DE112020002703T5 - Halbleiterbauelement - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauelement aufweisend: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche; einen aktiven Bereich, der in einer Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche definiert ist; einen äußeren Bereich, der außerhalb des aktiven Bereichs in der Oberflächenschicht definiert ist; und einen Hauptverbindungsbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der in dem äußeren Bereich ausgebildet ist und den aktiven Bereich umgibt. Das Halbleiterbauelement weist ferner auf: einen potentialfreien Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der elektrisch in einem potentialfreien Zustand in dem aktiven Bereich ausgebildet ist; eine Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur, die den potentialfreien Bereich in der Oberflächenschicht abgrenzt; eine äußere Abgrenzung-Grabenstruktur, die in einem Abstand von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur angeordnet ist, um den Hauptverbindungsbereich außerhalb davon festzulegen; und einen dazwischenliegenden Bereich, der zwischen der Abgrenzung-Grabenstruktur und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur angeordnet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement.
  • Hintergrund
  • US2013/0175574A1 offenbart einen IE-Typ Gategraben-IGBT mit einem Bauteilchip, der einen Zellenbildungsbereich und einen ringförmigen p-artigen Zellenrandverbindungssbereich aufweist, der den Zellenbildungsbereich umgibt (siehe 36 der Offenbarung) . In dem Zellenbildungsbereich sind mehrere lineare Einheitszellenbereiche verteilt. Die linearen Einheitszellenbereiche haben jeweils einen aktiven und einen inaktiven Zellenbereich. Eine Gategrabenelektrode ist zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zellenbereich angeordnet. Im inaktiven Zellenbereich befindet sich ein potentialfreier (engl.: floating) p-artiger Bereich. Der potentialfrei p-artige Bereich wird durch einen Graben definiert, in dem die Gategrabenelektrode und eine mit der Gategrabenelektrode verbundene Endgrabenelektrode eingebettet sind. Der p-artige Zellenrandverbindungssbereich liegt dem p-artigen potentialfreien Bereich über die Endgrabenelektrode gegenüber. Der p-artige Zellenrandverbindungssbereich ist mit einer metallischen Emitter-Elektrode verbunden.
  • Zusammenfassung
  • Aufabge
  • In der in US2013/0175574A1 offenbarten Struktur liegen sich der p-artige Zellenrandverbindungssbereich und der p-artige potentialfreie Bereich gegenüber, und der Abstand dazwischen hängt von der Prozessgenauigkeit ab. Daher können der p-artige Zellenrandverbindungssbereich und der p-artige potentialfreie Bereich anfällig dafür sein, miteinander verbunden zu werden. Selbst wenn der p-artige Zellenrandverbindungssbereich und der p-artige potentialfreie Bereich nicht versehentlich miteinander verbunden werden, kann ein parasitärer PNP-Transistor auftreten, wenn der Abstand zwischen dem p-artigen Zellenrandverbindungssbereich und dem p-artigen potentialfreien Bereich klein ist. Daher ist die Kollektorstromscharakteristik in Bezug auf die Gate-Spannung anfällig dafür, instabil zu sein. Beispielsweise kann dies zu Schwingungen in der Nähe eines Schwellenwerts führen, was einen instabilen Betrieb zur Folge hat.
  • Lösung
  • Ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Hauptoberfläche auf einer Seite davon und einer zweiten Hauptoberfläche auf der anderen Seite davon. Das Halbleiterbauelement hat einen aktiven Bereich, der in einer Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht definiert ist. Das Halbleiterbauelement hat einen äußeren Bereich, der außerhalb des aktiven Bereichs in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht definiert ist. Das Halbleiterbauelement hat einen Hauptverbindungsbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der im äußeren Bereich ausgebildet ist und den aktiven Bereich umgibt. Das Halbleiterbauelement hat einen potentialfreien (engl.: floating) Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der elektrisch in einem potentialfreien (floating) Zustand im aktiven Bereich ausgebildet ist. Das Halbleiterbauelement hat eine Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur (Grabenstruktur zur Isolierung/Abgrenzung eines Bereichs), die den potentialfreien Bereich in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht abgrenzt. Das Halbleiterbauelement hat eine äußere Abgrenzung-Grabenstruktur, die in einem Abstand von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur angeordnet ist, um den Hauptverbindungsbereich nach außen hin festzulegen (definieren). Das Halbleiterbauelement hat einen dazwischenliegenden Bereich, der zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur angeordnet ist, um zwischen dem Hauptverbindungsbereich und dem potentialfreien Bereich zu liegen (zu intervenieren) .
  • Durch diese Anordnung befinden sich die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur und die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur zwischen dem Hauptverbindungsbereich, der außerhalb des aktiven Bereichs liegt, und dem potentialfreien Bereich. Ferner befindet sich zwischen diesen Grabenstrukturen der dazwischenliegende Bereich. Auf diese Weise können der Hauptverbindungsbereich und der potentialfreie Bereich zuverlässig voneinander isoliert werden, um zu verhindern, dass sie verbunden werden oder sich auf unerwünschte Weise annähern.
  • Die vorgenannten und andere Gegenstände, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine vergrößerte Draufsicht zur Beschreibung einer Anordnung einer Grenze zwischen einem aktiven Bereich und einem äußeren Bereich. Die Draufsicht zeigt eine Oberflächenstruktur einer Halbleiterschicht in einem in 1 dargestellten Bereich II.
    • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur mit einem FET-Strukturbereich und einem potentialfreien Bereich.
    • 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem äußeren Bereich.
    • 5 ist eine vergrößerte Teildraufsicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung einer Abgrenzungsstruktur (Isolation) zwischen einem potentialfreien Bereich und einem Hauptverbindungsbereich. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur entlang der Linie VI-VI in 5.
    • 7 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement 1 ein elektronisches Bauelement mit einem IGBT (engl.: Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • Das Halbleiterbauelement 1 hat eine chipartige Halbleiterschicht 2. Genauer gesagt, hat die Halbleiterschicht 2 auf einer Seite eine erste Hauptoberfläche 2a und auf der anderen Seite eine zweite Hauptoberfläche 2b (siehe 3). Die erste Hauptoberfläche 2a und die zweite Hauptoberfläche 2b sind ebene Flächen. In 1 ist der Aufbau des Halbleiterbauelements 1 in der Draufsicht senkrecht zur ersten Hauptfläche 2a dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die erste Hauptoberfläche 2a und die zweite Hauptoberfläche 2b viereckig, genauer gesagt rechteckig. Die Halbleiterschicht 2 hat außerdem Seitenflächen 2c, 2d, 2e, 2f (in dieser Ausführungsform vier Seitenflächen), die die erste Hauptoberfläche 2a und die zweite Hauptoberfläche 2b miteinander verbinden.
  • In der folgenden Beschreibung wird eine Richtung senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche 2a und der zweiten Hauptoberfläche 2b, d.h. eine Richtung parallel zu den Normalen der ersten Hauptoberfläche 2a und der zweiten Hauptoberfläche 2b, der Einfachheit halber als „Normalenrichtung Z“ der Halbleiterschicht 2 bezeichnet. Ferner wird „in der Normalenrichtung Z“ als „in der Draufsicht“ bezeichnet . Der Einfachheit halber wird ferner eine Richtung, die senkrecht zur Normalenrichtung Z und parallel zur Seitenfläche 2c verläuft, als „erste Richtung X“ bezeichnet, während eine Richtung, die sowohl zur Normalenrichtung Z als auch zur ersten Richtung X senkrecht verläuft (eine Richtung parallel zur Seitenfläche 2d, die sich der Seitenfläche 2c anschließt), als „zweite Richtung Y“ bezeichnet wird.
  • Die Halbleiterschicht 2 hat einen aktiven Bereich 3 und einen äußeren Bereich 4 (peripherer Bereich). Der aktive Bereich 3 und der äußere Bereich 4 sind in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 definiert (ausgebildet).
  • Der aktive Bereich 3 ist in der Draufsicht von den Seitenflächen 2c bis 2f der Halbleiterschicht 2 nach innen hin beabstandet in einem zentralen Abschnitt der Halbleiterschicht 2 definiert. Der aktive Bereich 3 kann eine viereckige Form (genauer gesagt, eine rechteckige Form) haben, deren vier Kanten in der Draufsicht jeweils parallel zu den vier Seitenflächen 2c bis 2f der Halbleiterschicht 2 verlaufen. In dieser Ausführungsform weist der aktive Bereich 3 eine Aussparung 3a auf, die von einem mittleren Teil einer der vier Kanten der rechteckigen Form nach innen versetzt ist.
  • Der äußere Bereich 4 ist ein Bereich außerhalb des aktiven Bereichs 3. Der äußere Bereich 4 erstreckt sich, in der Draufsicht gesehen, bandförmig (in einer Bandform) entlang des Umfangs des aktiven Bereichs 3. Der äußere Bereich 4 umgibt den aktiven Bereich 3 in der Draufsicht. Genauer gesagt, hat der äußere Bereich 4 eine endlose Form (eine rechteckige Ringform), die den aktiven Bereich 3 in der Draufsicht umgibt. In dieser Ausführungsform weist der äußere Bereich 4 einen Vorsprung 4a auf, der in Übereinstimmung mit der Aussparung 3a des aktiven Bereichs 3 nach innen in Richtung des aktiven Bereichs 3 hineinragt.
  • Eine folienförmige (filmartige) Emitter-Elektrode 5 bedeckt den aktiven Bereich 3 im Wesentlichen vollständig. In einem zentralen Abschnitt der Emitter-Elektrode 5 befindet sich ein Emitter-Pad-Bereich 5a. Der Emitter-Pad-Bereich 5a dient als Bonding-Pad, an das ein Bonding-Draht gebondet wird.
  • Im äußeren Bereich 4 ist eine filmförmige Gate-Elektrode 6 angeordnet. Die Gate-Elektrode 6 und die Emitter-Elektrode 5 sind durch einen Gap 7 (in dieser Ausführungsform ein schlitzförmiger Spalt) voneinander getrennt, um dadurch elektrisch voneinander isoliert zu sein. Die Gate-Elektrode 6 hat einen Gate-Pad-Abschnitt 6A, der in Übereinstimmung mit dem Vorsprung 4a des äußeren Bereichs 4 ausgebildet ist, und eine Gate-Verdrahtung 6B, die sich von dem Gate-Pad-Abschnitt 6A aus erstreckt. Die Gate-Verdrahtung 6B wird auch als Gate-Finger bezeichnet. In dieser Ausführungsform hat der Gate-Pad-Abschnitt 6A in der Draufsicht eine rechteckige Form. Ein Gate-Pad-Bereich 6a ist in einem zentralen Abschnitt des Gate-Pad-Abschnitts 6A definiert. Der Gate-Pad-Bereich 6a dient als Bonding-Pad, an das ein Bonding-Draht gebondet wird. Die Gate-Verdrahtung 6B erstreckt sich bandförmig entlang des äußeren Bereichs 4. In dieser Ausführungsform umfasst die Gate-Verdrahtung 6B zwei Gate-Verdrahtungen 6B, die mit dem Gate-Pad-Abschnitt 6A verbunden sind. Die Gate-Verdrahtungen 6B erstrecken sich jeweils entlang der Seitenfläche 2d der Halbleiterschicht 2 und sind in der Draufsicht jeweils L-förmig gebogen, um sich entlang der Seitenfläche 2c, 2e, die an der Seitenfläche 2d anliegen, zu erstrecken.
  • 2 ist eine vergrößerte Draufsicht zur Beschreibung einer Anordnung einer Grenze zwischen dem aktiven Bereich 3 und dem äußeren Bereich 4. Die Draufsicht veranschaulicht die Konfiguration einer Oberfläche (erste Hauptoberfläche 2a) der Halbleiterschicht 2 in einem in 1 gezeigten Bereich II. Genauer gesagt ist 2 eine vergrößerte Draufsicht, in der die Emitter-Elektrode 5, die Gate-Elektrode 6 sowie ein dielektrischer Zwischenschichtfilm und ähnliches, welche in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet sind, weggelassen sind.
  • Im äußeren Bereich 4 ist ein Hauptverbindungsbereich 45 (peripherer Anschlussbereich) in einer Oberflächenschicht (Bereich, der sich innerhalb der ersten Hauptoberfläche 2a befindet) der Halbleiterschicht 2 ausgebildet. Wie in 2 schraffiert dargestellt, umgibt der Hauptverbindungsbereich 45, in der Draufsicht gesehen, den aktiven Bereich 3 außen. Genauer gesagt, hat der Hauptverbindungsbereich 45 eine Ringform (Endlosform), die den aktiven Bereich 3 in der Draufsicht umgibt. Der Hauptverbindungsbereich 45 dient als Terminal-Struktur (Anschlussstruktur) der Halbleiterschicht 2 zur Unterdrückung einer Konzentration eines elektrischen Feldes, die andernfalls aufgrund der Ausbreitung einer Verarmungsschicht in einer Sperrrichtungsperiode (engl.: reverse bias period) auftreten könnte.
