DE102018131705A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat aufweisen. Das Halbleitersubstrat kann IGBT-Gebiet, das mit einem Kollektorgebiet überlappt, und ein Diodengebiet umfassen, das mit einem Kathodengebiet überlappt. Das Halbleitersubstrat kann ein Driftgebiet, das quer über das IGBT-Gebiet und das Diodengebiet verteilt ist, ein Körpergebiet, ein Körperkontaktgebiet und ein Emittergebiet, die in dem IGBT-Gebiet angeordnet sind, sowie ein Anodengebiet und ein Anodenkontaktgebiet umfassen, die in dem Diodengebiet angeordnet sind. Das Körpergebiet kann ein erstes Körpergebiet und ein zweites Körpergebiet umfassen, das eine p-Dotierstoffdichte aufweisen, die niedriger als jede der in dem ersten Körpergebiet und der in dem Anodengebiet ist. Das zweite Körpergebiet kann zu dem Anodengebiet benachbart sein. Das erste Körpergebiet kann zu dem zweiten Körpergebiet an einer gegenüberliegenden Seite des Anodengebiets benachbart sein.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende offenbarte Technik betrifft eine Halbleitervorrichtung
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Druckschrift JP 2013-197306 A beschreibt eine Halbleitervorrichtung, die mit einem IGBT-Gebiet (Gebiet eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate) und einem Diodengebiet bereitgestellt ist. Diese Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat, eine obere Elektrode und eine untere Elektrode. Die obere Elektrode ist auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt, und die untere Elektrode ist auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt. Eine Diode ist in dem Diodengebiet derart bereitgestellt, dass die obere Elektrode als eine Anodenelektrode dient, und die untere Elektrode als eine Kathodenelektrode dient. Ein IGBT ist in dem IGBT-Gebiet derart bereitgestellt, dass die obere Elektrode als eine Emitterelektrode dient, und die untere Elektrode als eine Kollektorelektrode dient. Der in dem IGBT-Gebiet bereitgestellte IGBT ist ein IGBT einer Gategrabenbauart.
  • ERFIN DUNGSZUSAMM EN FASSUNG
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der Druckschrift JP 2013-197306A schaltet die Diode an, wenn ein Potenzial der oberen Elektrode höher als ein Potenzial der unteren Elektrode wird, und Löcher fließen von einem Anodengebiet zu einem Kathodengebiet. Ferner ist in der Halbleitervorrichtung gemäß der Druckschrift JP 2013-197306 A ein Körpergebiet in dem IGBT-Gebiet zu einem Anodengebiet mit einem Graben zwischen diesen benachbart. Aufgrund dessen ist das Körpergebiet sehr nahe an dem Anodengebiet angeordnet. Falls die Diode anschaltet, fließen somit auch Löcher auf einem Pfad von dem Körpergebiet in dem IGBT-Gebiet in Richtung des Kathodengebiets ebenso in dem Diodengebiet. In einem Zustand, in dem die Diode an ist, wird aufgrund dessen eine Löcherdichte in dem Driftgebiet in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und dem IGBT-Gebiet hoch. Falls danach das Potenzial der oberen Elektrode niedriger als das Potenzial der unteren Elektrode wird, führt die Diode einen Erholungsvorgang durch, und die Löcher in dem Driftgebiet fließen in Richtung der oberen Elektrode. Falls die Löcher wie vorstehend erwähnt fließen, fließt dadurch ein Erholungsstrom. In einem Zustand, in dem die Diode an ist, fließt der Erholungsstrom mit einer hohen Konzentration in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und dem IGBT-Gebiet aufgrund der hohen Löcherdichte in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und dem IGBT-Gebiet. Aufgrund dessen gab es das Problem, dass eine hohe Last an das Halbleitersubstrat in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und dem IGBT-Gebiet angelegt ist. Die vorliegende Offenbarung schlägt eine Technik vor, die eine Last auf ein Halbleitersubstrat in einer Nähe einer Grenzfläche zwischen einem Diodengebiet und einem IGBT-Gebiet verringert.
