts 40 geht. Der Querschnitt von 10 unterscheidet sich vom Querschnitt von 6 dadurch, dass das Gatter-Polysilizium 46 nicht vorgesehen ist. Andere Ausgestaltungen des Querschnitts von 10 können mit denen von 6 identisch sein. Da das Gatter-Polysilizium 46 im Querschnitt nicht vorgesehen ist, ist der Gatterläufer 130 nicht mit dem Gatter-Leitungsabschnitt 44 verbunden.
  • 11 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs D in 1 illustriert. 11 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs D in 1. Die Halbleitervorrichtung 100 in 11 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 in 7 in der Ausgestaltung des Gatter-Polysiliziums 46 und des Gatter-Grabenabschnitts 40. Andere Ausgestaltungen der Halbleitervorrichtung 100 in 11 können mit denen der Halbleitervorrichtung 100 in 7 identisch sein.
  • Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts 40 entlang des Gatterläufers 130. Außerdem, erstreckt sich mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts 40 zur unteren Seite des Gatterläufers 130. In 11 überlappt der Randabschnitt 41 des Gatter-Grabenabschnitts 40 in Draufsicht mit dem Gatterläufer 130. Durch Vorsehen mindestens eines Teils des Gatter-Grabenabschnitts 40 bis zum Gatterläufer 130 kann die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, weiter reduziert werden. Somit ist es möglich, einen Bereich zu vergrößern, wo ein dicker dielektrischer Film zwischen dem Gatterläufer 130 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 wie im Querschnitt von 9 angeordnet ist, und es ist möglich, den Durchbruch des dielektrischen Films zum Zeitpunkt des Abschaltens zu unterdrücken.
  • 12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts h-h in 11 illustriert. Der Querschnitt h-h ist eine YZ-Ebene, die durch das Kontaktloch 56 geht. Der Querschnitt von 12 unterscheidet sich vom Querschnitt von 8 in der Ausgestaltung des Gatter-Polysiliziums 46 und des Gatter-Grabenabschnitts 40. Andere Ausgestaltungen des Querschnitts von 12 können mit denen des Querschnitts von 8 identisch sein.
  • Im vorliegenden Beispiel ist das Gatter-Polysilizium 46 in Tiefenrichtung zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt 40 und dem Gatterläufer 130 angeordnet. Mit solch einer Ausgestaltung kann die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, weiter reduziert werden. Um zudem die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, weiter zu reduzieren, wird das Gatter-Polysilizium 46 zudem vorzugsweise nur zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt 40 und dem Gatterläufer 130 angeordnet.
  • 13 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs D in 1 illustriert. Die Halbleitervorrichtung 100 in 13 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 in 7 in der Ausgestaltung des Gatter-Polysiliziums 46 und des Gatter-Grabenabschnitts 40. Andere Ausgestaltungen der Halbleitervorrichtung 100 in 13 können mit denen der Halbleitervorrichtung 100 in 7 identisch sein.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 des vorliegenden Beispiels hat nur einen geraden Abschnitt 39, der sich entlang der Erstreckungsrichtung senkrecht zur Anordnungsrichtung erstreckt. Im Gatter-Grabenabschnitt 40 des vorliegenden Beispiels ist der gerade Abschnitt 39 eines Gatter-Grabenabschnitts 40 mit einem Gatter-Polysilizium 46 verbunden.
  • Im vorliegenden Beispiel ist eine Breite D3 des Gatter-Grabenabschnitts 40 in Anordnungsrichtung größer als eine Breite D4 des mit dem Gatter-Grabenabschnitt in Anordnungsrichtung verbundenen Gatter-Polysiliziums 46. Mit solch einer Ausführung kann das Gatter-Polysilizium 46 nur in einem Bereich angeordnet werden, der mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 in Anordnungsrichtung überlappt und die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, kann reduziert werden. Somit ist es möglich, den Bereich zu vergrößern, wo der dicke dielektrische Film zwischen dem Gatterläufer 130 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet ist, und es ist möglich, den Durchbruch des dielektrischen Films zum Zeitpunkt des Abschaltens zu unterdrücken.