  • In der Halbleiterschicht 2 ist eine Vielzahl von Gate-Grabenstrukturen (Trench-Gate-Strukturen) 10 (zur Verdeutlichung doppelt schraffiert) ausgebildet. Die Gate-Grabenstrukturen 10 erstrecken sich jeweils z.B. geradlinig (linear) in der zweiten Richtung Y. Die Gate-Grabenstrukturen 10 sind in der ersten Richtung X parallel zueinander beabstandet. Ein Paar von Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 (die zur Verdeutlichung doppelt schraffiert sind) sind auf gegenüberliegenden Seiten jeder der Gate-Grabenstrukturen 10 in Bezug auf die erste Richtung X angeordnet. Die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 erstrecken sich jeweils entlang der Gate-Grabenstrukturen 10. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 jeweils in der zweiten Richtung Y. Ein Bereich einer FET-(Feldeffekttransistor)-Struktur 9 ist zwischen jedem benachbarten Paar von Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 definiert, die auf den gegenüberliegenden Seiten der Gate-Grabenstruktur 10 angeordnet sind (in der Draufsicht).
  • Die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 befinden sich jeweils zwischen einem Paar von Gate-Grabenstrukturen 10, die in Bezug auf die erste Richtung X benachbart angeordnet sind. Die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 definieren jeweils einen potentialfreien p-artigen Bereich 40. Der potentialfreie Bereich 40 liegt dem Bereich der FET-Struktur 9 über die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 gegenüber. In dieser Ausführungsform umfassen die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 jeweils zwei Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34, die sich geradlinig entlang der Gate-Grabenstruktur 10 erstrecken. Der potentialfreie Bereich 40 befindet sich zwischen den beiden Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34. Die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 umfassen außerdem jeweils Endverbindung-Grabenstrukturen 35 (Verbindungen am Ende der Grabenstrukturen), die jeweils entsprechend gegenüberliegende Enden der beiden Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34 verbinden. Der potentialfreie Bereich 40 befindet sich in einem Bereich, der durch die Endverbindung-Grabenstrukturen 35 und die Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34 definiert ist. Die Endverbindung-Grabenstrukturen 35 erstrecken sich jeweils geradlinig senkrecht zu Länge der Gate-Grabenstrukturen 10, d.h. in der ersten Richtung X. Daher definieren die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 in der Draufsicht gesehen jeweils einen rechteckigen potentialfreien Bereich 40.
  • Die beiden Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34, die zwischen den beiden Gate-Grabenstrukturen 10 angeordnet sind, die in Bezug auf die erste Richtung X benachbart sind, sind auch innerhalb des potentialfreien Bereichs 40 miteinander verbunden. Genauer gesagt, ist in dem potentialfreien Bereich 40 eine Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 (Zwischenverbindung der Grabenstrukturen) angeordnet, die die beiden Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34 miteinander verbindet. Die Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 hat in der Draufsicht eine geradlinige (lineare) Form. Die Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 erstreckt sich in der ersten Richtung X über den potentialfreien Bereich 40.
  • Eine Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 (Zuleitungselektrodenschicht der Isolation) ist in Bezug auf die Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 so angeordnet, dass sie mit der Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 verbunden ist. Die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 ist gegenüber der Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 in der zweiten Richtung Y angeordnet. In dieser Ausführungsform hat die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 in der Draufsicht eine rechteckige Form. Auf der Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 befindet sich ein Abgrenzung-Grabenkontakt 38 (Kontakt zur Isolation). Der Abgrenzung-Grabenkontakt 38 ist unmittelbar über dem potentialfreien Bereich 40 angeordnet. Der Abgrenzung-Grabenkontakt 38 verbindet die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 mit der Emitter-Elektrode 5, wobei die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 über die Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 sowie die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 elektrisch mit der Emitter-Elektrode 5 verbunden ist.
  • Der Abgrenzung-Grabenkontakt 38 ist versetzt zur Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 auf der Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 angeordnet. In dieser Ausführungsform umfasst der Abgrenzung-Grabenkontakt 38 eine Vielzahl von Abgrenzung-Grabenkontakten 38. Genauer gesagt sind die mehreren Abgrenzung-Grabenkontakte 38 (in dieser Ausführungsform zwei Abgrenzung-Grabenkontakte 38) auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 relativ zu der zweiten Richtung Y angeordnet.
  • Äußere Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 (äußere Bereiche der Abgrenzung-Grabenstruktur) sind jeweils so angeordnet, dass sie von dem potentialfreien Bereich 40 in der zweiten Richtung Y beabstandet sind. Genauer gesagt, sind die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 jeweils nach außen von der jeweiligen Endverbindung-Grabenstruktur 35 in der zweiten Richtung Y beabstandet. Die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 hat eine geradlinige (lineare) Form. Die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 verläuft parallel zur Endverbindung-Grabenstruktur 35.
  • Die gegenüberliegenden Enden der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 sind jeweils mit Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterungen 34A (Verlängerungsabschnitte der Hauptabgrenzung-Grabenstruktur) verbunden. Die Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterungen 34A erstrecken sich jeweils geradlinig in der zweiten Richtung Y von den Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34 nach außen. Die Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterungen 34A haben jeweils die gleiche Konfiguration wie die Hauptabgrenzung-Grabenstruktur 34 (siehe 3) . Die Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterungen 34A sind beispielhafte Verbindung-Gate-Grabenstrukturen, die die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 mit der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 verbinden. Auf diese Weise wird in einer Oberflächenschicht der Halbleiterschicht 2 ein dazwischenliegender Bereich 60 durch das Paar von Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterungen 34A, die Endverbindung-Grabenstruktur 35 und die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 definiert.
  • In dieser Ausführungsform ist der Hauptverbindungsbereich 45 ein p-artiger Bereich. Der Hauptverbindungsbereich 45 berührt die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 von der Außenseite her. Außerdem berührt der Hauptverbindungsbereich 45 die Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterungen 34A von Seiten, die dem dazwischenliegenden Bereich 60 gegenüberliegen. Der Hauptverbindungsbereich 45 kontaktiert den Bereich der FET-Struktur 9 von der Außenseite her.
  • Die Gate-Grabenstruktur 10 erstrecken sich jeweils zum äußeren Bereich 4 über die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 in der zweiten Richtung Y hinaus. Das heißt, die gegenüberliegenden Enden jeder der Gate-Grabenstrukturen 10 befinden sich außerhalb der äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 in Bezug auf die zweite Richtung Y. Die gegenüberliegenden Enden jeder der Gate-Grabenstruktur 10 sind jeweils mit einem Paar äußerer Gate-Grabenstrukturen 15 verbunden (von denen nur eine in 2 gezeigt ist). So sind die mehreren Gate-Grabenstrukturen 10 über die äußeren Gate-Grabenstrukturen 15 miteinander verbunden. Das heißt, die äußeren Gate-Grabenstrukturen 15 dienen als Verbindungsstruktur der Gate-Gräben, die die mehreren Gate-Grabenstrukturen 10 miteinander verbindet. Die äußeren Gate-Grabenstrukturen 15 erstrecken sich jeweils geradlinig in der ersten Richtung X. In dieser Ausführungsform sind die äußeren Graben-Gate-Strukturen 15 im Hauptverbindungsbereich 45 angeordnet.
  • Die Emitter-Kontakte 17 befinden sich im Bereich der FET-Struktur 9. Die Emitter-Kontakte 17 verbinden die Emitter-Elektrode 5 (siehe 1) mit Emitter-Bereichen der FET-Strukturen, die in dem Bereich der FET-Struktur 9 ausgebildet sind. Die Emitter-Kontakte 17 befinden sich auf den gegenüberliegenden Seiten jeder der Gate-Grabenstruktur 10.
  • Die Emitter-Kontakte 17 erstrecken sich jeweils geradlinig entlang der Gate-Grabenstruktur 10. In dieser Ausführungsform sind die Emitter-Kontakte 17 jeweils in einem mittleren Abschnitt davon in Bezug auf die zweite Richtung Y geteilt. Genauer gesagt sind die Emitter-Kontakte 17 jeweils in einem Bereich in der Nähe der Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 unterteilt, genauer gesagt in einem Bereich, der mit der Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 verbunden ist. Die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 und die Emitter-Kontakte 17 sind in Richtung X gesehen nicht überlappend angeordnet.
  • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III in 2. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur mit einem FET-Strukturbereich und einem potentialfreien Bereich. Die Halbleiterschicht 2 hat eine monokristalline Struktur mit einem n-artigen Halbleitersubstrat 18. Bei dem Halbleitersubstrat 18 kann es sich um ein Silizium-FZ-Substrat handeln, das nach dem FZ-Verfahren (engl.: Floating Zone) hergestellt wurde.
  • Das Halbleitersubstrat 18 kann eine n-artige Verunreinigungskonzentration von nicht weniger als 4,0 × 1013 cm-3 und nicht mehr als 2,0 × 1014 cm-3 aufweisen. Das Halbleitersubstrat 18 kann eine Dicke von mindestens 50 µm und höchstens 200 µm haben. Die Dicke des Halbleitersubstrats 18 kann vorzugsweise nicht weniger als 50 µm und nicht mehr als 100 um, nicht weniger als 100 µm und nicht mehr als 150 um, oder nicht weniger als 150 µm und nicht mehr als 200 µm betragen.
  • Auf der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 befindet sich eine Kollektor-Elektrode 8. Die Kollektor-Elektrode 8 ist elektrisch mit der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 verbunden. Die Kollektor-Elektrode 8 bildet einen ohmschen Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2. Die Kollektor-Elektrode 8 überträgt ein Kollektor-Signal an den aktiven Bereich 3.
  • Ein p-artiger Kollektor-Bereich 71 ist in einer Oberflächenschicht der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 ausgebildet. Der Kollektor-Bereich 71 kann eine p-artige Verunreinigungskonzentration von nicht weniger als 1,0 × 1015 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1018 cm-3 aufweisen. Der Kollektor-Bereich 71 bildet einen ohmschen Kontakt mit der Kollektor-Elektrode 8. Der Kollektor-Bereich 71 kann vorzugsweise über die gesamte Oberflächenschicht der zweiten Hauptoberfläche 2b ausgebildet sein.
  • Auf dem Kollektor-Bereich 71 befindet sich eine n-artige Pufferschicht 72. Die Pufferschicht 72 kann sich vorzugsweise über die gesamte Oberflächenschicht der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 erstrecken. Die n-artige Verunreinigungskonzentration der Pufferschicht 72 ist höher als die n-artige Verunreinigungskonzentration des Halbleitersubstrats 18.
  • Die Pufferschicht 72 kann eine Dicke von nicht weniger als 0,5 µm und nicht mehr als 5 µm, nicht weniger als 5 µm und nicht mehr als 10 µm, nicht weniger als 10 µm und nicht mehr als 15 µm, nicht weniger als 15 µm und nicht mehr als 20 µm, nicht weniger als 20 µm und nicht mehr als 25 um, oder nicht weniger als 25 µm und nicht mehr als 30 µm haben.
  • Die potentialfreien Bereiche 40 und die Bereiche der FET-Struktur 9 sind abwechselnd in der ersten Richtung X angeordnet. Die Bereiche der FET-Struktur 9 sind von den potentialfreien Bereichen 40 durch die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 (die Hauptabgrenzung-Grabenstrukturen 34) isoliert. Die FET-Strukturen 20, die jeweils die Gate-Grabenstrukturen 10 enthalten, sind in den Bereichen der FET-Struktur 9 ausgebildet. Die Gate-Grabenstruktur 10 ist in einem mittleren Abschnitt des Bereichs der FET-Struktur 9 in Relation auf die erste Richtung X ausgebildet. Genauer gesagt, ist die Gate-Grabenstruktur 10 in einer solchen Position vorgesehen, dass der Bereich der FET-Struktur in Bezug auf die erste Richtung X gleichmäßig geteilt ist.
  • Die Gate-Grabenstruktur 10 umfasst einen Gate-Graben 11, eine Gate-Isolierschicht 12 und eine Gate-Elektrodenschicht 13. Der Gate-Graben 11 ist in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet. Genauer gesagt, erstreckt sich der Gate-Graben 11 bis zu einer vorbestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 2 von der ersten Hauptoberfläche 2a senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a (in Normalenrichtung Z).