  • Eine vorliegend offenbarte Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat, einen Graben, eine Gateisolationsschicht, eine Gateelektrode, eine obere Elektrode und eine untere Elektrode umfassen. Der Graben kann in einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt sein. Die Gateisolationsschicht kann in dem Graben bereitgestellt sein. Die Gateelektrode kann in dem Graben und von dem Halbleitersubstrat durch die Gateisolationsschicht isoliert bereitgestellt sein. Die obere Elektrode kann mit der oberen Oberfläche in Kontakt stehen. Die untere Elektrode kann mit einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats in Kontakt stehen. Das Halbleitersubstrat kann ein Kollektorgebiet einer p-Art und ein Kathodengebiet einer n-Art in einem Bereich umfassen, der mit der unteren Elektrode in Kontakt steht. Bei einer Draufsicht auf das Halbleitersubstrat entlang einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats kann ein Halbleitergebiet, das mit dem Kollektorgebiet überlappt, ein IGBT-Gebiet sein, und ein Halbleitergebiet, das mit dem Kathodengebiet überlappt, kann ein Diodengebiet sein. Der Graben kann in dem IGBT-Gebiet bereitgestellt sein. Das Halbleitersubstrat kann umfassen: ein Driftgebiet, ein Körpergebiet, ein Körperkontaktgebiet, ein Emittergebiet, ein Anodengebiet und ein Anodenkontaktgebiet. Das Driftgebiet der n-Art kann quer über das IGBT-Gebiet und das Diodengebiet verteilt sein, kann über dem Kollektorgebiet und dem Kathodengebiet bereitgestellt sein, und kann mit der Gateisolationsschicht in Kontakt stehen. Das Körpergebiet einer p-Art kann über dem Driftgebiet in dem IGBT-Gebiet bereitgestellt sein, und kann mit der Gateisolationsschicht in Kontakt stehen. Das Körperkontaktgebiet einer p-Art kann über dem Körpergebiet bereitgestellt sein, kann eine p-Dotierstoffdichte aufweisen, die höher als eine p-Dotierstoffdichte in dem Körpergebiet ist, und kann mit der oberen Elektrode in Kontakt stehen. Das Emittergebiet einer n-Art kann über dem Körpergebiet bereitgestellt sein, kann mit der oberen Elektrode in Kontakt stehen, kann mit der Gateisolationsschicht in Kontakt stehen, und kann von dem Driftgebiet durch das Körpergebiet getrennt sein. Das Anodengebiet einer p-Art kann über dem Driftgebiet in dem Diodengebiet bereitgestellt sein. Das Anodenkontaktgebiet einer p-Art kann über dem Anodengebiet bereitgestellt sein, kann eine p-Dotierstoffdichte aufweisen, die höher als eine p-Dotierstoffdichte in dem Anodengebiet ist, und kann mit der oberen Elektrode in Kontakt stehen. Das Körpergebiet kann ein erstes Körpergebiet und ein zweites Körpergebiet umfassen, das eine niedrigere p-Dotierstoffdichte als jede einer p-Dotierstoffdichte in dem ersten Körpergebiet und der p-Dotierstoffdichte in dem Anodengebiet aufweist. Das zweite Körpergebiet kann zu dem Anodengebiet benachbart sein, und das erste Körpergebiet kann zu dem zweiten Körpergebiet an einer gegenüberliegenden Seite des Anodengebiets benachbart sein.
  • Das zweite Körpergebiet kann direkt zu dem Anodengebiet benachbart sein, oder kann dazu mit dem Graben dazwischen benachbart sein. Das erste Körpergebiet kann zu dem zweiten Körpergebiet direkt benachbart sein, oder kann dazu mit dem Graben dazwischen benachbart sein. Das Driftgebiet kann mit dem Kollektorgebiet und dem Kathodengebiet in Kontakt stehen, oder ein anderes Halbleitergebiet kann zumindest zwischen dem Driftgebiet und dem Kollektorgebiet oder zwischen dem Driftgebiet und dem Kathodengebiet angeordnet sein. Das Körpergebiet kann mit dem Driftgebiet in Kontakt stehen, oder ein anderes Halbleitergebiet kann zwischen dem Körpergebiet und dem Driftgebiet angeordnet sein. Das Anodengebiet kann mit dem Driftgebiet in Kontakt stehen, oder ein anderes Halbleitergebiet kann zwischen dem Anodengebiet und dem Driftgebiet angeordnet sein.
  • Bei dieser Konfiguration ist das zweite Körpergebiet zu dem Anodengebiet benachbart. Falls die Diode in dem Diodengebiet angeschaltet ist, fließen somit Löcher von dem zweiten Körpergebiet in dem IGBT-Gebiet zu dem Kathodengebiet. Da die p-Dotierstoffdichte in dem zweiten Körpergebiet gering ist, fließen Löcher von dem zweiten Körpergebiet in Richtung des Kathodengebiets nicht in großer Anzahl. Somit wird die Löcherdichte in dem Driftgebiet in einer Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und dem IGBT-Gebiet nicht so hoch. Aufgrund dessen ist ein Fließen eines hohen Erholungsstroms in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und dem IGBT-Gebiet während eines Erholungsvorgangs unterdrückt. Demgemäß kann eine an das Halbleitersubstrat in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und dem IGBT-Gebiet angelegte Last verringert werden. Ferner weist das erste Körpergebiet, das an einer Position angeordnet ist, die von dem Anodengebiet abgetrennt ist, eine höhere p-Dotierstoffdichte als das zweite Körpergebiet auf. Da das erste Körpergebiet von dem Anodengebiet abgetrennt ist, gibt es kaum eine Wirkung auf den Erholungsstrom, auch falls die p-Dotierstoffdichte des ersten Körpergebiets hoch ist. Ferner können die Eigenschaften des IGBT durch ein hohes Einstellen der p-Dotierstoffdichte des ersten Körpergebiets verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 10.
    • 2 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II gemäß 1.
    • 3 zeigt eine Darstellung, die eine p-Dotierstoffdichte entlang einer Linie III-III gemäß 2 zeigt.
    • 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II gemäß 1.
    • 5 zeigt eine der 3 entsprechende Darstellung, die eine p-Dotierstoffdichte einer Halbleitervorrichtung einer Variante zeigt.
    • 6 ist eine der 3 entsprechende Darstellung, die eine p-Dotierstoffdichte einer Halbleitervorrichtung einer Variante zeigt.
    • 7 ist eine Schnittansicht entsprechend 2 einer Halbleitervorrichtung einer Variante.
    • 8 ist eine Schnittansicht entsprechend 2 einer Halbleitervorrichtung einer Variante.