  • Um die Kontaktfläche zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt 40 und dem Gatter-Polysilizium 46 zu erhöhen, ist die Breite D4 vorzugsweise groß. Die Breite D4 kann 50% oder mehr der Breite D3 betragen. Die Breite D4 kann 80% oder mehr der Breite D3 betragen.
  • Außerdem umfasst das Gatter-Polysilizium 46 im vorliegenden Beispiel eine lange Seite in einer Richtung vom Gatterläufer 130 zum Gatter-Grabenabschnitt 40. Das Gatter-Polysilizium 46 umfasst eine lange Seite in Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40. Im vorliegenden Beispiel hat das Polysilizium 46 eine lange Seite in Y-Achsenrichtung.
  • 14 ist eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiels eines Bereichs E in 1 illustriert. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs E in 1. Der Bereich E ist ein Bereich, der den Transistorabschnitt 70 in der Umgebung der gebogenen Abschnitts 133 des Gatterläufers 130 enthält. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst den Gatter-Grabenabschnitt 40, den Dummy-Grabenabschnitt 30 und den umfänglichen Senkenbereich, die in der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. In 14 wurden der Emitterbereich 12 und der Kontaktbereich 15 weggelassen.
  • Das Gatter-Polysilizium 46 ist entlang dem gebogenen Abschnitt 133 des Gatterläufers 130 angeordnet. Somit hat das Gatter-Polysilizium 46 auch eine Biegung. Außerdem ist der Randabschnitt des Gatter-Grabenabschnitts 40 entlang dem Gatter-Polysilizium 46 angeordnet. Der umfängliche Senkenbereich 11 kann wie in 14 dargestellt stufenförmig ausgebildet sein. Im Vergleichsbeispiel ist das Gatter-Polysilizium 46 kontinuierlich in X-Achsenrichtung angeordnet.
  • 15 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform des Bereichs E in 1 illustriert. 15 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs E in 1. Die Halbleitervorrichtung 100 von 15 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 von 14 in der Ausgestaltung des Gatter-Polysiliziums 46. Andere Ausgestaltungen der Halbleitervorrichtung 100 von 15 können mit denen der Halbleitervorrichtung 100 von 14 identisch sein.
  • In 15 ist eine Vielzahl des Gatter-Polysiliziums 46 angeordnet. Die Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 ist entlang der Anordnungsrichtung (X-Achsenrichtung) senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Gatter-Gatter-Grabenabschnitts 40 angeordnet. Das Gatter-Polysilizium 46 ist einzeln entlang der X-Achsenrichtung angeordnet. Die Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 ist entlang dem gebogenen Abschnitt 133 des Gatterläufers 130 angeordnet. Durch Vorsehen der Vielzahl von Gatter-Polysilizium 46 ist es möglich, die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, zu verkleinern, sogar in der Umgebung des gebogenen Abschnitts 133 des Gatterläufers 130. Somit ist es möglich, den Bereich zu vergrößern, wo der dicke dielektrische Film zwischen dem Gatterläufer 130 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 in der Umgebung des gebogenen Abschnitts 133 des Gatterläufers 130 angeordnet ist, und es ist möglich, den Durchbruch des dielektrischen Films zum Zeitpunkt des Abschaltens zu unterdrücken. Außerdem ist wie in 7 ein Gatter-Grabenabschnitt 40 mit einem Gatter-Polysilizium 46 am Randabschnitt 41 verbunden.
  • Ähnlich wie in 7 kann in 15 eine Breite D5 des Gatter-Grabenabschnitts 40 einschließlich zweier gerader Abschnitte 39 in Anordnungsrichtung größer sein als eine Breite D6 des mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbundenen Gatter-Polysiliziums 46 in Anordnungsrichtung. Mit solch einer Ausführung kann das Gatter-Polysilizium 46 nur in einem Bereich angeordnet werden, der mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 in Anordnungsrichtung überlappt und die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, kann reduziert werden. Somit ist es möglich, den Bereich zu vergrößern, wo der dicke dielektrische Film zwischen dem Gatterläufer 130 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet ist, und es ist möglich, den Durchbruch des dielektrischen Films zum Zeitpunkt des Abschaltens zu unterdrücken.
  • Um die Kontaktfläche zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt 40 und dem Gatter-Polysilizium 46 zu erhöhen, ist die Breite D6 vorzugsweise groß. Die Breite D6 kann 50% oder mehr der Breite D5 betragen. Die Breite D6 kann 80% oder mehr der Breite D5 betragen.