  • Der Gate-Graben 11 hat ein Paar Seitenwänden 11a und eine Bodenwand 11b, die die Unterkanten der Seitenwände 11a verbindet. Die Seitenwände 11a des Gate-Grabens 11 können sich jeweils senkrecht zur ersten Hauptfläche 2a der Halbleiterschicht 2 erstrecken. Ferner können sich die Seitenwände 11a des Gate-Grabens 11 von der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 bis zur Bodenwand 11b schräg zur ersten Hauptoberfläche 2a nach unten erstrecken. Der Gate-Graben 11 kann sich verjüngen, so dass dessen Öffnungsfläche größer als dessen Bodenfläche ist. Die Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur ersten Hauptoberfläche 2a in zweiter Richtung Y. Die Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 kann parallel zur ersten Hauptfläche 2a der Halbleiterschicht 2 verlaufen. Die Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 kann eine konkave Form haben, die sich in Richtung der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 erstreckt.
  • Der Gate-Graben 11 hat ein Öffnungsrandabschnitt (Abschnitt eines Rands der Öffnung). Der Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 verbindet die Seitenwände 11a des Gate-Grabens 11 mit der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2. Der Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 hat einen geneigten Abschnitt (Neigungsabschnitt), der sich von der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 schräg nach unten zu den Seitenwänden 11a des Gate-Grabens 11 erstreckt. Der Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 kann eine konkave (nach innen gewölbte) Form haben, die in Richtung der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 zurückgesetzt ist. Folglich hat der Gate-Graben 11 um seine Öffnung herum einen breiteren Abschnitt als größere Öffnungsbreite als die Breite der Bodenwand 11b. Der Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 kann eine konvexe (nach außen gewölbte) Form haben, die in Richtung der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 vorsteht.
  • Der Gate-Graben 11 kann, gemessen senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a (in der Normalenrichtung Z), eine Tiefe von mindestens 3,0 µm und höchstens 7,0 µm haben. Die Tiefe des Gate-Grabens 11 kann vorzugsweise nicht weniger als 3,0 µm und nicht mehr als 4,0 µm, nicht weniger als 4,0 µm und nicht mehr als 5,0 um, nicht weniger als 5,0 µm und nicht mehr als 6,0 um oder nicht weniger als 6,0 µm und nicht mehr als 7,0 µm betragen.
  • Die Breite des Gate-Grabens 11 kann nicht weniger als 0,5 µm und nicht mehr als 3,0 µm betragen, gemessen senkrecht zu seiner Länge. Die Breite des Gate-Grabens 11 ist eine Breite des Gate-Grabens 11, gemessen in der ersten Richtung X. Die Breite des Gate-Grabens 11 kann vorzugsweise nicht weniger als 0,5 µm und nicht mehr als 1,0 µm, nicht weniger als 1,0 µm und nicht mehr als 1,5 µm, nicht weniger als 1,5 µm und nicht mehr als 2,0 µm, nicht weniger als 2,0 µm und nicht mehr als 2,5 um, oder nicht weniger als 2,5 µm und nicht mehr als 3,0 µm betragen.
  • Die Gate-Isolierschicht 12 ist in Form eines Films (filmartig, folienartig) auf der Innenwand des Gate-Grabens 11 ausgebildet. Die Gate-Isolierschicht 12 definiert einen vertieften Raum in dem Gate-Graben 11. In dieser Ausführungsform enthält die Gate-Isolierschicht 12 eine Siliziumoxidfilmschicht. Die Gate-Isolierschicht 12 kann anstelle der Siliziumoxidfilmschicht oder zusätzlich zu dieser eine Siliziumnitridfilmschicht aufweisen.
  • Die Gate-Isolierschicht 12 hat einen ersten Bereich 12a, einen zweiten Bereich 12b und einen dritten Bereich 12c. Der erste Bereich 12a bedeckt die Seitenwände 11a des Gate-Grabens 11. Der zweite Bereich 12b bedeckt die Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11. Der dritte Bereich 12c deckt den Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 ab.
  • Die Dicke des zweiten Bereichs 12b kann vorzugsweise nicht geringer sein als die Dicke des ersten Bereichs 12a. Die Dicke des zweiten Bereichs 12b kann größer sein als die Dicke des ersten Bereichs 12a. Die Dicke des dritten Bereichs 12c kann vorzugsweise nicht geringer sein als die Dicke des ersten Bereichs 12a. Die Dicke des dritten Bereichs 12c kann vorzugsweise größer sein als die Dicke des ersten Bereichs 12a. Natürlich kann die Gate-Isolierschicht 12 auch eine einheitliche Dicke haben.
  • Der dritte Bereich 12c hat eine Ausbuchtung, die sich am Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 in den Gate-Graben hineinwölbt. Der dritte Bereich 12c ragt mit seiner konvex gekrümmten Oberfläche in den Gate-Graben 11 hinein. Der dritte Bereich 12c verengt die Öffnung des Gate-Grabens 11 um den Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 herum.
  • Die Gate-Elektrodenschicht 13 ist im Gate-Graben 11 eingebettet (vergraben), wobei die Gate-Isolierschicht 12 dazwischenliegt. Genauer gesagt, ist die Gate-Elektrodenschicht 13 in dem durch die Gate-Isolierschicht 12 definierten vertieften Raum im Gate-Graben 11 eingebettet. Die Gate-Elektrodenschicht 13 wird mittels eines Gate-Signals gesteuert. Das heißt, die Gate-Elektrodenschicht 13 ist elektrisch mit der Gate-Elektrode 6 verbunden.
  • Die Gate-Elektrodenschicht 13 hat eine Wandform, die sich im Schnitt gesehen senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 (in der Normalenrichtung Z) erstreckt. Die wandförmige Gate-Elektrodenschicht 13 erstreckt sich geradlinig in zweiter Richtung Y entlang des Gate-Grabens 11. Die Gate-Elektrodenschicht 13 hat einen oberen Endabschnitt, der an den Öffnungsrandabschnitt des Gate-Grabens 11 angrenzt. Der obere Endabschnitt der Gate-Elektrodenschicht 13 befindet sich auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2, die näher an der Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 liegt.
  • Der obere Endabschnitt der Gate-Elektrodenschicht 13 weist eine Aussparung auf, die in Richtung der Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 zurückgesetzt ist. Die Aussparung des oberen Endabschnitts der Gate-Elektrodenschicht 13 verjüngt sich zur Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 hin. Der obere Endabschnitt der Gate-Elektrodenschicht 13 hat einen schmalen Abschnitt, der sich entlang des dritten Bereichs 12c der Gate-Isolierschicht 12 verengt.
  • Die FET-Strukturen 20 umfassen jeweils p-artige Körper-Bereiche 21 (Body-Bereiche), die in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet sind. Die Körper-Bereiche 21 können jeweils eine p-artige Verunreinigungskonzentration von nicht weniger als 1,0 ×1016 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1018 cm-3 aufweisen.
  • Die Körper-Bereiche 21 befinden sich auf den gegenüberliegenden Seiten der Gate-Grabenstruktur 10. Die Körper-Bereiche 21 sind jeweils bandförmig und erstrecken sich in der Draufsicht entlang der Gate-Grabenstruktur 10. Die Körper-Bereiche 21 sind von den Seitenwänden 11a des Gate-Grabens 11 aus sichtbar. Die Bodenabschnitte der Körper-Bereiche 21 befinden sich in einer Tiefenposition zwischen der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 und der Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 in Relation zu der Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a (Normalenrichtung Z).
  • Die FET-Strukturen 20 haben jeweils n+-artige Emitter-Bereiche 22, die in Oberflächenschichten der Körper-Bereiche 21 ausgebildet sind. Die Emitter-Bereiche 22 können jeweils eine n-artige Verunreinigungskonzentration von nicht weniger als 1,0 × 1019 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1011 cm-3 aufweisen.
  • Die Emitter-Bereiche 22 befinden sich auf den gegenüberliegenden Seiten der Gate-Grabenstruktur 10. Die Emitter-Bereiche 22 sind jeweils bandförmig und erstrecken sich in der Draufsicht entlang der Gate-Grabenstruktur 10. Die Emitter-Bereiche 22 liegen von der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 aus frei. Außerdem liegen die Emitter-Bereiche 22 an den Seitenwänden 11a des Gate-Grabens 11 frei. Die Bodenabschnitte der Emitter-Bereiche 22 befinden sich in einer Tiefenposition zwischen dem oberen Endabschnitt der Gate-Elektrodenschicht 13 und den Bodenabschnitten der Körper-Bereiche 21 in Relation zur Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a (Normalenrichtung Z).
  • In dieser Ausführungsform enthalten die FET-Strukturen 20 jeweils n+-artige Ladungsträger-Speicherbereiche 23, die in einem Teil der Halbleiterschicht 2 auf einer Seite der Körper-Bereiche 21, die näher an der zweiten Hauptoberfläche 2b liegt, ausgebildet sind. Die Ladungsträger-Speicherbereiche 23 haben jeweils eine n+-artige Verunreinigungskonzentration, die höher ist als die n-artige Verunreinigungskonzentration der Halbleiterschicht 2. Die n-artige Verunreinigungskonzentration der Ladungsträger-Speicherbereiche 23 kann vorzugsweise nicht weniger als 1,0 × 1015 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1017 cm-3 betragen.
  • Die Ladungsträger-Speicherbereiche 23 befinden sich auf den gegenüberliegenden Seiten der Gate-Grabenstruktur 10. Die Ladungsträger-Speicherbereiche 23 sind jeweils bandförmig und erstrecken sich in der Draufsicht entlang der Gate-Grabenstruktur 10. Die Ladungsträger-Speicherbereiche 23 liegen von den Seitenwänden 11a des Gate-Grabens 11 frei. Bodenabschnitte der Ladungsträger-Speicherbereiche 23 befinden sich in einer Tiefenposition zwischen den Bodenabschnitten der Körper-Bereiche 21 und der Bodenwand 11b des Gate-Grabens 11 in Relation zur Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a (Normalenrichtung Z).
  • Die Ladungsträger-Speicherbereiche 23 unterdrücken den Rückfluss (Entladung) von Löchern (Ladungsträgern) aus der Halbleiterschicht 2 in die Körper-Bereiche 21. Die Löcher sammeln sich also in Bereichen der Halbleiterschicht 2 unmittelbar unter der FET-Struktur 20 an. Dadurch können der Einschaltwiderstand und die Einschaltspannung verringert werden.
  • In dieser Ausführungsform umfassen die FET-Strukturen 20 jeweils auch Emitter-Gräben 25, die in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet sind. Die Emitter-Gräben 25 sind auf den gegenüberliegenden Seiten der Gate-Grabenstruktur 10 ausgebildet.
  • Die Emitter-Gräben 25 sind jeweils von der Gate-Grabenstruktur 10 in der ersten Richtung X beabstandet. Die Emitter-Gräben 25 sind jeweils bandförmig und erstrecken sich in der Draufsicht entlang der Gate-Grabenstruktur 10. Die Emitter-Gräben 25 haben jeweils eine Länge, die nicht größer ist als die Länge der Gate-Grabenstruktur 10, gemessen in der zweiten Richtung Y. Genauer gesagt, ist die Länge des Emitter-Grabens 25 kleiner als die Länge der Gate-Grabenstruktur 10. Noch genauer gesagt, ist der Emitter-Graben 25 im Emitter-Bereich 22 ausgebildet. Der Emitter-Graben 25 kann sich durch den Emitter-Bereich 22 erstrecken. Der Emitter-Bereich 22 ist von der Innenwand des Emitter-Grabens 25 freigelegt.
  • Die FET-Strukturen 20 umfassen jeweils p+-artige Kontaktbereiche 24, die in Abschnitten der Körper-Bereiche 21 entlang der Bodenwände der Emitter-Gräben 25 ausgebildet sind. Die Kontaktbereiche 24 haben jeweils eine p-artige Verunreinigungskonzentration, die größer ist als die p-artige Verunreinigungskonzentration der Körper-Bereiche 21. Die p-artige Verunreinigungskonzentration der Kontaktbereiche 24 kann vorzugsweise nicht weniger als 1,0 × 1019 cm-3 und nicht mehr als 1,0 ×1020 cm-3 betragen.
  • Die Kontaktbereiche 24 sind jeweils bandförmig und erstrecken sich in der Draufsicht entlang des Emitter-Grabens 25. Die Kontaktbereiche 24 sind jeweils von der Bodenwand des Emitter-Grabens 25 aus freigelegt. Die Bodenabschnitte der Kontaktbereiche 24 befinden sich in einer Tiefenposition zwischen den Bodenwänden der Emitter-Gräben 25 und den Bodenwänden der Körper-Bereiche 21 in Relation zu der Normalenrichtung Z.
  • Somit liegt bei der FET-Struktur 20 die Gate-Elektrodenschicht 13 den Körper-Bereichen 21 und den Emitter-Bereichen 22 mit der Gate-Isolierschicht 12 dazwischen gegenüber. In dieser Ausführungsform liegt die Gate-Elektrodenschicht 13 auch den Ladungsträger-Speicherbereichen 23 mit der Gate-Isolierschicht 12 dazwischen gegenüber.