    • 9 ist eine Schnittansicht entsprechend 2 einer Halbleitervorrichtung einer Variante.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Gemäß 1 umfasst eine Halbleitervorrichtung 10 eines Ausführungsbeispiels ein Halbleitersubstrat 12. Das Halbleitersubstrat 12 ist ein Siliziumsubstrat. Hierbei ist nachstehend eine Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 12 als eine z-Richtung bezeichnet, eine zu einer oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrats 12 parallele Richtung ist als eine x-Richtung bezeichnet, und eine Richtung, die zu der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrats 12 parallel und zu der x-Richtung senkrecht ist, ist als eine y-Richtung bezeichnet. Gemäß 1 umfasst das Halbleitersubstrat 12 zwei Elementgebiete 18 und ein Spannungsfestigkeitsgebiet 19, das die Elementgebiete 18 umgibt. Jedes Elementgebiet 18 umfasst IGBT-Gebiete 20 und Diodengebiete 40. In jedem Elementgebiet 18 sind die IGBT-Gebiete 20 und die Diodengebiete 40 in der y-Richtung abwechselnd bereitgestellt. In jedem IGBT-Gebiet 20 ist ein IGBT bereitgestellt, und in jedem Diodengebiet 40 ist eine Diode bereitgestellt.
  • Gemäß 2 umfasst das Halbleitergebiet 10 eine obere Elektrode 14 und eine untere Elektrode 16. Die obere Elektrode 14 ist auf der oberen Oberfläche 12a (Vorderseite) des Halbleitersubstrats 12 angeordnet. Die untere Elektrode 16 ist auf einer unteren Oberfläche 12b (Rückseite) des Halbleitersubstrats 12 angeordnet. Die obere Elektrode 14 dient sowohl als Emitterelektroden für die IGBTs, als auch als Anodenelektroden für die Dioden. Die untere Elektrode 16 dient sowohl als Kollektorelektroden für die IGBTs, als auch als Kathodenelektroden für die Dioden.
  • Kollektorgebiete 30 und Kathodengebiete 48 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 12 bereitgestellt. Die Kollektorgebiete 30 und die Kathodengebiete 48 sind in einem Bereich bereitgestellt, der die untere Oberfläche 12b des Halbleitersubstrats 12 umfasst. Die Kollektorgebiete 30 sind p-Gebiete mit einer hohen p-Dotierstoffdichte, und stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der unteren Elektrode 16 her. Die Kathodengebiete 48 sind n-Gebiete mit einer hohen n-Dotierstoffdichte, und stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der unteren Elektrode 16 her. In dem Bereich, der die untere Oberfläche 12b des Halbleitersubstrats 12 umfasst, ist jedes Kollektorgebiet 30 über eine Gesamtheit seines entsprechenden IGBT-Gebiets 20 bereitgestellt, und jedes Kathodengebiet 48 ist über eine Gesamtheit seines entsprechenden Diodengebietes 40 bereitgestellt. Mit anderen Worten, falls gemäß 1 das Halbleitersubstrat 12 entlang der z-Richtung (Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 12) betrachtet wird, sind mit dem Kollektorgebieten 30 überlappende Halbleitergebiete die IGBT-Gebiete 20, und mit den Kathodengebieten 48 überlappende Halbleitergebiete sind die Diodengebiete 40.
  • Das Halbleitersubstrat 12 umfasst ferner ein Puffergebiet 28, ein Driftgebiet 26, Körpergebiete 24, Körperkontaktgebiete 23, Emittergebiete 22, Anodengebiete 42 und Anodenkontaktgebiete 41.
  • Das Puffergebiet 28 ist n-Gebiet mit einer niedrigeren n-Dotierstoffdichte als die Kathodengebiete 48. Das Puffergebiet 28 ist quer über die IGBT-Gebiete 20 und die Diodengebiete 40 verteilt. Das Puffergebiet 28 ist über den Kollektorgebieten 30 bereitgestellt, und steht in den IGBT-Gebieten 20 mit den Kollektorgebieten 30 in Kontakt. Das Puffergebiet 28 ist über den Kathodengebieten 48 bereitgestellt, und steht in den Diodengebieten 40 mit den Kathodengebieten 48 in Kontakt.
  • Das Driftgebiet 26 ist ein n-Gebiet mit einer niedrigeren n-Dotierstoffdichte als das Puffergebiet 28. Das Driftgebiet 26 ist quer über die IGBT-Gebiete 20 und die Diodengebiete 40 verteilt. Das Driftgebiet 26 ist über dem Puffergebiet 28 in den IGBT-Gebieten 20 und in den Diodengebieten 40 bereitgestellt, und steht mit dem Puffergebiet 28 in Kontakt.
  • Die Körpergebiete 24 sind p-Gebiete mit einer niedrigen p-Dotierstoffdichte. Die Körpergebiete 24 sind in den IGBT-Gebieten 20 angeordnet. Die Körpergebiete 24 sind über dem Driftgebiet 26 bereitgestellt, und stehen mit dem Driftgebiet 26 in Kontakt.
  • Die Körperkontaktgebiete 23 sind p-Gebiete mit einer höheren p-Dotierstoffdichte als die Körpergebiete 24. Die Körperkontaktgebiete 23 sind in den IGBT-Gebieten 20 angeordnet. Jedes Körperkontaktgebiet 23 ist lokal auf einem oberen Abschnitt des entsprechenden Körpergebiets 24 angeordnet, und steht mit diesem Körpergebiet 24 in Kontakt. Die Körperkontaktgebiete 23 sind von dem Driftgebiet 26 durch die Körpergebiete 24 getrennt. Die Körperkontaktgebiete 23 sind in einem Bereich angeordnet, der die obere Oberfläche 12a des Halbleitersubstrats 12 umfasst, und stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der oberen Elektrode 14 her.
  • Die Emittergebiete 22 sind n-Gebiete mit einer höheren n-Dotierstoffdichte als das Driftgebiet 26. Die Emittergebiete 22 sind in den IGBT-Gebieten 20 angeordnet. Jedes Emittergebiet 22 ist lokal auf einem oberen Abschnitt des entsprechenden Körpergebiets 24 angeordnet, und steht mit diesem Körpergebiet 24 in Kontakt. Die Emittergebiete 22 sind von dem Driftgebiet 26 durch die Körpergebiete 24 getrennt. Jedes Emittergebiet 22 ist in dem Bereich angeordnet, der die obere Oberfläche 12a des Halbleitersubstrats 12 umfasst, und in einem Bereich, in dem kein Körperkontaktgebiet 23 vorliegt. Die Emittergebiete 22 stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der oberen Elektrode 14 her.