  • Außerdem umfasst das Gatter-Polysilizium 46 im vorliegenden Beispiel eine lange Seite in einer Richtung vom Gatterläufer 130 zum Gatter-Grabenabschnitt 40. Das Gatter-Polysilizium 46 umfasst eine lange Seite in Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40. Im vorliegenden Beispiel hat das Polysilizium 46 eine lange Seite in Y-Achsenrichtung.
  • 16 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs E in 1 illustriert. 16 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs E in 1. Die Halbleitervorrichtung 100 von 16 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 von 15 in der Ausgestaltung des Gatter-Polysiliziums 46. Andere Ausgestaltungen der Halbleitervorrichtung 100 von 16 können mit denen der Halbleitervorrichtung 100 von 15 identisch sein. Das Gatter-Polysilizium 46 in 16 wird als Gatter-Polysilizium 46-1, Gatter-Polysilizium 46-2 und Gatter-Polysilizium 46-3 von der negativen Seite in X-Achsenrichtung bezeichnet. Außerdem werden die Längsrichtungen des jeweiligen Gatter-Polysiliziums 46 als eine Längsrichtung E1, eine Längsrichtung E2 und eine Längsrichtung E3 bezeichnet. Außerdem werden die Erstreckungsrichtungen von Abschnitten des Gatterläufers 130, der mit dem jeweiligen Gatter-Polysiliziums 46 verbunden ist, als eine Erstreckungsrichtung E4, eine Erstreckungsrichtung E5 und eine Erstreckungsrichtung E6 bezeichnet.
  • Im vorliegenden Beispiel ändert sich die Längsrichtung jedes Gatter-Polysiliziums 46 auf Grundlage der Erstreckungsrichtung des Abschnitts des Gatterläufers 130, der mit dem Gatter-Polysilizium 46 verbunden ist. Beispielsweise ändert sich die Längsrichtung jedes Gatter-Polysiliziums 46, um im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Abschnitts des Gatterläufers 130 zu sein, der mit dem Gatter-Polysilizium 46 verbunden ist. Im Wesentlichen senkrecht kann einen Fehler von ±10% in Bezug auf senkrecht enthalten. Daher ist in der Reihenfolge des Gatter-Polysiliziums 46-1, des Gatter-Polysiliziums 46-2 und des Gatter-Polysiliziums 46-3 der Winkel, der durch die Längsrichtung und die Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40 gebildet wird, klein. Durch Ändern der Längsrichtung jedes Gatter-Polysiliziums 46 auf diese Weise, können der Gatterläufer 130 und der Gatter-Grabenabschnitt 40 am kürzesten Abstand verbunden werden und das Gatterpotenzial kann ohne Verzögerung angelegt werden.
  • Im vorliegenden Beispiel unterscheiden sich die Winkel, die von den Längsrichtungen von mindestens zwei der Gatter-Polysilizium 46 mit der Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Gatter-Grabenabschnitts 40 gebildet werden, voneinander. In 16 unterscheidet sich ein Winkel θ2, der durch die Längsrichtung E2 des Gatter-Polysiliziums 46-2 und der Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40 gebildet wird, von einem Winkel θ3, der durch die Längsrichtung E3 des Gatter-Polysiliziums 46-3 und der Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40 gebildet wird. Man beachte, dass ein Winkel θ1, der durch die Längsrichtung E1 des Gatter-Polysiliziums 46-1 und der Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40 gebildet wird, und der Winkel θ2, der durch die Längsrichtung E2 des Gatter-Polysiliziums 46-2 und der Erstreckungsrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40 gebildet wird, unterschiedlich oder gleich sein können. Der Winkel θ1, der Winkel θ2 und der Winkel θ3 können verschieden sein.
  • 17 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Ausführungsform des Bereichs E in 1 illustriert. 17 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs D in 1. Die Halbleitervorrichtung 100 in 18 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 in 15 in der Ausgestaltung des Gatter-Polysiliziums 46 und des Gatter-Grabenabschnitts 40. Andere Ausgestaltungen der Halbleitervorrichtung 100 von 18 können mit denen der Halbleitervorrichtung 100 von 15 identisch sein.
  • Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts 40 entlang des Gatterläufers 130. Außerdem, erstreckt sich mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts 40 zur unteren Seite des Gatterläufers 130. In 18 überlappt der Randabschnitt 41 des Gatter-Grabenabschnitts 40 in Draufsicht mit dem Gatterläufer 130. Durch Vorsehen von mindestens einem Teil des Gatter-Grabenabschnitts 40 bis zum Gatterläufer 130 kann die Fläche, in der das Gatter-Polysilizium 46 in Draufsicht angeordnet ist, weiter reduziert werden. Somit ist es möglich, den Bereich zu vergrößern, wo der dicke dielektrische Film zwischen dem Gatterläufer 130 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 angeordnet ist, und es ist möglich, den Durchbruch des dielektrischen Films zum Zeitpunkt des Abschaltens zu unterdrücken. Wie in 12 dargestellt, kann das Gatter-Polysilizium 46 in Tiefenrichtung zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt 40 und dem Gatterläufer 130 angeordnet sein.
  • Das Ausführungsbeispiel des Bereichs D und das Ausführungsbeispiel des Bereichs E können in angemessener Weise kombiniert werden. Beispielsweise werden die Ausführungsform von 7 und die Ausführungsform von 16 kombiniert. In 7 ist die Erstreckungsrichtung des Gatterläufers 130 im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung jedes Gatter-Polysiliziums 46. Durch die Ausgestaltung von 7 in der Umgebung der ersten Verdrahtung 131 und durch die Ausgestaltung von 16 in der Umgebung des gebogenen Abschnitts 133 kann die Längsrichtung jedes Gatter-Polysiliziums 46 auf Grundlage der Erstreckungsrichtung des mit dem Gatter-Polysilizium 46 verbundenen Abschnitts des Gatterläufers 130 über den gesamten Gatterläufers 130 geändert werden. Durch Kombinieren des Ausführungsform von 7 und der Ausführungsform von 16 können jeder Gatter-Grabenabschnitt 40 und der Gatterläufer 130 mit der kürzesten Distanz verbunden werden. Wenn die Ausführungsform von 7 und die Ausführungsform von 16 kombiniert werden, ist die Längsrichtung des Gatter-Polysiliziums 46, das mit der ersten Verdrahtung 131 verbunden ist, anders als die Längsrichtung des Gatter-Polysiliziums 46, das mit dem gebogenen Abschnitt 133 verbunden ist.
  • Außerdem können die Ausführungsform von 7 und die Ausführungsform von 17 kombiniert werden. In diesem Fall erstreckt sich wie in 17 dargestellt mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts 40 bis zur unteren Seite des gebogenen Abschnitts 133 des Gatterläufers 130. Außerdem, ist mindestens ein Gatter-Polysilizium 133 in Tiefenrichtung zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt 40 und dem gebogenen Abschnitt 133 angeordnet. Außerdem weist mindestens ein Gatter-Polysilizium 46 wie in 7 dargestellt eine lange Seite in einer Richtung von der ersten Verdrahtung 131 des Gatterläufers 130 zum Gatter-Grabenabschnitt 40 auf. Beispiele von Kombinationen der Ausführungsbeispiele sind nicht hierauf beschränkt.
  • 18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Randabschlussstrukturabschnitts 90 illustriert. 18 illustriert den Randabschlussstrukturabschnitt 90 in der Umgebung des Querschnitts c-c von 6. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 weist Polysilizium 47, eine Vielzahl von Schutzringen 92, einen Oxidfilm 94 und eine Feldplatte 96 auf.
  • Jeder Schutzring 92 kann so angeordnet sein, dass er den aktiven Abschnitt 160 auf der oberen Oberfläche 21 umkreist. Die Vielzahl der Schutzringe 92 kann dazu dienen, die im aktiven Abschnitt 160 erzeugte Verarmungsschicht zur Außenseite des Halbleitersubstrats 10 auszubreiten. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, eine elektrische Feldstärke im Halbleitersubstrat 10 zu verhindern, und die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 zu verbessern.
  • Der Schutzring 92 des vorliegenden Beispiels ist ein P+-artiger Halbleiterbereich, der durch lonenbestrahlung in der Umgebung der oberen Oberfläche 21 gebildet wird. Eine Tiefe des Bodens Schutzrings 92 kann tiefer als eine Tiefe des Bodens des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30 sein.