  • IGBT-Kanäle werden in Abschnitten der Körper-Bereichen 21 zwischen den Emitter-Bereichen 22 und den Ladungsträger-Speicherbereichen 23 gebildet. Das Ein- und Ausschalten der Kanäle wird durch ein Gate-Signal gesteuert.
  • In der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 sind Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 zur Abgrenzung (Isolation) der Bereiche der FET-Struktur 9 von den anderen Bereichen ausgebildet. Die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 sind jeweils neben der FET-Struktur 20 in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet.
  • Genauer gesagt, sind die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 auf gegenüberliegenden Seiten jedes der FET-Strukturbereiche 9 ausgebildet. Die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 sind zwischen den jeweiligen benachbarten Paaren von FET-Strukturbereichen 9 ausgebildet. So sind die FET-Strukturbereiche 9 durch die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 voneinander getrennt.
  • Die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 schränken die Bewegung der in die Halbleiterschicht 2 injizierten Löcher ein. Das heißt, die Löcher umgehen die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 und fließen in die FET-Strukturen 20. Dadurch werden die Löcher in den Bereichen der Halbleiterschicht 2 unmittelbar unter den FET-Strukturen 20 angesammelt, wodurch die Lochdichte erhöht wird. Dadurch können der Einschaltwiderstand und die Einschaltspannung verringert werden.
  • Die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 umfassen jeweils die p-artige potentialfreie Bereiche 40, die neben den FET-Strukturen 20 in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet sind. Die potentialfreien Bereiche 40 sind jeweils elektrisch in einem potentialfreien Zustand (engl.: floating) ausgebildet.
  • Bodenabschnitte der potentialfreien Bereiche 40 befinden sich in einer Tiefenposition zwischen den Bodenabschnitten der Ladungsträger-Speicherbereiche 23 und der zweiten Hauptoberfläche 2b in Relation zu der Normalenrichtung Z. In dieser Ausführungsform befinden sich die Bodenabschnitte der potentialfreien Bereiche 40 in einer Tiefenposition zwischen den Bodenwänden 11b der Gate-Gräben 11 und der zweiten Hauptoberfläche 2b.
  • Die p-artige Verunreinigungskonzentration der potentialfreien Bereiche 40 kann vorzugsweise nicht geringer sein als die p-artige Verunreinigungskonzentration der Körper-Bereiche 21. Die p-artige Verunreinigungskonzentration der potentialfreien Bereiche 40 kann vorzugsweise größer sein als die p-artige Verunreinigungskonzentration der Körper-Bereiche 21.
  • Die p-artige Verunreinigungskonzentration der potentialfreien Bereiche 40 kann vorzugsweise nicht weniger als 1,0 × 1016 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1020 cm-3 betragen. Die p-artige Verunreinigungskonzentration der potentialfreien Bereiche 40 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 1,0 × 1018 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1020 cm-3.
  • Die potentialfreien Bereiche 40 sind jeweils bandförmig und erstrecken sich in der Draufsicht entlang der FET-Struktur 20. Die Länge des potentialfreien Bereichs 40 ist kleiner als die Länge des Gate-Grabens 11, gemessen in der zweiten Richtung Y.
  • Die Bereichsabgrenzungsstruktur 29 umfassen jeweils die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30, die den potentialfreien Bereich 40 von den FET-Strukturen 20 abgrenzt (isoliert). In der Draufsicht hat die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 eine Ringform (in dieser Ausführung eine rechteckige Ringform), die den potentialfreien Bereich 40 umgibt (siehe 2).
  • Die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 umfasst einen Bereichsabgrenzung-Graben 31, eine Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 und eine Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33.
  • Der Bereichsabgrenzung-Graben 31 ist in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet. Der Bereichsabgrenzung-Graben 31 hat Seitenwände 31a und eine Bodenwand 31b. Die Seitenwände 31a des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 können senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 verlaufen. Die Seitenwände 31a des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 können sich von der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 nach unten in Richtung der Bodenwand 31b auch schräg zur ersten Hauptoberfläche 2a erstrecken. Der Bereichsabgrenzung-Graben 31 kann sich verjüngen, so dass dessen Öffnungsrandbereich eine größere Öffnungsfläche als dessen Bodenbereich aufweist.
  • Der Emitter-Bereich 22, der Körper-Bereich 21 und der Ladungsträger-Speicherbereich 23 sind von der Seitenwand 31a des Bereichsabgrenzung-Grabens 31, die der FET-Struktur 20 zugewandt ist, freigelegt. Der potentialfreie Bereich 40 ist von der Seitenwand 31a des Bereichsabgrenzung-Grabens 31, die dem potentialfreien Bereich 40 gegenüberliegt, freigelegt.
  • Die Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur ersten Hauptoberfläche 2a in der zweiten Richtung Y. Die Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 kann parallel zur ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 verlaufen. Die Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 kann eine konkave Form haben, die sich in Richtung der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 erstreckt. Die Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 ist mit einem Bodenabschnitt des potentialfreien Bereichs 40 bedeckt. Das heißt, der potentialfreie Bereich 40 hat einen Abschnitt, der die Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 abdeckt.
  • Der Bereichsabgrenzung-Graben 31 hat einen Öffnungsrandabschnitt. Der Öffnungsrandabschnitt des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 verbindet die Seitenwände 31a des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 mit der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2. Der Öffnungsrandabschnitt des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 hat einen geneigten Abschnitt (Neigungsabschnitt), der sich von der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 zu den Seitenwänden 31a des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 in Relation zu der ersten Hauptoberfläche 2a schräg erstreckt. Der Öffnungsrandabschnitt des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 hat eine konkave Form, die in Richtung der zweiten Hauptoberfläche 2b der Halbleiterschicht 2 zurückgesetzt ist. Daher hat der Bereichsabgrenzung-Graben 31 einen größeren Abschnitt um seinen Öffnungsrandabschnitt als größere Öffnungsbreite als die Breite der Bodenwand 31b. Der Öffnungsrandabschnitt des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 kann eine konvexe Form haben, die in Richtung der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 vorsteht.
  • Der Bereichsabgrenzung-Graben 31 kann eine Tiefe von nicht weniger als 3,0 µm und nicht mehr als 7,0 µm haben, gemessen in der Normalenrichtung Z. Die Tiefe des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 kann vorzugsweise nicht weniger als 3,0 µm und nicht mehr als 4,0 um, nicht weniger als 4,0 µm und nicht mehr als 5,0 µm, nicht weniger als 5,0 µm und nicht mehr als 6,0 um oder nicht weniger als 6,0 µm und nicht mehr als 7, 0 µm betragen. Die Tiefe des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 kann gleich der Tiefe des Gate-Grabens 11 sein.
  • Der Bereichsabgrenzung-Graben 31 kann eine Breite von mindestens 0,5 µm und höchstens 3,0 µm haben. Die Breite des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 ist eine Breite des Bereichsabgrenzung-Grabens 31, gemessen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 in der Draufsicht, und eine Breite des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 der Hauptabgrenzung-Grabenstruktur 34, gemessen in der ersten Richtung X. Die Breite des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 kann vorzugsweise nicht weniger als 0,5 µm und nicht mehr als 1,0 µm, nicht weniger als 1,0 µm und nicht mehr als 1,5 µm, nicht weniger als 1,5 µm und nicht mehr als 2,0 µm, nicht weniger als 2,0 µm und nicht mehr als 2,5 um, oder nicht weniger als 2,5 µm und nicht mehr als 3,0 µm betragen. Die Breite des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 kann gleich der Breite des Gate-Grabens 11 sein.
  • Die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 ist in Form eines Films (filmartig, folienartig) auf der Innenwand des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 ausgebildet. Die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 definiert einen vertieften Raum in dem Bereichsabgrenzung-Graben 31. In dieser Ausführungsform weist die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 eine Siliziumoxidfilmschicht auf. Die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 kann anstelle der Siliziumoxidfilmschicht oder zusätzlich zu dieser eine Siliziumnitridfilmschicht aufweisen.
  • Die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 hat einen ersten Bereich 32a, einen zweiten Bereich 32b und einen dritten Bereich 32c. Der erste Bereich 32a bedeckt die Seitenwände 31a des Bereichsabgrenzung-Grabens 31. Der zweite Bereich 32b bedeckt die Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31. Der dritte Bereich 32c bedeckt den Randbereich der Öffnung des Bereichsabgrenzung-Grabens 31.
  • Die Dicke des zweiten Bereichs 32b kann vorzugsweise nicht geringer sein als die Dicke des ersten Bereichs 32a. Die Dicke des zweiten Bereichs 32b kann größer sein als die Dicke des ersten Bereichs 32a. Die Dicke des dritten Bereichs 32c kann vorzugsweise nicht geringer sein als die Dicke des ersten Bereichs 32a. Die Dicke des dritten Bereichs 32c kann vorzugsweise größer sein als die Dicke des ersten Bereichs 32a.
  • Der dritte Bereich 32c umfasst eine Ausbuchtung, die sich am Öffnungsrandabschnitt des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 in den Bereichsabgrenzung-Graben hineinwölbt. Der dritte Bereich 32c ragt mit seiner konvex gekrümmten Oberfläche in den Bereich des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 hinein. Der dritte Bereich 32c verengt die Öffnung des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 um den Öffnungsrandabschnitt des Bereichsabgrenzung-Grabens 31. Natürlich kann die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 auch eine einheitliche Dicke haben.
  • Die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 ist in den Bereichsabgrenzung-Graben 31 mit der Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 dazwischenliegend eingebettet. Genauer gesagt, ist die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 in dem durch die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 im Bereichsabgrenzung-Graben 31 definierten vertieften Raum eingebettet. Die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 wird durch ein Emitter-Signal gesteuert. Das heißt, die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 ist elektrisch mit der Emitter-Elektrode 5 verbunden. Das Emitter-Signal liegt auf einem Massepotential oder einem Bezugspotential.
  • Die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 hat eine Wandform, die sich im Schnitt gesehen in der Normalenrichtung Z der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 erstreckt. Die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 hat einen oberen Endabschnitt, der an den Öffnungsrandabschnitt des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 angrenzt. Der obere Endabschnitt der Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 befindet sich auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 näher an der Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31.
  • Der obere Endabschnitt der Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 weist eine Aussparung auf, die in Richtung der Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 zurückgesetzt ist. Die Aussparung des oberen Endabschnitts der Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 verjüngt sich in Richtung der Bodenwand 31b des Bereichsabgrenzung-Grabens 31. Der obere Endabschnitt der Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 hat einen schmalen Abschnitt, der sich entlang des dritten Bereichs 32c der Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 verengt.
  • Auf der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 befindet sich eine Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 (Isolierschicht der Hauptoberfläche). Die Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 ist filmartig entlang der ersten Hauptoberfläche 2a ausgebildet. Die Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 schließt an die Gate-Isolierschicht 12 und die Bereichsabgrenzung-Isolierschichten 32 an. In dieser Ausführungsform ist die Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 aus einer Siliziumoxidfilmschicht. Die Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 kann anstelle der Siliziumoxidfilmschicht oder zusätzlich zu dieser eine Siliziumnitridfilmschicht enthalten.
  • Auf der Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 befindet sich eine Zwischenebene-Isolierschicht 80. Die Zwischenebene-Isolierschicht 80 ist filmartig entlang der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet. Die Zwischenebene-Isolierschicht 80 kann Siliziumoxid oder Siliziumnitrid enthalten. Die Zwischenebene-Isolierschicht 80 kann PSG (Phosphorsilikatglas) und/oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) als Beispiel für das Siliziumoxid enthalten.
  • In dieser Ausführungsform hat die Zwischenebene-Isolierschicht 80 eine Laminatstruktur (geschichtete Struktur) mit einer ersten Zwischenebene-Isolierschicht 81 und einer zweiten Zwischenebene-Isolierschicht 82, die in dieser Reihenfolge von der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 gestapelt sind. Die erste Zwischenebene-Isolierschicht 81 kann PSG oder BPSG enthalten. Die zweite Zwischenebene-Isolierschicht 82 kann vorzugsweise ein anderes Isoliermaterial als die erste Zwischenebene-Isolierschicht 81 enthalten. Die zweite Zwischenebene-Isolierschicht 82 kann PSG oder BPSG enthalten.
  • Die Zwischenebene-Isolierschicht 80 ist mit Emitter-Kontaktöffnungen 85 ausgebildet. Die Emitter-Gräben 25 liegen jeweils in den Emitter-Kontaktöffnungen 85 frei. Die Emitter-Kontaktöffnungen 85 stehen jeweils mit den Emitter-Gräben 25 in Verbindung. Die Emitter-Kontaktöffnungen 85 haben jeweils einen Öffnungsrandabschnitt, der eine konkave Form aufweist und in die Zwischenebene-Isolierschicht 80 eingelassen ist. So haben die Emitter-Kontakte 17 jeweils eine größere Öffnungsweite als die Emitter-Gräben 25.