  • Die Anodengebiete 42 sind p-Gebiete mit einer niedrigen p-Dotierstoffdichte. Die Anodengebiete 42 sind in den Diodengebieten 40 angeordnet. Die Anodengebiete 42 sind über dem Driftgebiet 26 bereitgestellt, und stehen mit dem Driftgebiet 26 in Kontakt.
  • Die Anodenkontaktgebiete 41 sind p-Gebiete mit einer höheren p-Dotierstoffdichte als die Anodengebiete 42. Die Anodenkontaktgebiete 41 sind in den Diodengebieten 40 angeordnet. Jedes Anodenkontaktgebiet 41 ist lokal auf einem oberen Abschnitt des entsprechenden Anodengebiets 42 angeordnet, und steht mit diesem Anodengebiet 42 in Kontakt. Die Anodenkontaktgebiete 41 sind von dem Driftgebiet 26 durch die Anodengebiete 42 getrennt. Die Anodenkontaktgebiete 41 sind in dem Bereich angeordnet, der die obere Oberfläche 12a des Halbleitersubstrats 12 umfasst, und stellen einen Ohm'schen Kontakt mit der oberen Elektrode 14 her.
  • Eine Vielzahl von Gräben 50 ist in der oberen Oberfläche 12a des Halbleitersubstrats 12 bereitgestellt. Jeder Graben 50 erstreckt sich entlang der x-Richtung. Die Vielzahl der Gräben 50 ist in Reihen entlang der y-Richtung mit Abständen dazwischen angeordnet. Die Vielzahl der Gräben 50 ist in sowohl den IGBT-Gebieten 20 als auch den Diodengebieten 40 bereitgestellt. Jeder Graben 50 erstreckt sich von der oberen Oberfläche 12a bis zu einer Tiefe, die das Driftgebiet 26 erreicht.
  • Eine innere Oberfläche jedes Grabens 50 in den IGBT-Gebieten 20 ist durch eine Gateisolationsschicht 32 bedeckt. Eine Gateelektrode 34 ist in jedem Graben 50 in den IGBT-Gebieten 20 angeordnet. Jede Gateelektrode 34 ist von dem Halbleitersubstrat 12 durch die Gateisolationsschicht 32 isoliert. Eine Zwischenisolationsschicht 36 ist über jeder Gateelektrode 34 angeordnet. Jede Gateelektrode 34 ist von der oberen Elektrode 14 durch die Zwischenisolationsschicht 36 isoliert.
  • Das Driftgebiet 26 steht mit den Gateisolationsschichten 32 an unteren Enden der Gräben 50 in Kontakt. Die Körpergebiete 24 stehen mit den Gateisolationsschichten 32 über dem Driftgebiet 26 in Kontakt. Die Emittergebiete 22 stehen mit den Gateisolationsschichten 32 über den Körpergebieten 24 in Kontakt. Somit ist jede Gateelektrode 34 dem Emittergebiet 22, dem Körpergebiet 24 und dem Driftgebiet 26 mittels der Gateisolationsschicht 32 gegenüberliegend.
  • Eine innere Oberfläche jedes Grabens 50 in den Diodengebieten 40 ist durch eine Isolationsschicht 52 bedeckt. Eine Steuerelektrode 54 ist in jedem Graben 50 in den Diodengebieten 40 angeordnet. Jede Steuerelektrode 54 ist von dem Halbleitersubstrat 12 durch die Isolationsschicht 52 isoliert. Eine Zwischenisolationsschicht 56 ist über jeder Steuerelektrode 54 angeordnet. Jede Steuerelektrode 54 ist von der oberen Elektrode 14 durch die Zwischenisolationsschicht 56 isoliert. Ein Potenzial der Steuerelektroden 54 ist von einem Potenzial der Gateelektroden 34 unabhängig. Das Potenzial der Steuerelektroden 54 kann beispielsweise auf ein Potenzial festgelegt sein, das zu dem der oberen Elektrode 14 gleich ist.
  • Das Driftgebiet 26 steht mit den Gateisolationsschichten 52 an unteren Enden der Gräben 50 in Kontakt. Die Anodengebiete 42 stehen mit den Isolationsschichten 52 über dem Driftgebiet 26 in Kontakt. Somit ist jede Steuerelektrode 54 dem Anodengebiet 42 und dem Driftgebiet 26 mittels der Isolationsschicht 52 gegenüberliegend.