  • Die obere Oberfläche des Schutzrings 92 ist mit dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 und dem Oxidfilm 64 bedeckt. Die Feldplatte 96 ist aus einem leitenden Material wie beispielsweise Metall ausgebildet. Die Feldplatte 96 kann aus demselben Material wie die Emitterelektrode 52 ausgebildet sein. Die Feldplatte 96 ist auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 angeordnet. Feldplatte 96 ist über das Polysilizium 47 mit dem Schutzring 92 verbunden. Wie oben beschrieben wird im Randabschlussstrukturabschnitt 90 ein Lochstrom zum Zeitpunkt des Ausschaltens erzeugt, der vom Randabschlussstrukturabschnitt 90 zur Emitterelektrode 52 fließt.
  • 19 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts i-i in 1 illustriert. Der Querschnitt i-i ist eine XZ-Ebene, die durch die zweite Verdrahtung 132 des Gatterläufers 130 geht. Man beachte, dass die Dimensionen in 19 nicht unbedingt den Dimensionen anderer Zeichnungen entsprechen.
  • Im Querschnitt ist der Gatter-Grabenabschnitt 40 nicht mit dem Gatter-Leitungsabschnitt 130 verbunden. Somit wird das Gatter-Polysilizium 46 nicht vorgesehen. Das Gatter-Polysilizium 46 kann nicht unter der zweiten Verdrahtung 132 des Gatterläufers 130 angeordnet sein. Wie in 8 dargestellt, kann das Gatter-Polysilizium 46 unter der ersten Verdrahtung 131 des Gatterläufers 130 angeordnet sein. Mit einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, den Bereich zu vergrößern, in dem der dicke dielektrische Film zwischen dem Gatterläufer 130 und dem umfänglichen Senkenbereich 11 in der Umgebung der zweiten Verdrahtung 132 des Gatterläufers 130 angeordnet ist, und es ist möglich, den Durchbruch des dielektrischen Films zum Zeitpunkt des Abschaltens zu unterdrücken.
  • 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 vorliegenden 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
    11
    umfänglicher Senkenbereich
    12
    Emitterbereich
    14
    Basisbereich
    15
    Kontaktbereich
    18
    Driftbereich
    20
    Pufferbereich
    21
    obere Oberfläche
    22
    Kollektorbereich
    23
    untere Oberfläche
    24
    Kollektorelektrode
    30
    Dummy-Grabenabschnitt
    32
    dielektrischer Dummyfilm
    34
    Dummy-Leitungsabschnitt
    36
    Dummy-Polysilizium
    38
    dielektrischer Zwischenschichtfilm
    39
    gerader Abschnitt
    40
    Gatter-Grabenabschnitt
    41
    Randabschnitt
    42
    dielektrischer Gatterfilm
    43
    dielektrischer Film
    44
    Gatter-Leitungsabschnitt
    46
    Gatter=Polysilizium
    47
    Polysilizium
    52
    Emitterelektrode
    54
    Kontaktloch
    56
    Kontaktloch
    58
    Kontaktloch
    60
    Mesaabschnitt
    70
    Transistorabschnitt
    90
    Randabschlussstrukturabschnitt
    92
    Randabschlussstrukturabschnitt
    94
    Oxidschicht
    96
    Feldplatte
    100
    Halbleitervorrichtung
    130
    Gatterläufer
    131
    erste Verdrahtung
    132
    zweite Verdrahtung
    133
    gebogener Abschnitt
    150
    Schutzfilm
    160
    aktiver Abschnitt
    161
    erste Endseite
    162
    zweite Endseite
    164
    Gatterfeld.