  • In dieser Ausführungsform sind die Emitter-Gräben 25 jeweils in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet und erstrecken sich durch die erste Zwischenebene-Isolierschicht 81 und die Hauptoberfläche-Isolierschicht 79. Emitter-Anschlusselektrodenschichten 86 sind jeweils in die Emitter-Gräben 25 eingebettet. Die Emitter-Anschlusselektrodenschichten 86 sind jeweils elektrisch mit dem Emitter-Bereich 22 und dem Kontaktbereich 24 in dem Emitter-Graben 25 verbunden.
  • In dieser Ausführungsform haben die Emitter-Anschlusselektrodenschichten 86 jeweils eine Laminatstruktur (geschichtete Struktur) mit einer Barrieren-Elektrodenschicht 87 und einer Hauptelektrodenschicht 88. Die Barrieren-Elektrodenschicht 87 ist in filmartig entlang der Innenwand des Emitter-Grabens 25 ausgebildet. Die Barrieren-Elektrodenschicht 87 definiert einen vertieften Raum im Emitter-Graben 25.
  • Die Barrieren-Elektrodenschicht 87 kann eine einschichtige Struktur mit einer Titanschicht oder einer Titannitridschicht aufweisen. Die Barrieren-Elektrodenschicht 87 kann eine Laminatstruktur (geschichtete Struktur) mit einer Titanschicht und einer Titannitridschicht aufweisen. In diesem Fall kann die Titannitridschicht vorzugsweise auf der Titanschicht geschichtet sein.
  • Die Hauptelektrodenschicht 88 ist mit der Barrieren-Elektrodenschicht 87 dazwischenliegend in den Emitter-Graben 25 eingebettet. Genauer gesagt, ist die Hauptelektrodenschicht 88 in dem durch die Barrieren-Elektrodenschicht 87 definierten vertieften Raum in den Emitter-Graben 25 eingebettet. Die Hauptelektrodenschicht 88 kann Wolfram enthalten.
  • Die Emitter-Elektrode 5 ist sich auf der Zwischenebene-Isolierschicht 80 ausgebildet. Die Emitter-Elektrode 5 kann mindestens eine der folgenden Metalle oder Legierungen enthalten: Aluminium, Kupfer, Al-Si-Cu (Aluminium-Silizium-Kupfer)-Legierung, Al-Si (Aluminium-Silizium)-Legierung und/oder Al-Cu (Aluminium-Kupfer)-Legierung. Die Emitter-Elektrode 5 kann eine einzige Schicht sein, die eines dieser elektrisch leitenden Materialien enthält. Die Emitter-Elektrode 5 kann eine Laminatstruktur (geschichtete Struktur) aufweisen, die durch Stapeln von mindestens zwei dieser elektrisch leitfähigen Materialien in einer gewünschten Reihenfolge gebildet wird.
  • Die Emitter-Elektrode 5 dringt von oberhalb der Zwischenebene-Isolierschicht 80 in die Emitter-Kontaktöffnungen 85 ein, um die Emitter-Kontakte 17 zu bilden. Das heißt, die Emitter-Elektrode 5 ist über die Emitter-Kontaktöffnungen 85 elektrisch mit den Emitter-Bereichen 22 und den Kontaktbereichen 24 verbunden. Genauer gesagt, ist die Emitter-Elektrode 5 mit den Emitter-Anschlusselektrodenschichten 86 in den Emitter-Kontaktöffnungen 85 elektrisch verbunden. Die Emitter-Elektrode 5 ist über die Emitter-Anschlusselektrodenschichten 86 elektrisch mit den Emitter-Bereichen 22 und den Kontaktbereichen 24 verbunden.
  • Die potentialfreien Bereiche 40 sind durch die Zwischenebene-Isolierschicht 80 von der Emitter-Elektrode 5 elektrisch isoliert. Das heißt, die potentialfreien Bereiche 40 befinden sich elektrisch in einem potentialfreien Zustand.
  • 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem äußeren Bereich. Die potentialfreien Bereiche 40 sind jeweils von einem äußeren Bereich durch die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 (die Endverbindung-Grabenstruktur 35 im Schnitt gemäß 4) abgegrenzt (isoliert). Ferner ist die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 in der zweiten Richtung Y nach außen von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 beabstandet. Der Hauptverbindungsbereich 45 befindet sich außerhalb der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50. Das heißt, die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 (insbesondere die Endverbindung-Grabenstruktur 35), die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 und der dazwischenliegende Bereich 60, der ein Bereich der Halbleiterschicht 2 ist, der zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 definiert ist, bilden eine Bereichtrennstruktur 49. Die Bereichtrennstruktur 49 trennt den Hauptverbindungsbereich 45 von dem potentialfreien Bereich 40 und verhindert, dass der Hauptverbindungsbereich 45 und der potentialfreie Bereich 40 miteinander verbunden werden oder sich einander annähern.
  • Der Hauptverbindungsbereich 45 kann die gleiche p-artige Verunreinigungskonzentration aufweisen wie die potentialfreien Bereiche 40. In diesem Fall können der Hauptverbindungsbereich 45 und die potentialfreien Bereiche im selben Schritt gebildet werden. Die p-artige Verunreinigungskonzentration des Hauptverbindungsbereichs 45 ist vorzugsweise nicht geringer als die p-artige Verunreinigungskonzentration der Körper-Bereiche 21. Die p-artige Verunreinigungskonzentration der potentialfreien Bereiche 40 kann vorzugsweise größer sein als die p-artige Verunreinigungskonzentration der Körper-Bereiche 21. Die p-artige Verunreinigungskonzentration des Hauptverbindungsbereichs 45 ist vorzugsweise nicht weniger als 1,0 × 1016 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1020 cm-3. Die p-artige Verunreinigungskonzentration des Hauptverbindungsbereichs 45 beträgt besonders bevorzugt nicht weniger als 1,0 × 1018 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1020 cm-3.
  • Da die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 die gleiche Konfiguration wie die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 hat, sind die Komponenten der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50, die denen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen. Die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 umfasst einen Abgrenzung-Graben 31 (äußerer Abgrenzung-Graben) , der in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet ist, eine Abgrenzung-Isolierschicht 32 (äußere Abgrenzung-Isolierschicht) , die auf der inneren Oberfläche des Abgrenzung-Grabens 31 ausgebildet ist, und eine Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 (äußere Abgrenzung-Elektrodenschicht), die in dem Abgrenzung-Graben 31 mit der Abgrenzung-Isolierschicht 32 dazwischenliegend eingebettet ist.
  • Ein Bodenabschnitt des Hauptverbindungsbereichs 45 befindet sich in einer tieferen Position als ein Bodenabschnitt des Abgrenzung-Grabens 31 der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50. Die Bodenwand des Abgrenzung-Grabens 31 der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 ist mit dem Bodenabschnitt des Hauptverbindungsbereichs 45 bedeckt. Das heißt, der Hauptverbindungsbereich 45 hat einen Abdeckungsabschnitt, der die Bodenwand des Abgrenzung-Grabens 31 der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 bedeckt.
  • Der Abgrenzung-Graben 31 der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 kann eine Tiefe von nicht weniger als 3,0 µm und nicht mehr als 7,0 µm haben, gemessen in der Normalenrichtung Z. Die Tiefe des Abgrenzung-Grabens 31 kann vorzugsweise nicht weniger als 3,0 µm und nicht mehr als 4,0 µm, nicht weniger als 4,0 µm und nicht mehr als 5,0 µm, nicht weniger als 5,0 µm und nicht mehr als 6,0 um, oder nicht weniger als 6,0 µm und nicht mehr als 7,0 µm betragen. Die Tiefe des Abgrenzung-Grabens 31 kann vorzugsweise gleich der Tiefe des Gate-Grabens 11 sein.
  • Ferner kann der Abgrenzung-Graben 31 der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 eine Breite von nicht weniger als 0,5 µm und nicht mehr als 3,0 µm haben. Die Breite des Abgrenzung-Grabens 31 ist eine Breite, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Abgrenzung-Grabens 31 in der Draufsicht gemessen wird, und eine Breite des Abgrenzung-Grabens 31 der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 ist eine Breite gemessen in der zweiten Richtung Y. Die Breite des Abgrenzung-Grabens 31 kann vorzugsweise nicht kleiner als 0,5 µm und nicht größer als 1,0 um, nicht kleiner als 1,0 µm und nicht größer als 1,5 um, nicht kleiner als 1,5 µm und nicht größer als 2,0 um, nicht kleiner als 2,0 µm und nicht größer als 2,5 um oder nicht kleiner als 2,5 µm und nicht größer als 3,0 µm sein. Die Breite des Abgrenzung-Grabens 31 kann gleich der Breite des Gate-Grabens 11 sein.
  • Ein Abstand zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 (die Endverbindung-Grabenstruktur 35 im Schnitt in 4) und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 ist größer als die Breite der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30. Daher ist die in der zweiten Richtung Y gemessene Breite des dazwischenliegenden Bereichs 60 größer als die Breite der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 größer als die Breite der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50. Daher ist die Breite des dazwischenliegenden Bereichs 60, gemessen in der zweiten Richtung Y, größer als die Breite der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50.
  • Die äußeren Gate-Grabenstrukturen 15 sind jeweils von der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 in der zweiten Richtung Y nach außen hin platziert. Die äußere Gate-Grabenstruktur 15 hat die gleiche Konfiguration wie die Gate-Grabenstruktur 10, außer dass sich die äußere Gate-Grabenstruktur 15 in eine andere Richtung als die Gate-Grabenstruktur 10 erstreckt. Daher sind die Komponenten der äußeren Gate-Grabenstruktur 15, die denen der Gate-Grabenstruktur 10 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen und eine erneute Beschreibung entfällt hier.
  • In dieser Ausführungsform ist die äußere Gate-Grabenstruktur 15 im Hauptverbindungsbereich 45 angeordnet.
  • Die Gate-Elektrodenschicht 13 der äußeren Gate-Grabenstruktur 15 hat eine Gate-Zuleitungselektrodenschicht 15a, die sich von dem Gate-Graben 11 auf die erste Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 erstreckt. Die Gate-Zuleitungselektrodenschicht 15a erstreckt sich von dem Gate-Graben 11 der äußeren Gate-Grabenstruktur 15 auf die erste Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2. Die Gate-Zuleitungselektrodenschicht 15a erstreckt sich in der zweiten Richtung Y.
  • Die Gate-Zuleitungselektrodenschicht 15a ist über eine Gate-Kontaktöffnung 90 in der Zwischenebene-Isolierschicht 80 elektrisch mit der Gate-Verdrahtung 6B verbunden. Ein an die Gate-Elektrode 6 angelegtes Gate-Signal wird über die Gate-Verdrahtung 6B und die Gate-Zuleitungselektrodenschicht 15a an die Gate-Elektrodenschicht 13 übertragen. Eine Gate-Anschlusselektrodenschicht 91 (Gate-Plug-Elektrodenschicht) ist in der Gate-Kontaktöffnung 90 eingebettet (vergraben). Da die Gate-Anschlusselektrodenschicht 91 die gleiche Struktur wie die Emitter-Plug-Elektrodenschicht 86 aufweist, werden die Komponenten der Gate-Plug-Elektrodenschicht 91, die denen der Emitter-Plug-Elektrodenschicht 86 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine doppelte Beschreibung entfällt.
  • Die Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 sind jeweils so angeordnet, dass sie den potentialfreien Bereich 40 in zweiter Richtung Y unterteilen. Da die Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 die gleiche Konfiguration wie die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 hat, sind die Komponenten der Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36, die denen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine erneute Beschreibung wird hier weggelassen.
  • Die Elektrodenschicht 33 der Zwischenverbindung-Grabenstruktur 36 umfasst die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37, die sich vom Graben 31 auf die erste Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 erstreckt. Die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 erstreckt sich von dem Graben 31 zu gegenüberliegenden Seiten entlang der zweiten Richtung Y. Genauer gesagt, die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 ist aus Polysilizium hergestellt, und die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 ist aus einem Polysiliziumfilm einheitlich mit der Elektrodenschicht 33 gebildet.
  • Die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 ist mit der Emitter-Elektrode 5 über Bereichsabgrenzung-Kontaktöffnung 93 (Kontaktöffnungen der Bereichsabgrenzung) in der Zwischenebene-Isolierschicht 80 elektrisch verbunden. Ein an die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 angelegtes Emitter-Signal wird über die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 37 an die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33 übertragen. Bereichsabgrenzung-Anschlusselektrodenschichten 94 sind jeweils in den Bereichsabgrenzung-Kontaktöffnungen 93 eingebettet. Da die Bereichsabgrenzung-Anschlusselektrodenschichten 94 jeweils den gleichen Aufbau haben wie die Emitter-Anschlusselektrodenschicht 86, sind die Komponenten der Bereichsabgrenzung-Anschlusselektrodenschichten 94, die denen der Emitter-Anschlusselektrodenschicht 86 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine erneute Beschreibung wird hier weggelassen.