  • 3 zeigt eine Verteilung der p-Dotierstoffdichte entlang einer Linie III-III gemäß 2. Da die Linie III-III quer über die Gräben 50 läuft, ist eine Darstellung in Bereichen der Gräben 50 gemäß 3 unterbrochen. Gemäß 3 umfassen die Körpergebiete 24 erste Körpergebiete 24a und zweite Körpergebiete 24b, die eine niedrigere p-Dotierstoffdichte als die ersten Körpergebiete 24a aufweisen. In dem in 2 gezeigten Querschnitt ist jedes Körpergebiet 24 in mehrere Abschnitte (Abschnitte, die zwischen Paaren der Gräben 50 eingebracht sind) durch die Gräben 50 unterteilt. Die zweiten Körpergebiete 24b sind an Abschnitten bereitgestellt, die von den durch die Gräben 50 unterteilten Abschnitten zu den Diodengebieten 40 am nächsten sind. Jedes zweite Körpergebiet 24b ist zu dem Anodengebiet 42 über den Graben 50 in der y-Richtung benachbart. Die ersten Körpergebiete 24a sind an allen der Abschnitte von den durch die Gräben 50 unterteilten Abschnitten angeordnet, mit Ausnahme der Abschnitte, bei denen die zweiten Körpergebiete 24b bereitgestellt sind (d.h., die zu den Diodengebieten 40 nächsten Abschnitte). Die ersten Körpergebiete 24a sind zu den zweiten Körpergebieten 24b in der y-Richtung mittels der Gräben 50 benachbart. Die ersten Körpergebiete 24a sind zu den zweiten Körpergebieten 24b an gegenüberliegenden Seiten der Anodengebiete 42 benachbart. Das heißt, die zweiten Körpergebiete 24b sind in der y-Richtung zwischen den ersten Körpergebieten 24a und den Anodengebieten 42 angeordnet. Wie zuvor variiert in den Körpergebieten 24 die p-Dotierstoffdichte in einer horizontalen Richtung (y-Richtung).
  • Gemäß 3 ist die p-Dotierstoffdichte in den ersten Körpergebieten 24a im wesentlichen zu der p-Dotierstoffdichte in den Anodengebieten 42 gleich. Ferner ist die p-Dotierstoffdichte in den zweiten Körpergebieten 24b geringer als die p-Dotierstoffdichte in den ersten Körpergebieten 24a und die p-Dotierstoffdichte der Anodengebiete 42. Die p-Dotierstoffdichte jedes zweiten Körpergebiets 24b ist derart verteilt, dass sie sich von einer Seite des ersten Körpergebiets 24a in Richtung einer Seite des Anodengebiets 42 verringert.
  • Nachstehend ist ein Betrieb der Halbleitervorrichtung 10 beschrieben. Die Dioden sind zwischen der oberen Elektrode 14 und der unteren Elektrode 16 durch die Anodenkontaktgebiete 41, die Anodengebiete 42, das Driftgebiet 26, das Puffergebiet 28 und die Kathodengebiete 48 konfiguriert (nachstehend als Hauptdioden bezeichnet). Falls an die obere Elektrode 14 ein Potenzial angelegt wird, das höher als das der unteren Elektrode 16 ist, schalten die Hauptdioden an. Das heißt, von der unteren Elektrode 16 fließen Elektronen durch die Kathodengebiete 48, das Puffergebiet 28, das Driftgebiet 26, die Anodengebiete 42 und die Anodenkontaktgebiete 41 in Richtung der oberen Elektrode 14. Gleichzeitig fließen, wie durch Pfeile 100 in 2 gezeigt ist, Löcher von der oberen Elektrode 14 durch die Anodenkontaktgebiete 41 und die Anodengebiete 42 in das Driftgebiet 26. Infolgedessen tritt ein Leitfähigkeitsmodulationsphänomen in dem Driftgebiet 26 auf, und ein Widerstand des Driftgebiets 26 fällt. Somit können die Elektronen in dem Driftgebiet 26 mit niedrigem Verlust fließen. Aufgrund dessen sind in den Hauptdioden erzeugte Verluste unterdrückt. Die Löcher, die in das Driftgebiet 26 geflossen sind, fließen durch das Puffergebiet 28 und die Kathodengebiete 48 zu der unteren Elektrode 16.
  • Ferner ist bei jeder der Grenzflächen 38 zwischen den Diodengebieten 40 und den IGBT-Gebieten 20 durch das Körperkontaktgebiet 23, das zweite Körpergebiet 24b, das Driftgebiet 26, das Puffergebiet 28 und das Kathodengebiet 48 eine parasitäre Diode ausgebildet. Falls die Hauptdioden anschalten, schalten aufgrund dessen die parasitären Dioden ebenso an, und Löcher fließen von den zweiten Körpergebieten 24b in das Driftgebiet 26, wie durch Pfeile 102 in 2 gezeigt ist. In dem Driftgebiet 26 fließen die Löcher schräg abwärts in Richtung jedes Kathodengebiets 48. Aufgrund dessen mischen sich in dem Driftgebiet 26 in der Nähe der Grenzflächen 38 die Löcher, die von dem Anodengebiet 42 in das Driftgebiet 26 geflossen sind, mit den Löchern, die von den zweiten Körpergebieten 24b in das Driftgebiet 26 geflossen sind. Aufgrund dessen wird eine Löcherdichte in dem Driftgebiet 26 in der Nähe der Grenzflächen 38 größer als in dem Driftgebiet 26, das an einer Mitte jedes Diodengebiets 40 gelegen ist. Da jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die p-Dotierstoffdichte der zweiten Körpergebiete 24b gering ist, ist das Einfließen der Löcher gemäß den Pfeilen 102 unterdrückt. Aufgrund dessen weisen die Löcher, die von den zweiten Körpergebieten 24b gemäß den Pfeilen 102 in das Driftgebiet 26 fließen, eine geringe Anzahl auf. Aufgrund dessen wird verhindert, dass die Löcherdichte in dem Driftgebiet 26 in der Nähe der Grenzflächen 38 extrem groß wird.