  • 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 2018 [0002]
    • JP 206873 [0002]
    • JP 2017 [0002]
    • JP 135245 [0002]

Claims (12)

  1. Halbleitervorrichtung umfassend ein Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat umfasst: einen aktiven Abschnitt; und eine Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten, die im aktiven Abschnitt auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind und sich entlang einer Erstreckungsrichtung erstrecken, die Halbleitervorrichtung ferner umfasst: einen Gatterläufer, der zwischen dem aktiven Abschnitt und einer Endseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und eine Vielzahl von Gatter-Polysilizium, die getrennt voneinander entlang der Endseite angeordnet sind und jeweils die Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten mit dem Gatterläufer verbinden.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Gatter-Grabenabschnitt unter der Vielzahl von Gatter-Grabenabschnitten mit einem Gatter-Polysilizium unter der Vielzahl von Gatter-Polysilizium verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens einer der Gatter-Grabenabschnitte umfasst: zwei gerade Abschnitte, die sich entlang der Erstreckungsrichtung erstrecken; und einen Randabschnitt, der die beiden geraden Abschnitte verbindet, und eine Breite des Gatter-Grabenabschnitts einschließlich der beiden geraden Abschnitte in einer Anordnungsrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung größer als eine Breite des mit dem Gatter-Grabenabschnitt verbundenen Gatter-Polysiliziums in Anordnungsrichtung ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens einer der Gatter-Grabenabschnitte einen geraden Abschnitt umfasst, der sich entlang der Erstreckungsrichtung erstreckt, und eine Breite des Gatter-Grabenabschnitts in einer Anordnungsrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung größer als eine Breite des mit dem Gatter-Grabenabschnitt verbundenen Gatter-Polysiliziums in Anordnungsrichtung ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Gatter-Polysilizium einzeln entlang einer Richtung angeordnet ist, in der sich der Gatterläufer erstreckt.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Halbleitersubstrat umfasst: zwei erste Endseiten senkrecht zur Erstreckungsrichtung; und zwei zweite Endseiten parallel zur Erstreckungsrichtung, der Gatterläufer umfasst: eine erste Verdrahtung, die zwischen der ersten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist; und eine zweite Verdrahtung, die zwischen der zweiten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist, und das Gatter-Polysilizium unter der ersten Verdrahtung angeordnet ist, und nicht unter der zweiten Verdrahtung angeordnet ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Gatter-Polysilizium eine lange Seite in einer Richtung vom Gatterläufer zum Gatter-Grabenabschnitt aufweist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Gatter-Polysilizium eine lange Seite in Erstreckungsrichtung aufweist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts so angeordnet ist, dass er sich zu einer unteren Seite des Gatterläufers erstreckt, und das Gatter-Polysilizium in Tiefenrichtung zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt und dem Gatterläufer angeordnet ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei Winkel zwischen Längsrichtungen mindestens zweier Gatter-Polysilizium zur Erstreckungsrichtung voneinander verschieden sind.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Halbleitersubstrat umfasst: zwei erste Endseiten senkrecht zur Erstreckungsrichtung; und zwei zweite Endseiten parallel zur Erstreckungsrichtung, der Gatterläufer umfasst: eine erste Verdrahtung, die zwischen der ersten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist; eine zweite Verdrahtung, die zwischen der zweiten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist; und einen gebogenen Abschnitt, der die erste Verdrahtung und die zweite Verdrahtung verbindet, und sich eine Längsrichtung des mit der ersten Verdrahtung verbundenen Gatter-Polysiliziums von einer Längsrichtung des mit dem gebogenen Abschnitt verbundenen Gatter-Polysiliziums unterscheidet.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Halbleitersubstrat umfasst: zwei erste Endseiten senkrecht zur Erstreckungsrichtung; und zwei zweite Endseiten parallel zur Erstreckungsrichtung, der Gatterläufer umfasst: eine erste Verdrahtung, die zwischen der ersten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist; eine zweite Verdrahtung, die zwischen der zweiten Endseite und dem aktiven Abschnitt angeordnet ist; und einen gebogenen Abschnitt, der die erste Verdrahtung und die zweite Verdrahtung verbindet, mindestens ein Teil des Gatter-Grabenabschnitts so angeordnet ist, dass er sich zu einer unteren Seite des gebogenen Abschnitts des Gatterläufers erstreckt, mindestens ein Gatter-Polysilizium in Tiefenrichtung zwischen dem Gatter-Grabenabschnitt und dem gebogenen Abschnitt angeordnet ist, und mindestens ein Gatter-Polysilizium eine lange Seite in einer Richtung von der ersten Verdrahtung des Gatterläufers zum Gatter-Grabenabschnitt aufweist.
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