  • Oberhalb des Hauptverbindungsbereichs 45 sind Hauptverbindungsbereich-Kontaktöffnungen 96 (Kontaktöffnungen zum Hauptverbindungsbereich) ausgebildet, die sich durch die Zwischenebene-Isolierschicht 80 und die Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 erstrecken. Die Emitter-Elektrode 5 dringt in die Hauptverbindungsbereich-Kontaktöffnungen 96 ein, um den Hauptverbindungsbereich 45 zu kontaktieren. Folglich wird der Hauptverbindungsbereich 45 auf ein Emitter-Potential eingestellt. P+-artige Bereiche für den ohmschen Kontakt mit der Emitter-Elektrode 5 können in Oberflächenabschnitten des Hauptverbindungsbereichs 45 ausgebildet sein, die in den jeweiligen Hauptverbindungsbereich-Kontaktöffnungen 96 freiliegen. Diese p+-artigen Bereiche können im selben Schritt wie die Kontaktbereiche 24 gebildet werden.
  • Wie oben beschrieben, hat das Halbleiterbauelement 1 gemäß dieser Ausführungsform eine Halbleiterschicht 2 des ersten Leitfähigkeitstyps (n-artig in dieser Ausführungsform) mit der ersten Hauptoberfläche 2a auf einer Seite und der zweiten Hauptoberfläche 2b auf einer anderen Seite. Das Halbleiterbauelement hat den aktiven Bereich, der in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht definiert ist. Das Halbleiterbauelement hat den äußeren Bereich, der außerhalb des aktiven Bereichs in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht definiert ist. Der Hauptverbindungsbereich 45 des zweiten Leitfähigkeitstyps (p-artig in dieser Ausführungsform) befindet sich den aktiven Bereich umschließend in dem äußeren Bereich 43. Die potentialfreien Bereiche 40 des zweiten Leitfähigkeitstyps (p-artig in dieser Ausführungsform) sind in dem aktiven Bereich 3 elektrisch potentialfrei (engl.: floating) ausgebildet. Das Halbleiterbauelement 1 hat die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 (Grabenstruktur zur Isolierung eines Bereichs), die die potentialfreien Bereiche 40 in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche 2a der Halbleiterschicht 2 abgrenzen. Das Halbleiterbauelement 1 hat die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50, die in einem Abstand von den Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 angeordnet sind, um den Hauptverbindungsbereich nach außen hin festzulegen (definieren). Das Halbleiterbauelement 1 hat die dazwischenliegenden Bereiche 60, die zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 angeordnet sind, um zwischen dem Hauptverbindungsbereich 45 und dem potentialfreien Bereich 40 zu liegen (zu intervenieren) .
  • Die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 liegen also zwischen dem Hauptverbindungsbereich 45, der außerhalb des aktiven Bereichs 3 liegt, und dem potentialfreien Bereich 40. Ferner befindet sich der dazwischenliegende Bereich 60 zwischen diesen Grabenstrukturen. So können der Hauptverbindungsbereich 45 und der potentialfreie Bereich 40 zuverlässig voneinander getrennt (isoliert) werden, um zu verhindern, dass sich diese verbinden oder unerwünscht annähern.
  • Der p-artige Hauptverbindungsbereich 45 und der p-artige potentialfrei Bereich 40 können so in einem angemessenen Abstand zueinander angeordnet werden, wodurch die Bildung eines parasitären pnp-Transistors unterbunden wird. Dadurch können Nachteile wie das Schwanken des Kollektorstroms in Abhängigkeit von der Gatespannung um einen Schwellenwert herum beseitigt werden. Das Halbleiterbauelement 1 kann folglich stabil arbeiten.
  • In dieser Ausführungsform ist die Breite des dazwischenliegenden Bereichs 60 zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 größer als die Breite der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30. Bei dieser Anordnung ist die Breite des dazwischenliegenden Bereichs 60 groß genug, um einen ausreichenden Abstand zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 zu gewährleisten. Das Halbleiterbauelement 1 kann folglich stabil arbeiten.
  • Darüber hinaus hat die Halbleitervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform eine Verknüpfung-Grabenstruktur (Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterungen 34A), die die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 kontinuierlich mit der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 verbindet. Diese Anordnung ermöglicht es, die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 auf demselben Potenzial zu halten. Genauer gesagt, sind die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschichten 33 der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 durchgängig miteinander verbunden, um auf dem gleichen Potential gehalten zu werden. So können der potentialfreie Bereich 40 und der Hauptverbindungsbereich 45 zuverlässig voneinander getrennt (isoliert) werden. Das heißt, das elektrische Feld in dem dazwischenliegenden Bereich 60 kann begrenzt werden, wodurch die Bewegung der Ladungsträger zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 unterdrückt wird.
  • Das Halbleiterbauelement 1 in dieser Ausführungsform enthält eine Elektrode (die Emitter-Elektrode 5), mit der die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 und die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 gemeinsam verbunden werden.
  • In dieser Ausführungsform sind insbesondere die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschichten 33 der Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 jeweils durchgängig zu den Bereichsabgrenzung-Elektrodenschichten 33 der äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50. Diese Bereichsabgrenzung-Elektrodenschichten 33 sind elektrisch mit der Emitter-Elektrode 5 verbunden. Daher werden die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschichten 33 der Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 auf dem gleichen Potential wie die Emitter-Elektrode 5 (Masse- oder Referenzpotential) gehalten. Auf diese Weise kann die Abgrenzung (Isolierung) zwischen den potentialfreien Bereichen 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 zuverlässiger erreicht werden, was zu einem stabilen Betrieb des Halbleiterbauelements 1 beiträgt.
  • In dieser Ausführungsform ist die Verunreinigungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in den dazwischenliegenden Bereichen 60 gleich der Verunreinigungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Halbleiterschicht 2. Genauer gesagt, sind die dazwischenliegenden Bereiche 60 nicht mit einem p-artigen Bereich ausgebildet, der andernfalls die potentialfreien Bereiche 40 mit dem Hauptverbindungsbereich 45 elektrisch verbinden könnte. So kann die Bewegung der Ladungsträger zwischen den potentialfreien Bereichen 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 unterdrückt werden.
  • In dieser Ausführungsform haben die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 jeweils den Bereichsabgrenzung-Graben 31, der in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet ist. Die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 haben jeweils die Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32, die auf der Innenfläche des Bereichsabgrenzung-Grabens 31 ausgebildet ist. Die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 haben jeweils die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht 33, die in dem Bereichsabgrenzung-Graben 31 mit der Bereichsabgrenzung-Isolierschicht 32 dazwischenliegen eingebettet ist. Mit dieser Anordnung kann das elektrische Feld in dem aktiven Bereich 3 kontrolliert werden, indem das Potential der Abgrenzung-Elektrodenschichten gesteuert wird, und die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 können im aktiven Bereich 3 ausgebildet werden.
  • In dieser Ausführungsform umfassen die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 jeweils den Abgrenzung-Graben 31 (äußerer Abgrenzung-Graben), der in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet ist. Die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 haben jeweils die Abgrenzung-Isolierschicht 32 (äußere Abgrenzung-Isolierschicht), die auf der Innenfläche des Abgrenzung-Grabens 31 ausgebildet ist. Die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 haben jeweils die Abgrenzung-Elektrodenschicht 33 (äußere Abgrenzung-Elektrodenschicht), die mit der Abgrenzung-Isolierschicht dazwischenliegend 32 in den Abgrenzung-Graben 31 eingebettet ist. Mit dieser Anordnung kann das elektrische Feld im äußeren Bereich 4 durch Einstellen des Potentials der Abgrenzung-Elektrodenschichten 33 kontrolliert werden. So kann der äußere Bereich 4 eine geeignete Anschlussstruktur (Terminal-Struktur) aufweisen.
  • Wenn die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 und die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 die gleiche Konfiguration haben, können diese Strukturen im gleichen Schritt gebildet werden.
  • In dieser Ausführungsform begrenzen die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 die FET-Strukturbereiche 9 dazwischen auf den zu den potentialfreien Bereichen 40 gegenüberliegenden Seiten. Mit dieser Anordnung können die FET-Strukturbereiche 9 im aktiven Bereich 3 definiert werden. Genauer gesagt, sind die FET-Strukturbereiche 9 durch die Bereichsabgrenzungsstruktur 29 definiert, die jeweils den potentialfreien Bereich 40 und die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 aufweisen. Die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 schränken die Bewegung der in die Halbleiterschicht 2 injizierten Löcher ein. Das heißt, dass die Löcher die Bereichsabgrenzungsstrukturen 29 umgehen und in die FET-Strukturbereiche 9 fließen. Dadurch werden die Löcher unmittelbar unter den FET-Strukturen 20 gesammelt, so dass die Lochdichte erhöht wird. Dadurch können der Einschaltwiderstand und die Einschaltspannung verringert werden.
  • In dieser Ausführungsform sind die Abgrenzung-Grabenkontakte 38 zur Verbindung der Bereichsabgrenzung-Elektrodenschichten 33 der Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 mit der Emitter-Elektrode 5 in den potentialfreien Bereichen 40 in der Draufsicht angeordnet. Auf diese Weise können die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 und die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 mit der Emitter-Elektrode 5 verbunden werden, ohne die Anzahl der Bereiche, in denen die Löcher beweglich sind, zu erhöhen. Dadurch erhöht sich die Lochdichte in den FET-Strukturbereichen 9.
  • In dieser Ausführungsform sind die Gate-Grabenstrukturen 10 jeweils in den FET-Strukturbereichen 9 in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildet. Bei dieser Anordnung werden die FET-Strukturen 20 des Gate-Grabentyps bereitgestellt.
  • Die Gate-Grabenstrukturen 10 weisen jeweils den in der ersten Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 ausgebildeten Gate-Graben 11 auf. Die Gate-Grabenstrukturen 10 haben jeweils die Gate-Isolierschicht 12, die auf der Innenseite des Gate-Grabens 11 ausgebildet ist. Die Gate-Grabenstrukturen 10 haben jeweils die Gate-Elektrodenschicht 13, die mit der Gate-Isolierschicht 12 dazwischenliegend in dem Gate-Graben 11 eingebettet ist. Wenn die Gate-Grabenstrukturen 10 und die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 dieselbe Konfiguration haben, können diese Strukturen im selben Schritt gebildet werden. Wenn die Gate-Grabenstrukturen 10, die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 dieselbe Konfiguration haben, können diese Strukturen im selben Schritt gebildet werden.
  • Das Halbleiterbauelement 1 gemäß dieser Ausführungsform hat den Kollektor-Bereich 71 des zweiten Leitfähigkeitstyps, der in der Oberflächenschicht der zweiten Hauptfläche 2b ausgebildet ist. So kann das Halbleiterbauelement 1 den IGBT enthalten.
  • In dieser Ausführungsform haben die potentialfreien Bereiche 40 jeweils einen Bodenabschnitt in einer Tiefenposition, die tiefer als die der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 ist, gemessen von der ersten Hauptoberfläche 2a aus. Durch diese Anordnung wird die Lochdichte in den FET-Strukturbereichen 9 auf noch effizientere Weise erhöht.
  • Wenn sich die potentialfreien Bereiche 40 jeweils bis zu einer Tiefenposition erstrecken, die tiefer ist als die der Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30, ist die Abgrenzung (Isolierung) zwischen den potentialfreien Bereichen 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 von größere Bedeutung. Die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 sowie die zwischen den äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 und den Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 ausgebildeten dazwischenliegenden Bereiche 60 verhindern zuverlässig, dass die potentialfreien Bereiche 40 und der Hauptverbindungsbereich 45 miteinander verbunden werden oder einander annähern. Das Halbleiterbauelement 1 kann folglich stabil arbeiten.
  • In dieser Ausführungsform hat der Hauptverbindungsbereich 45 den Bodenabschnitt in einer Tiefenposition tiefer als die der äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 von der ersten Hauptoberfläche 2a ausgesehen. So kann der äußere Bereich 4 eine geeignete Anschlussstruktur (Terminal-Struktur) aufweisen.