  • Falls das Potenzial der oberen Elektrode 14 auf ein Potenzial gesenkt wird, dass niedriger als das Potenzial der unteren Elektrode 16 ist, nachdem die Hauptdioden angeschaltet sind, führen die Hauptdioden einen Erholungsvorgang durch. Das heißt, die in dem Driftgebiet 26 vorliegenden Löcher werden an die obere Elektrode 14 abgegeben. Aufgrund dessen fließt in den Hauptdioden instantan ein Erholungsstrom (Rückwärtsstrom). Gemäß 4 fließen die in einem Bereich 110 um die Mitte des Driftgebiets 26 vorliegenden Löcher durch die Anodengebiete 42 und die Anodenkontaktgebiete 41, wie durch Pfeile 112 gezeigt, und werden an die obere Elektrode 14 abgegeben. Ferner werden die in Bereichen 120 in der Nähe der Grenzflächen 38 vorliegenden Löcher gemäß den Pfeilen 122 durch die Anodengebiete 42 und die Anodenkontaktgebiete 41 oder gemäß den Pfeilen 124 durch die zweiten Körpergebiete 24b und die Körperkontaktgebiete 23 an die obere Elektrode 14 abgegeben. Gemäß der vorstehenden Beschreibung liegen in einem Zustand, in dem die Hauptdioden angeschaltet sind, die Löcher in einer höheren Konzentration in den Bereichen 120 in der Nähe der Grenzflächen 38 als in dem Bereich 110 um die Mitte herum vor. Aufgrund dessen wird der gemäß den Pfeilen 122, 124 fließende Erholungsstrom stärker konzentriert als der Erholungsstrom, der gemäß den Pfeilen 112 fließt. Das heißt, der Erholungsstrom konzentriert sich in den Anodengebieten 42 und den zweiten Körpergebieten 24b in der Nähe der Grenzflächen 38. Wie vorstehend erwähnt ist jedoch in dem AN-Zustand der Hauptdioden unterdrückt, dass die Löcherdichte in den Bereichen 120 in der Nähe der Grenzflächen 38 durch die zweiten Körpergebiete 24b extrem groß wird. Aufgrund dessen wird der bei dem Erholungsvorgang gemäß den Pfeilen 122, 124 fließende Erholungsstrom nicht übermäßig groß. Wie zuvor unterdrücken die zweiten Körpergebiete 24b, dass ein hoher Erholungsstrom in der Nähe der Grenzflächen 38 fließt. Aufgrund dessen wird verhindert, dass eine übermäßig große Last an das Halbleitersubstrat 12 angelegt ist.
  • Ferner verringert sich gemäß der vorstehenden Beschreibung die p-Dotierstoffdichte von der Seite des ersten Körpergebiets 24a in Richtung der Seite des Anodengebiets 42 in den zweiten Körpergebieten 24b. Somit ist ein elektrischer Widerstand der zweiten Körpergebiete 24b auf der Seite des ersten Körpergebiets 24a gering, und auf der Seite des Anodengebiets 42 groß. Aufgrund dessen ist der elektrische Widerstand der zweiten Körpergebiete 24b in durch die Pfeile 124 angegebenen Pfaden (kürzeste Pfade, die von den Bereichen 120 durch die zweiten Körpergebiete 24b die obere Elektrode 14 erreichen) hoch und der elektrische Widerstand der zweiten Körpergebiete 24b ist in durch Pfeile 126 angezeigten Pfaden gering, die die kürzesten Pfade umgehen und durch die zweiten Körpergebiete 24b hindurchtreten. Aufgrund dessen sind die elektrischen Widerstände in den durch die Pfeile 124 angezeigten Pfaden und den durch die Pfeile 126 angezeigten Pfaden im wesentlichen gleich. Dementsprechend fließt der von den Bereichen 120 in der Nähe der Grenzflächen 38 fließende Erholungsstrom dadurch in Richtung der oberen Elektrode 14, dass er zwischen den durch die Pfeile 124 angezeigten Pfaden und den durch die Pfeile 126 angezeigten Pfaden verteilt ist. Das heißt, der Erholungsstrom fließt durch die zweiten Körpergebiete 24b in einer verteilten Weise. Aufgrund dessen ist die Konzentration des Erholungsstroms weiter unterdrückt, und die an das Halbleitersubstrat 12 angelegte Last ist weiter verringert.
  • Falls die Halbleitervorrichtung 10 als die IGBTs betrieben werden soll, ist ferner ein Potenzial an die untere Elektrode 16 angelegt, dass höher als das der oberen Elektrode 14 ist. Falls das Potenzial der Gateelektroden 34 auf ein Potenzial angehoben wird, dass höher als ein Gateschwellwert ist, werden in den Körpergebieten 24 in Bereichen Kanäle ausgebildet, die mit den Gateisolationsschichten 32 in Kontakt stehen. Falls dies passiert, fließen Elektronen von der oberen Elektrode 14 durch die Emittergebiete 22, die Kanäle, das Driftgebiet 26, das Puffergebiet 28 und die Kollektorgebiete 30 zu der unteren Elektrode 16. Gleichzeitig fließen Löcher von der unteren Elektrode 16 durch die Kollektorgebiete 30, das Puffergebiet 28, das Driftgebiet 26, die Körpergebiete 24 und die Körperkontaktgebiete 23 zu der oberen Elektrode 14. Das bedeutet, die IGBTs schalten an, und ein Strom fließt von der unteren Elektrode 16 zu der oberen Elektrode 14. Falls das Potenzial der Gateelektroden 34 auf ein Potenzial verringert wird, dass niedriger als der Gateschwellwert ist, verschwinden die Kanäle und der Strom stoppt. Das heißt, die IGBTs sind abgeschaltet. Wie vorstehend erwähnt, sind die Körpergebiete 24 mit den ersten Körpergebieten 24a und den zweiten Körpergebieten 24b bereitgestellt. Da die ersten Körpergebiete 24a das meiste der Körpergebiete 24 belegen, sind die Eigenschaften der IGBTs hauptsächlich durch die p-Dotierstoffdichte in den ersten Körpergebieten 24a bestimmt. Da die p-Dotierstoffdichte in den ersten Körpergebieten 24a höher als die p-Dotierstoffdichte in den zweiten Körpergebieten 24b ist, können die Eigenschaften der IGBTs (Gateschwellwert, Durchbruchsspannung, usw.) auf geeignete Werte eingestellt sein. Das heißt, durch Bereitstellen der ersten Körpergebiete 24a kann der Gateschwellwert hoch eingestellt sein, und die Durchbruchsspannung kann im Vergleich zu einem Fall hoch eingestellt sein, in dem eine p-Dotierstoffdichte des gesamten Körpergebiets 24 niedrig ist. Falls ferner die IGBTs angeschaltet sind, fließt der Strom ebenso in den zweiten Körpergebieten 24b, sodass große Flächen der IGBT-Gebiete 20, die als die IGBTs fungieren, sichergestellt sein können. Aufgrund dessen kann eine Stromkapazität des IGBTs sichergestellt sein, ohne eine Größe der Halbleitervorrichtung 10 zu vergrößern.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann die an das Halbleitersubstrat 12 angelegte Last bei dem Erholungsvorgang durch ein Bereitstellen der zweiten Körpergebiete 24b verringert werden, die die niedrige p-Dotierstoffdichte an zu den Anodengebieten 42 benachbarten Positionen aufweisen. Ferner können die IGBT-Eigenschaften durch Bereitstellen der ersten Körpergebiete 24a mit der hohen p-Dotierstoffdichte an den Positionen verbessert werden, die zu den zweiten Körpergebieten 24b auf der den Anodengebieten 42 gegenüberliegenden Seite benachbart sind.
  • Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel verringert sich gemäß 3 die p-Dotierstoffdichte in den zweiten Körpergebieten 24b kontinuierlich von der Seite des ersten Körpergebiets 24a in Richtung des Anodengebiets 42. Jedoch kann gemäß 5 die p-Dotierstoffdichte in den zweiten Körpergebieten 24b sich von der Seite des ersten Körpergebiets 24a in Richtung des Anodengebiets 42 schrittweise verringern. Ferner kann gemäß 6 die p-Dotierstoffdichte in den zweiten Körpergebieten 24b im Wesentlichen konstant sein. Ferner sind bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die p-Dotierstoffdichte der Anodengebiete 42 und die p-Dotierstoffdichte der ersten Körpergebiete 24a im wesentlichen gleich, jedoch können diese p-Dotierstoffdichten verschieden sein.
  • Ferner sind bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die Gräben 50 an den Grenzflächen 38 gelegen (d.h., Grenzflächen zwischen den Kathodengebieten 48 und den Kollektorgebieten 30). Jedoch können gemäß 7 Positionen der Grenzflächen 38 und der Gräben 50 voneinander entfernt sein. In diesem Fall ist eine Struktur angenommen, bei der die Anodengebiete 42 und die zweiten Körpergebiete 24b direkt benachbart sind, ohne dass die Gräben 50 dazwischen eingebracht sind.
  • Ferner sind bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die zweiten Körpergebiete 24b nur in den Abschnitten von den durch die Gräben 50 unterteilten Abschnitten bereitgestellt, die zu den Diodengebieten 40 am nächsten sind. Jedoch können gemäß 8 die zweiten Körpergebiete 24b in zwei oder mehr Abschnitten bereitgestellt sein, die von den durch die Gräben 50 unterteilten Abschnitten am nächsten und am zweitnächsten zu den Diodengebieten 40 sind.
  • Ferner sind bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die ersten Körpergebiete 24a und die zweiten Körpergebiete 24b über die Gräben 50 benachbart. Jedoch können gemäß 9 die ersten Körpergebiete 24a und die zweiten Körpergebiete 24b direkt benachbart sein, ohne dass Gräben 50 dazwischen eingebracht sind.
  • Ferner stehen bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die Körpergebiete 24 und die Anodengebiete 42 mit dem Driftgebiet 26 in Kontakt. Jedoch können andere Gebiete (zum Beispiel, n-Gebiete, p-Gebiete oder Strukturen, die ein n-Gebiet und ein p-Gebiet kombinieren (Schichtstrukturen, usw.)) zwischen den Körpergebieten 24 und dem Driftgebiet 26 ebenso wie zwischen den Anodengebieten 42 und dem Driftgebiet 26 angeordnet sein. Ferner ist bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel das Puffergebiet 28 zwischen dem Driftgebiet 26 und den Kathodengebieten 48 genauso wie zwischen dem Driftgebiet 26 und den Kollektorgebieten 30 angeordnet. Jedoch kann das Puffergebiet 28 nicht an diesen Positionen angeordnet sein.
  • Vorstehend offenbarte technische Elemente sind nachstehend aufgeführt. Jedes der technischen Elemente ist jeweils unabhängig nützlich.
  • Bei einem vorliegend offenbarten Beispiel der Halbleitervorrichtung kann die p-Dotierstoffdichte in dem zweiten Körpergebiet derart verteilt sein, dass sie sich in Richtung des Anodengebiets verringert. Die p-Dotierstoffdichte in dem zweiten Körpergebiet kann derart verteilt sein, dass sie sich in Richtung des Anodengebiets kontinuierlich verringert, oder sich in Richtung des Anodengebiets in einer schrittweisen Art verringert.
  • Gemäß dieser Konfiguration fließt der Erholungsstrom in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Diodengebiet und den IGBT-Gebiet gleichförmiger. Aufgrund dessen kann die an das Halbleitersubstrat angelegte Last weiter verringert werden.
  • Die in der Beschreibung offenbarten technischen Merkmale können alleine oder in verschiedenen Kombinationen technische Nützlichkeit aufweisen, und sind nicht auf die ursprünglich beanspruchten Kombinationen begrenzt. Ferner kann die in der Beschreibung und in der Zeichnung offenbarte Technik eine Vielzahl von Zielen erreichen, und deren technische Bedeutsamkeit liegt in der Erzielung eines dieser Ziele.
  • Eine Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat aufweisen. Das Halbleitersubstrat kann IGBT-Gebiet, das mit einem Kollektorgebiet überlappt, und ein Diodengebiet umfassen, das mit einem Kathodengebiet überlappt. Das Halbleitersubstrat kann ein Driftgebiet, das quer über das IGBT-Gebiet und das Diodengebiet verteilt ist, ein Körpergebiet, ein Körperkontaktgebiet und ein Emittergebiet, die in dem IGBT-Gebiet angeordnet sind, sowie ein Anodengebiet und ein Anodenkontaktgebiet umfassen, die in dem Diodengebiet angeordnet sind. Das Körpergebiet kann ein erstes Körpergebiet und ein zweites Körpergebiet umfassen, das eine p-Dotierstoffdichte aufweisen, die niedriger als jede der in dem ersten Körpergebiet und der in dem Anodengebiet ist. Das zweite Körpergebiet kann zu dem Anodengebiet benachbart sein. Das erste Körpergebiet kann zu dem zweiten Körpergebiet an einer gegenüberliegenden Seite des Anodengebiets benachbart sein.
  • 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 2013197306 A [0002, 0003]

Claims (4)

  1. Halbleitervorrichtung, mit: einem Halbleitersubstrat (12); einem Graben (50), der in einer oberen Oberfläche (12a) des Halbleitersubstrats (12) bereitgestellt ist; einer Gateisolationsschicht (32), die in dem Graben (50) bereitgestellt ist; einer Gateelektrode (34), die in dem Graben (50) und von dem Halbleitersubstrat (12) durch die Gateisolationsschicht (32) isoliert bereitgestellt ist; einer oberen Elektrode (14), die mit der oberen Oberfläche (12a) in Kontakt steht; und einer unteren Elektrode (16), die mit einer unteren Oberfläche (12b) des Halbleitersubstrats (12) in Kontakt steht, wobei das Halbleitersubstrat (12) ein Kollektorgebiet (30) einer p-Art und ein Kathodengebiet (48) einer n-Art in einem Bereich umfasst, der mit der unteren Elektrode (16) in Kontakt steht, bei einer Draufsicht auf das Halbleitersubstrat (12) entlang einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats (12), ein Halbleitergebiet, das mit dem Kollektorgebiet (30) überlappt, ein IGBT-Gebiet (20) ist, und ein Halbleitergebiet, das mit dem Kathodengebiet (48) überlappt, ein Diodengebiet (40) ist, der Graben (50) in dem IGBT-Gebiet (20) bereitgestellt ist, das Halbleitersubstrat (12) umfasst: ein Driftgebiet (26) der n-Art, das quer über das IGBT-Gebiet (20) und das Diodengebiet (40) verteilt ist, über dem Kollektorgebiet (30) und dem Kathodengebiet (48) bereitgestellt ist, und mit der Gateisolationsschicht (32) in Kontakt steht; ein Körpergebiet (24) der p-Art, das über dem Driftgebiet (26) in dem IGBT-Gebiet (20) bereitgestellt ist, und mit der Gateisolationsschicht (32) in Kontakt steht; ein Körperkontaktgebiet (23) der p-Art, das über dem Körpergebiet (24) bereitgestellt ist, eine p-Dotierstoffdichte aufweist, die höher als eine p-Dotierstoffdichte in dem Körpergebiet (24) ist, und mit der oberen Elektrode (14) in Kontakt steht; ein Emittergebiet (22) der n-Art, das über dem Körpergebiet (24) bereitgestellt ist, mit der oberen Elektrode (14) in Kontakt steht, mit der Gateisolationsschicht (32) in Kontakt steht, und von dem Driftgebiet (26) durch das Körpergebiet (24) getrennt ist; ein Anodengebiet (42) der p-Art, das über dem Driftgebiet (26) in dem Diodengebiet (40) bereitgestellt ist; und ein Anodenkontaktgebiet (41) der p-Art, das über dem Anodengebiet (42) bereitgestellt ist, eine p-Dotierstoffdichte aufweist, die höher als eine p-Dotierstoffdichte in dem Anodengebiet (42) ist, und mit der oberen Elektrode (14) in Kontakt steht, das Körpergebiet (24) ein erstes Körpergebiet (24a) und ein zweites Körpergebiet (24b) umfasst, das eine niedrigere p-Dotierstoffdichte als jede einer p-Dotierstoffdichte in dem ersten Körpergebiet (24a) und der p-Dotierstoffdichte in dem Anodengebiet (42) aufweist, das zweite Körpergebiet (24b) zu dem Anodengebiet (42) benachbart ist, und das erste Körpergebiet (24a) zu dem zweiten Körpergebiet (24b) an einer gegenüberliegenden Seite des Anodengebiets (42) benachbart ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die p-Dotierstoffdichte in dem zweiten Körpergebiet (24b) derart verteilt ist, dass sie sich in Richtung des Anodengebiets (42) verringert.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die p-Dotierstoffdichte in dem zweiten Körpergebiet (24b) derart verteilt ist, dass sie sich in Richtung des Anodengebiets (42) kontinuierlich verringert.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die p-Dotierstoffdichte in dem zweiten Körpergebiet (24b) derart verteilt ist, dass sie sich in Richtung des Anodengebiets (42) schrittweise verringert.
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