  • Die Tiefe des Hauptverbindungsbereichs 45 kann im Wesentlichen die gleiche sein wie die Tiefe der potentialfreien Bereiche 40. Beispielsweise können der Hauptverbindungsbereich 45 und die potentialfreien Bereiche vorzugsweise im selben Schritt gebildet werden. Darüber hinaus können die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30 und die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 im selben Schritt gebildet werden. In diesem Fall, in dem die Bodenabschnitte der potentialfreien Bereiche 40 in einer tieferen Position liegen als die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30, befindet sich der Bodenabschnitt des Hauptverbindungsbereichs 45 in einer tieferen Position als die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50. Auch in diesem Fall liegen die Bereichsabgrenzung-Grabenstrukturen 30, die dazwischenliegenden Bereiche 60 und die äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 zwischen den potentialfreien Bereichen 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45, so dass ausreichende Abstände zwischen den potentialfreien Bereichen 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 ausgebildet werden können. Das Halbleiterbauelement 1 kann folglich stabil arbeiten.
  • 5 ist eine vergrößerte Draufsicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt einen Teil des Halbleiterbauelements, der dem oben in 2 gezeigten Teil entspricht. In 5 sind die Komponenten, die den in 2 gezeigten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine erneute Beschreibung entfällt.
  • In dieser Ausführungsform sind eine erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 und eine zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 vorgesehen, die von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 (insbesondere der Endverbindung-Grabenstruktur 35) in der zweiten Richtung Y nach außen beabstandet sind.
  • Die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 erstreckt sich in der Draufsicht geradlinig in erster Richtung X. Das heißt, die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 verläuft in der Draufsicht parallel zur Endverbindung-Grabenstruktur 35. Die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 ist von der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 in der zweiten Richtung Y beabstandet. Die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 erstreckt sich in der Draufsicht geradlinig in der ersten Richtung X. Das heißt, die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 verläuft in der Draufsicht parallel zu Endverbindung-Grabenstruktur 35. Ferner verläuft die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 in der Draufsicht parallel zur ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51.
  • Gegenüberliegende Enden der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 befinden sich im Wesentlichen an denselben Positionen wie gegenüberliegende Enden der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52 in Bezug auf die erste Richtung X. Eines der gegenüberliegenden Enden der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 ist mit einem der gegenüberliegenden Enden der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52 durch eine erste äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 53 verbunden. Das andere Ende der ersten äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 ist mit dem anderen Ende der zweiten äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 durch eine zweite äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 54 verbunden. Die erste äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 53 erstreckt sich geradlinig in der zweiten Richtung Y. Die zweite äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 54 erstreckt sich geradlinig in der zweiten Richtung Y. Daher sind die erste äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 53 und die zweite äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 54 parallel zueinander.
  • Die erste und zweite äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 51, 52 und die erste und zweite äußeren Verknüpfung-Grabenstrukturen 53, 54 bilden in der Draufsicht eine ringförmige äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 mit geschlossener Schleife (in dieser Ausführungsform eine viereckige Schleife (noch genauer gesagt eine rechteckige Schleife)), wodurch ein Halbleiterbereich 55 gebildet wird, der von seiner Umgebung (Peripherie) isoliert ist. Das heißt, der dazwischenliegende Bereich 60 weist diesen Halbleiterbereich 55 auf. Der dazwischenliegende Bereich 60 hat ferner einen Halbleiterbereich 56, der zwischen der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 und der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 definiert ist.
  • Eine Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 erstreckt sich zwischen der Endverbindung-Grabenstruktur 35 und der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51. Die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 besteht beispielsweise aus einem Polysiliziumfilm. Ein Abgrenzung-Grabenkontakt 68 zur Verbindung mit der Emitter-Elektrode 5 ist in einem Bereich zwischen der Endverbindung-Grabenstruktur 35 und der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 auf der Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 ausgebildet.
  • Die äußere Grabenstruktur 15 ist von der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52 in der zweiten Richtung Y nach außen hin beabstandet.
  • Der Hauptverbindungsbereich 45 (schraffiert dargestellt) kontaktiert die ringförmige äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 von außerhalb des Halbleiterbereichs 55. Das heißt, der Hauptverbindungsbereich 45 berührt die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 von außen in Bezug auf die zweite Richtung Y. Der Hauptverbindungsbereich 45 berührt die erste und zweite äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 53, 54 von außen in Bezug auf die erste Richtung X. Der Hauptverbindungsbereich 45 berührt nicht die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51. In dieser Ausführungsform berührt der Hauptverbindungsbereich 45 die gesamte Länge der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52. Der Hauptverbindungsbereich 45 berührt einen Teil der ersten äußeren Verknüpfung-Grabenstruktur 53. Genauer gesagt, berührt der Hauptverbindungsbereich 45 einen Teil der ersten äußeren Verknüpfung-Grabenstruktur 53, der sich von einem Ende davon, das an die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 angrenzt, zu einem mittleren Abschnitt davon erstreckt. Der Hauptverbindungsbereich 45 berührt jedoch nicht einen Teil der ersten äußeren Verknüpfung-Grabenstruktur 53, der sich von dem mittleren Abschnitt davon zu einem Ende davon, das an die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 angrenzt, erstreckt. Der Hauptverbindungsbereich 45 berührt einen Teil der zweiten äußeren Verknüpfung-Grabenstruktur 54. Genauer gesagt, berührt der Hauptverbindungsbereich 45 einen Teil der zweiten äußeren Verknüpfung-Grabenstruktur 54, der sich von einem Ende davon, das an die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 angrenzt, zu einem mittleren Abschnitt davon erstreckt. Der Hauptverbindungsbereich 45 berührt jedoch nicht einen Teil der zweiten äußeren Verknüpfung-Grabenstruktur 54, der sich von dem mittleren Abschnitt davon zu einem Ende davon, das an die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 angrenzt, erstreckt.
  • Der Hauptverbindungsbereich 45 hat Randabschnitte, die sich im Wesentlichen geradlinig zwischen jeweils benachbarten Paaren von äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 50 erstrecken. Die Randabschnitte erstrecken sich beispielsweise jeweils in der ersten Richtung X. Die Randabschnitte befinden sich jeweils außerhalb der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 in Bezug auf die zweite Richtung Y. Die Randabschnitte des Hauptverbindungsbereichs 45 können jeweils eine konvexe Form aufweisen, die in den aktiven Bereich 3 hineinragt.
  • In dieser Ausführungsform befindet sich die äußere Kante 45a (Außenkante) des Hauptverbindungsbereichs 45 außerhalb der äußeren Gate-Grabenstruktur 15. Mit anderen Worten, die äußere Gate-Grabenstruktur 15 befindet sich im Hauptverbindungsbereich 45.
  • Bei dieser Ausführungsform sind Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16 im Hauptverbindungsbereich 45 ausgebildet, um die jeweiligen benachbarten Paare von Gate-Grabenstrukturen 10 zu verbinden. Die Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16 erstrecken sich jeweils geradlinig. Genauer gesagt, erstrecken sich die Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16 jeweils geradlinig senkrecht zu den Gate-Grabenstrukturen 10 (in der ersten Richtung X). Die Verbindungspositionen, an denen die Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16 mit gegenüberliegenden Endabschnitten der entsprechenden Grabengatterstrukturen 10 in Bezug auf die zweite Richtung Y verbunden sind, sind in der ersten Richtung X gestaffelt. So kann eine lokale Leitungserweiterung (engl.: local line width increase) verhindert werden, die sonst durch die Querverbindungen entstehen kann. Die ringförmigen äußeren Isoliergrabenstrukturen 50 haben in der Draufsicht je nach Position der Verbindung-Gate-Grabenstruktur 16 unterschiedliche Längen, gemessen in der zweiten Richtung Y. In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform kann die gleiche Anordnung der Verbindung-Gate-Grabenstruktur 16 verwendet werden.
  • 6 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung einer Abgrenzungsstruktur zwischen dem p-artigen potentialfreien Bereich 40 und dem p-artigen Hauptverbindungsbereich 45. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur entlang einer Linie VI-VI in 5.
  • Der p-artige potentialfreie Bereich 40 ist von einem nach außengewandten Bereich durch die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 (die Endverbindung-Grabenstruktur 35 im Schnitt in 6) isoliert. Ferner ist die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 von der Endverbindung-Grabenstruktur 35 in der zweiten Richtung Y nach außen beabstandet. Darüber hinaus ist die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 von der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 in der zweiten Richtung Y nach außen beabstandet. Der Hauptverbindungsbereich 45 ist außerhalb der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52 ausgebildet.
  • Das heißt, die Endverbindung-Grabenstruktur 35, die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51, die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 und der dazwischenliegende Bereich 60, der sich von der Endverbindung-Grabenstruktur 35 zur zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52 erstreckt, bilden die Bereichstrennstruktur 49. Die Bereichstrennstruktur 49 trennt den potentialfreien Bereich 40 vom Hauptverbindungsbereich 45, um zu verhindern, dass sich der potentialfreie Bereich 40 und der Hauptverbindungsbereich 45 miteinander verbinden bzw. sich einander annähern.
  • Da die erste und die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51, 52 jeweils die gleiche Konfiguration wie die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 haben, sind die Komponenten der ersten und der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51, 52, die denen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine erneute Beschreibung wird weggelassen. Die erste und die zweite äußere Verknüpfung-Grabenstruktur 53, 54 haben ebenfalls jeweils die gleiche Konfiguration wie die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30.
  • Die Abgrenzung-Elektrodenschicht 33 der Endverbindung-Grabenstruktur 35 und der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 haben die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67, die sich von den Abgrenzungsgräben 31 auf die erste Hauptoberfläche 2a der Halbleiterschicht 2 erstreckt. Die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 erstreckt sich in einem Bereich zwischen der Endverbindung-Grabenstruktur 35 und der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 in der zweiten Richtung Y. Genauer gesagt, ist die Abgrenzung-Elektrodenschicht 33 aus Polysilizium, und die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 ist aus einem Polysiliziumfilm gebildet, der einheitlich mit den Abgrenzung-Elektrodenschichten 33 der Endverbindung-Grabenstruktur 35 und der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 ausbildet ist.
  • Die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 ist mit der Emitter-Elektrode 5 über eine in der Zwischenebene-Isolierschicht 80 ausgebildete Bereichsabgrenzung-Kontaktöffnung 97 elektrisch verbunden. In der Bereichsabgrenzung-Kontaktöffnung 97 ist eine Bereichsabgrenzung-Anschlusselektrodenschicht 98 eingebettet. Da die Bereichsabgrenzung-Anschlusselektrodenschicht 98 den gleichen Aufbau hat wie die Emitter-Anschlusselektrodenschicht 86, sind die Komponenten der Bereichsabgrenzung-Anschlusselektrodenschicht 98, die denen der Emitter-Anschlusselektrodenschicht 86 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine erneute Beschreibung wird hier weggelassen. Ein an die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 angelegtes Emitter-Signal wird über die Bereichsabgrenzung-Anschlusselektrodenschicht 98 und die Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht 67 an die Bereichsabgrenzung-Elektrodenschichten 33 übertragen.
  • Die Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16 sind jeweils so angeordnet, dass sie von der zweiten äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52 in der zweiten Richtung Y weiter nach außen beabstandet sind. Da die Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16 jeweils die gleiche Konfiguration wie die der Gate-Grabenstruktur 10 haben, werden Komponenten der Verbindung-Gate-Grabenstruktur 16, die denen der Gate-Grabenstruktur 10 entsprechen, mit den gleichen Referenzzeichen bezeichnet und eine erneute Beschreibung wird hier weggelassen.
  • In dieser Ausführungsform sind die Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16, wie oben beschrieben, im Hauptverbindungsbereich 45 angeordnet.
  • Die äußeren Gate-Grabenstrukturen 15 sind jeweils von den Verbindung-Gate-Grabenstrukturen 16 in der zweiten Richtung Y nach außen beabstandet. In dieser Ausführungsform sind die äußeren Gate-Grabenstrukturen 15, wie oben beschrieben, im Hauptverbindungsbereich 45 angeordnet. Da die äußeren Gate-Grabenstrukturen 15 und die Verbindungsstrukturen zur Gate-Elektrode 6 die gleichen sind wie in der ersten Ausführungsform (siehe 4), wird auf eine erneute Beschreibung hier verzichtet.
  • In dieser Ausführungsform sind die beiden Halbleiterbereiche 55, 56 des dazwischenliegenden Bereichs 60 nicht mit einem p-artigen Bereich ausgebildet und weisen jeweils die gleiche Verunreinigungskonzentration wie die Halbleiterschicht 2 auf.
  • Bei dieser Ausführungsform können die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden, so dass das Halbleiterbauelement 1 stabil arbeiten kann.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 von der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 getrennt. Dadurch wird es einfacher, einen Abstand zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50 zu schaffen, und es wird entsprechend einfacher, einen Abstand zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 zu schaffen.
  • In dieser Ausführungsform hat die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51, die von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 beabstandet ist. Die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 umfasst die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 52, die in einem Abstand von der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 angeordnet ist, um den Hauptverbindungsbereich 45 nach außen zu definieren. Der dazwischenliegende Bereich 60 umfasst den Halbleiterbereich 55, der zwischen der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 51 und der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52 liegt.
  • Bei dieser Anordnung liegen die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30, die ersten und zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen 51, 52 und der dazwischenliegende Bereich 60 zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45. Dadurch ist ein ausreichender Abstand zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 gegeben. Dadurch wird eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften verhindert, die andernfalls durch die Bewegung der Ladungsträger zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 auftreten könnte. Das Halbleiterbauelement 1 kann folglich stabil arbeiten.
  • Bei dieser Ausführungsform hat die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 50 ferner die äußeren Verknüpfung-Grabenstrukturen 53, 54, die die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51 mit der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 52 verbinden und in der Draufsicht senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 2a ringförmig ausgebildet sind.
  • Bei dieser Anordnung kann ein Abstand zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 durch den Halbleiterbereich 55, der durch die ringförmige äußere Abgrenzung-Grabenstruktur definiert ist, geschaffen werden. Dadurch wird die Bewegung der Ladungsträger zwischen dem potentialfreien Bereich 40 und dem Hauptverbindungsbereich 45 effizienter unterdrückt, was zu einem stabilen Betrieb des Halbleiterbauelements 1 beiträgt.
  • 7 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur, die der in 4 dargestellten Schnittstruktur entspricht. Das heißt, die dritte Ausführungsform ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform. 8 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schnittansicht zeigt eine Schnittstruktur, die der in 6 dargestellten Schnittstruktur entspricht. Das heißt, die vierte Ausführungsform ist eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform.
  • Bei diesen Ausführungsformen haben die dazwischenliegenden Bereiche 60 jeweils einen Wannenbereich 61 mit einer höheren Verunreinigungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps (in diesen Ausführungsformen eine höhere p-artige Verunreinigungskonzentration) als die Halbleiterschicht 2. Der Wannenbereich 61 unterdrückt ein elektrisches Feld, das an die Hauptoberfläche-Isolierschicht 79 anliegt, und trägt somit zum stabilen Betrieb des Halbleiterbauelements 1 bei. Das heißt, der Durchbruch (engl.: breakdown) eines Teils der Isolierschicht (Hauptoberfläche-Isolierschicht 79), die sich auf der Oberfläche des dazwischenliegenden Bereichs 60 (der ersten Hauptfläche 2a) befindet, kann unterdrückt werden.
  • Der p-artige Wannenbereich 61 liegt von der ersten Hauptoberfläche 2a frei und erstreckt sich bis zu einer vorgegebenen Tiefe von der ersten Hauptoberfläche 2a ausgesehen. In dieser Ausführungsform befindet sich der Bodenabschnitt des Wannenbereichs 61 in einer geringeren Tiefe als der Bodenabschnitt der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30. In dieser Ausführungsform befindet sich der Bodenabschnitt des Wannenbereichs 61 in einer geringeren Tiefe als der Bodenabschnitt der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur 50. Außerdem befindet sich der Bodenabschnitt des Wannenbereichs 61 in einer geringeren Tiefe als der Bodenabschnitt des potentialfreien Bereichs 40. Außerdem befindet sich der Bodenabschnitt des Wannenbereichs 61 in einer geringeren Tiefe als der Bodenabschnitt des Hauptverbindungsbereichs 45.
  • Die Tiefenposition des Bodenabschnitts des Wannenbereichs 61 kann im Wesentlichen gleich der Tiefenposition des Bodenabschnitts des Körper-Bereichs 21 sein. In diesem Fall kann der Wannenbereich 61 durch Diffusion der p-artigen Verunreinigung in den dazwischenliegenden Bereich 60 in einem Verunreinigungsdiffusionsschritt bei der Bildung des p-artigen Körper-Bereichs 21 gebildet werden.
  • Die p-artige Verunreinigungskonzentration des Wannenbereichs 61 kann gleich der p-artigen Verunreinigungskonzentration des Körper-Bereichs 21 sein. Die p-artige Verunreinigungskonzentration des Wannenbereichs 61 kann vorzugsweise nicht weniger als 1,0 × 1017 cm-3 und nicht mehr als 1,0 × 1018 cm-3 betragen.
  • 9 ist eine Schnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Halbleiterbauelements 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schnittansicht zeigt einen Aufbau, der dem in 3 dargestellten Aufbau entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement 1 ein FET-Halbleiterbauelement 1 eines MIS-(engl.: Metall-Isolator-Semiconductor)-Typs, wobei der Kollektor-Bereich 71 hier nicht dargestellt ist. In diesem Fall wird der Begriff „Emitter“ durch „Source“ und der Begriff „Kollektor“ durch „Drain“ in der obigen Beschreibung der ersten Ausführungsform ersetzt. Zwischen der Drain-Elektrode 8 und der Halbleiterschicht 2 ist vorzugsweise eine n+artige Kontaktschicht 73 für einen ohmschen Kontakt vorgesehen.
  • Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. In den oben genannten Ausführungsformen ist der erste Leitfähigkeitstyp beispielhaft n-artig und der zweite Leitfähigkeitstyp beispielhaft p-artig. Alternativ kann der erste Leitfähigkeitstyp auch p-artig sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann n-artig sein. In diesem Fall können spezifische Ausführungsformen durch Ersetzen der n-artigen Bereiche durch p-artige Bereiche und durch Ersetzen der p-artigen Bereiche durch n-artige Bereiche in der obigen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen konstruiert werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform und dergleichen liegt die einzelne geradlinige Abgrenzung-Grabenstruktur 50 der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 gegenüber. Bei der zweiten Ausführungsform und dergleichen liegen zwei geradlinige äußere Abgrenzung-Grabenstrukturen (d. h. die erste und die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur 51, 52) der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 gegenüber. Die Anzahl der äußeren Abgrenzung-Grabenstrukturen, die der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur 30 gegenüberliegen, kann drei oder mehr betragen.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung dienen, nicht aber die Erfindung einschränken. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-104630 , die am 4. Juni 2019 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt dieser Anmeldung ist durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterbauelement
    2
    Halbleiterschicht
    2a
    erste Hauptoberfläche
    2b
    zweite Hauptoberfläche
    3
    aktiver Bereich
    4
    äußerer Bereich
    5
    Emitter-Elektrode (Source-Elektrode)
    6
    Gate-Elektrode
    8
    Kollektor-Elektrode (Drain-Elektrode)
    9
    Bereich der FET-Struktur
    10
    Gate-Grabenstruktur
    15
    Äußere Gate-Grabenstruktur
    16
    Verbindung-Gate-Grabenstruktur
    20
    FET-Struktur
    29
    Bereichsabgrenzungsstruktur
    30
    Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur
    31
    Graben
    32
    Isolierschicht
    33
    Elektrodenschicht
    34
    Hauptabgrenzung-Grabenstruktur
    34A
    Hauptabgrenzung-Grabenstrukturerweiterung (Verknüpfung-Grabenstruktur)
    35
    Endverbindung-Grabenstruktur
    36
    Zwischenverbindung-Grabenstruktur
    37
    Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht
    38
    Abgrenzung-Grabenkontakt
    40
    Potentialfreier Bereich
    45
    Hauptverbindungsbereich
    49
    Bereichtrennstruktur
    50
    äußere Abgrenzung-Grabenstruktur
    51
    erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur
    52
    zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur
    53
    erste äußere Verknüpfung-Grabenstruktur
    54
    zweite äußere Verknüpfung-Grabenstruktur
    55
    Halbleiterbereich
    56
    Halbleiterbereich
    60
    dazwischenliegender Bereich
    61
    Wannenbereich (engl. well region)
    67
    Abgrenzung-Zuleitungselektrodenschicht
    68
    Abgrenzung-Grabenkontakt
    79
    Hauptoberfläche-Isolierschicht
    80
    Zwischenebene-Isolierschicht
    85
    Emitter-Kontaktöffnung
    90
    Gate-Kontaktöffnung
    93
    Bereichsabgrenzung-Kontaktöffnung
    96
    Hauptverbindungskontaktöffnung
    97
    Bereichsabgrenzung-Kontaktöffnung
  • 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
    • US 2013/0175574 A1 [0002, 0003]
    • JP 2019104630 [0165]

Claims (17)

  1. Halbleiterbauelement, aufweisend: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Hauptoberfläche auf einer Seite von sich gegenüberliegenden Seiten und einer zweiten Hauptoberfläche auf der anderen Seite; einen aktiven Bereich, der in einer Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht definiert ist; einen äußeren Bereich, der außerhalb des aktiven Bereichs in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht definiert ist; einen Hauptverbindungsbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der in dem äußeren Bereich ausgebildet ist und den aktiven Bereich umgibt; einen potentialfreien Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der elektrisch in einem potentialfreien Zustand in dem aktiven Bereich ausgebildet ist; eine Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur, die den potentialfreien Bereich in der Oberflächenschicht der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht abgrenzt; eine äußere Abgrenzung-Grabenstruktur, die in einem Abstand von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur angeordnet ist, um den Hauptverbindungsbereich nach außen hin festzulegen; und einen dazwischenliegenden Bereich, der zwischen der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur angeordnet ist, um zwischen dem Hauptverbindungsbereich und dem potentialfreien Bereich zu liegen.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei eine Breite des dazwischenliegenden Bereichs von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur zu der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur größer ist als eine Breite der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine Verknüpfung-Grabenstruktur, die die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur kontinuierlich mit der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur verbindet.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur und die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur voneinander getrennt sind.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur eine erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur aufweist, die von der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur beabstandet ist, und eine zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur, die von der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur beabstandet ist, um den Hauptverbindungsbereich nach außen hin festzulegen, wobei der dazwischenliegende Bereich einen Bereich aufweist, der zwischen der ersten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur und der zweiten äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur angeordnet ist.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, wobei die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur ferner eine äußere Verknüpfung-Grabenstruktur umfasst, die die erste äußere Abgrenzung-Grabenstruktur und die zweite äußere Abgrenzung-Grabenstruktur miteinander verbindet und in der Draufsicht senkrecht zur ersten Hauptoberfläche ringförmig ausgebildet ist.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Elektrode, mit der die Abgrenzung-Grabenstruktur und die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur gemeinsam verbunden sind.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen Abgrenzung-Grabenkontakt, der in der Draufsicht in dem potentialfreien Bereich ausgebildet ist, um die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur und die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur mit der Elektrode zu verbinden.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Verunreinigungskonzentration eines zweiten Leitfähigkeitstyps des dazwischenliegenden Bereichs gleich einer Verunreinigungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps der Halbleiterschicht ist.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der dazwischenliegende Bereich einen Wannenbereich aufweist, der eine höhere Verunreinigungskonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps als die Halbleiterschicht aufweist und von der ersten Hauptoberfläche freiliegt, und wobei der Wannenbereich einen Bodenabschnitt aufweist, der sich an einer flacheren Position befindet als Bodenabschnitte der Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur und der äußeren Abgrenzung-Grabenstruktur.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur einen in der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht ausgebildeten Bereichsabgrenzung-Graben, eine auf einer inneren Oberfläche des Bereichsabgrenzung-Grabens ausgebildete Bereichsabgrenzung-Isolierschicht und eine in dem Bereichsabgrenzung-Graben mit der Bereichsabgrenzung-Isolierschicht dazwischenliegend eingebettete Bereichsabgrenzung-Elektrodenschicht aufweist.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur einen äußeren Abgrenzung-Graben, der in der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist, eine äußere Abgrenzung-Isolierschicht, die auf einer inneren Oberfläche des äußeren Abgrenzung-Grabens ausgebildet ist, und eine in den äußeren Abgrenzung-Graben mit der Abgrenzung-Isolierschicht dazwischenliegend eingebettete äußere Abgrenzung-Elektrodenschicht aufweist.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur einen Bereich einer FET-(Feldeffekttransistor)-Struktur auf einer Seite gegenüber dem potentialfreien Bereich definiert.
  14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, ferner aufweisend: eine Gate-Grabenstruktur, die in dem Bereich der FET-Struktur in der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, ferner aufweisend: einen Kollektor-Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der in einer Oberflächenschicht der zweiten Hauptoberfläche ausgebildet ist.
  16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der potentialfreie Bereich einen Bodenabschnitt aufweist, der sich in einer tieferen Position von der ersten Hauptoberfläche ausgesehen befindet als die Bereichsabgrenzung-Grabenstruktur.
  17. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Hauptverbindungsbereich einen Bodenabschnitt aufweist, der sich in einer tieferen Position von der ersten Hauptoberfläche ausgesehen befindet als die äußere Abgrenzung-Grabenstruktur.
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